Índice de contenido
Introducción ______________________________________________________________ 6 1. Justificación __________________________________________________________ 7 2. Objetivos ______________________________________________________________ 7 3. Problemas a resolver __________________________________________________ 8 4. Procedimiento ________________________________________________________ 10 4.1. Generalidades ___________________________________________________________ 10
4.1.1 Ubicación ______________________________________________________________________ 10 Fig. 1 Ubicación Minera Roble, S.A de C.V Unidad Velardeña ____________________ 10
4.1.2 Curso de Inducción MASS (Medio Ambiente, Seguridad y Salud) __________________ 11 4.1.2.1 Política de Desarrollo Sustentable ___________________________________________ 11 4.1.2.2 Elementos de Filosofía de Seguridad ________________________________________ 11 4.1.2.3 Seguridad __________________________________________________________________ 12 4.1.2.3.1 Equipo de Protección Personal ____________________________________________ 14 4.1.2.4 Reglas de Cero Tolerancia __________________________________________________ 14 4.2 Descripción del sistema ___________________________________________________ 17
4.2.1 Generalidades __________________________________________________________________ 17 4. 3 Métodos y materiales _____________________________________________________ 20
4.3.1 Modelo Funcional de la aplicación de floculante en la Planta ______________________ 20 4.3.2 Consideraciones primarias ______________________________________________________ 21 4.3.3 Proceso de floculación. _________________________________________________ 22
4.3.4 Fundamentación teórica. ________________________________________________________ 25 4.3.4.1 Definición de fluido _________________________________________________________ 25 4.3.4.2 Propiedades de los fluidos. _________________________________________________ 25 4.3.4.3 Clasificación de flujos ______________________________________________________ 26 4.3.4.4 Sistemas de control ________________________________________________________ 27 4.3.4.4.1 Definición de instrumentación industrial _________________________________ 27 4.3.4.4.2 Definición de variables de procesos _____________________________________ 27 4.3.4.4.3 Definición de lazo de control ____________________________________________ 27 4.3.4.4.4 Tipos de Lazos de control _______________________________________________ 28 4.3.4.4.5 Lazo de control cerrado _________________________________________________ 28 4.3.4.5 Definición de Instalación. _____________________________________________________ 29 4.3.4.6 Definición de Configuración. ________________________________________________ 30 4.3.4.7 Definición de Red de Comunicación. ________________________________________ 30 4.3.4.8 Definición de PLC. __________________________________________________________ 30 4.3.4.9 Definición de Protocolos. _____________________________________________________ 32 4.3.3.10 Protocolos de Comunicación. ________________________________________________ 33 4.3.4.11. Redes de Comunicación Industrial. ________________________________________ 33 4.3.4.11.1 Redes de Comunicación. ______________________________________________ 33 4.3.4.12 Redes de Control. _________________________________________________________ 35 4.3.4.13 Redes de Sensores-Actuadores. ___________________________________________ 35
4.3.4.15 Profibus (Process Field Bus) _______________________________________________ 38 4.3.4.15.1 Profibus DP. _______________________________________________________________ 38 4.3.4.15.2 Profibus PA ___________________________________________________________ 40 4.3.4.15.3 Características Especiales del Protocolo Profibus aplicado a la
Automatización. _________________________________________________________________ 41 4.3.4.16 caudalimetro electromagnético _____________________________________________ 42 4.3.4.17 Bomba dosificadora _______________________________________________________ 43 4.3.4.18 Criterios de selección de instrumentos y equipos de control _________________ 46 4.3.4.18.1. Instrumentos de Medición _____________________________________________ 46 4.3.4.18.2. Equipos de Control (Controlador Lógico Programable) ________________ 47 4.3.4.18.3 Selección de Instrumentos _____________________________________________ 47 4.4 Puesta en marcha _________________________________________________________ 50
4.4.1 Sistema de control _____________________________________________________________ 50 4.4.2 Redes de comunicación ________________________________________________________ 50 4.4.3 Características del Equipo. ______________________________________________________ 51 4.4.4 Sistema Operativo. ______________________________________________________ 51
Índice de figuras
Fig. 1 Ubicación Minera Roble, S.A de C.V Unidad Velardeña ... 10
Fig. 2 Vista panorámica Minera Roble S.A de C.V ... 10
Fig. 3 Código de alarma visible ... 13
Fig. 4 Equipo de Protección Personal ... 14
Fig. 5 Croquis de Minera Roble S.A de C.V ... 17
Fig. 6 Área de preparación de floculación ... 18
Fig. 7 Espesadores Zinc (Zn), Plomo (Pb) y Cobre (Cu) ... 18
Fig. 8 Espesador de Colas y Área de preparación de floculante ... 19
Fig. 9 Área de preparación de floculante ... 19
Fig. 10 Modelo funcional del Agua recuperada en el proceso ... 21
Fig. 11 Proceso de floculación ... 23
Fig. 12 Preparación de polímero ... 24
Fig. 13 Dosificación de polímero ... 24
Fig. 14 PLC Siemens ... 31
Fig. 15 Esquematización de un PLC ... 32
Fig. 16 Jerarquía de niveles en la tecnología de Automatización. Fuente:www.automation.siemens.com ... 33
Fig. 17 Red Ethernet y Profibus. Fuente: www.siemens.com ... 34
Fig. 18 Control automático con red Profinet y sub red Profibus. Fuente. www.automation.siemens.com ... 37
Fig. 19 Configuración de conexión RS-485 interface. Fuente. www.automation.siemens.com ... 39
Fig. 20 Diagrama de funcionamiento. ... 42
Fig. 21 Topología comunicación PA ... 50
Fig. 22 Software PLC-IHM. ... 52
Fig. 23 Arquitectura General de Minera Roble ... 53
Fig. 24 Arquitectura de Reactivos ... 54
Fig. 25 Red Profibus PA ... 55
Fig. 26 Instrumentos de flujo en la red Profibus PA ... 55
Fig. 27 Bombas dosificadora en la red Profibus DP ... 55
Fig. 28 Hoja electrónica de Datos ... 56
Fig. 29 Integración de aparatos... 56
Fig. 30 Nodo de comunicación ... 57
Fig. 31 Gabinete AFD ... 58
Fig. 32 AFD Profibus PA ... 59
Fig. 33 Calibración de bombas Watson ... 59
Fig. 34 Calibración de bombas Watson ... 60
Fig. 35 Calibración de bombas Watson ... 60
Fig. 36 Calibración de bombas Watson ... 61
Fig. 37 Calibración de bombas Watson ... 62
Fig. 38 Emerson en unidades Galones ... 63
Fig. 39 Sensor calibrado a CER0 en litros por minuto ... 63
Fig. 40 Plant View Minera Roble ... 64
Fig. 41 Jerarquía Reactivos/Floculante ... 64
Fig. 42 Programación de sensores de flujo ... 65
Fig. 43 Programación de bombas dosificadoras ... 65
Fig. 44 Pantalla principal PCS7 ... 66
Fig. 45 Interfaz gráfica de la HMI ... 69
Fig. 46 Bombas dosificadoras y flujometros ... 70
Fig. 47 Bomba dosicadora y sensor de flujo al espesador de Cu ... 70
Fig. 49 Bomba dosicadora y sensor de flujo al espesador de Zn ... 71 Fig. 50 Bomba dosicadora y sensor de flujo al espesador de Colas ... 72 Fig. 51 Gabinete de control SolidWorks ... 74
Índice de tablas
Tabla 1 código de alarma sonora ... 13
Tabla 3 Características espesador de Zn ... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 4 Características espesador de Pb ... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 6 Características espesador de Colas ... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 7 Tanque receptor de sobreflujo de espesador de Zn ... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 8 Tanque receptor de sobreflujo de espesador de Pb ... ¡Error! Marcador no definido.
Introducción
En el presente proyecto se presentan la automatización de nodo de control en el área
de preparación de floculante de la unidad Minera Roble S.A de C.V, por medio de una
red de control PROFIBUS, con la intención de realizar rutinas de censado de flujo y
dosificación de floculante hacia los espesadores dela planta concentradora
Para ello el control automático que se implementara en este proceso contara con los
siguientes equipos, nodo de comunicación, una interfaz gráfica HMI en donde el
operador del cuarto de control podrá visualizar el flujo que pasa por cada tubería, red
de comunicación PROFIBUS PA/DP para el envío y recepción de datos
El trabajo está dividido en ocho temas con el objetivo de dar a conocer los pasos a
seguir basados en algunos conceptos para el modelado de sistemas de
automatización industrial, y lograr un diseño de control supervisorio acorde a las
necesidades que enfrenta actualmente de la empresa.
Dentro de los temas se detalla la justificación del proyecto, el objetivo general del
proyecto, así como los problemas a resolver donde se describen las implicaciones al
momento de realizar el presente proyecto.
Dentro de los procedimientos se describe un marco teórico acerca de la floculación,
los fluidos, los sistemas de control, protocolos de comunicación, controladores lógicos
programables, así como la selección de instrumentos utilizados en el proyecto, dentro
de este apartado ay un tema importante hablando de la puesta en marcha ya a nivel
de aplicación donde se muestra la arquitectura de control de la Unidad Minera Roble
S.A de C.V, así como también las redes de instrumentación PROFIBUS PA/DP y las
calibraciones correspondientes de los instrumentos utilizados.
Dentro de los resultados se muestra la estructura de la programación de instrumentos
así como la interfaz HMI, y la operación de instrumentos.
Se presenta las conclusiones del proyecto y por ultimo las competencias desarrolladas
1. Justificación
La automatización industrial se ha convertido en una de las principales soluciones a
un sinnúmero de problemas en la industria. Desde labores de mantenimiento hasta
aumento de productividad y confiabilidad se ha logrado a través de la implementación
de la automatización en el ámbito industrial.
Actualmente en el área espesamiento los consumos de floculante que es utilizado en
los espesadores de la planta concentradora de Minera Roble S.A de C.V se cuenta
con bombas de dosificación de floculante las cuales operan en forma local, lo que
provoca que los operadores no pueda saber el estado de la bomba desde el cuarto de
control, además no se tiene medición de la cantidad de floculante que es dosificado en
los espesadores, ya que esto se realiza por medio de adoración en probetas.
Por los motivos mencionados, se propone realiza un nodo de automatización y control
en el área que permita integrar las bombas y flujo metros al Sistema de Control
Distribuido para poder realizar un control automático de dosificación de floculante.
2. Objetivos
“Optimizar en el área Espesamiento los consumos de floculante que es utilizado en los espesadores de la planta concentradora.”
Objetivos específicos
• Conocer los principios básicos en que se basa el funcionamiento del
instrumento de censado en el sistema.
• Efectuar mediciones y recopilar datos de los parámetros de censado en el
sistema.
• Realizar una adecuada selección de instrumentos de censado, controlador
lógico programable (PLC), comunicación Profibus de acuerdo a los
• Realizar cotizaciones para estimar el costo de inversión.
• Diseñar un sistema de control el cual debe cumplir con los lineamientos de la
planta.
• Proponer a disposición de Minera Roble S.A. de C.V. una solución para
optimizar los consumos de floculante en los espesadores de la planta
concentradora analizando los resultados obtenidos.
3. Problemas a resolver
El objetivo principal de este proyecto es optimizar los consumos de floculante en el
área Espesamiento ya que como antes se mencionó es que actualmente cuenta con
bombas de dosificación de floculante las cuales operan en forma local, lo que provoca
que los operadores no pueda saber el estado de la bomba desde el cuarto de control,
además de que no se tiene medición de la cantidad de floculante que es dosificado en
los espesadores, ya que esto se realiza por medio de adoración en probetas.
A la realización del proyecto se ven implicados diferentes puntos a resolver.
A nivel hardware: La arquitectura del sistema de control de minera Roble que se
realiza con el sistema PCS7 V8.0 UP1 de siemens es la de ubicar AS de control más
cercano a la área de proyecto.
La descarga de archivos GSD de las bombas dosificadoras así como los sensores de
flujo para tener visualización en el hardware de la arquitectura del sistema de control
de minera Roble.
A nivel software: el adapta miento al lenguaje de programación en bloques de
SIMATIC PCS 7 de SIEMENS en el cual se tuvo un curso de programación de PLC
por una semana impartido por ISControl.
Minera Roble tiene programados 12 paros de actividades por año en la planta
Concentradora, es un impedimento importante porque no se puede hacer
automatización en la planta concentradora es por ello que de acuerdo a la próxima
fecha de paro de actividades que fue el 27 de abril del 2016 se hizo la descarga del
hardware y software al PLC.
A nivel de comunicación: retroalimentación del funcionamiento de la comunicación
industrial PROFIBUS.
A nivel de instrumentación: Buscar los instrumentos de censado óptimos al sistema
con los proveedores que cuenta Minera Roble.
A nivel eléctrico: construcción de gabinete de control de energía controlada 110VCA
A nivel campo de trabajo:
Diseño de estructura para soporte de sensores, gabinetes (energía controlada)
Ubicación de gabinetes AFD de comunicación PROFIBUS PA/DP más cercano al área
del proyecto.
Instalación de tubería para energía controlada así como la de comunicación
PROFIBUS PA/DP.
4. Procedimiento
4.1. Generalidades
4.1.1 Ubicación
La Minera Roble, S.A de C.V Unidad Velardeña se localiza en la parte noroeste del estado de Durango aproximadamente 90 km al suroeste de la ciudad de Torreón en el estado de Coahuila.
Fig. 1 Ubicación Minera Roble, S.A de C.V Unidad Velardeña
Fig. 2 Vista panorámica Minera Roble S.A de C.V
Principales productos (en orden de importancia):
• Zinc • Plomo • Cobre
Tipo de operación
4.1.2 Curso de Inducción MASS (Medio Ambiente, Seguridad y Salud)
Este curso de inducción se hace en la empresa de Peñoles es realizada a todo personal de nuevo ingreso llámese, Contratistas, Peñoleros, Personal de Visita durante una semana, viendo temas de seguridad en nuestra persona así como identificar peligros que estamos expuesto durante nuestra estancia ya que es una empresa de peligro de grado 5, como también los procedimientos a seguir al momento de realizar una actividad de trabajo en su respectiva área asignada, cabe mencionar que un tema de este curso se capacita al personal a dar primeros auxilios en caso de que se presentara hacer uso de esta herramienta, al finalizar el curso se procede a realizar un examen con una calificación aprobatoria de 9 es requisito aprobarlo de lo contrario se le negara la entrada la zona industrial, a continuación mostrare un resumen de los temas más relevantes vistos durante el curso.
4.1.2.1 Política de Desarrollo Sustentable
Es política de peñoles garantizar operaciones productivas, seguras y respetuosas en
el entorno, basadas en una cultura preventiva para la protección a la vida, la salud y
los ecosistemas, en armonía con la comunidad, mediante un sistema de gestión
integral para el desarrollo sustentable y mejora continua, que además de asegurar el
cumplimiento de los compromisos con sus clientes y otros a los que suscriba, garantice
el cumplimiento de los requerimientos legales.
4.1.2.2 Elementos de Filosofía de Seguridad
1. Cero accidentes es posible y es lo único aceptable.
2. Cada uno de nosotros aceptamos la responsabilidad de la seguridad.
3. Nosotros estamos dispuestos a controlar todas las condiciones de exposición.
5. Cada uno de nosotros aceptamos ser responsables de asegurar la capacidad y
entrenamiento en seguridad a todos nuestros colaboradores.
6. Nosotros hacemos auditorías al desempeño de la seguridad.
7. Un trabajo bien hecho en un trabajo seguro.
8. Cada uno de nosotros tenemos la responsabilidad de prevenir todas las
deficiencias en nuestra área de responsabilidad.
9. Garantiza a las familias de nuestro personal, que nuestro proceso operativo
están diseñados y operan para garantizar la salud y la integridad física.
10. La seguridad es un buen negocio.
4.1.2.3 Seguridad
Definiciones importantes
Se nos proporcionaron un conjunto de definiciones de alta importancia los cuales son
los siguientes:
Evacuación: Acción de retirar a todo el personal y/o equipo de un área de emergencia
a un lugar seguro.
Ruta de evacuación: Camino que debe de seguir el personal hacia un lugar seguro.
Siniestro: Cualquier incendio fuera de control en las operaciones realizadas en el área
industrial, que ponga en peligro la integridad física del personal o del equipo.
Grupo de mando: Grupo formado por el líder estratégico, líderes operativos y
asesores de departamento, los cuales tendrán a su cargo la dirección de los trabajos
durante la emergencia.
Brigada de emergencia: Personal capacitado para actuar en caso de emergencia
dentro del área industrial.
Conato de emergencia: Situación que puede ser controlada con los medios contra
incendios y emergencias disponibles en el lugar donde se produce, por el personal
Fig. 3 Código de alarma visible
Emergencia parcial: Situación de emergencia que no puede ser controlada de
inmediato como un conato y obliga al personal presente a solicitar la ayuda de un grupo
de lucha más preparado que dispone de mayores medios contra incendios y
emergencias.
Emergencia mayor o general: Situación de emergencia que supera la capacidad de
los medios humanos y materiales contra incendios y emergencias establecidas en el
centro de trabajo teniéndose que solicitar ayuda al exterior.
En caso de emergencia cuando sucede un siniestro en cualquier lugar de la unidad, el
personal que sea el primero en darse cuenta, vía radio o teléfono debe de dar aviso al
líder o asesor de mina, los facilitador o directamente al personal de seguridad,
vigilancia ó líder de mantenimiento a los teléfonos que se indican en el directorio ver
anexo.
Después de dar la voz de alarma, esta misma persona debe accionar o solicitar que
accionen la alarma sonora que se localiza en la parte superior del edificio del área de
molienda, que indica el área donde es la emergencia. El interruptor de la sirena se
encuentra instalado en el área de cuarto de control de la planta, también solicitará que
se accionen los semáforos indicando el tipo de emergencia, a continuación se
muestran los códigos de alarma audible como visible.
Código de alarma
LUGAR DE SINIESTRO TOQUE LARGO TOQUE CORTO
Mina 1
Planta de beneficio 1 2
Taller y oficinas 1 3
Tabla 1 código de alarma sonora
4.1.2.3.1 Equipo de Protección Personal
La NOM-017-STPS-2008, establece los requisitos mínimos para que el patrón
seleccione, adquiera y proporcione a sus trabajadores, el equipo de protección
personal correspondiente que diseñados para proteger o aislar las diferentes partes
del cuerpo ver Figura 4.
Casco
Guantes
Overol
Zapato con casquillo.
Botas Respirador Autorescatador Gafas Orejeras Lámpara
4.1.2.4 Reglas de Cero Tolerancia
Normar el comportamiento y actitud de todo el personal, así como el de los contratistas
mediante el establecimiento de Reglas de Seguridad de Cero Tolerancia, las cuales
inciden en trabajos de alto riesgo, y que al no aplicarse consistentemente representan
un alto potencial de accidentes.
Reglas de Cero Tolerancia: Son reglas inviolables que todo el personal conoce y
sabe que si no las cumple puede haber lesiones graves en su persona y/o en
terceras personas y que está facultada en cumplirla y hacerla cumplir aun a costa de
parar actividades u operaciones.
A continuación se muestran las reglas de cero tolerancias.
1. Ingresar a laborar personal de nuevo ingreso sin tener la inducción de seguridad “MASS” de 6 días. (Seguridad, salud y medio ambiente).
2. Entrar a la mina sin auto rescatador.
3. Poblar a personal a lugares disparados sin detector de gases.
4. Entrar a lugares sin amacizar.
5. Operar equipo de oxiacetileno sin válvulas de retroceso de flama.
6. Realizar trabajos de revisión y/o reparación en equipo, maquinaria e
instalaciones, donde por una inesperada activación de estos, se pueda liberar
líquidos, gases, presión, vapor o descargas eléctricas; sin haber cumplido con
el procedimiento de aplicar la tarjeta, candado, despeje y prueba cuando se
realicen trabajos eléctricos (tcdp).
7. Bajar o salir de la mina sin registrarse en tablero de control de personal.
8. No está permitido trabajar donde la altura de minado sea mayor a 5.5 m en
rebajes de barrenación vertical y 4.5 m barrenación horizontal, en rezagado de
rebajes de barrenación larga, se debe rezagar con scoop tram a control remoto.
9. No portar y usar “probadores” cuando se trabaja con equipo energizado, antes de operar un equipo eléctrico verificar que no exista presencia de voltaje, “fuga de corriente eléctrica” por medio de detector de voltaje “angelito”.
10. Realizar trabajos en altura arriba de 1.80 metros sin arnés y cable retráctil
(alturas menores de 5 metros) o con amortiguador de caídas (alturas mayores
a 5 metros).
11. No está permitido operar bandas sin cable de paro de emergencia u operar equipos sin guardas en poleas, coples u otros puntos de “pellizco”.
12. No está permitido operar vehículos y/o equipos en el interior mina y superficie,
sin alarma de reversa, extintor, llanta de refacción (vehículos), luces encendidas
y cinturón de seguridad en todos los usuarios.
13. No está permitido operar en mina: scoop tram, cargadores y repartidores de
explosivos, retroexcavadoras, amacizadores mecanizados, jumbos,
zarpeadoras mecanizadas y equipos para suministro de combustible sin
sistema de supresión de incendios con polvo ansul, y sin extintor portátil de al
14. No está permitido ingresar a la mina vehículos o equipos sin toldo (canopy) de
protección contra caída de rocas.
15. Dejar equipos eléctricos sin tierra física operar equipos eléctricos sin que su
gabinete o arrancador (tableros y estaciones) tengan rotulado el nombre del
equipo que energizan y su voltaje.
16. Estacionar equipo pesado y vehículos de servicio en caminos inclinados.
17. Usar máquinas de soldar sin su clavija y contacto (ploga), sin cable de tierra y
sin línea a tierra en la carcasa.
18. Operar jumbos, simbas zarpeadores, amacizadores máquinas robbins, equipo
eléctrico de exploración y máquinas de soldar sin dispositivo de falla a tierra y
centinela o sensor de continuidad de tierra.
19. No transitar con los vehículos o equipos en mina y área industrial, arriba de la
velocidad permitida señalada en las instalaciones.
20. El ingreso a personal a cualquier área sin el equipo de protección personal
(EPP)
21. Utilizar en el interior de la mina aparatos de audio, video y celulares
22. Pasar corriente entre equipos y/o vehículos.
23. Modificar, puentear o desconectar paros de emergencia y/o alarmas.
24. Realizar trabajos en caliente sin permiso correspondiente firmado.
25. Usar escaleras para realizar trabajos y maniobras en alturas.
26. Estacionarse en pasos peatonales
27. Usar extensiones eléctricas que no sean de uso rudo o que se encuentren
4.2 Descripción del sistema 4.2.1 Generalidades
El proyecto está Ubicado a un costado del espesador de colas, en la fig. 4 se muestra
un diagrama a nivel de superficie de Minera Roble S.A de C.V, en un círculo rojo está
señalado el área de preparación de floculante.
Fig. 5 Croquis de Minera Roble S.A de C.V
En la fig. 5 se muestra una vista más cercana al área de preparación de floculante.
Mientras en la fig. 6 Se muestra los espesadores parte del proceso para recuperar el
agua del proceso de flotación, en el numero 10 está ubicado el tanque espesador de
Zinc (Zn), en el número 9 tenemos el tanque espesador de Plomo (Pb) mientras en
interior planta se encuentra ubicado el tanque espesador de Cobre (Cu), en los círculos
rojos se muestra la ubicación de los tanques de agua clarificada la cual es agua
Fig. 6 Área de preparación de floculación
Fig. 8 Espesador de Colas y Área de preparación de floculante
4. 3 Métodos y materiales
4.3.1 Modelo Funcional de la aplicación de floculante en la Planta
El proceso a modelar de la cadena de valor es el agua recuperada en el proceso para
volverla a circular en el proceso, se ha logrado definir las entradas, salidas, controles
y mecanismos, ver Fig. 9.
En este proceso se realiza la clarificación del agua recuperada que viene del proceso
de flotación y para luego pasar a ser distribuida a los tanques espesadores de Zinc
(Zn), Plomo (Pb) y Cobre (Cu). Las entradas de este proceso son el agua recuperada
que viene del proceso de flotación es decir agua no tratada, los insumos químicos
como el sulfato de aluminio, polímeros que son mezclados en los tanques espesadores
de Zinc (Zn), Plomo (Pb) y Cobre (Cu).
Sus salidas son agua clarificada la cual es recuperada de los tanques espesadores de
Zinc (Zn), Plomo (Pb) y Cobre (Cu), la información que es recopilada por los ingenieros
Planta a cargo del proceso, y lodos que son residuos del proceso de sedimentación y
filtración.
A su vez el proceso, se descompone en procesos unitarios que son definidos como se
muestra en la Fig. 9, en la que se puede observar las funciones de cada proceso
unitario con sus respectivas entradas, salidas, controles y mecanismos. Como por
ejemplo el subproceso de coagulación, en el cual las entradas son agua recuperada
que viene del proceso de flotación y sulfato de aluminio; este a la vez está controlado
por especificaciones técnicas y niveles de turbiedad establecidos, los mecanismos
empleados para lograr las salidas que son la infraestructura con la que cuenta la planta
Fig. 10 Modelo funcional del Agua recuperada en el proceso
Con la especificación funcional de la Fig. 9, hemos logrado modelar gráficamente de
una manera estructurada y jerarquizada, cómo se llevan a cabo las funciones del
proceso de agua clarificada así como también las relaciones entre estas.
4.3.2 Consideraciones primarias
El principal objetivo de la clarificación del agua es separar la máxima cantidad de
impurezas del agua recuperada en el proceso de espesamiento del concentrado de
mineral ya sea Zinc (Zn), Plomo (Pb) y Cobre (Cu) por medio de la dosificación del
4.3.3 Proceso de floculación.
El proceso de floculación tiene como objetivo eliminar los sólidos suspendidos en el
agua mediante el tabique de floculación ayudado de la dosificación de polímeros para
lograr flóculos de mayor tamaño y es decantar con mayor rapidez en el tanque del
espesador correspondiente.
La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias
denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua,
facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado. Es un paso del proceso
de potabilización de aguas de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas
industriales y de la minería, (Vargas, 2008).
Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:
• Sólidos en suspensión;
• Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento
browniano; y,
• Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).
El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de
los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en
suspensión y de las partículas coloidales.
• La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas
por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual,
neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a
unirse entre sí;
• La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en
microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a
depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin,
Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la
velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al
aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las
partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por
otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias
coagulantes y floculantes, (Vargas, 2008).
La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión
con el fin de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se
determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.
En la Minera Roble S.A de C.V, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de
alto peso molecular, cuyas moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las
superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y
provocan así la floculación por formación de puentes interpartícular.
Fig. 11 Proceso de floculación
El proceso de floculación se descompone en dos subprocesos y cuya descripción
grafica en notación UML Business de (Eriksson & Penker, 2000), se muestra en la
Fig. 12 Preparación de polímero
4.3.4 Fundamentación teórica.
4.3.4.1 Definición de fluido
“Es todo material que no sea sólido y que puede ‘fluir’ “(Neissa Pimienta, 2014)
Son fluidos los líquidos y los gases; aún con sus grandes diferencias su
comportamiento como fluido se describe son las mismas ecuaciones básicas. La
diferencia entre uno u otro está en su compresibilidad.
Un fluido:
- Cambia su forma según el envase.
- Se deforma continuamente bajo fuerzas aplicadas.
- La atmósfera y el océano son fluidos.
- El 97% de nuestro cuerpo es fluido, el manto de la tierra, etc
4.3.4.2 Propiedades de los fluidos.
Estabilidad: se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una
trayectoria uniforme, es decir, nunca se cruza entre sí. La velocidad en cualquier
punto se mantiene constante el tiempo.
Turbulencia: debido a la rapidez en que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve
turbulento; un flujo irregular es caracterizado por pequeñas regiones similares a
torbellinos.
Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que se refiera el grado de fricción
moviéndose dentro del fluido. Debido a esta propiedad parte de la energía cinética
del fluido se convierte en energía interna.
Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa, es decir la masa de
unidad de volumen.
Volumen específico: es el volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.
Peso específico: corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de
volumen.
Gravedad específica: indica la densidad de un fluido respecto a la densidad del agua
a temperatura estándar. Esta propiedad es dimensional.
Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la
cantidad de energía necesaria para disminuir su superficie por unidad de área.
4.3.4.3 Clasificación de flujos
El flujo de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, atendiendo diversas
características y criterios de velocidad, espacio y tiempo.
De acuerdo a la velocidad del flujo:
Flujo turbulento:
“En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido.” (Neissa
Pimienta, 2014)
Flujo laminar:
“Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo
impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí. “(Neissa Pimienta, 2014)
Fig. 14 Clasificación de flujos
4.3.4.4 Sistemas de control
4.3.4.4.1 Definición de instrumentación industrial
“Es una rama de la ciencia que se encarga de la medición, control, supervisión, de todas las variables físicas y químicas que se presentan en los procesos industriales.”
(Antonio Creus, 2000)
4.3.4.4.2 Definición de variables de procesos
“Son las variables físicas y químicas que se dan en un proceso industrial tales como: temperatura, nivel, presión, viscosidad, velocidad, masa, volumen, pH, etc.” (Antonio
Creus, 2000)
4.3.4.4.3 Definición de lazo de control
4.3.4.4.4 Tipos de Lazos de control
Lazo de control abierto
Se llama lazo abierto porque no tiene lazo de realimentación, la entrada no tiene
información de la salida.
Características:
• Depende de la experiencia del operador.
• No corrige el efecto de las perturbaciones ni los cambios de carga.
• No tiene precisión ni exactitud.
• Bajo costo.
• Fácil instalación y mantenimiento
Fig. 15 Lazo de control Abierto
4.3.4.4.5 Lazo de control cerrado
Se caracteriza porque existe una realimentación a través de los sensores desde el
proceso hacia el sistema de control, que permite a éste último conocer si las
acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre el
proceso.
• Tiene lazo de realimentación, es decir la entrada tiene información de la salida
• Corrige el efecto de las perturbaciones.
• Es más preciso y exacto que el lazo abierto.
• Todo lazo realimentado presenta tiempo muerto
• Es más costoso y su instalación es más compleja que la del sistema de lazo abierto.
Fig. 16 Lazo de control cerrado
4.3.4.5 Definición de Instalación.
“Las instalaciones eléctricas son parte de nuestro entorno habitual .El uso cotidiano de
las mismas hace que en muchas ocasiones no se valore en su justa medida la
importancia de las mismas, sin embargo hay una dependencia casi total de la humanidad del suministro eléctrico.” (Jose Moreno Gil, 2010).
Las instalaciones consisten en uno o varios circuitos eléctricos que tienen un uso
específico y que constan con los equipos necesarios para darnos el correcto
4.3.4.6 Definición de Configuración.
Es un conjunto de datos que determina y nos da el valor de algunas variables de un
programa o un sistema operativo.
Generalmente son instaladas en su inicio y en la mayoría de los casos deberá reiniciar
el equipo para ver los cambios, ya que el programa no podrá cargarlos cuando se esté
ejecutando.
4.3.4.7 Definición de Red de Comunicación.
“El objetivo de las redes de comunicaciones es ofrecer servicios de transferencias de
señales eléctricas entre los terminales. Las señales contienen información que tiene
un significado específico para los terminales que las intercambian, por lo que a menudo
el término señal e información se utilizan para definir un mismo concepto. Los equipos
terminales son aquellos elementos de red usados por los humanos para acceder a los servicios de transferencia de información que ofrece la red.” (net-works-technology,
s.f.)
4.3.4.8 Definición de PLC.
Un controlador lógico programable, es un dispositivo que controla una maquina o
proceso y puede considerarse simplemente como una caja de control con dos filas de
terminales: una para la salida y la otra para la entrada.
Los terminales de salida proporcionan comandos para conectar a dispositivos como
válvulas solenoides, motores, lámparas indicadoras, indicadores acústicos, y otros
dispositivos de salida.
Los terminales de entrada reciben señales de realimentación (feedback) para conexión
a dispositivos como interruptores de láminas, disyuntores de seguridad, sensores, de
proximidad, sensores fotoeléctricos, pulsadores e interruptores manuales, y otros
El circuito para producir las salidas deseadas en el momento adecuado o en la
secuencia adecuada para la aplicación, se dibuja en forma de diagrama de contactos
y programa en la memoria del PLC como instrucciones lógicas.
El único cableado necesario es para los dispositivos de entrada y salida. (J. Hyde,
1997)
Los PLC contienen cuatro unidades importantes:
1.- La memoria Programable.- Donde las instrucciones para la secuencia de control
lógico o programa se alojan.
2.- La memoria de datos. – Es donde las condiciones de los cambios, interbloqueo y
valores anteriores correspondientes a datos constan aquí.
3.- Los elementos de salida. Estos son los controladores de hardware/software para
procesos industriales como motores y válvulas y actuadores.
4.- Los dispositivos de entrada. Estos los sensores de los procesos industriales como
sensores de cambio de estado, detectores de proximidad, ajuste de interbloqueo y
más.
Fig. 18 Esquematización de un PLC
4.3.4.9 Definición de Protocolos.
“Los protocolos son arreglos entre personas o procesos .En esencia, un protocolo es
un conjunto de reglamentos acerca de la formalidad o procedencia, por ejemplo un
protocolo militar.
Un protocolo de red o de comunicación de datos es un conjunto de reglas que
La función de una unidad de control de una unidad de línea es controlar el flujo de datos entre el programa de aplicaciones y las terminales remotas.” (Wayne Tomasi,
2003)
4.3.3.10 Protocolos de Comunicación.
“Los protocolos son como reglas de comunicación que permiten el flujo de información
entre computadoras distintas que manejan lenguajes distintos, por ejemplo, dos
computadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello, es necesario que ambas "hablan" el mismo idioma.”
(Rodriguez-aragon, 2013)
4.3.4.11. Redes de Comunicación Industrial.
4.3.4.11.1 Redes de Comunicación.
“Deben resolver la problemática de la transferencia de información entre los equipos
de control del mismo nivel y entre los correspondientes a los niveles contiguos de la pirámide CIM” (Enrique Perez,Jorge Acevedo, Celso Fernandez, 2009) (Computer
Integrated Manufacturing).
“(Enrique Perez,Jorge Acevedo, Celso Fernandez, 2009) En los niveles superiores de
la pirámide CIM se trabaja frecuentemente con grandes volúmenes de datos aunque
el tiempo de respuesta no es en general crítico y se sitúa entre pocos segundos hasta
minutos o incluso horas.
Por el contrario, los sistemas electrónicos de control utilizados en los niveles inferiores
de las fases de producción trabajan en tiempo real y debido a ello se les exigen tiempos
de transmisión mucho más rápidos y sobre todo, un comportamiento determinista de
las comunicaciones, aunque los volúmenes de información a transmitir son, en general, menos elevados.” (Enrique Perez,Jorge Acevedo, Celso Fernandez, 2009).
Como consecuencia tenemos la siguiente situación expresada en el gráfico:
4.3.4.12 Redes de Control.
“Las redes de control de campo no se emplean para efectuar conexiones punto a punto
de sensores y actuadores con el sistema central de control, sino que la red en si recorre
todos los dispositivos y permite la conexión e intercomunicación de todos entre los que
forman parte de lo que se denomina ¨nivel de fábrica¨, y que está compuesto entre
otros por los autómatas programables, computadoras industriales, controladores de
robots, etc.
Se diferencian de las redes de datos en que se trata de un nivel de red más próximo
al proceso, es decir en escalones más bajos de la pirámide de comunicación y
consigue la integración de pequeños automatismos, permitiéndola transmisión de
información en pequeños paquetes con unos requisitos temporales que exigen su
intercomunicación en un intervalo de tiempo muy reducido (comprendido entre los milisegundos y las décimas de segundo)” (Jose Pardo, 2013)
Se clasifican en:
Redes de controladores.
Redes de sensores-actuadores.
4.3.4.13 Redes de Sensores-Actuadores.
Son redes que trabajan un escalón por debajo de las anteriores y en ellas se agrupan
las redes o buses de campo diseñados con el objetivo específico de intercomunicar
los sistemas electrónicos de control con los dispositivos de campo (sensores y
actuadores) conectados al proceso.
De acuerdo con la capacidad funcional se pueden clasificar en:
Redes de sensores-actuadores de elevada capacidad: Diseñadas para el control de
dispositivos inteligentes, de tal modo que los mensajes que circulan por estas redes
permiten que se pueda configurar, calibrar e incluso programar sensores de medida,
temperatura, presión, caudal, etc. Así mismo también pueden controlarse actuadores
inteligentes como por ejemplo variadores de velocidad de motores de corriente.¨ (Jose
Pardo, 2013)
Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada: Diseñadas para el
control de dispositivos pasivos, donde no se puedan alterar parámetros. Comprenden
el control de dispositivos todo/nada, como son por ejemplo sensores de presencia,
finales de carrera, fotocélulas, relés, contactores, electroválvulas, etc. (Jose Pardo,
2013)
4.3.4.14 Datos Técnicos Sobre la MPI.
La MPI (Interface Multi punto) es una de las interfaces de comunicación que tiene el
SIMATIC S7, pueden conectarse al mismo tiempo que otros elementos de
programación/PCs a través de STEP 7, sistemas HMI, S7-300,S7-400, y M7-400.
Se utiliza en uniones simples de redes y tiene las siguientes formas de comunicación:
• En los datos globales, las CPUs interconectadas en red con MPI pueden
transmitir datos cíclicamente unas con otras. Una CPU Step 7-300 puede
transmitir un máximo de 4 paquetes con al menos 22 bytes, y en Step 7 V4.X
como máximo 15 CPUs pueden integrar el intercambio de datos o información.
• La Programación y Diagnosis de Errores puede ejecutarse vía MPI desde otros
elementos de programación/PCs a todos los PLCs conectados a la red.
• La conexión en los paneles de estaciones de operador al PLC Simatic Step 7
son muy sencillas con MPI. Tiene la ventaja que los servicios de
comunicaciones son soportados por defecto y en consecuencia no son
• Los siguientes datos de ejecución son suministrados por SIEMENS en su
interface MPI:
• Max. de 32 participantes MPI.
• Cada CPU tiene la capacidad máxima de 8 conexiones de comunicación
dinámica para una comunicación básica con un SIMATIC Step 7/M7/-300/-400. • Cada CPU puede operar un máximo de hasta 4 conexiones de comunicación
estática con PG/PC, Sistemas SIMATIC HMI y SIMATIC S7/M7-300/-400. • La velocidad de transmisión de datos desde 187,5 Kbit/s hasta 12 Mbit/s • Tiene posibilidades flexibles de comunicación en el bus o estructura en árbol
(con repetidores).
• Max. longitud del cable hasta 10 Km. • Interface RS-485.
4.3.4.15 Profibus (Process Field Bus)
“Es el estándar europeo en tecnología de buses, se encuentra jerárquicamente por encima de
Así y Bitbus, trabaja según procedimiento hibrido token passing, dispone de 31 participantes
hasta un máximo de 127. Su paquete puede transmitir un máximo de 246 bytes y el ciclo para
31 participantes es de aproximadamente 90 ms, alcanza una distancia de hasta 22300 m.”
(Yiro Aikman, 2013)
Con Profibus dispositivos de diferentes fabricantes pueden comunicarse entre sí, sin
necesidad de una interface especial. Profibus puede ser usado tanto para transmisiones de
datos en alta velocidad con especificaciones de tiempo críticos, como para complejas tareas
de comunicación extensiva, la familia profibus consta de 3 versiones compatibles,
mencionaremos algunas de sus características.
4.3.4.15.1 Profibus DP.
• Enfocado a la automatización de fábricas. • Rapidez
• Buena relación costo/prestaciones
PROFIBUS-DP se dispuso en la parte 3 de la norma DIN E 19245 y se integró en la
norma europea de bus de campo EN 50170. Se ajusta a los requisitos de intercambio
de datos más rápido y eficiente, entre los elementos de automatización y los elementos
distribuidos, tales como módulos de entrada/salida analógicas y actuadores. Este
cambio de la periferia en el nivel de campo, habilita la alimentación a través de los
cables. Por esta razón, el campo de usuario de PROFIBUS es añadido por abajo y por
encima. PROFIBUS-DP utiliza las propiedades aprobadas en la tecnología de
comunicación PROFIBUS y el protocolo de acceso a bus (DIN 19245 Parte 1).
Añadimos a esto las funciones que cumplen los exigentes requisitos de tiempo de
reacción en el rango de las E/S distribuidas. Por lo tanto, es posible, ejecutar
simultáneamente PROFIBUS-FMS y PROFIBUS-DP en un solo cable.
Conectando Profibus DP
Conecte la red PROFIBUS DP como sigue:
2. El conector PLUG del bus dentro del socket PROFIBUS DP.
3. Atornillar el conector del Bus dentro del socket de conexión.
Fig. 22 Configuración de conexión RS-485 interface. Fuente. www.automation.siemens.com
Datos Técnicos sobre PROFIBUS-DP.
Los siguientes parámetros se especifican, para PROFIBUS, en la Norma 50170.
• La reserva de bus se produce en PROFIBUS-DP tras el procesamiento de “Paso de Testigo con Maestro-Esclavo”
• Tiempo ciclo típico entre 5-10 ms.
• Se puede conectar un máximo de 127 estaciones con una longitud de registro
entre 0-246 bytes de datos de usuario.
• Rangos de transmisión de datos: 9,6 Kbaud /19,2 Kbaud /93,75 Kbaud / 187,5
Kbaud / 500 Kbaud / 1,5 Mbaud / 3 Mbaud / 6 Mbaud / 12 Mbaud.
• La configuración del bus puede expandirse a través de módulos, los cuales
pueden conectarse y desconectarse en ejecución.
• La transmisión se produce a través de un cable de 2 hilos con interface RS-485
o por fibra óptica. Nos vamos a centrar en el modo de transmisión por cable de
2 hilos.
• El cable de 2 hilos esta cruzado y apantallado, con una sección mínima de 0,22
mm2, y deben de cerrarse, en los extremos inicial y final, por terminales de
• Se puede establecer una red de área más amplia en PROFIBUS-DP, dividiendo
el bus en segmentos, interconectados a través de repetidores.
• La topología de un segmento de bus es de estructura lineal (hasta 1200 m) con
pequeñas caídas de red (<0,3m). Con ayuda de repetidores, se puede elaborar
una estructura en árbol, como la siguiente.¨ (Siemens, 2002)
4.3.4.15.2 Profibus PA
• Enfocado a la automatización de procesos • Orientado a aplicación
• Alimentación por el bus • Seguridad intrínseca
“PROFIBUS-PA es la variante PROFIBUS para la automatización de procesos en la
ingeniería de procesos. Originalmente, PROFIBUS-PA se especificó bajo la ISP 3.0
(Proyectos de sistemas Interoperativos). Desde Junio de 1994, paso a llamarse
ISP. A principios de 1995, esta variante se renombro como
PROFIBUS-PA. Utiliza procesos especificados en la Norma IEC 1158-2 de tecnología de
transmisiones y habilita esos procesos a través de una segura y remota alimentación
de las estaciones. Esas propiedades permiten que, durante la operación actual, los
dispositivos de campo se puedan desacoplar. Por esto, se debe de haber
desconectado completamente el bus de un campo seguro.
Datos fundamentales de la norma IEC 1158-2 (PROFIBUS-PA).
• Transmisión digital de bits de datos síncronos. • Tasa de datos 31,25 Kbit/s.
• Limitador seguro de inicio y final de errores. • Nivel de envío 0,75 Vasa 1 Vss.
• Alimentación de potencia remota a través de descarga de señales. • Se soporta topología lineal, árbol y estrella.
• Transmisión de Potencia:DC
• Longitud de segmento de cable de hasta 1900 m (sin repetidor) • Bus expandible con un máximo de 4 repetidores en una fila.
Bus de campo en el rango de campo seguro con una fuente de alimentación adicional
al bus de campo (arriba) y la alimentación suministrada externa (abajo).¨ (Siemens,
2002)
4.3.4.15.3 Características Especiales del Protocolo Profibus aplicado a la Automatización.
Dentro de las ventajas que nos ofrece el bus de campo profibus tenemos que
mencionar las siguientes:
¨Profibus es un sistema de bus potente, abierto y robusto que brinda una comunicación
sin perturbaciones.
• Es un sistema completamente normalizado que permite conectar de forma
sencilla componentes normalizados de diferentes fabricantes.
• La configuración, la puesta en marcha y la búsqueda de averías se pueden
realizar desde cualquier punto. En Consecuencia, las relaciones de
comunicación libremente definibles son muy flexibles y fáciles de aplicar en la
práctica y de modificar.
• Seguridad para las inversiones gracias a desarrollos y perfeccionamientos
compatibles.
• Componentes de red para el uso en entorno industrial rudo.
• Vigilancia permanente de los componentes de red por esquema de señalización
sencillo y eficaz.
• Alta seguridad de servicio y disponibilidad de las instalaciones mediante
4.3.4.16 caudalimetro electromagnético
El estudio del electromagnetismo, ha permitido al hombre descubrir relaciones y
establecer leyes para ésta rama de la física. Gracias a mentes brillantes dichas leyes
no quedan relegadas a los libros y teoría, evolucionan y trascienden a aplicaciones
prácticas; una de ellas el caudalimetro electromagnético
Funcionamiento del Caudalimetro electromagnético
Su funcionamiento está basado en la ley de Faraday la cual nos dice que al pasar un
fluido conductivo por un campo magnético se produce una Fem (Fuerza electromotriz)
directamente proporcional a la velocidad del fluido. Debido a la proporcionalidad entre
la velocidad del fluido y la Fem inducida podemos medir el caudal es decir la tensión
inducida a través de cualquier conductor que se mueve en ángulo recto a través de un
campo magnético es proporcional a la velocidad de ese conductor. Es decir que E es
proporcional a VxBxL, el voltaje depende de la velocidad del liquido promedio V, la
intensidad del campo magnético B, y la longitud del conductor L, que en el
caudalimetro es la distancia entre los electrodos. Para obtener la magnitud de la
tensión E, estos tres valores se multiplican junto con una constante ver figura 25.
Para aplicar está ley a la medición de caudal es fundamental cerciorarse de que el
fluido sea conductor de la electricidad; se ubican las bobinas paralelas al flujo del fluido
a ángulos rectos (como indica la ley) de un conjunto de electrodos a los lados del tubo,
generando así un campo magnético en toda la sección transversal del tubo. El tubo y
el revestimiento deben estar hechos de plástico, caucho, teflón u otro material no
magnético, para evitar alteraciones del campo magnético generado
Cuando el fluido (libre de vacíos) pasa a través de las bobinas, se induce un pequeño
voltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético, el
caudalimetro usa este valor para calcular el caudal del líquido Los caudalímetros
magnéticos modernos poseen un sistema de apagado del campo magnético midiendo
el voltaje que continua induciéndose en los electrodos, luego encienden de nuevo el
campo, miden el voltaje y lo restan del voltaje medido cuando estaba apagado.
Haciendo esto varias veces por segundo, se reduce el ruido de interferencia
electromagnética a prácticamente cero.
4.3.4.17 Bomba dosificadora
Las bombas de dosificación tienen la función de medir y repartir diferente tipos de
líquidos, los cuales se agregan para obtener una mayor precisión en la medición del
volumen en un determinado tiempo.
Funcionamiento.
Se basa en el aspirado de cierto volumen de líquido, el cual se define por el
desplazador. Posteriormente, dichos líquidos se dirigen a presión a la tubería de
dosificación donde son distribuidos de forma uniforme y precisa, conservándose
incluso con contrapresiones diferentes. La capacidad de bombeo se puede cambiar
controlando el desplazamiento y las carreras de dosificación por unidad de tiempo.
Debe permitir el ajuste del caudal. Y este debe tener linealidad. Es decir que puede ser representado como una línea recta.
Su diseño garantiza la reproducibilidad, la repetitividad y la precisión del volumen desplazado.
La reproducibilidad se refiere a la capacidad de dar el mismo resultado en
mediciones por diferentes operarios realizadas en las mismas condiciones a lo
largo de periodos dilatados de tiempo.
La repetitividad se refiere a las mediciones realizadas por un mismo operario en
un período corto de tiempo para las mismas condiciones.
La precisión a la capacidad de dar el mismo resultado en mediciones diferentes
realizadas en las mismas condiciones.
El caudal ajustado debe ser preciso aun cuando la presión en la tubería o sistema donde se inyecte el químico varíe. Por consiguiente, debe ser
seleccionada para que sea capaz de producir una presión igual o superior a la
máxima que pueda tener el fluido en la tubería.
Debe ser a prueba de fugas y con características seguras en el diseño ya que la mayoría de los químicos dosificados suelen ser peligrosos.
Todas estas características hacen que la bomba dosificadora pertenezca al grupo de
desplazamiento positivo y esté dentro de las que se clasifican como reciprocantes.
El flujo es producido por un pistón o émbolo reciprocante y es de forma sinusoidal,
también conocido como flujo pulsante similar al del corazón humano el cual tiene
muchas analogías con una bomba dosificadora.
En la gráfica se muestra el flujo a diferentes porcentajes de carrera o desplazamiento
del pistón o émbolo.
Fig. 25 Flujo Reciprocante en Bombas Dosificadoras con Ajuste de Desplazamiento
El flujo o caudal viene dado por la siguiente expresión:
Flujo = % Carrera x Volumen de Carrera x Ciclos por Unidad de Tiempo
Unidades de Flujo
Como se dijo anteriormente, los flujos de dosificación son pequeños y suelen ser
expresados en las siguientes unidades:
• l/h – litros por hora • l/día – litros por día
• GPH – Galones US por hora
4.3.4.18 Criterios de selección de instrumentos y equipos de control
4.3.4.18.1. Instrumentos de Medición
Los instrumentos de medición como son los sensores cuya determinación de selección
adecuada para una determinada aplicación en algún proceso, esto llevara a una mejor
medición en las variables, de tal manera que esto mejorara el proceso haciéndolo más
eficiente.
La exigencia en los procesos industriales nos lleva a realizar una mejor elección de los
sensores de tal manera que debe ser capaz de controlar, mantener constante y
transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en
magnitudes eléctricas, las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y
pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.
Al adquirir un sensor, nos encontramos con variedades de precios, este factor no es
tan importancia si se requiere que el proceso sea más eficiente, lo que es importante
son las características del instrumento y de simple instalación dejando de lado el valor.
Es necesario al hacer la selección de un sensor saber si debe soportar el ambiente
industrial incluyendo al polvo, humedad, corrosión, ruido eléctrico, etc. Todos estos
factores pueden llevar a que exista una variación en la medición del sensor.
La compatibilidad de la señal de salida de los sensores debe de ser compatible en los
buses de comunicación con las demás señales provenientes de instalaciones como
hidráulicas, neumáticas, analógicas, digitales, etc. Para que luego sean medidas,
controladas y supervisadas.
Al realizar la selección de equipos de medición de fluido toxico, hay que tener en
cuenta la instalación, la ubicación y analizar si no afecta al fluido a medir.
Resumiendo las principales consideraciones que se deben de hacer al seleccionar un
sensor son:
• Trabajan en un ambiente industrial en condiciones altas • Tienen el rango apropiado de trabajo
• La señal de salida es la apropiada para el sistema
• El sensor deberá de ser capaz de soportar un sobredimensionamiento
• Tipo de precauciones con la posibilidad de causar daños en el ambiente o al
personal de trabajo, etc.
4.3.4.18.2. Equipos de Control (Controlador Lógico Programable)
Al realizar la selección de un controlador se debe tener en cuenta la escalabilidad ya
que las plantas industriales tienden cada vez a requerir más necesidades o también
por la necesidad de hacer crecer la producción.
El controlador debe tener la capacidad de lo que requiere un proceso para esto se
debe tener en cuenta lo siguiente:
• Alimentación de energía • Fuente de alimentación • Módulos de entrada y salida • Características del procesador • Capacidad de memoria
• Tipos de lenguaje de programación • Tipo de comunicación
4.3.4.18.3 Selección de Instrumentos
Los criterios de selección mencionados es un punto de obligación para el diseño en el
proceso de tal manera que evita de inversiones en desventaja o gastos innecesarios
para la empresa, y permite el mejor desempeño de los equipos para con los procesos
Analizando el proceso de retratamiento del relave en función a los fluidos y señales a
controlar y medir, para el mejor trabajo de todo el sistema se procedió a la selección
de los instrumentos y equipos de control
Medidor de Flujo
Marca: Emerson
Modelo: 800
Cantidad: 4
Características:
Función SSP (procesamiento espectral de señales)
Alta precisión:
± 0,75% de la lectura (líquido)
± 0,5% de la lectura (Exactitud típica / no garantizada)
± 1% de la lectura (de gas, vapor)
Señales de Salida:
La comunicación digital de señal es compatible con el protocolo profibus PA
Tensión y Corriente de Alimentación :
9 a 32 VDC para fines generales
9 a 24 VDC para el tipo de seguridad intrínseca (Entidad modelo)
9 a 17,5 VDC para el tipo de seguridad intrínseca (modelo FISCO) Suministro de corriente: 11 mA (máximo)
Rango de Temperatura
Alta temperatura hasta 450 °C
Mínima temperatura -196 °C
Alarma de Salida (switch de flujo)
Una señal de salida en caso alarma
Longitud de cable a una distancia máxima de 1000m
Comunicación
Protección
JIS / FM / CENELEC ATEX / CSA / SAA
Bombas dosificadoras
Marca: WATSON-MARLOW
Modelo: 520Du
Cantidad: 4
caracteristicas
Gama de control (regulación de caudal efectivo): 0 ,1-220 rpm (2.200:1)
Tensión/frecuencia de alimentación: 100-120/200-240 V 50/60 Hz 1 ph
Fluctuación de voltaje máxima: ±10% de voltaje nominal.
Consumo eléctrico 135 VA
Corriente a plena carga <0,6 A a 230 V; <1,25 A a 115 V
Versión Eprom: Accesible a través del software de la bomba
Gama de temperaturas de servicio: 5° C a 40° C
Gama de temperaturas de almacenaje: -40° C a 70° C
Altitud máxima 2.000 m
Humedad (sin condensado): 80% hasta 31º C, decreciendo lineal- mente hasta el 50%
a 40º C
4.4 Puesta en marcha
4.4.1 Sistema de control
El presente proyecto consiste en la instrumentación el área de preparación de
floculante de la Unidad Minera Roble proyecto Velardeña, dichas actividades se
realizarán con el sistema PCS7 V8.0 UP1 de siemens el cual estará basado en un AS
417 redundante, se tendrán red Profibus DP, PA, Ethernet.
Se requiere la instrumentación y el sistema de control para el área 48000 de Reactivos
Para todos los instrumentos con comunicación PA se describe una muestra de la
topología propuesta.
Fig. 26 Topología comunicación PA
4.4.2 Redes de comunicación
Se contempla la comunicación del sistema de control con diferentes redes de campo
y de control siendo estas las siguientes:
• Red de control Ethernet.- esta se utilizará para el enlace entre los AS 417 y los
servidores, entre los servidores y los clientes, así como entre el servidor Web y sus
• Red Profibus DP.- Esta red se utilizará para la comunicación del nodo conexión
remoto de PCS7, así como también las bombas dosificadoras
• Red Profibus PA.-Esta red será utilizada para la comunicación con toda la
instrumentación inteligente de los flujometros del área de preparación de floculante.
4.4.3 Características del Equipo.
El equipo utilizado para el desarrollo de la aplicación cumple con las especificaciones
para el software utilizado, a continuación las características del equipo.
Modelo: X875-Q7380
Marca: Toshiba
Procesador: Intel Core i7
RAM: 12Gb
4.4.4 Sistema Operativo.
La PC utilizada para el desarrollo se trabajó con un sistema operativo Windows 7
Ultimate SP1 a 64 bits. Acreditado en la tabla compatibilidad de Siemens para la
versión de software utilizado.
4.4.5 Aplicación para PLC-IHM.
El software en que se desarrolló la aplicación para la integración del control de
Preparación de Cianuro de Sodio fue el SIMATIC PCS 7 Versión 8.0 Upd 1 de
4.4.6 Arquitectura del sistema de control
La arquitectura de un sistema de control es la organización fundamental de un sistema,
que incluye sus componentes, las relaciones entre sí y el ambiente, y los principios
que gobiernan su diseño y evolución [IEEE, 2000].
Desde un punto de vista más práctico, una arquitectura se puede entender como un
concepto abstracto que permite describir un sistema, lo que se hace desde un punto
de vista estático, y su funcionamiento, lo que se lleva a cabo desde un punto de vista
dinámico. La concreción de componentes que forman la arquitectura va aumentando
a medida que ésta cierra más su ámbito de actuación desde los sencillos sistemas
domóticos hasta sistemas más complejos como la navegación de robots móviles.
Fig. 29 Arquitectura General de Minera Roble
4.4.7 Red de instrumentación PROFIBUS PA/DP
Fig. 31 Red Profibus PA/DP
PROFIBUS PA conecta los sistemas de automatización y los sistemas de control de
procesos con los dispositivos de campo, como son los transmisores de presión,
temperatura y en nuestro caso los de flujo.
Fig. 32 instrumentos de flujo en el Bus Profibus PA
PROFIBUS DP es un dispositivo periférico (entradas/salidas, válvulas, etc.) que recoge
información de entrada y/o manda información de salida. Al configurar el sistema del
bus, el usuario especifica la asignación de un DP esclavo a un DPM1 y cuáles de estos
esclavos se incluirán o se excluirán de la transmisión de datos de usuario
