PROYECTO: IMPLEMENTACIN DE SISTEMA DE MEDICINDE NIVEL, CAUDAL Y VOLUMEN DE CANALETA PARSHALL

Profesor gua: Don. Ricardo Iturra Mardones

Nombre: Diego Osman Seida Cortes.Ao: 2015

CENTRO DE FORMACIN TCNICA JUAN BOHONLA SERENA

PROYECTO: IMPLEMENTACIN DE SISTEMA DE MEDICINDE NIVEL, CAUDAL Y VOLUMEN DE CANALETA PARSHALL

Informe de Prctica presentado en

Conformidad a los requisitos para

Obtener el Ttulo de Tcnico de

Nivel Superior de Instrumentacin

Automatizacin Industrial

Profesor gua: Don Ricardo Iturra Mardones.

Nombre Del Estudiante (A): Diego Osman Seida Cortes.

Ao: 2015

INTRODUCCIN.En el presente informe se presenta el desarrollo de un sistema de medicin de las variables de nivel, caudal y volumen utilizando instrumentacin industrial de ltima tecnologa.Se realiz el proyecto dentro de la prctica profesional propia de la carrera automatizacin y control industrial en la empresa ingeniera y gestin de desarrollo s.a. la fecha de inicio corresponde al 21 de abril hasta su fecha de finalizacin el 15 de julio. Los horarios fueron de lunes a viernes desde las 09:00 horas hasta las 18:30 horas.Las actividades de la prctica en la empresa fueron apoyar a diversos proyectos de ingeniera. Investigando el funcionamiento, programacin y calibracin de distintos dispositivos e instrumentos. El proyecto especfico que se implement involucraba el desarrollo y montaje de un sistema de medicin y recopilacin de datos utilizando un transmisor indicador LUT 430 siemens un transductor xrs-5 y un dispositivo PLC s7-1200. El montaje involucra tambin la construccin de una canaleta Parshall realizada en fibra de vidrio con medidas bajo estndares internacionales y se aadieron filtros a la construccin.Las variables involucradas en la medicin y registro histrico fueron nivel, caudal, volumen como tambin temperatura del efluente de salida (agua de proceso) de la planta pesquera Perupez S.A. Cabe de mencionar que el proyecto tiene una finalidad medio ambiental por lo que el registro de datos busca regularizar el caudal y volumen de salida de los desechos contaminantes de la planta hacia el mar y se aadieron filtros a la construccin de la canaleta Parshall.

1. ANTECEDENTES GENERALES1.1 ANTECEDENTES DE LA EMPRESAA continuacin se detallan los antecedentes generales de la empresa Ingeniera Gestin y Desarrollo S.A.Razn Social: Ingeniera y Gestin de Desarrollo S.A.Nombre de Fantasa: IGD ChileGiro: Obras de IngenieraRut: 76.040.004-1Domicilio: los copihues n 370, oficina 2022 Coquimbo Chile. Pgina Web: www.igdchile.comTelfono: +51 2 269251E-mail: contacto@igdchile.comIGD S.A. es una empresa de servicios de ingeniera, gestin y desarrollo en la industrias minera, acucola y de energa; resguardando altos estndares en seguridad de las personas y cuidado del medio ambiente.Actualmente la empresa IGD S.A. se dedica a prestar servicios de ingeniera en detalle, construccin de obras y desarrollo de tecnolgico brindando soluciones en el mercado nacional y sudamericano.Algunos proyectos realizados por IGD S.A. se presentan en la Tabla 1.1.

TABLA 1.1 PROYECTOS DE IGDAlgunos proyectos realizados por IGD:Proyecto Detalle

Sistema de Tratamiento DAF para recuperacin de agua industrial.Ingeniera y desarrollo sistema de lavado para camiones extraccin y equipos mina open-pit, con recuperacin de agua. Minera Teck - Andacollo.Comment by alvaro: NO LE PONGAS TANTO COLOR A LAS TABLAS

Ingeniera conceptual y de detalle.Diseo conceptual para upgrade de Molino SAG, clculo para sistema de giro con carga Minera Candelaria Copiap.

1.2 DESCRIPCIN DEL DEPARTAMENTO Se realiz la prctica laboral en el departamento de Desarrollo tecnolgico, realizando las siguientes labores: Programacin KOP en PLC Simatic S7-1200 1214c Siemens. Calibracin transmisor Sitrans LUT 430 Siemens (Para lectura de las variables de nivel, caudal, volumen y temperatura). Diseo de planos elctricos en Visio 2013 AutoCAD 2013. Configuracin de Abbys Server. Programacin HTML en Software Dreamweaver para web Server en PLC S7-1200 Siemens. Verificar sensores inductivos Telemanique Schneider para otro proyecto en curso de la empresa.Adems se realiz apoyos en diversos proyectos de tecnologa a cargo del ingeniero de proyectos Don lvaro Valderrama Zenteno.Los horarios de trabajo consistieron desde las 9:00 hasta las 18:30 de lunes a viernes en oficinas centrales de la empresa.El inicio prctica fue el22/04/15 y fecha de trmino de la practica laboral el da 15/07/15.

2 LABORES DESARROLLADAS2.1 CANALETA PARSHALLLa canaleta o canal Parshall es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones en canales abiertos, es ampliamente usada para medir el flujo en ros, canales de irrigacin, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fbricas, etc.Las partes del canal Parshall son:1. Transicin de entrada. 2. Seccin convergente. 3. Garganta. 4. Seccin divergente. Estas 4 cuatro partes se pueden apreciar en la Figura 2.1 en su vista de planta.

Figura 2.1 Vista de Planta de partes de canal Parshall planta

En la transicin de entrada es conveniente elevar el piso sobre el fondo original del canal, con una pendiente ascendente de 1:4 (1 vertical y 4 horizontal) como se muestra en la Figura 2.2, hasta comenzar la seccin convergente, con paredes que se van cerrando en lnea recta o circular de radio (R), debido a que el aforador Parshall es una reduccin de la seccin del canal, que obliga al agua a elevarse o a remansarse para luego volver a descender hasta el nivel inicial sin el aforador. En este proceso se presenta una aceleracin del flujo que permite establecer una relacin matemtica entre la altura de carga o elevacin que alcanza el agua y el caudal que circula a travs del dispositivo. Para medidores menores a 1 pie o 30 cm (ancho de garganta) R = 0.41 m para medidores de 1 a 3 piesR = 0.51 m para medidores de 4 a 8 piesR = 0.61 m para FALTA

Figura 2.2 Vista de perfil de partes de canal Parshall. En la seccin convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el piso vuelve a bajar con una pendiente de 3:8 (3 vertical y 8 horizontal), En la seccin divergente el piso sube nuevamente con pendiente de 1:6 (1 vertical y 6 horizontal).Comment by alvaro: LA FOTO TIENE CORTADA LA PALABRA TRANSICION DE ENTRADA, DEBES ARREGLARLA

2.2 USOS DEL MEDIDOR PARSHALLEl medidor Parshall fue creado teniendo como objetivo principal la irrigacin. Los de menor tamao se usan para regular la descarga de agua distribuida a propiedades agrcolas y los de mayor tamao se utilizan en grandes canales de riego. Los medidores Parshall tambin se utilizan en estaciones de tratamiento para la inyeccin de sustancias qumicas, aprovechando el resalto hidrulico. La medicin del caudal, tan necesaria en servicios de abastecimiento de agua, puede ser realizada fcilmente y con pequeo gasto econmico si se utilizan los medidores de forma conveniente. Su uso es remendado en canales principales, estaciones de tratamiento, entradas en depsitos, etc.A continuacin se presenta en la tabla 2.1 con los rangos de caudales en los que se recomienda operen de forma eficiente los canales parshall, trabajando a descarga libre.Tabla 2.1 Rango de Caudales de operacin en canales Parshall

2.3 PUNTOS DE MEDICIN La nica medida de carga H necesaria para conocer el caudal, se hace en la seccin convergente, en un punto que se localiza a 2/3 de la dimensin B o de A como se muestra en la Figura 2.3. En este punto se mide el tirante de agua con una regla o se instala junto a la pared una escala para lecturas. Tambin se puede colocar un tubo o manguera comunicando el nivel del agua a un pozo lateral de medicin, en donde se puede colocar una boya adherida a una varilla metlica que indique la altura o sirva como transmisin de un sistema elctrico a distancia. Los pozos laterales de medicin pueden ser de seccin circular con un dimetro igual a: D = W + 0.15 (m)Figura 2.3 Seccin circular a una distancia de 2/3.Comment by alvaro: PONE UNA IMAGEN ALGO ASI QUE SE VEA LA SECCION CIRCULAR

2.4 VENTAJAS DE LOS MEDIDORES PARSHALLSe puede mencionar como una de las principales ventajas la facilidad con la que pueden ser construidos, en el caso de este proyecto fue construido con fibra de vidrio, adems presentan otras que tienen sus propias caractersticas hidrulicas que se resumen a continuacin: Una sola medida o determinacin de carga es suficiente para determinar el caudal. La prdida de carga es mnima y el paso del flujo es libre y por lo tanto no presenta problemas de obstruccin con elementos arrastrados por la corriente. Al ser la velocidad de la garganta mayor que la velocidad de aproximacin, no existe la posibilidad que ocurran sedimentaciones que afecten las mediciones.Para el diseo de las canaletas Parshall se debe utilizar sus ecuaciones y tablas de clculo del caudal. Segn experimentos y ensayos realizados utilizando canales Parshall se han obtenido ecuaciones para calcular el caudal de tipo potencial: Q = K H n

Y siendo el valor de "n" segn ensayos, muy cercano a 3/2. En la Tabla III se presentan los valores del coeficiente "K" para los sistemas mtrico e ingls, as como los del exponente "n". Por ejemplo para un canal Parshall con una garganta de ancho igual a 1 pie (0.305 m), la ecuacin de caudal para el sistema mtrico queda de la siguiente Forma: Q = 0.690 H 1.522 Donde: Q = m3 /s H = m

EN LA TABLA IV SE PUEDE VER LOS CAUDALES YA CALCULADOS PARA LOS MEDIDORES PARSHALL DE DIMENSIONES MS UTILIZADAS.

2.2 Elementos principales para la instalacin del Proyecto Canaleta Parshall

L.u.t 430: Es un controlador de nivel, o volumen compacto por ultrasonidos, de un canal, para medicin contina de nivel en largos rangos de medida. Est diseado para medir el nivel de lquidos, lodos/lechadas y slidos y para medicin de caudal en canal abierto de alta precisin.

Transductor xrs-5: El sensor ultrasnico XRS-5 suministra una medicin fiable y contina del nivel de llenado de lquidos y lodos en pozos de bombas/mecanismos elevadores, canales, presas y en la colocacin de filtros pas banda.

PLC - S7-1200:El controlador lgico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatizacin.

Nuc: Intel NUC es una PC con uso eficiente de la energa, totalmente funcional, que no slo da respuesta a sus necesidades de desempeo.

UPS: Es undispositivoque gracias a sus baterasu otros elementos almacenadores de energa, puede proporcionarenerga elctricapor un tiempo limitado y durante un apagn elctricoa todos los dispositivos que tenga conectados.

2.3 Instrumentacin

Los componentes principales de Instrumentacin de control se resumen a continuacin en la siguiente tabla.ITEMDETALLEMARCAFUNCION

LUT 430

-110-240 VAC-50/60 Hz.-4.20 mA.-INPUT RLY 0-50 VDC. OUTPUT RLY 250 VACOUTPUT RLY 30. VDC.IP 65.SIEMENS

TRANSMISOR, INDICADOR Y DATALOGGER.

XRS-5Range 0.3 ... 8 m.Frequency 44 kHz.Beam angle 10.IP 68.SIEMENSLECTURA DE NIVEL, TRANSDUCTOR.

PLC S7-1200110-240 VAC.50/60 Hz.AC/DC/RLY.1214C.SIEMENSCONTROLADOR DE ENCLAVAMIENTO USB VIA WEBSERVER.

PC NUC N2820.Dual Core.Ram 4GB.500GB.INTEL

ENLACE DE DISCO EN RED DE REGISTROS DE DATOS LUT 430.

UPSCPL-A750U.750VA/380W.220-240 VAC.50 a 60 Hz.CITOALIMENTACION 230 VAC DE RESPALDO.

SWITCHTL-SF1005D.5 x Port.10/100Mbps RJ45.5 VDC 0.6 A.TPLINK

PUNTO DE ACCESO A RED DE DATOS ETHERNET.

2.4 Montaje Canaleta Parshall.

La canaleta Parshall es una estructura moldeada en una sola pieza en plstico reforzado con fibra de vidrio por lo que se obtiene una gran resistencia mecnica y qumica; precisin en sus dimensiones y facilidad de instalacin.Debido a su ligereza no se requieren de herramientas especiales para su instalacin y es particularmente indicado para lugares limitados por objetos y construcciones aledaas. En las siguientes Figuras se mostraran las vistas de la canaleta con sus respectivas dimensiones.

Vista de Planta

Vista Lateral

Dimetro de canaleta parshall a usar en el proyecto el cual es de 3

2.5 Verificacin de Montaje de Canaleta Parshall Se realiza el montaje de Canal Parshall de 3 por parte del mandante PERUPEZ S.A. en terreno confirmando dimensionado de acuerdo al Plano.-Montaje de TransductorSe comprueba el montaje del Transductor XRS-5 de acuerdo al Plano: y se modific la carcasa de proteccin para su correcta medicin.Se coloc cubre sensor para que la medicin sea ms eficiente y limpia

-Se realiza el montaje de los tableros de Fuerza y Control. -Canalizacin de Lnea de FuerzaSe verifica mediante instrumento TESTER canalizacin de Lnea de Fuerza de 230 VAC.-Canalizacin de Lnea de DatosSe verifica canalizacin de Lnea de Datos Ethernet, se aadi Switch D-Link suministrado por el mandante.

-Calibracin de Instrumentacin.Se calibra el instrumento LUT 430 Siemens de acuerdo al certificado.Aqu se mostraran la calibracin de nivel para el instrumento Siemens En las siguientes imgenes se muestra el procedimiento.

Pulse 4 veces la flecha derecha para acceder al men de puesta en marcha rpida.

Pulse flecha abajo para activar el asistente.

Pulse la flecha derecha para seleccionar el sensor XRS-5.

Presionamos Siguiente (Nivel)

Seleccionamos la opcin Nivel.

Seleccionamos la opcin Nivel.

Seleccionamos la opcin siguiente..

En este caso seleccionamos la unidad de medida la que uno desee y apretamos siguiente.

En esta opcin calibramos el punto mximo en este caso son 0.17m.

En esta opcin calibramos el punto mnimo en este caso seran 1M Y EL 100% DEL NIVEL DEL AGUA LO ALCANZA EN 0.83m SEGN EL DISEO DE LA CANALETA. Seleccionamos siguiente.

En esta opcin podemos seleccionar la velocidad de reaccin la cual puede ser Baja Media Alta. En este caso Media.S

Finalmente seleccionamos Terminado.

La calibracin se realiz empricamente en terreno para la canaleta de 3 diseada. Se utiliz el mtodo de clculo del flujo radiometrico y continuacin se resumen las constantes de calibracin y el proyecto instalado con sus respectivas imgenes de las terminaciones.Caudal Mnimo: Amn = 0.85 L/s (0.00085 m3/s). Nivel del fluido = 30mm Caudal Mximo (estimado)Qmax = 14 L/s (0.014 m3/s). Nivel del fluido = 195mm.Ecuacin: .Coeficiente: C = 0.992.Exponente: n = 1.55.

Pto. Calibracin Mnimo PMin = 1.015 Pto. Calibracin MximoPMax = 0.565 Altura MximaHmax = 0.4

Montaje estructural de canaleta parshall en el rea de tratamientos de efluentes de Proceso.

Fig.01 Canaleta Parshall Vista Lateral.

Fig.02 Canaleta Parshall Vista en planta.

Fig.03 Canaleta Parshall Vista inferior transductor XRS-5.

Fig.04 Canaleta Parshall Vista Superio

Fig.05 Vista Frontal Tablero de Fuerza IGD-TF-215PERU

Fig.06 Vista Frontal Tablero de Control IGD-TC-215PERU

Fig.07 Vista Frontal Tablero de Control siendo Programado LUT430

Fig.08 Vista frontal DE Tableros Control y Fuerza ya ensamblados y listo para la calibracin del transmisor LUt430.lut

Transmisor Siemens Ultrasnico Lut 430.

Los controladores de la serie SITRANS LUT400 de Siemens son controladores ultrasnicos de largo alcance, compactos, monopunto, destinados a una medicin continua de niveles de lquidos, lodos y slidos, as como a una supervisin altamente precisa del caudal en canal abierto.

Caractersticas Pequea huella de recinto de 1/2 DIN con soporte de montaje universal estndar para pared, tubo y carril DIN, adems de un montaje opcional en panel. Pantalla LUI fcil de utilizar con programacin local mediante cuatro botones, parmetros basados en mens y ayuda de Asistentes para aplicaciones claves. Supervisin de nivel, volumen, caudal OCM de alta precisin. Tres rels combinados con una serie de funciones de control de bomba, alarma y rel. Comunicaciones HART EDD para SIMATIC PDM, AMS Device Manager y comunicador de campo 375/475, ms DTM para FDT (herramientas de dispositivo de campo). Navegador web integrado para programacin local de una interfaz intuitiva basada en web. Dos entradas discretas para el nivel de soporte y las funciones de bloqueo de la bomba. Vistas del perfil de eco y de las tendencias desde la pantalla local. El receptor digital patentado para mejorar el rendimiento en aplicaciones elctricamente ruidosas.

Aplicaciones Supervisin de lquidos, slidos y lodos en procesos pequeos a grandes y depsitos de almacenamiento o aplicaciones exteriores (aire libre). Principalmente aplicaciones para mercados ambientales, de minera/agregados / cemento, alimentos y bebidas y qumico. Las aplicaciones claves de muestra son: pozos hmedos, depsitos, canaletas/vertedores, almacenamiento qumico, almacenamiento de lquidos, tolvas, silos de trituradoras, almacenamiento de slidos secos.

ComunicacionesEl puerto USB y el bloque terminal HART de 4 a 20 mA (nmeros de terminal 22, 23 y 24) estn situados al interior de la caja del aparato.

Conexin por medio del cable USB

Protocolo Conexin Hart

El protocolo de comunicacin HART es mundialmente reconocido como un protocolo estndar de la industria para comunicacin de los instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, basados en microprocesador. El uso de esta tecnologa est creciendo rpidamente y hoy en da prcticamente todos los principales fabricantes del mundo de instrumentacin ofrecen productos con comunicacin HART.El protocolo HARTpermite la superposicin de seal de comunicacin digital a las seales analgicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado. El protocolo HARTproporciona algunos de los beneficios dados por la tecnologaField bus, manteniendo la compatibilidad con la instrumentacin analgica y aprovechando el conocimiento ya dominado sobre los sistemas 4-20mA existentes.

Especificaciones tcnicas de Protocolo Hart

Seales de comunicacinAnalogicas Continuas 4 a 20ma.Digital FSK simultnea con la seal analgica0 Lgico 2200Hz1 Lgico 1200Hz

Tasa de comunicacin digital Modo pregunta / Respuesta 2-3 actualizaciones xsegModo burst 3-4 seg

Estructura del Byte de datos1 byte de inicio 8 bits de datos 1 bite de paridad impar. 1 bite e parada.

Estructura de comandosComandos universales: Comunes a todos los dispositivos.Comandos especficos de dispositivos: Caractersticas de un producto especifico

Integridad de los datos Chequeo de errores bidimensionalInformando de estatus en cada mensaje de respuesta.

VariablesHasta 256 por dispositivos.Formato en coma flotante IEEE 754 (32 bits) con unidades de ingeniera.

Redes de comunicacin HARTLos aparatos HART pueden operar en una o dos configuraciones diferentes de RED:

Comunicacin tipo Multipunto.Uso para aplicaciones con instalaciones de control de supervisin, que tengan equipamientos bastante alejado, tales como tendidos de caera en gasoductos y oleoductos, como tambin en instalaciones en plantas de almacenamiento de combustibles u otros fluidos, o en estaciones de transferencia controlada de fluidos.

Redes de comunicacin HART Comunicacin tipo Punto a Punto: la seal tradicional de 4-20 mA es usada para comunicar una variable de proceso, la seal de comunicacin digital HART le da acceso a variables secundarias y a otras informaciones, que pueden se usadas para propsitos de operacin, mantencin y diagnstico.

Los Beneficios del Protocolo de Comunicacin HART.El Protocolo HART.Permite a los usuarios la mejor opcin de solucin para aprovechar los beneficios de la comunicacin digital para la instrumentacin inteligente. Actualmente ninguna otra tecnologa de comunicacin puede igualar la estructura de soporte o la gran variedad de instrumentos disponibles con la tecnologa HART. La tecnologa permite el uso fcil de los productos compatibles con HARTque estn disponibles en el mercado por la mayora de los fabricantes de instrumentacin y que atienden prcticamente todas las mediciones de proceso o aplicaciones de control.

Capacidad Digital Acceso a todos los parmetros y diagnstico del instrumento. Soporta instrumentosmultivaribles. Estado del instrumento en lnea.Compatibilidad analgica Comunicacin analgica y digital simultnea. Compatible con cableado y equipos 4-20mAya existentes.

Flexibilidad de AplicacinHARTes un protocolo del tipo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solamente responde cuando sea preguntado por un maestro. Dos maestros (primario y secundario) se pueden comunicar con un instrumento esclavo en una rede HART. Los maestros secundarios, como los configuradores porttiles de pueden ser conectados normalmente en cualquier punto de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin provocar problemas en la comunicacin con el maestro primario. El maestro primario es tpicamente un SDCD (Sistema Digital de Control Distribuido), un PLC (Controlador Lgico Programable), un controle central basado en computador o un sistema de monitoreo. En la figura 3 se muestra una instalacin tpica con dos maestros.

Algunos equipos HART incluyen el controlador PID en susalgoritmos, implementando una solucin de control con buena relacin costo-beneficio.