23 elevador

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

“Diseño del sistema mecánico y de control para un elevador de personal de 6 niveles en una plataforma petrolífera”

Tesis

Que para obtener el título de

Ingeniero en Robótica Industrial

Presenta

Hugo Luis Serrano Molina

Directores de tesis

M. en C. Ramón Valdes Martínez

Ing. Carlos Alberto Mendoza Agüero

México D.F. Abril 2013

A mis padres y hermanas

Por todo su apoyo incondicional durante este proceso

A la familia Serrano

Por enseñarme su determinación

A la familia Molina

Por enseñarme la humildad

A Rocío Gutiérrez Manríquez

Por su cariño, su apoyo y por darme muchos motivos para continuar

I

INDICE

JUSTIFICACIÓN XIII

OBJETIVO GENERAL XIII

OBJETIVOS PARTICULARES XIII

INTRODUCCIÓN XIV

CAPITULO 1

1. PLATAFORMAS MARINAS PARA LA EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN

DEL PETRÓLEO EN CAMPOS MEXICANOS 1

1.1 Definición de plataforma marina petrolífera 1

1.2 Tipos de Plataformas Petroleras 2

1.3 Clasificación según su sistema de soporte 2

1.3.1 Estructura móvil 3

1.3.1.1 Plataformas de perforación Jack-up o Autoelevables 3

1.3.1.2 Plataformas Sumergibles (Submergible Rigs) 5

1.3.1.3 Plataformas Semisumergibles y Buques de Perforación

(Drillships) de Posicionamiento Dinámico 6

1.3.1.4 Plataformas Flotantes 8

1.3.1.5 FPSO (Floating production storage & offloading system) 8

1.3.1.6 Plataforma de Pierna Tensionada (TLP - Tension leg

platform) 8

1.3.1.7 Plataformas asistidas por Tenders 9

1.3.2 Estructura Fija 10

1.3.2.1 Plataformas fijas 10

II

1.3.2.2 Distintos tipos de clasificación de las Plataformas fijas 10

1.4 Equipos y materiales instalados en las plataformas 17

1.5 Equipos de protección individual obligatoria 21

1.6 Situación actual en la sonda de Campeche 22

CAPITULO 2

2. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES 26

2.1 Introducción al control de procesos 26

2.2 Historia de la automatización 26

2.3 Objetivos de la automatización 27

2.4 Aplicación de sistemas de control de procesos 28

2.5 Sistemas de control automatizado 28

2.6 PLC 30

2.6.1 Desarrollo de los PLC 32

2.6.2 PLC en comparación con otros sistemas de control 33

2.6.3 Señales Analógicas y digitales 35

2.6.4 Capacidades E/S en los PLC modulares 37

2.6.5 Programación 38

2.6.6 Comunicaciones 40

2.7 Equipamiento y Tecnología de Perforación en Plataformas petroleras 41

2.7.1 Perforación Direccional – Uso de RSS (Rotary Steerable System o

Sistema Rotatorio Dirigido) 41

2.7.2 Capacidades de los sistemas RSS 42

2.7.3. Tecnologías LWD (Logging While Drilling) y MWD (Measuring while

Drilling) para la adquisición de registros durante la perforación 44

2.7.3.1 Measurement While Drilling (MWD) 44

2.7.3.2. Logging While Drilling (LWD) 44

2.7.4 Uso de LWD y MWD 45

2.7.4.1 Direccionamiento de la broca de Perforación 45

III

2.7.4.2 Información en Tiempo Real 46

2.7.5 Aplicaciones de Tecnologías LWD y MWD 46

2.7.6 Beneficios del uso de Tecnologías LWD y MWD 46

CAPITULO 3

3. CONCEPTO DE DISEÑO 49

3.1 Condiciones de diseño 49

3.2 Concepto de diseño 58

3.3 Condiciones Ambientales 58

3.3.1 Temperatura 59

3.3.2 Humedad 59

3.3.3 Corrosión 59

3.3.4 Normas Aplicables 61

3.4 Análisis Eléctrico 64

3.4.1 Armónicos 64

3.4.3 Ruido Eléctrico 65

3.5 Equipo a Instalar 67

3.5.1 Gabinetes 67

3.5.2 PLC 68

3.5.3 Drive 68

3.5.4 Cables 69

3.5.5 Sistema de Paro por Emergencia 70

3.5.6 Calidad de la Energía 70

CAPITULO 4

4. DISEÑO MECÁNICO DEL ELEVADOR POR ELEMENTO FINITO 72

4.1 Análisis por elementos finitos 72

IV

4.1.1 Discretización 73

4.1.2 Aspectos Generales del Método de Elementos Finitos 73

4.1.3 Aplicaciones del Método de Elementos Finitos 75

4.1.4 Introducción a la Notación Matricial 76

4.1.5 El papel de la Computadora en la solución de Matrices 76

4.2 Descripción del modelo para análisis 77

4.2.1 Consideraciones para el diseño 78

4.2.2 Planos de Referencia 79

4.3 Materiales del modelo 79

4.3.1 Materiales y secciones 80

4.4 Modelo geométrico 84

4.5 Asignación de cargas 88

4.6 Desplazamiento de miembros principales 96

CAPITULO 5

5. DISEÑO DE CONTROL DEL ELEVADOR POR MEDIO DE UN PLC 103

5.1 Introducción 103

5.1.1 Interfaces de operación 103

5.1.2 Documentos de referencia 104

5.2 Panel de Inspección 104

5.2.1 Botón de paro de Emergencia 105

5.2.2 Selector de Inspección 105

5.2.3 Botón de Habilitación 105

5.2.4 Botón “SUBIR” 106

5.2.5 Botón “BAJAR” 106

5.3 Botoneras de Llamada 106

5.3.1 Botoneras de los niveles 1 y 6 106

5.3.2 Botoneras de los niveles 2 al 5 107

5.4 Botonera de Cabina 107

V

5.4.1 Botones de Despacho 107

5.4.2 Botón “Abrir puerta” 108

5.4.3 Botón “Cerrar Puerta” 108

5.4.4 Selector de Paro en Cabina 109

5.4.5 Botón de alarma 109

5.4.6 Selector de alumbrado 110

5.4.7 Selector del Ventilador 110

5.4.8 Selector Elevadorista 111

5.5 Operador de puertas 111

5.5.1 Elementos 111

5.5.2 Operación 112

5.5.3 Seguridad del pasajero 113

5.5.4 Velocidad de operación 113

5.5.5 Puertas de Nivel 113

5.6 Seguridad 114

5.6.1 Elementos del Sistema de Control 114

5.6.1.1 Relevador de Control Maestro 114

5.6.2 Interlocks 115

5.6.2.1 Permisivos de Operación 115

5.6.2.2 Permisivos de Temperatura 116

5.6.2.3 Permisivos en Niveles 116

5.6.2.4 Permisivos en Cabina 117

5.7 Operación 117

5.7.1 Elementos del Sistema 117

5.7.2 Operación del Sistema 119

CAPITULO 6

6. ANALISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLA 121

6.1 Introducción 121

VI

6.1.1 Documentos de referencia 121

6.2 Alcance 122

6.2.1 Subsistemas del Elevador 122

6.3 Análisis de subsistemas del Elevador 122

6.3.1 Dispositivos de seguridad 122

6.3.1.1 Requerimientos según norma 123

6.3.1.2 Cumplimiento 123

6.3.1.2.1 Interruptores de Límite 123

6.3.1.2.2 Amortiguadores 125

6.3.1.2.3 Interlock de Puertas 127

6.3.1.2.4 Alarma Sonora 128

6.3.1.2.5 Interruptor Principal 129

6.3.1.2.6 Control Manual Auxiliar 130

6.3.1.2.7 Control de sobre velocidad 131

6.3.1.2.8 Sistema de alumbrado 132

6.3.2 Operador de Puertas 133



6.3.2.2.1 Sensores para abrir puertas 134

6.3.2.2.2 Dispositivo Protección de Apertura de Puertas 135

6.3.2.2.3 Interruptores de Enlace 136

6.3.2.2.4 Apertura Manual en caso de Emergencia 137

6.3.3 Sistema de Control 138



6.3.3.2.1 Automatización del Sistema 139

6.3.3.2.2 Conductores Eléctricos 141

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO 143

VII

Introducción 143

Costo del elevador para pasajeros de seis niveles en una plataforma

petrolera 143

Costos del PLC y accesorios 144

CONCLUSIONES 146

GLOSARIO 147

BIBLIOGRAFÍA 151

ANEXOS 153

- Metodología QFD

- Planos del diseño mecánico y eléctrico

- Diagrama de escalera PLC

VIII

Índice de Figuras

Fig. 1.1 Plataforma tipo Jack-Up “Ensco 102” 5

Fig. 1.2 Pantalla del sistema de posicionamiento dinámico del

buque “Sato Galicia” 7

Fig. 1.3 Plataforma tipo TLP “SeaStar TLP” 9

Fig. 1.4 Plataforma de perforación PP-Maloob-C en traslado hacia el golfo

de México 12

Fig. 1.5 Plataforma Habitacional HA-Zaap-C 13

Fig. 1.6 Plataforma recuperadora de Pozos Akal-To 15

Fig. 1.7 Plataformas y estructuras petroleras según su tipo 17

Fig. 4.1 Diseño del marco de poleas y máquina tractora 79

Fig. 4.2 Ubicación de vigas tipo “T” en estructura 81

Fig. 4.3 Ubicación de vigas tipo “I” en soporte de poleas 81

Fig. 4.4 Ubicación de vigas tipo “I” para base de máquina tractora 82

Fig. 4.5 Ubicación de vigas tipo “T” para cinturón refuerzo de cubo 82

Fig. 4.6 Ubicación de vigas tipo “T” como soporte de placa de piso Nivel 7 83

IX

Fig. 4.7 Ubicación de vigas tipo “T” como columnas del marco estructural 83

Fig. 4.8 Ubicación de viga tipo “I” como unión de vigas para poleas 84

Fig. 4.9 Topología del marco estructural en sala de máquinas 85

Fig. 4.10 Isométrico del marco estructural en sala de máquinas 86

Fig. 4.11 Nodos y soportes de la estructura 87

Fig. 4.12 Grupos de miembros y nodos de la estructura 87

Fig. 4.13 Cargas por peso propio de cada de miembro de la estructura 88

Fig. 4.14 Cargas puntuales de elementos externos a la estructura 89

Fig. 4.15 Momentos generados por cargas puntuales 90

Fig. 4.16 Cargas por peso propio en base de máquina tractora 91

Fig. 4.17 Cargas por peso de piso en la zona de la base de

máquina tractora 91

Fig. 4.18 Momentos generados por esfuerzo de máquina tractora en

funcionamiento 92

Fig. 4.19 Cortantes generados por esfuerzo de máquina tractora en

funcionamiento 92

Fig. 4.20 Momentos generados por peso de carga muerta de

placas de unión 93

X

Fig. 4.21 Cortantes generados por peso de carga muerta de

placas de unión 93

Fig. 4.22 Momentos generados por todos los esfuerzos combinados 94

Fig. 4.23 Cortantes generados por todos los esfuerzos combinados 94

Fig. 4.24 Momentos generados por sobrecarga de los esfuerzos

combinados 95

Fig. 4.25 Cortantes generados por sobrecarga de los esfuerzos

combinados 95

Fig. 4.26 Desplazamiento viga 1 96





Fig. 4.31 Desplazamiento columna 1 99

Fig. 4.32 Desplazamiento soporte piso 1 99



XI


Fig. 4.36 Desplazamiento soporte máquina 1 101

Fig. 4.37 Desplazamiento soporte máquina 2 102

XII

Índice de Tablas

Tabla 1. Grado mínimo de protección 63

Tabla 2. Variaciones de voltaje y frecuencia 66

Tabla 3. Grado de Protección IP 67

Tabla 4. Calibre de cable según su función 69

XIII

JUSTIFICACIÓN

Las plataformas que sirven para albergar al personal que labora en los campos

petroleros costa fuera, requieren de elevadores para carga y personal, el cual

debe satisfacer la demanda de uso, ya que un módulo habitacional puede albergar

a un promedio de 180 personas, las cuales laboran en 3 diferentes turnos, por lo

que un elevador de personal se mantiene en operación prácticamente las 24 horas

del día. Las condiciones climatológicas y de trabajo en las plataformas demanda la

utilización de materiales adecuados a la corrosión, salinidad, y en algunos casos

materiales retardantes al fuego y a prueba de explosión.

El control del elevador debe ser sencillo, confiable y seguro. Para ello utilizaremos

un PLC que programaremos para las secuencias de paradas y seguridad.

OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseño mecánico y de control de un elevador de seis niveles para

personal de una plataforma marina, mediante elemento finito y PLC.

OBJETIVOS PARTICULARES

1. Evitar incidentes y aumentar la seguridad del personal a la hora de viajar en

el elevador, aplicando un sistema de control sencillo y seguro.

2. Tomar en cuenta las fallas más comunes en los elevadores en nuestro

diseño mecánico y de control, para reducirlas o mantenerlas controladas

3. Reducir los costos de mantenimiento, realizado un diseño mecánico eficaz

4. Optimizar la vida útil de los materiales del sistema, realizando una selección

de materiales adecuada para el ambiente donde va a operar el elevador

XIV

INTRODUCCIÓN

Acerca del petróleo es imprescindible saber: cuánto queda en el subsuelo tras

la extracción, dónde y a qué profundidad se localiza, cómo es afectada la

costeabilidad de su extracción por las variaciones de precio en el mercado

exterior, cuáles son sus niveles reales y potenciales de disponibilidad futura, o

cuán importante es el conocimiento de su monto antes de instrumentar toda

política de explotación. Y puesto que la demanda interna de este energético,

así como los montos destinados a la exportación representan flujos constantes,

la exploración oportuna y el descubrimiento de nuevos depósitos de reservas

cobran mayor importancia en las decisiones de la política petrolera y en la

preservación de la industria.

Los programas de trabajo sobre explotación de hidrocarburos no pueden

ponerse en marcha sin antes tener en cuenta las estimaciones sobre los tipos

de reservas disponibles (probadas, probables y potenciales). La elaboración de

estos pronósticos sobre disponibilidad de hidrocarburos involucra una base de

información sumamente confiable, resultante de distintas fases de la exploración:

reconocimiento geológico, interpretación de la información recabada,

prospección geofísica (magnetometría, gravimetría y sismología) y prueba de

análisis a través de la perforación.

La actividad exploratoria realizada por Pemex ha atravesado por distintos

momentos de intensidad, determinados éstos por la evolución de la producción.

Hasta 1970, en tanto el petróleo fue destinado primordialmente a satisfacer el

mercado interno y comenzaron a agotarse los principales yacimientos de la

época de las compañías extranjeras, la exploración no jugó un papel activo en

la política petrolera de Pemex, pues el cociente de la relación

reservas/producción, aunque declinante, había dado un margen de relativa

estabilidad a la explotación. Una vez que hizo crisis el abastecimiento interno

de petrolíferos y que se desató la demanda de éstos a raíz del conflicto árabe-

XV

israelí, el proceso de exploración en México inició una etapa expansiva acorde

con las estrategias de producción adoptadas en respuesta al auge petrolero: a

los importantes descubrimientos de reservas iniciados en 1972-1974 en Chiapas

y Tabasco, siguieron otros tantos en esta región, así como en Chicontepec

(1978), en el mar de Campeche (1979) y recientemente en el norte del país y en

el litoral pacífico.

Este proceso expansivo seguido por la exploración de 1970 a 1985, destacando

las estrategias, acciones e instrumentos puestos en marcha por la

administración de Pemex, así como las fases que involucran a esta actividad y

los campos y regiones donde ésta tiene lugar.

1

CAPITULO 1

1. PLATAFORMAS MARINAS PARA LA EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DEL

PETRÓLEO EN CAMPOS MEXICANOS

1.1 Definición de plataforma marina petrolífera

Se denomina plataforma petrolífera al conjunto de las instalaciones ubicadas en

los mares u océanos para extraer petróleo o gas natural del subsuelo marino.

Entre las tareas que se desarrollan en estas plataformas destacan las operaciones

de taladrar el subsuelo hasta alcanzar la zona donde se encuentra el petróleo o

gas que pueden ser cientos de metros debajo del foso marino.

Estas instalaciones son sumamente complejas y robustas para poder soportar los

enormes embates que reciben del oleaje marino y soportar la maquinaria tan

potente que albergan para poder extraer el petróleo o gas natural del subsuelo

marino.

En toda plataforma petrolífera se combinan gases, líquidos y vapores inflamables,

por lo que es necesario proteger a los trabajadores que hay en las plataformas del

riesgo de explosiones que existen. Tanto en la extracción de gas como de

petróleo, sale mezclada con grandes cantidades de sulfuro de hidrógeno (H2S),

que es el gas más comúnmente encontrado en el sistema de drenaje. A altas

concentraciones de H2S, puede causar daño a los ojos, al sistema nervioso y al

sistema respiratorio. A una concentración de 500 - 1000 ppm, el sistema

respiratorio se paraliza y puede ocurrir la muerte. Este gas es conocido también

con el nombre de ácido sulfhídrico, por lo cual es obligatorio que las plataformas

se construyan previniendo estos riegos y se suministre el equipo necesario para

hacer frente a una emergencia

En los depósitos que hay en las plataformas para almacenar el petróleo y el gas

recogido tienen sus espacios vacíos llenos de gases inertes como nitrógeno, y

gases explosivos como (H2S) y benceno que los convierte en tremendamente

2

peligrosos. Las zonas donde están estos depósitos y otros similares se clasifican

según la peligrosidad del proceso que se realice ahí, y pueden ser áreas

generales o no peligrosas, como los dormitorios, áreas de esparcimiento etc., en

los módulos habitacionales, hasta las áreas clasificadas como peligrosas y/o

explosivas, como por ejemplo la zona de perforación de pozos.

1.2 Tipos de Plataformas Petroleras

La metodología para perforación en plataformas offshore necesita de torres de

perforación flotantes o que puedan ser soportadas por debajo. Estas torres tienen

equipamiento de perforación para llevar adelante todas las funciones similares a

las torres de perforación existentes en tierra, y se distinguen de estas debido a las

operaciones adicionales que se necesitan llevar a cabo por ser offshore.

Debido a su ubicación remota, las plataformas offshore tienen equipamiento

abordo un número de sistemas como el cementero, registros geofísicos, etc. En

resumen, existe una infinidad de servicios específicos abordo como buzos,

mediciones meteorológicas, helipuerto, etc. También se requiere de catering y

alojamiento para los ocupantes de la plataforma, ya que se trabaja durante las 24

horas. Todos estos factores hacen que las plataformas submarinas sean

complejas y sofisticadas, sin embargo los costos de perforar offshore son más

altos que perforar en tierra.

1.3 Clasificación según su sistema de soporte

Estructura móvil

- Plataformas Autoelevables (Jack-ups)

- Plataformas Sumergibles (Sumergible rigs)

- Plataformas Semisumergibles y Buques de perforación (drillships) de

posicionamiento dinámico

3

- Plataformas flotantes

- Plataforma de Pierna Tensionada

Estructura fijas

1.3.1 Estructura móvil

Se emplea de base o soporte para la instalación y operación de un equipo de

perforación o mantenimiento de pozos.

1.3.1.1 Plataformas de perforación Jack-up o Autoelevables

Las plataformas Jack-up son generalmente usadas en profundidades que van

desde los 15 hasta los 100 metros, con un máximo de profundidad de 150 metros.

Estos tipos de plataformas se construyen típicamente en una estructura triangular

de tres patas, y en algunos casos en forma rectangular o distinta forma. Estos

tipos de plataformas son transportadas por un buque carguero pesado de una

ubicación de perforación a la otra, y luego son instaladas en la zona designada

para perforar. Al mover este tipo de plataformas, es necesario asegurarse de las

condiciones climáticas (estado del mar y sus vientos) para que estos no excedan

los parámetros permitidos para poder operarlas.

Existen dos tipos de configuraciones básicas:

1) Tipo de pata independiente: Cada pierna se maneja independiente de la otra.

La pierna penetra la tierra del fondo del mar, y su penetración depende de la

composición de la tierra que va a soportar la plataforma.

4

2) Tipo de pata no independiente: Las piernas de la plataforma asientan su pontón

en el lecho marino. Es el tipo usado para tipos de pisos llanos de hasta 50 metros.

En ambos casos levantan la plataforma dejando un colchón de aire entre el casco

y el nivel de agua

Cada pierna típicamente consiste de tres a seis miembros denominados “chords”.

Estos miembros verticales se adjuntan por sus miembros opuestos, y forman

miembros interconectados entre sí. Las piernas se elevan o se bajan con motores

eléctricos montados sobre el deck principal. Una vez que la plataforma llega al

lugar de perforación, las piernas se bajan al suelo submarino y el casco se eleva

fuera del agua.

Antes de levantar el casco del agua para asegurar las condiciones de trabajo en

escenarios de alto oleaje, se requiere que las piernas penetren los sedimentos

oceánicos.

Si estos sedimentos no están lo suficientemente densos para soportar el gran

peso, es muy probable que una de las piernas empuje para abajo los sedimentos y

hunda la plataforma, causando daños al casco y atentando contra la seguridad del

personal que trabaja en la misma.

Una vez instalada la plataforma, el casco se puede elevar a la altura deseada para

evitar los oleajes del mar. El espacio entre la superficie del mar y el casco se

denomina en inglés “air gap”. Este espacio se calcula, dependiendo del peso

esperado de las olas y el peso de la plataforma.

Clasificación de Jack Up según su capacidad

Livianas: Utilizadas para soportar cargas vivas de hasta unas 1000

toneladas. Generalmente son utilizables en profundidades de hasta unos 20

metros.

5

Semipesados: Utilizadas para soportar cargas vivas de hasta unas 5000

toneladas. Generalmente son utilizables en profundidades de hasta unos 40

metros.

Pesadas: Utilizadas para soportar cargas vivas mayores a 5000 toneladas.

Generalmente son utilizables en profundidades mayores a 40 metros.

Fig. 1.1 Plataforma tipo Jack-Up “Ensco 102”

1.3.1.2 Plataformas Sumergibles (Submergible Rigs)

Estos tipos de plataformas consisten de cascos altos y bajos, conectados por una

red de postes. El equipamiento de perforación se instala en el deck superior,

mientras que el inferior tiene la capacidad de flotar y soportar al deck superior y su

equipamiento. Cuando el agua se bombea en el casco inferior, la plataforma se

sumerge y descansa en la superficie del mar para proveer un lugar de trabajo para

perforar.

6

1.3.1.3 Plataformas Semisumergibles y Buques de Perforación

(Drillships) de Posicionamiento Dinámico

En profundidades mayores a 100 metros comúnmente se utilizan flotadores.

Dentro de esta clasificación podemos incluir a los Buques de perforación

(drillships) y las Plataformas Semisumergibles.

La principal desventaja de las plataformas Semisumergibles es que la capacidad

de almacenar materiales de perforación depende enteramente de la estructura del

semisumergible.

Las plataformas Semisumergibles están compuestas de una estructura con una o

varias cubiertas, apoyada en flotadores sumergidos. Una unidad flotante sufre

movimientos debido a la acción de las olas, corrientes y vientos, lo que puede

damnificar los equipos que van a bajarse por el pozo. Por ello, es imprescindible

que la plataforma permanezca en posición sobre la superficie del mar, que se

encuentran debajo de la superficie. Esta operación es realizada en una lámina de

agua. Los tipos de sistema responsables de la posición de la unidad flotante son

dos: el sistema de anclaje y el sistema de posicionamiento dinámico.

El sistema de anclaje se compone de 8 a 12 anclas y cables y/o cadenas, que

actúan como resortes y producen esfuerzos capaces de restaurar la posición de la

plataforma flotante cuando ésta es modificada por la acción de las olas, vientos y

corrientes marinas.

En el sistema de posicionamiento dinámico o DPS (dynamic positioning system)

no existe una conexión física de la plataforma con el lecho del mar, excepto la de

los equipos de perforación. Los sensores acústicos ubicados en el fondo del mar

envían señales al casco quien recibe señales satelitales para determinar la deriva.

Propulsores en el casco accionados por computadora restauran la posición de la

plataforma automáticamente.

7

Las plataformas Semisumergibles pueden tener o no propulsión propia. De

cualquier forma, presentan una gran movilidad y son las preferidas para la

perforación de pozos exploratorios.

Los buques de perforación o plataforma son buques proyectados para perforar

pozos submarinos. Su torre de perforación está ubicada en el centro del buque,

donde una abertura en el casco permite el paso de la columna de perforación. El

sistema de posición del buque plataforma, compuesto por sensores acústicos,

propulsores y computadoras, anula los efectos del viento, oleaje y corrientes

marinas que tienden a cambiar la posición del buque.

Fig. 1.2 Pantalla del sistema de posicionamiento dinámico del buque “Sato Galicia”

8

1.3.1.4 Plataformas Flotantes

El uso de estas plataformas flotantes trae como ventaja la facilidad de reubicación

y la capacidad de reutilización una vez terminado el trabajo en una zona específica

de explotación. Estos tipos de plataformas deben ser anclados al fondo del mar

(usualmente se usan de 8 a 12 anclas para mantener a la plataforma estable).

1.3.1.5 FPSO (Floating production storage and offloading system)

Son plataformas basadas en buques con o sin capacidad de propulsión. Estas

unidades tienen una alta capacidad de almacenamiento convirtiéndolos en los más

apropiados para su aplicación en ubicaciones aisladas.

1.3.1.6 Plataforma de Pierna Tensionada (TLP - Tension leg

platform)

Esta especialmente construida para su aplicación en aguas profundas, las cuales

pueden extraer crudo desde los 500 metros hasta los 1200 metros de profundidad.

Estas plataformas se construyen a partir de una estructura sumergida con nivel de

explotación constante, esta estructura se mantiene unida al lecho marino por

miembros verticales denominados “tensores”, construidos en tubos de acero y

tensionados por exceso de flotabilidad del casco de la plataforma.

Este tipo de estructura requiere que la instalación de pozos de perforación

(cabezal del pozo) y equipos se tenga que hacer forzosamente en el fondo marino,

implicando mayores riesgo. La operación total de los pozos se realiza a control

remoto desde la superpie por medio de sistemas hidráulicos

9

Fig. 1.3 Plataforma tipo TLP “SeaStar TLP”

1.3.1.7 Plataformas asistidas por Tenders

En regiones donde las condiciones climáticas no son tan severas, es posible usar

plataformas de bajo costo que son diseñadas para soportar solamente la torre de

perforación. El tender contiene equipamiento de perforación como bombas y

comodidades para el personal

Si las condiciones climáticas (vientos, oleajes, etc) fuesen muy duras, se debe

parar la producción debido al excesivo movimiento del tender. Estos tipos de

plataforma son de uso común en el Golfo de Guinea y el Golfo Pérsico donde las

condiciones climáticas son óptimas, y el tiempo de apagado de estas plataformas

ronda el 2% del tiempo total de operación

10

1.3.2 Estructura Fija

1.3.2.1 Plataformas fijas

Pueden ser convencionales o modulares. Son empleadas para profundizar,

reparar o terminar pozos sobre estructuras fijas. Las convencionales operan en

pozos más profundos, y están dotadas de un mástil. Las modulares operan en

pozos poco profundos y consisten en módulos armados con su propia grúa.

Son construidas sobre piernas de acero (Jacket) ancladas al lecho marino, sobre

las que se colocan otros tipos de estructuras como camisas de acero -secciones

verticales de acero tubular- o cajones de hormigón -que permiten el

almacenamiento de combustible bajo la superficie y cuando están vacíos confieren

flotabilidad, motivo por el cual son utilizados para construir estas plataformas cerca

de la costa y hacerlas flotar hasta la posición en que finalmente la plataforma será

anclada-. Tienen una cubierta con espacio para las plataformas de perforación, las

instalaciones de producción y los alojamientos de la tripulación. Este diseño

permite su utilización a muy largo plazo. Las plataformas fijas son

económicamente viables para su instalación en profundidades de hasta unos

1.700 pies (520 m).

1.3.2.2 Distintos tipos de clasificación de las Plataformas fijas

Las plataformas fijas se pueden clasificar

Estructuralmente (Número de piernas estructurales)

Trípodes (Seapony) (3 piernas)

Tetrápodos (Seahorse) (4 piernas)

Octápodos (8 piernas)

Dodecápodos (12 piernas)

11

Tipo de servicio

Perforación

Inyección

Producción

Enlace

Habitacionales

Compresión de Gas

Rebombeo

Telecomunicaciones

Recuperadoras

Quemadoras

De apoyo

Estabilizadoras

Almacenamiento

Es importante conocer a detalle el tipo de servicio que prestará la plataforma en

estudio, ya que este tipo de información marcará lineamientos para su diseño. A

continuación de describe brevemente los servicios que presta una plataforma

marina:

Plataforma de perforación

Este tipo de plataformas debe de contar con los elementos necesarios para poder

realizar la labor de perforación de pozos para la explotación del crudo. Deberá de

contener en su superestructura la dimensiones necesarias y el especio de

maniobra requerida para alojar a la paquetería y torre de perforación, así como las

zonas para el almacenaje de insumos en cantidad suficiente para mantener por

varios días las operaciones de perforación.

12

Fig. 1.4 Plataforma de perforación PP-Maloob-C en traslado hacia el golfo de México

Plataforma de inyección

Este tipo de plataforma tiene la labor de inyección de agua presurizada a las

cavidades donde se encuentra alojado el crudo a manera de mantener o en caso

necesario incrementar la presión interna de los pozos.

Plataforma de producción

Este tipo de sistema tiene como objetivo el manejo, tratamiento y almacenamiento

temporal del producto (crudo, gas, agua y sedimentos) recién extraído para

facilitar su transportación.

Plataforma de enlace

Su función es servir de enlace entre las plataformas perforadoras y productoras

13

recibiendo y reenviando el crudo mediante ductos hacia las plantas de producción

para su separación y trasporte subsiguiente a terminales en mar o tierra.

Plataformas habitacionales

Las plataformas habitacionales soportan módulos de vivienda únicamente, su

función es dar alojo a la mano de otra que se encuentra laborando en ese

complejo. Este tipo de plataformas deben de contar con todos los servicios

básicos necesario para la buena estancia del trabajador contando además con

áreas recreativas.

Fig. 1.5 Plataforma Habitacional HA-Zaap-C

Plataformas de compresión de gas

Su función estructural será la de alojar el equipo necesario para la presurización

del gas proveniente de plantas productoras y reenviarlo a terminales de

almacenamiento del producto.

14

Plataformas de rebombeo

Esta estructura soporta turbo bombas que sirven para reimpulsar el crudo a través

de los largos ductos submarinos.

Plataforma de telecomunicaciones

Su función es soportar la torre y módulo de telecomunicaciones, módulo de

radares, pudiendo desarrollar alguna otra función que no peligre con la tarea de

comunicación.

Plataformas recuperadoras

Esta estructura también son llamadas protectoras de pozos, tienen la función de

proteger a un pozo que se ha perforado con fines exploratorios, también da

protección a la tubería ascendente y a la línea submarina para el envió de los

hidrocarburos.

15

Fig 1.6 Plataforma recuperadora de Pozos Akal-To

Plataformas para quemador

Estas plataformas solo soportan un puente de comunicación que lleva una línea

hacia el quemador, una torre para el quemador y el quemador de gas excedente

que no puede ser aprovechado, producto de la separación de este con el crudo.

Plataformas de apoyo

Cuando los claros a librar entre plataformas con puentes son muy grandes, resulta

necesario contar con un apoyo intermedio en dicho claro. Esta el la única función

de estas plataformas y solo cuentan con una cubierta a una elevación que

depende de la que tengan los puntos a unir.

16

Plataforma estabilizadora de crudo

Esta plataforma tenía como función principal quitar los últimos residuos de gas con

que llega el crudo al cargadero de buque tanques, así como también quitar

algunas impurezas que desprende el aceite crudo al ser sometidos a un proceso

de enfriamiento para ser conducidos por las tuberías submarinas; una vez

procesado el aceite crudo se rebombea a los módulos de medición para su envío

a los barcos ya sea para almacenamiento o envío al exterior.

Plataforma de almacenamiento de diesel

Esta plataforma se encuentra ubicada anexa a la plataforma de rebombeo y es la

encargada de suministrar el combustible diesel para el consumo de los motores de

combustión interna de las turbo bombas

A continuación se presenta una guía para seleccionar la plataforma adecuada,

según la profundidad, condiciones del agua y vientos, así como la representación

gráfica

Metros Tipo de Plataforma

˃ 25 Plataformas sumergibles

˃ 50 y mares calmos Plataformas Autoelevables o Jack-Ups

˃ 15 y ˂ 150 Plataformas Autoelevables o Jack-Ups

˂ 400 Plataformas Fijas

˃ 20 y ˂ 2000 Plataformas semisumergibles / Plataformas de

Pierna Tensionada /Plataformas flotantes

˃ 500 y ˂ 3000 Buques de posicionamiento dinámico / Plataformas

semisumergibles con sistema de posicionamiento

dinámico

17

Áreas con icerbergs Buques de posicionamiento dinámico

Mares con condiciones severas Plataformas semisumergibles

Fig. 1.7 Plataformas y estructuras petroleras según su tipo

1.4 Equipos y materiales instalados en las plataformas

Según sea el tipo de plataforma, su estructura puede variar desde una torre de

perforación y depósitos de crudo hasta estructuras de varios pisos interconectados

por tuberías. Debido a que la extracción del petróleo se realiza en conjunto con la

del gas natural, las plataformas tienen estructuras que permiten separar ambos

fluidos in situ. Las plataformas fijas se autoabastecen de agua potable mediante

desalinización del agua de mar, utilizando el gas natural para generar energía

eléctrica y tratando el agua salada del mar, mientras que los alimentos

perecederos son provistos regularmente por barcos.

Las plataformas auxiliares son utilizadas para el alojamiento, el trabajo

administrativo y algunas labores técnicas menores. Estos módulos pueden contar

con radares y radios para el control del tráfico marítimo.

18

Como medida de seguridad las plataformas que lo requieran cuentan torres

quemadores de gases explosivos que no se pueden aprovechar. El personal de la

plataforma también incluye buzos que se encargan de realizar las reparaciones

submarinas que sean necesarias, a la vez que las tuberías son limpiadas

internamente en forma regular pasando a presión elementos sólidos

1.4.1 Tubería conduit de aluminio libre de cobre y accesorios

Los tubos utilizados en las plataformas marinas son de una aleación de aluminio

libre de cobre que asegura una resistencia adecuada la oxidación tan agresiva que

se presenta en esos ambientes, el uso de estos elementos es para la canalización

de cables de las instalaciones eléctricas de toda la plataforma.

Los tubos desnudos se utilizan por lo general en interiores de la plataforma, y para

las canalizaciones que están en los exteriores, se usa el mismo tipo de tubería a la

cual se le agrega un recubrimiento de PVC.

Al igual que la tubería, los accesorios de conexión están fabricados de la misma

aleación de aluminio, y llevan su propio recubrimiento de PVC en el caso de que

sean para instalaciones en exteriores.

1.4.2 Sellos de protección de líneas de tubería conduit para áreas

clasificadas

En algunas áreas es importante proteger las instalaciones eléctricas contra una

posible propagación de incendios, por lo que los accesorios de instalación

eléctrica tiene la característica de ser a prueba de fuego, es decir, si dentro de

alguna caja de conexiones o tubería se produce una chispa, está o los posibles

gases flamables no entran ni salen de dichos elementos, el diseño robusto de

19

estos accesorios es importante en estos posibles escenarios; en particular, en lo

que se refiere a tuberías, la forma de evitar una propagación de fuego por todo el

circuito es colocando sellos con de fibra y cementos especiales.

1.4.3 Sistema ininterrumpido de energía

Las plataformas siempre tienen su propio sistema de generación de energía, que

puede ser a base de gas natural, sistemas de paneles solares etc., sin embargo es

posible que algún momento suceda un corte de energía, ya sea por mantenimiento

o por desperfectos, por lo cual se debe tener una fuente confiable de energía que

permita hacer frente a estas eventualidades, y esto se asegura instalando un

cuarto de baterías recargables de níquel-cadmio conectado a un sistema

interrumpido de energía que distribuirá la energía generada por las baterías en los

equipos y sistemas de la plataforma que se consideren sean críticos.

1.4.4 Cables

Los cables utilizados en plataformas marinas y barcos son fabricados

específicamente para estas áreas, encontramos toda una gama de aplicaciones,

desde media y baja tensión, hasta alta tensión, control y telecomunicaciones, en

general es necesario que se puedan instalar en conduit, ductos o charolas.

1.4.5 Instrumentación

En general se considera como “Instrumentación” a todo el conjunto de válvulas,

tunería de acero flexible tipo tubing y accesorios de conexión, que nos permiten

monitorear una cantidad considerable de parámetros de los propios procesos de

cada plataforma.

20

1.4.6 Equipos de izaje

El trabajo dentro de las plataformas demanda equipos de izaje tales como:

malacates, polipastos y grúas, que pueden ser mecánicas o eléctricas, los cuales

sirven para levantar y manipular cargas de embarcaciones o para el propio trabajo

dentro de la instalación marina.

1.4.7 Sistema rectificador de energía

Es importante contar con un equipo que nos proporcione una energía eléctrica sin

picos, de la cual se alimentan todos los sistemas de una plataforma, y así

aseguramos su correcto funcionamiento.

Estos sistemas rectificadores deben estar diseñados para operar en ambientes

altamente salimos y corrosivos, también las tarjetas electrónicas deben estar

protegidas para iguales condiciones.

1.4.8 Muro contra incendio

Los muros contra incendio aíslan zonas especificas de las plataformas donde

existe un riesgo potencial de incendio o explosión, esto con el objetivo de evitar

que se propague el incendio a zonas vecinas y al mismo tiempo se protejen zonas

vulnerables.

El muro se fabrica en módulos que se una entre si, y el propio diseño de los

módulos no permite el paso de tuberías o que sean barrenadas, asegurando sellar

el área de trabajo.

21

Estos elementos tienen la capacidad de resistir temperaturas cercanas a 1150ºc,

generadas por fuegos de hidrocarburos durante un periodo mínimo de dos horas

sin presentar cambios en su estabilidad e integridad.

1.4.9 Detectores, estaciones y alarmas

El objetivo principal de estos detectores y alarmas es proteger a las instalaciones y

sobre todo al personal que labora en la plataforma, mediante la interconexión y

monitoreo del equipo de seguridad colocado en todas las áreas de trabajo, como

son detectores, alarmas preventivas, alarmas auditivas; para que el personal tome

las acciones correspondientes.

1.5 Equipos de protección individual obligatoria

Con el objeto de garantizar su seguridad y el cumplimiento de la legalidad en

relación con la salud laboral los trabajadores que operan en las plataformas

petrolíferas deben estar equipados con equipos de protección individual

adecuados y homologados dada la alta peligrosidad que hay en ese entorno de

trabajo por el peligro potencial de incendio y explosión que existe y la

contaminación con sustancias químicas peligrosas.

El equipo de trabajo habitual consiste en usar los siguientes elementos

protectores:

Ropa de protección antisalpicaduras, para proteger la piel del contacto con

sustancias nocivas.

Cascos en la cabeza para protegerles de objetos que se puedan caer,

además necesitan una protección contra líquidos en su cabeza.

22

Equipos portátiles y estacionarios para la detección de gases en el

ambiente que pudiesen ocasionar alguna lesión respiratoria o explosión.

Equipos respiratorios autónomos para protegerse de contaminaciones de

atmósferas no respirables y de equipos autónomos de evacuación.

Gafas adecuadas de protección ocular.

Calzado de seguridad adecuado, que consiste en una bota cerrada con la

punta metálica.

1.6 Situación actual en la sonda de Campeche

En la Sonda de Campeche, México tiene alrededor de 149 plataformas marítimas

en las que viven permanentemente –rotándose- un promedio de 5 mil personas;

con frecuencia las instalaciones son verdaderos conjuntos modulares de varias

plataformas, una principal y otras satélites, unidas por gigantescas tuberías que a

la vez que sirven de estructuras para los puentes colgantes.

La mayor parte de las plataformas marítimas tienen la función de extraer petróleo

crudo y gas natural, que invariablemente surgen combinados. En algunos pozos

predomina el crudo, pero siempre con algún porcentaje de gas; en otros, la

composición es inversa. Esta característica geológica obliga a separar en las

instalaciones oceánicas ambos tipos de hidrocarburos, para luego bombearlos

hacia tierra firme, pues tienen dos destinos perfectamente diferenciados: el gas se

concentra en la planta de rebombeo de Atasta, Campeche, y el crudo en el puerto

tabasqueño de Dos Bocas, construido ex profeso.

La seguridad es un elemento fundamental en la Sonda de Campeche: hay barcos

bombas que lanzan cortinas de agua para impedir la transmisión del calor de

algunos mecheros hacia las plataformas más cercanas; tales mecheros (que

también tienen los pozos terrestres) a los profanos nos parecen un perenne

desperdicio de combustible que se quema sin ningún provecho, pero lo cierto es

23

que son elementos básicos de seguridad, pues vienen a hacer las veces de los

"pilotos" de cualquier estufa doméstica: en lugar de que se acumulen desechos

gaseosos explosivos, se queman de inmediato gracias a ese mecanismo. Las

tuberías se limpian periódicamente, ¡por dentro!, haciendo pasar elementos

sólidos a presión. Hay un equipo de buzos para reparaciones bajo el mar.

En Ciudad del Carmen opera un moderno helipuerto con capacidad para 40

aparatos de turbina, y más que una instalación de nuestra industria petrolera

parece una gran terminal aérea pública, con alegre bullicio y movimiento

permanente.

Las estructuras petroleras en la Sonda de Campeche son una contundente prueba

del nivel que ha alcanzado la tecnología mexicana en esta materia, la cual incluso

se exporta a otros países.

A pesar de la inevitable declinación de Cantarell, que fuera el mayor yacimiento

marino del mundo y primer productor de crudo en el mar por muchos años, la

sonda de Campeche se mantendrá como un área fundamental de los esfuerzos

exploratorios y de producción de Petróleos Mexicanos (Pemex) durante los

próximos años, informó la paraestatal.

Sólo a Cantarell se destinan este año 27 mil 800 millones de pesos para

incrementar a 48 por ciento “el factor de recuperación del yacimiento”, a la par de

que en la sonda de Campeche se localiza también Ku-Maloob-Zaap, hoy el mayor

yacimiento del país, con una aportación de 31 por ciento de la producción nacional

de crudo.

La historia de la producción de hidrocarburos en la sonda de Campeche, dijo, no

acaba después de 30 años de explotación en los que esta región aportó 72 por

ciento de la producción total de crudo en México y 2.7 por ciento de la producción

mundial. Tres décadas, documentó, en las que se enviaron diariamente al exterior

un millón 479 mil barriles de petróleo crudo, “lo que generó divisas para el país por

más de 430 mil millones de dólares”.

24

Parte de las inversiones que se llevan a cabo en Cantarell se dirigen a elevar el

aprovechamiento de gas, con el objetivo de recuperar 97 por ciento de este

combustible en diciembre de 2009, “para alcanzar el estándar internacional de 98

por ciento durante 2010”.

Por lo que respecta a Ku-Maloob-Zaap, la paraestatal informó que este yacimiento

alcanzó una producción de 809 mil barriles diarios en mayo pasado, con la cual

aporta 31 por ciento de la producción nacional y contribuye a compensar la

inevitable declinación de Cantarell.

Explicó que a partir de 2004 en que la producción de Cantarell se ha reducido de

manera sostenida, la correspondiente a otros campos ha crecido. Sin revelar la

base de comparación, apuntó que entre 2005 y 2006 la producción de Cantarell se

redujo 27 por ciento, en tanto que la de otros campos aumentó 31 por ciento.

Luego, entre 2007 y principios de 2009, Cantarell disminuyó 51 por ciento,

mientras que la producción de otras zonas se incrementó 17 por ciento. Desde

2012, se anticipa una estabilización en la declinación de Cantarell y se prevé una

producción creciente, aunque a ritmos moderados, de otros yacimientos del país.

Como parte de las nuevas estrategias energéticas nacionales, Pemex tiene como

proyecto estratégico, la inversión en aguas profundas, y ya se ha podido identificar

y mapear siete provincias petroleras en aguas profundas del Golfo de México,

denominadas: Cinturón Plegado Perdido, Provincia Salina del Bravo, Cordilleras

Mexicanas, Planicie Abisal, Cinturón Plegado de Catemaco, Provincia Salina del

Istmo y Escarpe de Campeche. De estas, Pemex Exploración y Producción ha

enfocado sus esfuerzos primordialmente en seis provincias de las cuales, en tres

ha logrado probar directamente la presencia de potenciales importantes para la

producción de crudo y gas.

También se ha confirmado el potencial del área denominada Coatzacoalcos

Profundo, donde se localiza Lakach bajo un tirante de agua de 988 metros.

Actualmente, se está en proceso de diseño el programa de explotación del

proyecto.

Uno de los retos más importantes para la Industria Petrolera Mexicana y,

específicamente de Pemex Exploración y Producción, es incrementar el

25

aprovechamiento de gas amargo contribuyendo al mismo tiempo con la

disminución del envío de este hidrocarburo a la atmósfera, por lo que, el Activo de

Producción Cantarell licitará un servicio integral de compresión, el cual es parte de

las estrategias del Plan Rector de Manejo de Gas de la Región Marina Noreste.

El servicio integral de compresión tendrá la capacidad de manejar, para su

inyección al yacimiento, el alto contenido del gas asociado al aceite, contribuyendo

al mantenimiento de presión del yacimiento y maximizando la explotación de

hidrocarburos.

El servicio integral de compresión será único en su tipo, ya que operará con una

capacidad de 200 mmpcd instalado en una plataforma Autoelevable (Jack-up) el

cual se interconectará a instalaciones marinas del Activo de Producción Cantarell,

que se ubica en la Sonda de Campeche, brindando la flexibilidad de reubicarse en

las diferentes instalaciones marinas conforme a las estrategias operativas.

26

CAPITULO 2

2. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

2.1 Introducción al control de procesos

Resulta conveniente utilizar la definición, en principio, del término del concepto de

Automatización que realiza la Real Academia de la Lengua Española: Automática

es la disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la

sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una

tarea física o mental previamente programada.

Otra definición dada por el Diccionario de la Lengua Española, en su edición de

1996, dice que la Automática se define como la Ciencia que trata de sustituir en un

proceso el operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos. Ambas

definiciones implican la idea de la automatización de las tareas desarrolladas por

el hombre.

Desde el punto de vista de la metodología, la Automatización ofrece tanto las

técnicas como los procedimientos de análisis y diseño sobre los sistemas

evolutivos con el tiempo. El ámbito de esta disciplina tiene como objetivo predecir

y controlar de la mejor manera los procesos productivos. Estos beneficios se

transforman en una optimización de los procesos, así como en la eliminación de

las tareas repetitivas, peligrosas efectuadas por los humanos.

2.2 Historia de la automatización.

El origen se remonta a los años 1750, cuando surge la revolución industrial.

1745: Máquinas de tejido controladas por tarjetas perforadas.

27

1817-1870: Máquinas especiales para corte de metal.

1863: Primer piano automático, inventado por M. Fourneaux.

1856-1890: Sir Joseph Whitworth enfatiza la necesidad de piezas intercambiables.

1870: Primer torno automático, inventado por Christopher Spencer.

1940: Surgen los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas

de corte automáticas.

1945-1948: John Parsons comienza investigación sobre control numérico.

1960-1972: Se desarrollan técnicas de control numérico directo y manufactura

computadorizada

2.3 Objetivos de la automatización

Integrar varios aspectos de las operaciones de manufactura para:

Mejorar la calidad y uniformidad del producto

Minimizar el esfuerzo y los tiempos de producción.

Mejorar la productividad reduciendo los costos de manufactura mediante un

mejor control de la producción.

Mejorar la calidad mediante procesos repetitivos.

Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error

humano.

Reducir el daño en las piezas que resultaría del manejo manual.

Aumentar la seguridad para el personal.

Ahorrar área en la planta haciendo más eficiente:

El arreglo de las máquinas

El flujo de material

Para la automatización de procesos, se desarrollaron máquinas operadas con

Controles Programables (PLC), actualmente de gran ampliación en industrias

como la textil y la alimentación.

28

2.4 Aplicación de sistemas de control de procesos

Los sistemas de control tienen como objetivo que las señales de salida sean

capaces de ser gobernadas por las directrices marcadas por las señales de

entrada con independencia de las perturbaciones.

El control automático de la dirección de un coche. La entrada sería el volante del

conductor, la salida la dirección del automóvil y las perturbaciones las

inclemencias del tiempo o las irregularidades del asfalto. El objetivo del sistema de

control será que la dirección del vehículo siga los deseos del conductor.

El control automático sobre la climatización de un hogar. El termostato servirá para

que el usuario ponga la temperatura deseada (entrada), la temperatura de las

habitaciones será las salidas y las perdidas de calor por transmisión o las

aperturas de las ventas las perturbaciones. El objetivo será que las temperaturas

de las habitaciones se mantengan al valor deseado.

En el control automático de unos paneles solares, para la maximización del

rendimiento energético, éstos deberán de seguir la trayectoria del Sol. Por lo tanto,

el sistema de control deberá de tener unos transductores que permitan localizar la

posición del Sol (entrada) y gobernarán el sistema de posicionamiento de los

paneles (salida), independientemente de la velocidad del aire y de otras posibles

perturbaciones.

2.5 Sistemas de control automatizado

Como se acaba de comentar, los sistemas de control automático se caracterizan

por el control de las variables de salida a través de las variables de entrada, con

29

independencia de las perturbaciones que ataquen al sistema. Aunque parezca una

reducción drástica del dominio de trabajo, hay muchas aplicaciones cotidianas que

emplean este conocimiento. Por ejemplo, el acelerador de un automóvil (la señal

de mando) y la velocidad del vehículo o el botón de volumen de un amplificador y

la potencia de la onda sonora.

Los sistemas de control automático se clasifican en aquellos que procesan la

información en serie o en cadena cerrada. Los primeros actúan sobre la planta o el

proceso, sin considerar el valor de la señal de salida, esto es, la salida no se

compara con la entrada. Hay una gran variedad de ejemplos de esta forma de

trabajar. La luz de una escalera de un edificio de departamentos; cuando un

vecino llega a su puerta y presiona el botón de encendido de la luz de escalera,

éstas estarán encendidas durante un tiempo determinado y no considerará que la

persona haya llegado o no a la puerta de su casa.

Los sistemas de control en serie se basan en temporizaciones y en un

conocimiento exacto entre la entrada y la salida, sin ninguna consideración sobre

las posibles perturbaciones internas o externas. El ruido o perturbación sobre

estos equipos de control provocarán que no se realice la tarea deseada.

En los sistemas de control en cadena cerrada, la señal de salida se compara con

la entrada para obtener la señal de error, la cual actúa sobre la planta. Esta

característica hace que este tipo de regulación sea más insensible a las

perturbaciones. Por ejemplo, si en una casa, su sistema de calefacción depende

sólo del encendido o apagado manual, esto es, control en serie, la temperatura de

las habitaciones dependerá del tiempo de conexión de la caldera y de las perdidas

producidas por la transmisión del calor, alcanzado valores quizás no deseados. En

cambio, al emplear un termostato, el sistema de control retroalimentado apagará

automáticamente la calefacción cuando alcance la temperatura deseada y volverá

a conectarla cuando descienda ésta, atendiendo a las posibles perturbaciones

(aperturas de ventanas o puertas, número de personas, perdidas por conducción,

30

etc.). Obsérvese que se ha empleado el término retroalimentado, que se entienden

como sinónimos la retroalimentación con el lazo cerrado o cadena cerrada.

La retroalimentación no sólo está presente en las ramas de la ingeniería sino

también en gran multitud de las aplicaciones de la vida cotidiana. Por ejemplo, se

podría citar, el seguimiento de las trayectorias a partir del sentido de la vista, las

acciones meteorológicas para el control de la temperatura de la Tierra, la

regulación de los precios en el mercado, etc.

Pero no todo son ventajas. Los sistemas retroalimentados tienden a ser

inestables, lo que dificulta su diseño, mientras en serie resulta más fácil de

desarrollar por que la estabilidad no está tan comprometida. El concepto de

inestabilidad o de estabilidad está relacionado con la capacidad de que un sistema

de control sea capaz de seguir la señal de entrada sin perder el control de éste.

Un ejemplo práctico, los sistemas de control de una aeronave deben de garantizar

la estabilidad de ésta ante las órdenes dadas por el piloto y con independencias

de las perturbaciones que sufra el avión. Es fácil de suponer lo que pasaría si el

sistema de control del avión fuese inestable.

La complejidad de los sistemas en cadena cerrada respecto a los de en serie,

implica que su realización física sea más costosa, al aumentar el número de

subsistemas que son necesarios de construir.

En términos generales, los proyectos de control están definidos tanto por etapas

con procesamiento de la señal en serie, como otros en cadena cerrada, trabajando

todos ellos en el cumplimiento de los objetivos de control definidos.

2.6 PLC.

Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos

electrónicos muy usados en Automatización Industrial. PLC = Es un hardware

31

industrial, que se utiliza para la obtención de datos. Una vez obtenidos, los pasa a

través de bus (por ejemplo por ethernet) en un servidor.

Su historia se remonta a finales de la década de 1960 cuando la industria buscó

en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar

los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y

otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de

lógica combinacional.

Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas,

plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones

aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales

como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras

en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de

control distribuido.

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son

el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de

instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes

más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples

diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más

reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés

Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas

funciones conectados entre sí.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los

más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos,

bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como

manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de

32

comunicación multiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros

dispositivos.

2.6.1 Desarrollo de los PLC

Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización

de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick

Morley. Antes de los PLC, el control, las secuenciación, y la lógica para la

manufactura de automóviles era realizada utilizando relés, contadores, y

controladores dedicados. El proceso para actualizar dichas instalaciones en la

industria año tras año era muy costoso y consumía mucho tiempo, y los sistemas

basados en relés tenían que ser recableados por electricistas especializados. En

1968 GM Hydramatic (la división de transmisiones automáticas de General

Motors) ofertó un concurso para una propuesta del reemplazo electrónico de los

sistemas cableados.

La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets. El

primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de

Bedford Associates. Bedford Associates creo una nueva compañía dedicada al

desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon

(MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular). Una de las personas

que trabajo en ese proyecto fue Dick Morley, el que es considerado como "padre"

del PLC. La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould Electronics, y

posteriormente adquirida por la compañía Alemana AEG y más tarde por

Schneider Electric, el actual dueño.

Uno de los primeros modelos 084 que se construyeron se encuentra mostrado en

la sede de Modicon en el Norte de Andover, Masachusets. Fue regalado a

Modicon por GM, cuando la unidad fue retirada tras casi veinte años de servicio

ininterrumpido.

33

La industria automotriz es todavía una de las más grandes usuarias de PLC, y

Modicon todavía numera algunos de sus modelos de controladores con la

terminación ochenta y cuatro. Los PLC son utilizados en muchas diferentes

industrias y máquinas tales como máquinas de empaquetado y de

semiconductores. Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo,

Honeywell, Siemens, Trend Controls, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-

Bradley), General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita),

Mitsubishi e Isi Matrix machines. Tambien existe un rango de PLCs fabricados

para aplicaciones en automotores, embarcaciones, ambulancias y sistemas

moviles para el mercado internacional de SCM International,Inc.

2.6.2 PLC en comparación con otros sistemas de control

Los PLC están adaptados para un amplio rango de tareas de automatización.

Estos son típicos en procesos industriales en la manufactura donde el costo de

desarrollo y mantenimiento de un sistema de automatización es relativamente alto

contra el coste de la automatización, y donde van a existir cambios en el sistema

durante toda su vida operacional. Los PLC contienen todo lo necesario para

manejar altas cargas de potencia; se requiere poco diseño eléctrico y el problema

de diseño se centra en expresar las operaciones y secuencias en la lógica de

escalera (o diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC son normalmente

hechos a la medida del sistema, por lo que el costo del PLC es bajo comparado

con el costo de la contratación del diseñador para un diseño específico que solo

se va a usar una sola vez. Por otro lado, en caso de productos de alta producción,

los sistemas de control a medida se amortizan por sí solos rápidamente debido al

ahorro en los componentes, lo que provoca que pueda ser una buena elección en

vez de una solución "genérica".

34

Sin embargo, debe ser notado que algunos PLC ya no tienen un precio alto. Los

PLC actuales tienen todas las capacidades por algunos cientos de dólares.

Diferentes técnicas son utilizadas para un alto volumen o una simple tarea de

automatización, Por ejemplo, una lavadora de uso doméstico puede ser controlada

por un temporizador a levas electromecánico costando algunos cuantos dólares en

cantidades de producción.

Un diseño basado en un microcontrolador puede ser apropiado donde cientos o

miles de unidades deben ser producidas y entonces el coste de desarrollo (diseño

de fuentes de alimentación y equipo de entradas y salidas) puede ser dividido en

muchas ventas, donde el usuario final no tiene necesidad de alterar el control.

Aplicaciones automotrices son un ejemplo, millones de unidades son vendidas

cada año, y pocos usuarios finales alteran la programación de estos controladores.

(Sin embargo, algunos vehículos especiales como son camiones de pasajeros

para tránsito urbano utilizan PLC en vez de controladores de diseño propio, debido

a que los volúmenes son pequeños y el desarrollo no sería económico.)

Algunos procesos de control complejos, como los que son utilizados en la industria

química, pueden requerir algoritmos y características más allá de la capacidad de

PLC de alto nivel. Controladores de alta velocidad también requieren de

soluciones a medida; por ejemplo, controles para aviones.

Los PLC pueden incluir lógica para implementar bucles analógicos, “proporcional,

integral y derivadas” o un controlador PID. Un bucle PID podría ser usado para

controlar la temperatura de procesos de fabricación, por ejemplo. Históricamente,

los PLC’s fueron configurados generalmente con solo unos pocos bucles de

control analógico y en donde los procesos requieren cientos o miles de bucles, un

Sistema de Control Distribuido (DCS) se encarga. Sin embargo, los PLC se han

vuelto más poderosos, y las diferencias entre las aplicaciones entre DCS y PLC

han quedado menos claras.

35

Resumiendo, los campos de aplicación de un PLC o autómata programable en

procesos industriales son: cuando hay un espacio reducido, cuando los procesos

de producción son cambiantes periódicamente, cuando hay procesos

secuenciales, cuando la maquinaria de procesos es variable, cuando las

instalaciones son de procesos complejos y amplios, cuando el chequeo de

programación se centraliza en partes del proceso. Sus aplicaciones generales son

las siguientes: maniobra de máquinas, maniobra de instalaciones y señalización y

control.

2.6.3 Señales Analógicas y digitales

Las señales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente una

señal de On/Off (1 ó 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los botones e

interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta.

Las señales discretas son enviadas usando la tensión o la intensidad, donde un

rango especifico corresponderá al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar

24V de voltaje continuo en la E/S donde valores superiores a 22V representan un

On, y valores inferiores a 2V representan Off. Inicialmente los PLC solo tenían E/S

discretas.

Las señales analógicas son como controles de volúmenes, con un rango de

valores entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con valores

enteros por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo o

del número de bits disponibles para almacenar los datos. Presión, temperatura,

flujo, y peso son normalmente representados por señales analógicas. Las señales

analógicas pueden usar tensión o intensidad con una magnitud proporcional al

valor de la señal que procesamos. Por ejemplo, una entrada de 4-20 mA ó 0-10 V

será convertida en enteros comprendidos entre 0-32767.

36

Las entradas de intensidad son menos sensibles al ruido eléctrico (como por

ejemplo el arranque de un motor eléctrico) que las entradas de tensión.

Como ejemplo, las necesidades de una instalación que almacena agua en un

tanque. El agua llega al tanque desde otro sistema, y como necesidad a nuestro

ejemplo, el sistema debe controlar el nivel del agua del tanque.

Usando solo señales digitales, el PLC tiene 2 entradas digitales de dos

interruptores del tanque (tanque lleno o tanque vacío). El PLC usa la salida digital

para abrir o cerrar una válvula que controla el llenado del tanque.

Si los dos interruptores están apagados o solo el de “tanque vacío” esta

encendido, el PLC abrirá la válvula para dejar entrar agua. Si solo el de “tanque

lleno” esta encendido, la válvula se cerrara. Si ambos interruptores están

encendidos sería una señal de que algo va mal con uno de los dos interruptores,

porque el tanque no puede estar lleno y vacío a la vez. El uso de dos interruptores

previene situaciones de pánico donde cualquier uso del agua activa la bomba

durante un pequeño espacio de tiempo causando que el sistema se desgaste más

rápidamente. Así también se evita poner otro PLC para controlar el nivel medio del

agua.

Un sistema analógico podría usar una báscula que pese el tanque, y una válvula

ajustable. El PLC podría usar un PID para controlar la apertura de la válvula. La

báscula está conectada a una entrada analógica y la válvula a una salida

analógica. El sistema llena el tanque rápidamente cuando hay poca agua en el

tanque. Si el nivel del agua baja rápidamente, la válvula se abrirá todo lo que se

pueda, si el caso es que el nivel del agua está cerca del tope máximo, la válvula

estará poco abierta para que entre el agua lentamente y no se pase de este nivel.

Con este diseño del sistema, la válvula puede desgastarse muy rápidamente, por

eso, los técnicos ajustan unos valores que permiten que la válvula solo se abra en

37

unos determinados valores y reduzca su uso.

Un sistema real podría combinar ambos diseños, usando entradas digitales para

controlar el vaciado y llenado total del tanque y el sensor de peso para

optimizarlos.

2.6.4 Capacidades E/S en los PLC modulares

Los PLC modulares tienen un limitado número de conexiones para la entrada y la

salida. Normalmente, hay disponibles ampliaciones si el modelo base no tiene

suficientes puertos E/S.

Los PLC con forma de rack tienen módulos con procesadores y con módulos de

E/S separados y opcionales, que pueden llegar a ocupar varios racks. A menudo

hay miles de entradas y salidas, tanto analógicas como digitales. A veces, se usa

un puerto serie especial de E/S que se usa para que algunos racks puedan estar

colocados a larga distancia del procesador, reduciendo el coste de cables en

grandes empresas. Algunos de los PLC actuales pueden comunicarse mediante

un amplio tipo de comunicaciones incluidas RS-485, coaxial, e incluso Ethernet

para el control de las entradas salidas con redes a velocidades de 100 Mbps.

Los PLC usados en grandes sistemas de E/S tienen comunicaciones P2P entre

los procesadores. Esto permite separar partes de un proceso complejo para tener

controles individuales mientras se permita a los subsistemas comunicarse

mediante links. Estos links son usados a menudo por dispositivos de Interfaz de

usuario (HMI) como keypads o estaciones de trabajo basados en ordenadores

personales.

El número medio de entradas de un PLC es 3 veces el de salidas, tanto en

analógico como en digital. Las entradas “extra” vienen de la necesidad de tener

38

métodos redundantes para controlar apropiadamente los dispositivos, y de

necesitar siempre mas controles de entrada para satisfacer la realimentación de

los dispositivos conectados.

2.6.5 Programación

Los primeros PLC, en la primera mitad de los 80, eran programados usando

sistemas de programación propietarios o terminales de programación

especializados, que a menudo tenían teclas de funciones dedicadas que

representaban los elementos lógicos de los programas de PLC. Los programas

eran guardados en cintas. Más recientemente, los programas PLC son escritos en

aplicaciones especiales en un ordenador, y luego son descargados directamente

mediante un cable o una red al PLC. Los PLC viejos usan una memoria no volátil

(magnetic core memory) pero ahora los programas son guardados en una RAM

con batería propia o en otros sistemas de memoria no volátil como las memoria

flash.

Los primeros PLC fueron diseñados para ser usados por electricistas que podían

aprender a programar los PLC en el trabajo. Estos PLC eran programados con

“lógica de escalera” ("ladder logic"). Los PLC modernos pueden ser programados

de muchas formas, desde la lógica de escalera hasta lenguajes de programación

tradicionales como el BASIC o C. Otro método es usar la Lógica de Estados (State

Logic), un lenguaje de programación de alto nivel diseñado para programas PLC

basándose en los diagramas de transición de estados.

Recientemente, el estándar internacional IEC 61131-3 se está volviendo muy

popular. IEC 61131-3 define cinco lenguajes de programación para los sistemas

de control programables: FBD (Function block diagram), LD (Ladder diagram), ST

(Structured text, similar al Lenguaje de programación Pascal), IL (Instruction list) y

SFC (Sequential function chart).

39

Mientras que los conceptos fundamentales de la programación del PLC son

comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento E/S, la

organización de la memoria y el conjunto de instrucciones hace que los programas

de los PLC nunca se puedan usar entre diversos fabricantes. Incluso dentro de la

misma línea de productos de un solo fabricante, diversos modelos pueden no ser

directamente compatibles.

La estructura básica de cualquier autómata programable es:

Fuente de alimentación: convierte la tensión de la red, 110 ó 220V ac a baja

tensión de cc (24V por ejemplo) que es la que se utiliza como tensión de trabajo

en los circuitos electrónicos que forma el autómata.

CPU: la Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Es el

encargado de recibir órdenes del operario a través de la consola de programación

y el módulo de entradas. Después las procesa para enviar respuestas al módulo

de salidas.

Módulo de entradas: aquí se unen eléctricamente los captadores (interruptores,

finales de carrera...). La información que recibe la envía al CPU para ser

procesada según la programación. Hay 2 tipos de captadores conectables al

módulo de entradas: los pasivos y los activos.

Módulo de salida: es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas

de contactores, motores pequeños...). La información enviada por las entradas a la

CPU, cuando está procesada se envía al módulo de salidas para que estas sean

activadas (también los actuadores que están conectados a ellas). Hay 3 módulos

de salidas según el proceso a controlar por el autómata: relés, triac y transistores.

40

Terminal de programación: la terminal o consola de programación es el que

permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son la transferéncia y

modificación de programas, la verificación de la programación y la información del

funcionamiento de los procesos.

Periféricos: ellos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata

pero sí que facilitan la labor del operario.

2.6.6 Comunicaciones

Las formas como los PLC intercambian datos con otros dispositivos son muy

variadas. Típicamente un PLC puede tener integrado puertos de comunicaciones

seriales que pueden cumplir con distintos estándares de acuerdo al fabricante.

Estos puertos pueden ser de los siguientes tipos:

RS-232

RS-485

RS-422

Ethernet

Sobre estos tipos de puertos de hardware las comunicaciones se establecen

utilizando algún tipo de protocolo o lenguaje de comunicaciones. En esencia un

protocolo de comunicaciones define la manera como los datos son empaquetados

para su transmisión y como son codificados. De estos protocolos los más

conocidos son:

Modbus

Bus CAN

Profibus

Devicenet

41

Controlnet

Ethernet I/P

Muchos fabricantes además ofrecen distintas maneras de comunicar sus PLC con

el mundo exterior mediante esquemas de hardware y software protegidos por

patentes y leyes de derecho de autor.

Ejemplos de aplicaciones generales:

Maniobra de máquinas

Maquinaria industrial de plástico

Máquinas transfer

Maquinaria de embalajes

Maniobra de instalaciones:

Instalación de aire acondicionado, calefacción...

Instalaciones de seguridad

Señalización y control:

Chequeo de programas

Señalización del estado de procesos

2.7 Equipamiento y Tecnología de Perforación en Plataformas petroleras

Actualmente ya se aplican sistemas automáticos de control en los procesos de

perforación costa fuera, un par de ejemplos se mencionan a continuación.

2.7.1 Perforación Direccional - Uso de RSS (Rotary Steerable System o

Sistema Rotatorio Dirigido)

El sistema RSS (también conocido como Sistema de Rotación Dirigido) representa

un enfoque completamente nuevo de la perforación de pozos petroleros,

42

proporcionando velocidades de perforación sin precedentes y hasta un 20% de

reducción en tiempos no productivos (NPT o Non-productive times).

El RSS dirige con precisión el pozo al rotar el ángulo de perforación mientras que

la tasa de construcción y dirección de la herramienta puede ser ajustada mientras

se perfora, haciendo que el sistema sea virtualmente invisible a la operación de

perforación.

El servicio del RSS proporciona direccionamiento continuo en la broca y

evaluación de formación en tiempo real para entregarnos un cálculo exacto de la

posición del pozo.

Esta tecnología está completamente integrada con sistemas LWD (Logging while

drilling) de administración de información de equipo para proporcionar un paquete

completo de perforación y evaluación de formación en tiempo real.

El sistema RSS minimiza los comportamientos no constructivos de las brocas que

son ocasionados por brocas de corte lateral de calibre corto. Ayuda a incrementar

la profundidad diaria perforada, elimina el espiralamiento del hoyo y mejora el

control direccional, permitiendo una colocación más precisa del pozo mientras

aumenta la eficiencia y la velocidad debido a la limpieza mejorada del hueco,

corridas de revestimiento más fáciles, menos viajes cortos y reducción del tiempo

requerido para perforar un pozo.

Resumiendo, el servicio RSS es una tecnología de rotación dirigida que logra una

perforación más rápida, sin deslizamiento (sliding), un verdadero control sobre la

marcha, una mayor capacidad direccional y grandes ahorros en tiempo de equipo.

2.7.2 Capacidades de los sistemas RSS:

• Advertencia temprana de la trayectoria y cambios de la formación en tiempo

real.

43

• Sistema que puede perforar verticalmente, horizontalmente y geonavegar.

• Software de “control crucero” tridimensional que permite que la herramienta

RSS mantenga automáticamente la trayectoria deseada del pozo y corregir

cualquier tendencia de giro o cambios abruptos en la formación.

• Excelente control tanto en la dirección como en la tasa de construcción,

para generar curvas constantes y suaves.

• Componentes internos aislados de los fluidos del pozo.

• Ayuda a reducir los viajes de la broca.

• La capacidad inteligente de diagnóstico en el fondo del pozo permite una

autocorrección y proporciona el estado de la herramienta al operador.

Aplicaciones

• Maximización de la producción

• Colocación precisa de los pozos con respecto a los bordes del yacimiento

• Refinación de modelos de yacimiento

Beneficios

• Acceso a reservas previamente consideradas económicamente marginales

• Logro de los objetivos de producción con menos perforación

• Sorteo de riesgos de perforación

• Cálculos de reservas más precisos

Características

• Mediciones direccionales únicas, altamente sensibles a los límites de fluidos

y bordes de capas

• Imágenes de 360° que indican el mejor direccionamiento

• Mediciones de lectura profunda que preveen situaciones de riesgo y

conducen a la toma de decisiones oportunas

44

2.7.3 Tecnologías LWD (Logging While Drilling) y MWD (Measuring while

Drilling) para la adquisición de registros durante la perforación

Las características y diferencias entre estas dos tecnologías se detallan a

continuación:

2.7.3.1 Measurement While Drilling (MWD)

La tecnología MWD incluye la medición y adquisición de datos direccionales (por

ejemplo datos de inclinación del agujero a ser perforado), como también la presión

ejercida sobre el mismo. También incluye dinámicas de medición tales como

información sobre vibraciones y posibles sacudidas, esfuerzo de torsión, el peso

sobre la barrena (WOB, por sus siglas en ingles) y la temperatura, permiten a los

perforadores y a los ingenieros de perforación vigilar rutinariamente (monitorear)

los parámetros de desempeño de la perforación en el fondo del pozo, en tiempo

real, en lugar de inferirlos a partir de las mediciones de superficie.

MWD provee información geométrica sobre la posición del pozo que está siendo

perforado y es de gran ayuda para perforar el pozo de manera segura y eficiente.

2.7.3.2 Logging While Drilling (LWD)

LWD significa registrar las propiedades de una formación e información sobre los

fluidos de la reserva que está siendo explotada mientras se perfora y antes de que

los fluidos provenientes de esta perforación invadan la formación.

El uso más frecuente de estas mediciones incluye resistencia, densidad,

porosidad, tiempo de viaje acústico y presión del pozo de la formación, haciendo

posible la optimización de la perforación en diversos aspectos.

Esta herramienta, relativamente nueva, la cual inicio su comercialización en la

década de los ochenta.

45

2.7.4 Uso de LWD y MWD

Los instrumentos de fondo de pozo y las tecnologías de compresión de datos

permiten la transmisión en tiempo real de imágenes de la pared del pozo y de

datos de correlación asociados con las mismas desde la barrena hasta la

superficie. La perforación de pozos con trayectorias complejas es cada vez más

común. El análisis de datos y la generación de imágenes en tiempo real facilitan el

correcto emplazamiento del pozo, la evaluación de la estabilidad del agujero y el

control continuo de parámetros de perforación críticos. Las mediciones precisas de

alta resolución, mejoradas por la visualización tridimensional 3D en tiempo real,

proveen información útil para tomar decisiones más acertadas y oportunas, lo que

se traduce en avances significativos en términos de manejo de riesgos y

optimización general de la productividad. Las actuales tecnologías permiten que

se evalúe el pozo, se defina una trayectoria exacta y caractericen las formaciones

en tiempo real antes de adoptar costosas decisiones de perforación y producción.

El logro de un costo real de pozo inferior al proyectado suele ser un indicador del

éxito de la perforación. Es preciso responder con rapidez a preguntas tales como:

¿En dónde se encuentra el agujero? ¿Hacia dónde se dirige la barrena? ¿Qué

formación se está perforando? ¿Cuáles son las condiciones de fondo de pozo?

Las mediciones en tiempo real, los sistemas de telemetría, la generación de

imágenes y los programas de computación están ayudando a los perforadores a

responder tales interrogantes.

2.7.4.1 Direccionamiento de la broca de Perforación

Gracias a LWD, es posible optimizar las posiciones de los pozos a perforar, evadir

peligros en las perforaciones y perforar más eficazmente. Los operadores esperan

que la información que se toma en el hoyo de perforación sea actualizada en

tiempo real (real-time) y lo más cercana a la realidad posible.

46

Recientes desarrollos en LWD hicieron posible adquirir imágenes de alta

resolución. Para el geólogo, esta interpretación en tiempo real de las

características sedimentarias del pozo puede ser utilizada para dirigir la broca de

perforación en la dirección de la reserva de crudo. El propósito radica en analizar

rápidamente la superficie de la perforación para determinar rápidamente el camino

que tiene que tomar la broca para evitar fracturas de la broca de perforación, y

evitar o mitigar características adversas que tengan resultado negativo en la

producción.

2.7.4.2 Información en Tiempo Real

La familia de servicios LWD ha desarrollado servicios confiables y que además

agregan valor al mundo de la perforación. Ahora esta información está disponible

en tiempo real y ayuda a posicionar y minimiza los riesgos de la perforación

2.7.5 Aplicaciones de Tecnologías LWD y MWD

Transmisión de múltiples mediciones en tiempo real durante la perforación

Colocación de pozos

Optimización de las operaciones de perforación

Ambientes de perforación rigurosos y complejos, incluyendo pozos de alta

temperatura, alta presión y profundos

2.7.6 Beneficios del uso de Tecnologías LWD y MWD

Las decisiones se basan en información general transmitida en tiempo real.

47

Se dispone de mediciones de múltiples combinaciones de herramientas en

tiempo real.

La disponibilidad de una memoria de datos posibilita el análisis posterior a

la perforación para la planeación de futuros pozos.

Aumenta la eficiencia y la seguridad mediante la integración de todos los

sensores en un solo collarín.

Ahorra tiempo mediante la adquisición de mediciones de calidad con

velocidades de penetración elevadas.

Mitiga los riesgos asociados con las fuentes químicas tradicionales.

Reduce la incertidumbre asociada con la profundidad mediante la utilización

de sensores colocados.

Aumenta la confiabilidad en las interpretaciones mediante la introducción de

nuevas mediciones adquiridas con herramientas LWD e indicadores de

control de calidad.

Características:

Alta velocidad de transmisión de datos efectiva.

Capacidad para transmitir datos desde múltiples herramientas de fondo de

pozo y para suministrarles potencia.

Memoria de registro integrada.

Mediciones de dirección e inclinación estáticas continuas precisas.

Actualizaciones en tiempo real sobre impactos, vibraciones y flujo de fondo

de pozo.

Sensores de perforación y evaluación de formaciones colocados en un solo

collarín.

Mediciones de espectroscopia de captación elemental, sigma, porosidad,

rayos gamma, densidad y resistividad para facilitar la evaluación de

formaciones.

48

Mediciones de presión anular, calibrador e impactos para evaluar el

desempeño de la perforación.

Generación eléctrica de más neutrones con energías superiores a las de las

fuentes químicas tradicionales.

Chips de diagnóstico incorporados para proveer información con fines de

mantenimiento preventivo.

Producto de respuesta para la integración e interpretación de datos.

49

CAPITULO 3

3. CONCEPTO DE DISEÑO

3.1 Condiciones de diseño

El tema que desarrollamos en este trabajo es el diseño de control y mecánico de

un elevador para pasajeros en una plataforma tipo Jack-Up, ya que la tendencia

es que en los próximos años la paraestatal Pemex construya en territorio nacional

plataformas de este tipo; las plataformas fijas propiedad de Pemex existentes en

las mares mexicanos no tienen un elevador para pasajeros, ya que el diseño

general no permite incluirlo, e incluso en las normas de referencia de Pemex no

hay datos o referencias que permitan diseñarlo, sólo hay información para

elevadores de carga; y parte del desarrollo de este trabajo fue investigar que

organismos regulan la construcción de estructuras marinas, las cuales son las

llamadas Sociedades de Clasificación, que son asociaciones no gubernamentales

que se encargan de promover la seguridad de la vida humana, infraestructura y

del entorno marino, mediante el desarrollo e implementación de Reglas de

Clasificación en el diseño de buques y plataformas o cualquier otra construcción

marina, así mismo se realizan inspecciones periódicas cuando las construcciones

marinas están ya en operación y asegurar de esta manera el cumplimiento de las

reglas de clasificación. Para nuestro objetivos de diseño encontramos a la

“American Bureau of Shipping” (en adelante ABS), esta sociedad pertenece a la

“International Association of Classification Societies” (en adelante IACS) que

representa a las diez sociedades de clasificación más importantes del mundo. La

IACS es un órgano consultivo de la Organización Marítima Internacional (OMI),

que depende de la ONU, y permanece como la única organización no

gubernamental con título de observador que tiene autoridad para desarrollar y

aplicar reglas como las descritas anteriormente.

50

ABS ha desarrollado las Rules for Building and Classing for Mobile Offshore

Drilling Units – 2009 (en adelante MODU Rules) que son reglas de construcción y

clasificación para unidades móviles costa fuera de perforación, este ultimo

concepto nos da la referencia para colocar el diseño en una plataforma tipo Jack-

Up. A partir de las MODU Rules tenemos los datos, características y normas que

involucran en nuestro diseño.

Comenzaremos por proponer las características principales del elevador, así como

los accesorios que integran el sistema y la respectiva descripción de éstos según

el diseño propuesto para este trabajo:

El elevador debe tener la cabina, así como el piso, puerta y nivel

deslizables en acero inoxidable operadas con motor, iluminación interior,

lámpara de emergencia y puertas de nivel en cada piso.

La cabina tiene una sola puerta por lo cual las seis paradas son del mismo

lado del cubo.

La alimentación eléctrica para el tablero principal es de 480 Volts, 3 Fases,

60 Hertz.

El manejo del elevador es del tipo colectivo selectivo completo, automático

por medio de botones luminosos (clasificación Nema 4X) de presión

momentánea, tanto en el carro como en los pisos.

El tablero del sistema se instala en un gabinete hermético (clasificación

Nema 4X), con contactores, relevadores y PLC (con certificación

apropiada).

El tipo de tracción de la maquina es con corona y tornillo sin fin colocada

directamente en el cubo del elevador.

El motor tractor es del tipo (VVVF) voltaje variable, frecuencia variable,

será de 16 HP - 4 polos VVVF, arranque = 18,2A; nominal = 46A, por

norma se debe fabricar con resistencia calefactora, a prueba de explosión.

El variador de frecuencia debe estar en cumplimiento de las condiciones de

operación en temperatura, humedad y vibración.

51

La cabina del elevador cuenta con intercomunicador permanente para

emergencias, adecuado para ambiente marino.

La capacidad de carga del elevador es de 1500 Kg. velocidad de 0.60 m/s

Dimensiones de cubo

Lado estribor: 2.11 x 1.714 x 15.4 m.

Seguridad y amortiguadores

La seguridad es de acción retardada y los amortiguadores de aceite colocados

firmemente en un desnivel que funciona como fosa.

Guías de zapatas

Zapatas deslizables, para proporcionar suavidad de viaje.

Operador de puertas

Es un motor eléctrico de alta eficiencia para abrir y cerrar la puerta de la cabina y

la puerta del piso donde se encuentre el elevador.

Plataforma y marco de cabina

La plataforma de la cabina podremos construirla con perfiles de acero

estructural, las dimensiones y espaciamientos de todos los componentes

estructurales, se han diseñado para soportar la carga nominal del elevador.

Para todos los elementos estructurales los hemos propuesto en acero

inoxidable tipo 316.

En la parte superior de la plataforma, se fija un piso de acero inoxidable y

sobre el cual se coloca un tapete antideslizante firmemente unido al piso.

Con este arreglo conseguimos que la parte inferior del piso sea a prueba

de fuego.

El marco de la cabina consiste en elementos estructurales diseñados

firmemente anclados a la plataforma y parte superior de la cabina con el

contraventeo que permita la eliminación de deformaciones en las paredes

52

de la cabina. El marco de la cabina y el de la plataforma están diseñados

en base a la memoria de cálculo adjunta en la sección de anexos.

Cabina

Sea ha diseñado un tipo de cabina moderna y funcional de acuerdo a la

Norma ANSI A17.

Las paredes consisten de lamina de acero inoxidable con espesor mínimo

de 2mm, estará apoyada en un marco rígido de acero estructural, techo de

lamina de acero y canales de acero estructural con bandas anti-

friccionantes.

Las paredes consisten de lamina de acero inoxidable con espesor mínimo

de 2mm, una altura de 1.82m y una lamina superior de acero de 0.61 m de

alto mínimo para una altura total de la cabina de 2.43m,

Los pasamanos, son también en acero inoxidable, y se sitúan alrededor del

interior de la cabina, a una altura de 0.90 m sobre el piso.

La cubierta de la cabina es de lámina de acero inoxidable con un espesor

mínimo de 1.6 mm y esta reforzada para soportar y distribuir el peso de dos

personas, además cuenta con una escotilla para salida de emergencia.

La escotilla de salida de emergencia está provista con interruptores de

enlace para evitar la operación del elevador si no están cerradas.

La cabina cuenta con ventilación mecánica, que consiste de un ventilador

accionado con un motor eléctrico para introducir aire a la cabina a través

de una persiana localizada en el techo de la cabina, el arreglo del

ventilador contempla sellos de goma de hule para evitar transmisión de

vibraciones hacia el techo de la cabina.

El ventilador considerado en diseño es de una capacidad mayor o igual a

14.15 m3/min. (850CFM)

El circuito eléctrico de alumbrado y los controles de la cabina se conectan

al interruptor de luces en el tablero de operación de la cabina y al

alumbrado exterior en el cubo por medio de cable flexible.

Para el alumbrado de la cabina instalaremos una luminaria fluorescente de

53

2x38 Watts (clasificación Nema 4X)

En el marco de la cabina instalaremos un sensor fotoeléctrico, para

interrumpir el cierre de puertas cuando el personal este en tránsito.

Tablero de mando en cabina

En el diseño de este tablero consideramos los siguientes elementos:

Botones de presión momentánea numerados de acuerdo a las paradas

existentes (clasificación Nema 4X).

Interruptor para luz de cabina.

Interruptor operado por llave para el servicio de emergencia

Interruptor operado por llave con dos posiciones con o sin elevadorista.

Las alarmas audibles (bocinas) se instalan en el cuarto de control remoto.

Lo anterior en cumplimento con la sección “17 – Manually Operated

Alarms; 17.1 – General Emergency Alarm Systems

Mientras el elevador permanezca en reposo mantendrá las puertas

cerradas.

En caso de interrupción de la alimentación de energía eléctrica, el elevador

se desplazara al nivel de desembarque más próximo.

Botonera de revisión en el puente de la cabina con interruptor de “paro de

emergencia”

Interruptor de selección.

Botón de seguridad.

Botones de sube y baja.

Puertas de la cabina

Las puertas de la cabina son corredizas de desplazamiento horizontal y

son operadas eléctricamente con motor (apertura tipo telescópica), de

acuerdo a la norma ANSI A 17

El material es acero inoxidable de 0.914m de ancho por 2.13m de altura del

tipo tambor con propiedades acústicas y reforzadas mecánicamente.

Están soportadas por ruedas de hule o plástico con dos puntos de

54

suspensión.

Son guiadas en la base por medio de zapatas deslizantes no metálicas

sobre un acanalado suave en el umbral del marco de entrada.

Puertas de piso o nivel

Son metálicas deslizables de apertura telescópica.

Se abren y cierran automáticamente.

Están terminadas en acero inoxidable de 0.914m de ancho por 2.13m de

altura.

Son de clasificación A-0 contra fuego.

Marcos de las puertas de piso

Son de acero inoxidable rectangulares, fabricados en acero inoxidable tipo

316 calibre 16. El diseño de este elemento incluye accesorios tales como

pisaderas de acceso a cabina en aluminio de 285X90 mm.

Son colocadas en cada piso de servicio.

Rieles de cabina y contrapeso

Para la cabina y el contrapeso los rieles son de acero sección tipo “T”

especialmente fabricados para el uso de ascensores.

En la cabina usaremos el modelo T127 - 89 - 16

En el contrapeso usaremos el modelo T89 - 62 - 16

Los rieles deberemos instalarlos nivelando éstos a plomo respecto al cubo,

con una tolerancia de 3.175 mm y sujetándolos firmemente a la estructura

del cubo por medio de grapas de acero.

Los extremos de los rieles están machambrados y unidos por la parte

inferior con placas de acero.

Los rieles se colocan de manera que no provoquen una distorsión debida a

una carga excéntrica o por aplicación de los paracaídas instalados en la

cabina.

Las uniones se aíslan, para evitar el par galvánico, con Nylamid.

55

En la parte inferior de la fosa instalaremos un soporte para asentamiento

adecuadazo de los rieles.

Señalización

En la cabina se coloca un indicador digital de posición y un cuadro de

botones de llamada e interruptores de operación.

En cada parada de desembarque se colocan botones de llamadas.

En todas las plantas se coloca un indicador de posición.

Regulador de velocidad

Un regulador de velocidad sirve para accionar algún dispositivo de

seguridad contra caídas del elevador y detenerlo en caso de sobre-

velocidad. El regulador de velocidad es un arreglo mecánico de poleas, el

cual viene calibrado de fábrica con la velocidad a la cual debe trabajar el

elevador, en caso de superar el parámetro establecido, se accionaran los

elementos de seguridad.

Contrapeso

El contrapeso es el elemento indispensable de cualquier sistema de

elevadores, el cual permite el ascenso y descenso de la cabina en

consecuencia del movimiento del contrapeso. Consta de un marco

estructural de acero y de pesas de acero estructural para contrabalancear

el peso de la cabina vacía y aproximadamente el 45% de la carga viva.

Canalizaciones eléctricas

Hemos propuesto la instalación del sistema dentro del edificio del módulo

habitacional de la plataforma, por lo que la canalización de la instalación

eléctrica puede realizarse con tubería conduit de aluminio libre de cobre,

con pared gruesa cedula 40 sin costura interior.

Los accesorios de interconexión deberán ser de aluminio rígido libre de

cobre con adecuados para ambiente marino.

56

Cables tractores

Los cables tractores soportan la cabina y el contrapeso y pasan a través de la

máquina tractora

Son de acero, especialmente fabricados para el servicio de ascensores, en

nuestro diseño se ha seleccionado cables de diámetro de ½” (12.7 mm).

El coeficiente de seguridad es de 6:1, el cual asegura un manejo de carga

con el máximo cuidado porque involucran un gran riesgo como ascensores

para pasajeros.

Cables viajeros y alambrado eléctrico

El cable viajero es un arreglo de varios conductores de cobre, los cuales llevan

líneas de alimentación y señalización o datos, desde el tablero de control hasta la

cabina. Este cable se mantiene fijo en la pared del cubo hasta la mitad del

recorrido de la cabina, y a partir de este punto se deja sin sujeción hasta la parte

inferior de la cabina.

Los calibres de cables que hemos seleccionado según el servicio y en referencia

a las Reglas MODU para construcciones costa fuera:

Para los motores se utilizara calibre 10 Awg

Del tablero al motor se utilizara calibre 14 Awg

Para señales digitales se utilizara calibre 14 Awg

Para señales análogas se utilizara calibre 16 Awg

Seguridad de puertas

El arreglo de las puertas proponemos instalar dispositivos electromecánicos de

cierre de puertas conectadas al circuito general del elevador, con el objeto de

impedir que este se mueva si alguna de las puertas de los pisos o la puerta de la

cabina esta abierta.

Equipo de Intercomunicación

En la cabina del elevador se instalará un equipo de intercomunicación adecuado

57

para su funcionamiento en un ambiente marino altamente corrosivo

Cables eléctricos

Los cables que se utilizan en instalaciones costa fuera como las plataformas

marinas o los barcos, son alambres o cables de cobre con un con aislamiento

termoplástico de policloruro de vinilo (PVC). Las características principales de

estos cables se enlistan a continuación:

- Tensión máxima de operación: 600 V.

- Temperaturas máximas de operación en el conductor:

- 60°C En presencia de aceite.

- 75°C En ambiente mojado.

- 90°C En ambiente seco.

- 105°C En emergencia.

- 150°C En corto circuito.

También son resistentes al fuego y además deberá cumplir como al menos con

las normas referentes a instalaciones eléctricas en barcos y/o plataformas

marinas:

IEC Publication 60092-350, 60092-351, 60092-352, 60092-353, 60092-354,

60092-359, 60092-373, 60092-374, 60092-375, 60092-376, IEEE Std.45.

PLC y componentes electrónicos

El PLC propuesto es este trabajo debe contar con sus tarjetas electrónicas

tropicalizadas para resistir el ambiente marino y corrosivo, es decir estar

diseñados para operar sin ningún daño en presencia de humedad relativa

sin condensación del 5% al 95%, así como en rangos de temperatura de 0°

a 60° C.

Se ha propuesto una extensión para el PLC, el cual es un puerto Ethernet

TCP/IP RJ-45, con protocolo de comunicación ModBus Ethernet, con el

objetivo de monitorear el funcionamiento del sistema, o la posición de la

cabina en operación normal o en caso de falla y mantenimiento.

El PLC cuenta con un puerto Rs-485 para la facilitar la conexión de un

58

equipo de cómputo portátil en caso de falla o mantenimiento.

El equipo tiene una inmunidad a radiofrecuencia de 10 Vrms/m a una

frecuencia de 80 Mhz – 1000 Mhz, de acuerde a la Norma IEC 61000-4-2

Se considera un diseño de control redundante como protección a posibles

fallas debido a cortes de energía, mantenimiento, etc.

En caso de falla eléctrica de la red principal de la plataforma, nuestro diseño esta

considerando los accesorios necesarios para una correcta conmutación a una red

de energía de emergencia.

3.2 Concepto de diseño

Las condiciones de espacio que nos ofrece la plataforma son las siguientes.

Un cubo de 2.85 x 2.195 x 15.4 m

3.3 Condiciones Ambientales

Las condiciones ambientales costa fuera son un factor importante para considerar

en el diseño en conjunto de una plataforma o estructura marina, y por tal motivo,

estas condiciones deben ser contempladas para el diseño especifico de equipos.

El diseño del elevador que estamos presentando esta dentro del edificio

habitacional, sin embargo esto no nos asegura que la corrosión no atacará los

elementos metálicos de nuestro diseño. Es importante aclarar que el ventilador

que se tiene diseñado tomará aire directamente del entorno sin ningún tipo de

filtro, por ello la importancia de este apartado. Tomaremos las condiciones

ambientales promedio del golfo de México.

59

3.3.1 Temperatura

La temperatura del ambiente marino es muy variable de acuerdo a la latitud donde

se encuentre.

Las temperaturas en el Golfo de México pueden llegar a más 40 °C en el día y

decaer hasta llegar de los 0 °C por la noche en temporadas invernales.

3.3.2 Humedad

Los altos niveles de humedad son inherentes al ambiente marino. La humedad

relativa (HR) costa afuera en el Golfo de México puede rebasar fácilmente el 90%.,

y con temperaturas bajas, frecuentes en latitudes cercanas al ártico, dichos

valores pueden producir condensación con gran facilidad.

3.3.3 Corrosión

La corrosión atmosférica, que es la causa más frecuente de la destrucción de

metales y aleaciones es posible únicamente cuando la superficie metálica está

humedecida.

Los contaminantes gaseosos y sólidos potencian el efecto corrosivo de los

factores meteorológicos. Así, el proceso de corrosión depende fundamentalmente

de la humedad relativa del aire y de los contaminantes presentes en el mismo.

El cloruro de sodio (NaCl) y el dióxido de azufre (SO2) son los principales

contaminantes corrosivos en la atmósfera. El primero es un contaminante "natural"

y llega a la atmósfera proveniente del mar (atmósfera marina). El SO2 se

encuentra en el aire, y es originado principalmente por la incineración de

60

combustibles fósiles. Los niveles más altos de contaminación sulfurosa se

registran en las áreas industriales (atmósfera industrial) y en las grandes ciudades

(atmósfera urbana). El grado de contaminación salina depende de la distancia al

mar. Más allá de unos pocos cientos de metros del borde del mar, la salinidad y la

velocidad de corrosión suelen decaer sensiblemente.

La humedad relativa es importante en el grado de corrosión atmosférica. El hierro

desnudo no se corroe en zonas urbanas ni industriales con una humedad relativa

(HR) ambiente menor de 70%. La humedad crítica está asociada con la

naturaleza higroscópica del sólido contaminante presente, como la de los

productos de corrosión. Sus valores oscilan entre el 50 y el 70% en el acero,

cobre, níquel y zinc. La HR depende de la temperatura del aire, de modo que

cuanto menor sea ésta tanto menor será la cantidad de agua que el aire puede

contener sin condensarla.

Es evidente que la forma más efectiva de disminuir la corrosión atmosférica sería

a través de la eliminación de las sustancias agresivas y en especial del SO2.

Como esto no puede realizarse en equipos y estructuras situados en zonas

industriales, se requiere, por lo tanto, de técnicas de protección adecuadas. En

interiores, el aire acondicionado mantenido continuamente puede asegurar una

atmósfera filtrada, limpia y seca, con una humedad relativa baja, pero su

interrupción (por ejemplo, durante la noche) puede causar condensación de agua

con el consiguiente inicio de la corrosión.

Pequeñas cantidades de materiales para aleación, como cobre, fósforo, níquel y

cromo, incorporados al acero aumentan considerablemente su resistencia a la

corrosión atmosférica. Algunos aceros de este tipo son los llamados

autopasivables, por formar con el medio, películas protectoras adherentes de

composición compleja. Por lo tanto, no requieren de recubrimientos de pintura, la

principal protección contra la corrosión atmosférica utilizada para el acero.

61

La presencia de contaminantes en el aire (especialmente SO2 y cloruros)

repercuten de manera decisiva tanto en la corrosión cosmética como en la

corrosión perforante. La corrosión es muy sensible a la cantidad de cloruros de las

atmósferas marinas. La presencia de cloruros incrementa los peligros de corrosión

en resquicios y la formación de picaduras, y acelera el deterioro de los

recubrimientos de pintura, así como del metal subyacente.

Al igual que en la corrosión atmosférica de los metales desnudos, el

comportamiento de los recubrimientos de pintura expuestos a la atmósfera

depende del tiempo de humectación de la superficie pintada y de la contaminación

ambiental. No obstante, a diferencia del metal desnudo, la estabilidad de los

sistemas de pintura puede verse afectada en grado importante por otros factores,

como la acción de la luz solar (en particular la radiación ultravioleta), el ozono, la

acción microbiológica, el desgaste por erosión, etc.

3.3.4 Normas Aplicables

Con respecto a las condiciones ambientales, el documento de ABS MODU Rules

Parte 4-3-1/17.1 menciona que:

Para propósitos de dimensionamiento de equipo diferente a máquinas

rotatorias, se debe asumir una temperatura ambiente máxima de 45°C

(113°F) para cuartos de máquinas y calderas, mientras que para otros

lugares debe asumirse una temperatura de 40°C (104°F) [sic].

En el mismo documento en la Parte 4-3-3/3.1.1 (2006), se refiere a la construcción

de gabinetes de la siguiente forma:

62

El equipo eléctrico debe tener un grado de protección contra intrusión de

objetos externos y líquidos, apropiado para el lugar en el que se encuentra

instalado. El grado mínimo de protección debe ser de acuerdo a la Tabla 1.

Con el propósito de definir los niveles de protección en la Tabla 1, aplican

las siguientes convenciones. El grado de protección para un gabinete con

respecto a la intrusión de partículas externas y agua está definido por la

designación IP seguida por 2 dígitos: el primer dígito indica el grado de

protección contra partículas, y el segundo dígito indica el grado de

protección contra agua [sic]. Estas designaciones son idénticas a las

especificadas en IEC Publicación 60529.

En la Parte 4-3-3/3.11.1 (2004) se refiere particularmente a los gabinetes de

distribución:

Los gabinetes deben estar construidos en acero u otro material

incombustible y resistente a la humedad, y reforzados, si es necesario, para

soportar el estrés térmico, electromagnético y mecánico que puede

encontrarse bajo condiciones normales y de falla [sic].

Los gabinetes deben ser de tipo cerrado. El grado de protección debe ser

de acuerdo a la Tabla 1.

Todas las partes internas deben ser accesibles para inspección y rápidamente

reemplazables.

63

ESPACIO DE ALOJAMIENTO SECO IP20 - IP20 IP20 IP20 IP20 IP20

CUARTOS DE CONTROL SECOS IP20 - IP20 IP20 IP20 IP20 IP20

CUARTOS DE CONTROL IP22 - IP22 IP22 IP22 IP22 IP22ESPACIO DE MAQUINAS SOBRE LAS PLACAS DE

PISO IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP44

CUARTO DE MAQUINARIA DE DIRECCION IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP44

CUARTO DE MAQUINARIA DE REFRIGERACIONIP22

-IP22 IP22 IP22 IP22 IP44

CUARTO DE MAQUINARIA DE EMERGENCIAIP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP44

CUARTO DE ALMACEN GENERAL IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP22 IP22

DESPENSA IP22 - IP22 IP22 IP22 IP22 IP44

CUARTO DE PROVISIONES IP22 - IP22 IP22 IP22 IP22 IP22

BAÑOS Y DUCHAS - - - - IP34 IP44 IP55ESPACIO DE MAQUINA POR DEBAJO DE LAS

PLACAS DE PISO - - IP44 - IP34 IP44 IP55COMBUSTIBLE CERRADO O SALAS DE SEPARADOR

DE ACEITE LUBRICANTE IP44 - IP44 - IP34 IP44 IP55

CUARTO DE BOMBA DE LASTRE IP44 - IP44 IP44 IP34 IP44 IP55

CUARTO DE REFRIGERACION - - IP44 - IP34 IP44 IP55

COCINAS Y LAVANDERIAS IP44 - IP44 IP44 IP34 IP44 IP44

CUBIERTAS ABIERTAS EXPOSICION A AGUAS DURAS IP56 - IP56 - IP55 IP56 IP56

POZOS EXPOSICION A INMERSION - - - - IPX8 - IPX8

PELIGRO AL TOCAR PARTES VIVAS

EJEMPLO DE LOCALIZACION CONDICIONES DE LOCALIZACION

CUADROS DE DISTRIBUCIÓN, CUADROS DE DISTRIBUCIÓN,

GENERADORES

MOTORES

TRANSFORMADORES, CONVERTIDORES

ACCESORIOS DE ILUMINACION

APARATOS DE CALEFACCION

ACCESORIOS

PELIGRO DE GOTEO DE LIQUIDOS Y/O

DAÑO MODERADO MECANICO

MAYOR PELIGRO DE LIQUIDOS Y/O

DAÑOS MECANICOS

MAYOR PELIGRO DE LIQUIDOS Y

DAÑOS MECANICOS

Tabla 1. Grado mínimo de protección

De acuerdo a la Parte 4-3-4/13.1.1 (2008):

Los cables eléctricos deben tener conductores, aislamiento y revestimiento

resistente a la humedad de acuerdo a IEC Publicación 60092-350, 60092-

351, 60092-352, 60092-353, 60092-354, 60092-359, 60092-373, 60092-

374, 60092-375, 60092-376 o IEEE Std. 45. Otros estándares marítimos

también serán considerados [sic]. Los cables de red deben cumplir con

estándares industriales reconocidos.

Los conductores deben ser trenzados, de cobre, en todos los tamaños. No

deben tener sección transversal menor a:

64

1 mm2 (1,973.5 circ. mils) para potencia e iluminación.

0.5 mm2 (986.8 circ. mils) para cableado de control.

0.5 mm2 (986.8 circ. mils) para señalización esencial o de emergencia y

cables de comunicación, excepto aquellos incluidos por el fabricante.

0.35 mm2 (690.8 circ. mils) para cables de telefonía, para servicios de

comunicación no esencial, excepto aquellos incluidos por el fabricante.

3.4 Análisis Eléctrico

En lo que respecta a la energía eléctrica de una plataforma marina, ésta se

obtiene mediante generadores o turbinas, y es distribuida para todos los servicios

y equipos de la plataforma. Damos por hecho que la calidad de la energía es

aceptable, y tomando esto como base, en nuestro diseño eléctrico consideramos

solamente los armónicos y el ruido eléctrico.

3.4.1 Armónicos

Un generador eléctrico es diseñado para producir voltaje senoidal en sus

terminales, pero cuando se conducen corrientes no lineales, las corrientes

armónicas interactúan con las impedancias del sistema produciendo caídas de

voltaje en cada frecuencia armónica, causando distorsión de voltaje.

Los variadores de velocidad usan semiconductores de potencia para rectificar el

voltaje y Corriente Alterna de entrada, y por lo tanto generan armónicos. Sin

embargo, pueden ser susceptibles a la ruptura o daño de componentes debido a

los armónicos en la línea de entrada. Tanto los armónicos como el seccionamiento

de línea afectan a los variadores de velocidad. Cuando el drive trabaja a bajas

velocidades y carga alta, los efectos del seccionamiento son más pronunciados.

65

Los drives estándar PWM de 6 pulsos son relativamente robustos y generalmente

pueden soportar disturbios de línea debido a armónicos por debajo de 5% Vthd.

Arriba de 10-15 HP, la mayoría de los drives filtran los armónicos usando

reactores de línea, y en algunos casos, filtros pasivos. Estos drives generalmente

tienen reactores de conmutación o transformadores de aislamiento entre el drive y

la línea para atenuar el seccionamiento de línea del lado de la alimentación, sin

embargo, si los niveles de armónicos y seccionamiento son significativos, puede

producirse disparo de interruptores y fusibles colocados después del drive.

La mayoría del equipo electrónico alimenta sus circuitos por medio de fuentes

conmutadas. La naturaleza del consumo de corriente de estos dispositivos causa

caídas de voltaje en el pico de la onda de voltaje.

Estas caídas de voltaje reducen el voltaje del bus de DC, resultando en un

incremento de corriente e incrementando las pérdidas I2R en el equipo asociado y

cableado, lo que se puede manifestar en la disminución en su vida útil debido a las

altas temperaturas de operación.

3.4.2 Ruido Eléctrico

El ruido eléctrico (EMI) puede inducirse en conductores de control y de señales si

el conductor de potencia no es adecuadamente aislado o si el apantallamiento o

aterrizamiento no es adecuado, resultando en señales inadecuadas. En casos

severos donde no es posible cablear por rutas alternas, la adaptación de filtros

pasabajos al drive puede ser necesaria. Cuando existe ruido eléctrico considerable

en una línea los relevadores pueden operar inadecuadamente y el equipo de

medición puede dañarse.

En lo que corresponde al diseño eléctrico consideramos los apartados de la

MODU Rules, que en su sección 4-3-1/9 (2008) se lee lo siguiente:

66

Los aparatos eléctricos alimentados de una fuente de alimentación principal o de

emergencia, deben ser diseñados y fabricados de tal forma que sean capaces de

operar satisfactoriamente bajo variaciones normales de voltaje y frecuencia. A

menos que se exprese lo contrario en normas nacionales o internacionales, las

variaciones de los valores nominales deben ser tomadas la Tabla 2. Cualquier

sistema especial como circuitos electrónicos que no pueden operar

satisfactoriamente dentro de los límites mencionados en la Tabla 2 no deben ser

alimentados directamente del sistema de alimentación, sino por medio de una

fuente de alimentación estabilizada

Variaciones de Voltaje y Frecuencia

Para Sistemas de Distribución AC

Parámetro Variación Permanente Variación Transitoria

(Tiempo De Establecimiento)

Frecuencia ± 5 % ± 10 % (5 s)

Voltaje + 6 %, -10 % ± 20 % (1.5 s)

Tabla 2. Variaciones de voltaje y frecuencia

Con respecto a los efectos de los armónicos, en la MODU Rules Parte 4-3-2/7.9

menciona que:

La distorsión total armónica (THD) en la forma de onda de voltaje en el

sistema de distribución no debe exceder el 5% y ninguna armónica

individual debe exceder el 3%. Valores más altos pueden ser aceptados

siempre que los equipos de distribución y consumo estén diseñados para

operar a niveles mayores.

67

3.5 Equipo a Instalar

En esta sección de delimitan las condiciones necesarias mínimas para la

instalación de algunas partes del elevador, en caso que el diseño presentado en

este documento pueda ser ejecutado en un futuro; en ese caso se recomienda

hacer los cruces correspondientes con las normas que considere el constructor o

dueño del proyecto, así como considerar la edición de las Reglas MODU, en caso

de que estas reglas sean la referencia de normatividad.

3.5.1 Gabinetes

Los gabinetes de interconexión deben estar fabricados en acero inoxidable calidad

T-304 con dimensiones aproximadas de 1200 x 800 x 300 mm. El grado de

protección mínimo es IP65 (equivalente a NEMA 4X), lo cual se explica

detalladamente en la Tabla 3.

Grado de Protección IP

Primer

dígito

Segundo

dígito

Descripción corta Definición

6 Protección contra

polvo

El ingreso de polvo no está

completamente garantizado, pero no

entrará en cantidad suficiente para

interferir con la adecuada operación

del equipo.

5 Protección contra

chorros de agua

Agua proyectada a chorros no entrará

al gabinete en cantidades importantes.

Tabla 3. Grado de Protección IP

68

3.5.2 PLC

Debido a la cantidad de señales que tiene que manejar el PLC se ha considerado

realizar ampliaciones con módulos de E/S, que estarán destinados para tareas de

comunicación y funciones especiales (por ejemplo: contador de pulsos).

Para el manejo de señales provenientes del sistema, se utilizan módulos de 32

entradas, esperando que con ello se consiga control adecuado, ahorro de espacio,

un manejo de cableado admisible y un spare aceptable (aprox. 10%) para futuras

adecuaciones.

Para enviar las señales de control hacia el sistema se usan 3 módulos de 16

salidas, uno de ellos con terminales libres para posibles ampliaciones. Para las

señales de control hacia el drive se manejan 2 módulos con salidas a relevador.

El módulo contador de pulsos se propone para conocer la posición y la velocidad

del motor principal durante sus trayectorias de ascenso y descenso mediante un

encoder de tipo incremental acoplado al motor.

El módulo de salidas analógicas se agrega al sistema con el objetivo de controlar

el variador de velocidad para que el motor principal suba o baje la cabina en forma

segura.

El PLC se instala en un gabinete de acero como los descritos anteriormente, que

además cuenta con un sistema interno de control de temperatura y humedad, por

medio de una resistencia y un hidrostato, que impide que se genere condensación

sobre las tarjetas electrónicas y demás dispositivos sensibles.

3.5.3 Variador de Velocidad

El lector podrá consultar en la sección de Anexos, los planos de diseño del

elevador, y notará que en el plano “305.05”, en el recuadro de “Vista general” se

han dibujado un juego de tres barras al costado derecho de la puerta de piso,

69

cerca del recorrido de tuberías azules y rojas. Estos juegos de barras sirven de

sensores y ayudan a que el elevador realice las paradas de servicio en aquellos

puntos adecuados en los que el piso de la cabina coincide con el piso del pasillo

del módulo habitacional, sin embargo, se ha propuesto un variador de velocidad

que permitirá que el posicionamiento antes descrito sea preciso, ya que es

importante considerar que el trabajo del elevador en vacío y a su máxima

capacidad, de esta manera el variador de velocidad podría compensar la última

etapa de recorrido antes de que la cabina frene en el piso deseado, así nos

aseguramos de conseguir una operación mucho más suave y conseguimos nivelar

adecuadamente el elevador en cada parada. Al igual que los sistemas electrónicos

diseñados para nuestro elevador, el variador de velocidad seleccionado es

adecuado para uso en ambiente marino dado que se le proporciona un

recubrimiento especial a los circuitos electrónicos.

Su gabinete se diseña considerando una unidad de refrigeración dada la potencia

que por experiencia se conoce que disipa este dispositivo cuando está en plena

operación y por las propias condiciones ambientales. Además de ello se considera

instalar una resistencia calefactora en caso de trabajar en ambientes con bajas

temperaturas.

3.5.4 Cables

De acuerdo a los parámetros de diseño por las reglas MODU, los cables son

adecuados para instalaciones marinas, retardantes al fuego; el calibre está

diseñado respecto a su función y los cuales se detallan como sigue:

Función Calibre Tipo Aislamiento

Cableado interno #14 y #16 AWG Monoconductor XLPO

Cableado de control 0.75 y 1.5 mm2

Multiconductor

(pares trenzados

apantallados)

EPR

70

Cableado de fuerza 6 y 25 mm2 Multiconductor EPR

Tabla 4. Calibre de cable según su función

3.5.5 Sistema de Paro por Emergencia

El Sistema de Paro por Emergencia debe estar presente en prácticamente todos

los equipos que se instalan en plataformas marinas, el elevador que se propone

en este trabajo no es la excepción.

En el sistema de Paro por Emergencia, los botones de emergencia e interruptores

de sobre carrera son tipo Normalmente Cerrado NC con activación sostenida, y

deben estar conectados en serie de tal forma que al ser accionado cualquiera de

ellos, o ante una ruptura en el conductor, el MCR (Relevador de control Maestro)

se desconectará desactivando alimentación al circuito de Salidas e informando al

PLC. Además la señal de cada botón llega a una entrada independiente en el PLC

para identificar de manera precisa el lugar donde se presiono el botón de paro.

El accionamiento principal de Paro por Emergencia está ubicado al frente del

gabinete del variador de velocidad, permitiendo un pronto acceso sin tener que

abrir la puerta del gabinete.

Otros tres accionamientos están ubicados en la “botonera de revisión” en el techo

de la cabina, otro en la botonera de la cabina y finalmente en la fosa del elevador.

3.5.6 Calidad de la Energía

Para mejorar la calidad de la energía con la que se debe alimentar el sistema, se

han considerado diversos dispositivos en el diseño para proteger de distintas

anomalías eléctricas a distintos dispositivos en el sistema de control.

71

Para proteger a los elementos que trabajan con un voltaje de 480 VAC se tiene un

supresor de transitorios de voltaje (TVSS) que impide que lleguen picos de voltaje

a equipos como el drive y el transformador principal.

En el secundario del transformador se ha considerado instalar un filtro contra ruido

e interferencias electromagnéticas, el cual protege de cualquier disturbio y

posibles daños consecuentes a los equipos y cargas monofásicas y bifásicas.

Para evitar la generación de armónicos a la salida del variador de velocidad se

cuenta con un reactor de línea, que tiene la función de evitar daños tanto al motor

como al propio variador de velocidad por sobre corrientes, ruido, entre otros.

72

CAPITULO 4

4. DISEÑO MECÁNICO DEL ELEVADOR POR ELEMENTO FINITO

4.1 Análisis por elementos finitos

El método de elementos finitos, es un método numérico para la solución de

problemas de ingeniería y física, mediante la aproximación de soluciones de

ecuaciones diferenciales parciales, donde dichos problemas que involucran un alto

grado de complejidad, de matemáticas aplicadas así como las fisicomatemáticas,

ya que la gran mayoría de los problemas que se presentan en estas áreas,

comúnmente involucran geometrías complejas, cargas no distribuidas y

determinación de propiedades de materiales, por lo que generalmente no es

posible obtener alguna solución analítica directamente de expresiones

matemáticas.

El MEF se ha creado para ser usado en computadoras, y representa un elemento

importante en el diseño y mejora de productos, así como también de aplicaciones

de ingeniería. El abanico de problemas a los que puede aplicarse este método ha

crecido enormemente, teniendo como requisito básico que las ecuaciones

constitutivas y de evolución temporal del problema a resolver sean conocidas de

antemano.

Se entiende por solución analítica a aquellas expresiones matemáticas que arrojan

valores para alguna determinada incógnita, la cual es válida a lo largo del cuerpo

estudiado y por lo tanto, es válida también en cualquier sección del cuerpo en un

número infinito de locaciones dentro del cuerpo. Estas soluciones analíticas,

generalmente requieren la solución de ecuaciones diferenciales ya sean parciales

u ordinarias, las cuales, debido a que se analizan geometrías complejas, cargas

no distribuidas y determinación de propiedades de materiales, no son posibles de

resolver.

73

Sin embargo la formulación que se propone por medio del uso del método de

elementos finitos, permite que el problema sea planteado como una serie de

ecuaciones algebraicas simultaneas, en lugar de requerir la resolución de

ecuaciones diferenciales complejas, pero, dado que el problema tiene que ser

“discretizado”, esté método numérico, al igual que todos los métodos numéricos,

arrojan valores aproximados de las incógnitas en un numero finito de locaciones

dentro del cuerpo, las cuales dependen directamente, del número de elementos

usados para la discretización de la pieza.

4.1.1 Discretización

Discretización, es el proceso de modelación de un cuerpo que consiste en la

división equivalente del mismo, en un sistema conformado por cuerpos más

pequeños (elementos finitos) interconectados por medio de puntos comunes o

nodos, los cuales forman superficies y se comportan como volúmenes de control

independientes, los que a su vez son afectados por las condiciones de frontera

que afecten al cuerpo estudiado como un todo.

Durante la aplicación del método de elementos finitos, en lugar de intentar resolver

el problema como un todo en una sola operación, se divide el cuerpo del problema

en un número finito de elementos, los cuales a su vez se resuelven

simultáneamente y se obtienen el resultado de un todo conformado por cada

resultado arrojado por los elementos finitos.

4.1.2 Aspectos Generales del Método de Elementos Finitos

A continuación se presenta de manera general, los pasos a seguir que intervienen

durante la formulación y la solución de problemas de ingeniería empleando del

método de elementos finitos. Por razones de simplicidad y a manera de

74

introducción, los pasos a continuación descritos, solo ejemplifican el caso del

análisis estructural, ya que análisis de transferencia de fluidos y de calor no

cumplen con los objetivos principales de este trabajo, y no serán analizados.

Típicamente, para el análisis de un problema estructural de esfuerzos, el ingeniero

analista, busca la determinación de esfuerzos y desplazamientos en la estructura

estudiada, la cual se encuentra en equilibrio ya que es sometida a cargas

determinadas. Para la gran mayoría de los análisis estructurales, es difícil

determinar la distribución de deformaciones usando métodos convencionales por

lo que el método de elementos finitos entra en escena.

Existen dos acercamientos generales asociados al entendimiento y aplicación del

método Fea (Finite Element Method). El primer acercamiento, es llamado el

método de Fuerza o Flexibilidad, el cual se basa en el uso de fuerzas internas

como las incógnitas del problema. Para la obtención de las ecuaciones

gobernantes, tienen que emplearse primero las ecuaciones de equilibrio. Después

es necesario introducir ecuaciones adicionales generadas por las ecuaciones de

compatibilidad. El resultado es el arreglo de ecuaciones algebraicas redundantes

que determinan las fuerzas internas desconocidas. El segundo acercamiento del

método, es el llamado método de Desplazamiento, o método de Rigidez, el cual

asume el desplazamiento de nodos como las incógnitas del problema.

Por requerimiento del método de Rigidez, se necesita que los elementos

estudiados se interconecten por nodos comunes entre sí, a lo largo de un eje

común o una superficie común de tal manera que aun después de que la

deformación se presente, los nodos permanezcan conectados al nodo común. Las

ecuaciones gobernantes son expresadas en términos de desplazamientos nodales

usando las ecuaciones de equilibrio en cada nodo, de tal forma que al se pueda

aplicar la ley de relaciona la fuerza con los desplazamientos.

75

Estos dos acercamientos, resultan en dos diferentes incógnitas (fuerzas y

desplazamientos) en el análisis y el uso de diferentes matrices asociadas a sus

planteamientos (flexibilidad y rigidez). Como ya ha sido mencionado, para

aplicación de modelos computacionales a la solución de problemas, el método por

matrices de rigidez, es mucho más fácil de implementar ya que el planteamiento

del problema es mucho más sencillo. Sin embargo la vasta mayoría de programas

de aplicaron general para la solución de problemas estructurales empleando el

método de elementos finitos, ha incorporado el planteamientos de

desplazamientos para la solución de problemas.

El método de elementos finitos involucra la modelación de una estructura

empleando pequeños elementos interconectados llamados elementos finitos. Una

función de desplazamiento es asociada a cada elemento. Cada elemento

interconectado, está ligado entre sí, directa o indirectamente a través de interfaces

comunes, como lo pueden ser: nodos, superficies comunes, bordes.

Al usar incógnitas de propiedades de materiales en donde se estudie el

esfuerzo/deformación, se puede determinar el comportamiento de un nodo

determinado en términos de las propiedades de cualquier otro elemento en la

estructura.

El arreglo total de ecuaciones, describen el comportamiento de cada nodo en una

serie de ecuaciones algebraicas las cuales se expresan en notación matricial para

su mejor entendimiento y menos complicada solución.

4.1.3 Aplicaciones del Método de Elementos Finitos

Existen diferentes aplicaciones del método de elementos finitos, que van desde la

simulación de flujo de fluidos, el análisis de esfuerzos estructurales, la

transferencia de calor y el análisis multi-fenómeno para la determinación de

secuencias mecánicas. El área de elementos finitos es un campo en continuo

76

desarrollo y día a día diversos investigadores están desarrollando nuevas

aplicaciones, como lo muestra la siguiente ilustración.

4.1.4 Introducción a la Notación Matricial

Los Métodos matriciales, son una herramienta necesaria cuando se habla del

método de elementos finitos, ya que dada la magnitud de ecuaciones que

comúnmente se emplean, es necesaria la simplificación de las ecuaciones de los

elementos de rigidez y una de sus más grandes aplicaciones, es sin duda, la

programación, ya que para propósitos de la misma, los métodos matemáticos de

uso de matrices para la solución de sistemas de ecuaciones dada la simplicidad

de su notación y su fácil implementación en algoritmos.

Una matriz, se define como un arreglo rectangular de cantidades, las cuales se

disponen en columnas y filas, dichos arreglos de cantidades, son común mente

usados para auxiliar en la expresión y solución de sistemas algebraicos de

ecuaciones.

4.1.5 El papel de la Computadora en la solución de Matrices

Los métodos matriciales y su asociación al método de elementos finitos, no estaba

listo para la solución de problemas complicados. A pesar de que el método de

elementos finitos ya había sido empleado para describir estructuras complejas, las

cuales requerían la solución de una gran cantidad de ecuaciones algebraicas

asociadas a la modelación del fenómeno empleando dicha técnica para el análisis

estructural, la obtención de una solución estructural por medio del método de

elementos finitos, se tornaba extremadamente difícil de resolver y por ende, de

aplicar, por lo que pese a que la modelación de estructuras y el entendimiento de

las matemáticas de estructuras estaba bien cimentado en la descripción del

fenómeno físico, el método resultaba impráctico. No fue hasta el advenimiento de

77

la computadora, cuando la solución de miles de ecuaciones en cuestión de

minutos se hizo posible.

El desarrollo de la computadora, impulso el desarrollo de nuevas tecnologías de

software. Un gran número de programas enfocados a la solución de problemas

generales y especiales fueron escritos para la solución de problemas

estructurales. Programas como Staad, son de gran ayuda a resolver problemas

usando el método de elementos finitos.

De manera general, para ocupar una computadora, una vez que el analista ha

definido el modelo de elementos finitos a resolver, alimenta el programa de

computación con la información necesaria para la realización del cálculo.

Esta información puede incluir la posición coordinada de los nodos, la manera en

la que se interconectan los nodos, las condiciones de frontera, las fuerzas

aplicadas, las restricciones y el tipo de análisis a realizar. De esta información, la

computadora genera las ecuaciones necesarias para resolver el sistema y lleva a

cabo el análisis.

4.2 Descripción del modelo para análisis

La parte estructural del elevador que se considera crítica, según el diseño de

elevador convencional para personal, es la estructura metálica o marco compuesta

por perfiles ¨T¨ en el sentido horizontal que soportan directamente las cargas

generadas por la cabina de elevador y contrapeso, apoyados sobre vigas ¨T¨ y

doble canal C¨ en el sentido vertical que soportan la carga vertical, generada por

todos los elementos cuyos nodos están unidos a base de placas.

En el Plano 010 el lector puede ver el diseño del marco para el cuarto de

máquinas, y notará que al pie de la estructura, hay un juego de dos vigas I dobles

y una independiente, que sirve de soporte para la maquina tractora, el plano

mencionado de indica solamente la polea de la máquina. Las poleas que están en

78

la parte superior del marco, sirven para guiar los cables tractores de cabina y

contrapeso.

El criterio de análisis fue bajo carga vertical utilizando un FC= 2.0 por el tipo de

uso industrial a lo cual se consideraron las siguientes cargas:

1. Peso propio de la estructura.

2. Cargas puntuales y uniformemente repartidas.

3. Carga por tracción.

4. Cargas de servicio.

5. Falla vertical.

Estructura revisada en el programa Staad Pro 2006 bajo los parámetros y

constantes de diseño de las normas AISC, NTC, RCDF.

4.2.1 Consideraciones para el diseño

Presentando los siguientes resultados en la corrida donde se dictamina que todos

los elementos mecánicos de la estructura que soportan directamente la cabina y

contrapeso resisten las cargas y las combinaciones a las que está sometida al

considerar 2 empotres y 9 apoyos.

Las normas en las cuales se sustentan las consideraciones del diseño mecánico

son:

“Guide For Certification of Lifting Appliances – Chapter 5, Guide for

Certification of Shipboard Elevators” de ABS

ASME A17.1 “Safety Code for Elevator and Escalators”

Esto de acuerdo al tipo de plataforma en el cual hemos propuesto el elevador, un

módulo tipo Jack-Up; así como a las necesidades de los posibles clientes y/o

usuarios de dicho módulo.

79

4.2.2 Planos de Referencia

Los siguientes son los planos principales para realizar el diseño en el software

Staad.Pro

Plano 010

Plano 010-01

Plano 010-02

4.3 Materiales del modelo

El acero considerado para el diseño y revisión del fue:

A-36.

Fy = 2530 kg/cm2

Fig. 4.1 Diseño del marco de poleas y máquina tractora

80

4.3.1 Materiales y secciones

A continuación indicamos los elementos estructurales que se utilizaron para

representar al marco dibujado en el Plano 010.

Los planos dibujados para este trabajo se realizaron en AutoCAD, y aunque es

posible exportar archivos de AutoCAD hacia Staad.Pro, no se realizó esto, por las

consideraciones que se mencionan a continuación.

En el Plano 010, los soportes de las poleas quedan sobre el hueco del cubo del

elevador y recuperando la vista de planta del Plano 304-01 vemos que tres caras

del cubo están limitadas por refuerzos estructurales tipo L y paredes que recorren

la vertical del cubo, todo esto forma parte de la estructura de la plataforma,

usamos este cinturón para colocar parte de las columnas de nuestro marco, la

cuarta cara del cubo queda libre hacia el piso del cuarto de máquinas, este lado es

el indicado para colocar la base de la máquina tractora. Las columnas que están

sobre el cinturón de refuerzo se deben soldar en la práctica, a las paredes del

cubo y a los soportes tipo L con los que tengan contacto. Esto no se considera en

el diseño con Staad.Pro, ya que incluir esas consideraciones, el resultado obtenido

son varios esfuerzos eliminados y en general el marco se vuelve bastante rígido,

al diseñar la estructura con las cuatro columnas empotradas, vemos que los

resultados son óptimos para el trabajo requerido.

El tema de soldarlas a las paredes e incluso al techo, nos ofrecería mayor

robustez en la práctica solamente, y esto finalmente sería un factor de seguridad

extra que podemos proporcionar a todo el sistema.

81

Fig. 4.2 Ubicación de vigas tipo “T” en estructura

Fig. 4.3 Ubicación de vigas tipo “I” en soporte de poleas

82

Fig. 4.4 Ubicación de vigas tipo “I” para base de máquina tractora

Fig. 4.5 Ubicación de vigas tipo “T” para cinturón refuerzo de cubo

83

Fig. 4.6 Ubicación de vigas tipo “T” como soporte de placa de piso Nivel 7

Fig. 4.7 Ubicación de vigas tipo “T” como columnas del marco estructural

84

Fig. 4.8 Ubicación de viga tipo “I” como unión de vigas para poleas

4.4 Modelo geométrico.

Como resultado de la selección elementos propuesta en la sección anterior,

tenemos el modelo de la fig. 4.9 para el análisis estructural.

Como se puede observar, este modelo es estructuralmente idéntico al realizado en

planos 010, 010-01 y 02

85

Fig. 4.9 Topología del marco estructural en sala de máquinas

En la fig. 4.10 se presenta el isométrico que Staad.Pro nos proporciona de la

estructura que soporta las cargas de la cabina, el contrapeso y las fuerzas de

tracción de la maquinaria.

Nuevamente podemos comprobar que es similar al dibujo del plano 010, ya que la

distribución de elementos está hecha de acuerdo a dicho plano.

86

Fig. 4.10 Isométrico del marco estructural en sala de máquinas

En la fig. 4.11 tenemos los nodos que se forman en la estructura, estos nudos son

los propios de la estructura de soporte, así como los formados con la unión del

piso de la plataforma donde se debe ubicar esta arreglo.

Como se menciona anteriormente, hemos considerado las vigas empotradas

solamente.

87

Fig. 4.11 Nodos y soportes de la estructura

Para facilitar el análisis, realizamos la agrupación los miembros y nodos según su

tipo. En la fig. 4.12 tenemos los grupos formados para el conjunto estructural.

Fig. 4.12 Grupos de miembros y nodos de la estructura

88

4.5 Asignación de cargas

A continuación se colocan las cargas que actúan sobre el marco estructural.

En primer lugar tenemos el peso propio de la estructura que se puede observar en

la fig. 4.13

Loading 1 peso propio

Uni gy -20 kg/m

Fig. 4.13 Cargas por peso propio de cada de miembro de la estructura

Por otro lado tenemos las cargas que debe soportar la estructura, el peso de la

cabina que indicamos a continuación considera que está cargando el peso

máximo

Gy – 4000 kg-m (peso de cabina)

89

Gy – 3000 kg-m (contrapeso)

Gy – 1500 kg-m (poleas y chumacera)

Gy – 1500 kg- m (poleas y chumacera)

En la figura 4.14 se asignan en Staad.Pro

Fig. 4.14 Cargas puntuales de elementos externos a la estructura

Con los datos anteriores podemos empezar el análisis y obtenemos en la fig. 4.15

los momentos por las cargas puntuales, tomando en cuenta el peso propio de

cada elemento

90

Fig. 4.15 Momentos generados por cargas puntuales

Ahora hacemos las mismas consideraciones anteriores, pero para la base de

máquina tractora, y la parte del piso que hemos incluido en el diseño.

El peso propio para la base de la máquina está dado por: Uni gy 100 kg/m.

91

Fig. 4.16 Cargas por peso propio en base de máquina tractora

La consideración para el peso del piso es el siguiente: Uni gy 100 kg/m.

Fig. 4.17 Cargas por peso de piso en la zona de la base de máquina tractora

92

La máquina en operación genera una fuerza por tracción sobre el piso de:

Gy 6000 kg/m. (Repartida en 6 cargas puntuales de 1000 kg.)

Fig. 4.18 Momentos generados por esfuerzo de máquina tractora en funcionamiento

Fig. 4.19 Cortantes generados por esfuerzo de máquina tractora en funcionamiento

93

En las vigas de la estructura, tenemos varias placas de unión que también

consideramos para el análisis. El peso de la carga muerta: 20 kg/ml

Fig. 4.20 Momentos generados por peso de carga muerta de placas de unión

Fig. 4.21 Cortantes generados por peso de carga muerta de placas de unión

94

De acuerdo a las cargas anteriores, realizamos el análisis para los esfuerzos

combinados, esto significaría que el elevador este en servicio.

Fig. 4.22 Momentos generados por todos los esfuerzos combinados

Fig. 4.23 Cortantes generados por todos los esfuerzos combinados

95

Finalmente sobrecargamos la estructura para comprobar el comportamiento de la

estructura de la sala de máquinas

Fig. 4.24 Momentos generados por sobrecarga de los esfuerzos combinados

Fig. 4.25 Cortantes generados por sobrecarga de los esfuerzos combinados

96

El criterio de análisis y revisión de esta estructura fue con tomando en

consideración que la carga es vertical, también se considera que es una estructura

que está construida y dando servicio en condiciones óptimas estando sometida a

los esfuerzos más críticos y permanentes como son: esfuerzos de flexión, torsión,

cortante, falla y servicio con los cuales se determinaron las combinaciones y se

utilizó un FC= 2.0 por el tipo de uso industrial.

Este factor nos permite asegurarnos que la estructura tendría un comportamiento

aceptable en operación, tomando en cuenta las condiciones de operación de las

plataformas marinas.

4.6 Desplazamientos de miembros principales

Como un resultado especifico de nuestro análisis, son los desplazamientos que se

producen en la estructura por el efecto de las cargas y esfuerzos que actúan.

A continuación presentamos los desplazamientos más representativos, indicando

sus respectivos datos de servicio y falla.

Fig. 4.26 Desplazamiento viga 1

97



98



99

Fig. 4.31 Desplazamiento columna 1

Fig. 4.32 Desplazamiento soporte piso 1

100



101


Fig. 4.36 Desplazamiento soporte máquina 1

102

Fig. 4.37 Desplazamiento soporte máquina 2

103

CAPITULO 5

5. DISEÑO DE CONTROL DEL ELEVADOR POR MEDIO DE UN PLC

5.1 Introducción

En el presente capitulo se describen las funciones operativas del sistema para el

control del elevador para pasajeros.

Tales funciones o eventos son los que deben suceder después de oprimir alguno

de los botones, contemplados en el diseño, al interior de la cabina o en alguna de

los pisos donde el elevador debería realizar las paradas, todo esto con referencia

a los diagramas de alambrado.

El lector puede consultar en la sección de Anexos el diagrama tipo escalera del

PLC así como los planos respectivos, desde el diagrama unifilar del sistema,

diagrama de control, distribución de tableros, cédula de cableado y hasta detalles

de instalación.

5.1.1 Interfaces de operación

El elevador posee dos modos de operación: Inspección y Normal.

En el modo de Inspección, el personal autorizado podrá mover el elevador por

medio de un panel de operación (botonera de revisión) ubicado en la parte

superior de la cabina.

En el modo Normal, los usuarios del elevador pueden llamar al elevador por medio

de las botoneras instaladas en cada nivel. El usuario puede saber la ubicación y la

104

dirección del elevador por medio de un indicador luminoso. Una vez que la

llamada es atendida, el usuario puede abordar el elevador y elegir el piso en el

cual desea ascender o descender, por medio de una estación de botones ubicada

dentro de la cabina.

A continuación se describen de forma detallada las interfaces que se mencionaron

anteriormente.

5.1.2 Documentos de referencia

Los siguientes planos se han utilizado como referencia en el diseño del sistema,

para el presente capítulo:

Diagramas de Control

302-01 Diagrama de Control

302-02 Diagrama de Entradas 01

302-03 Diagrama de Entradas 02

302-04 Diagrama de Salidas 01

302-05 Diagrama de Salidas 02

302-06 Diagrama de alarma en Radio Room

Diagramas de Fuerza

303-04 Diagrama de Fuerza 04

5.2 Panel de Inspección

Los dispositivos operativos del panel de Inspección son los siguientes:

105

5.2.1 Botón de paro de Emergencia

Este botón forma parte del circuito de seguridad que controla el relevador de

control maestro.

El contacto N.C. está conectado en serie con el contacto N.C. del selector de paro

ubicado en la botonera de la cabina. (Plano 302-01).

El contacto N.A. o NC se utiliza para mandar una señal al PLC en la entrada digital

I11.6 (Plano 302-03), con el objetivo de indicarle al sistema de control que se ha

accionado el paro de emergencia en el panel de inspección.

5.2.2 Selector “Normal – Inspección”

Cuando este selector se encuentra en la posición “NORMAL”, se utiliza el contacto

N.C. para mandar una señal al PLC en la entrada digital I8.7 (Plano 302-03), para

indicar que el sistema de control está en modo Normal, cuando el selector es

accionado hacia la posición “INSPECCIÓN”, dicho contacto se abre y la señal

desaparece, indicando que el sistema de control está en modo de Inspección.

Si el Elevador se encontrara en movimiento cuando reciba la señal de

“INSPECCIÓN”, se detendrá su movimiento y todas las llamadas serán

canceladas.

La velocidad de movimiento en el Modo de Inspección es de 6 Hz, y es menor a la

velocidad de operación normal.

5.2.3 Botón de Habilitación

Se utiliza el contacto N.A. de este botón para proporcionar el voltaje de

polarización de 24 VDC a los botones de “SUBIR” Y “BAJAR” del panel de

inspección, de forma que solo oprimiendo este botón se podrán producir las

señales de los comandos subir o bajar en el modo de inspección.(Plano 302-03).

106

5.2.4 Botón “SUBIR”

Se utiliza el contacto N.A. de este botón para mandar una señal al PLC en la

entrada digital I9.0 (Plano 302-03), para indicar al sistema de control el comando

de subir la cabina en el modo de inspección.

5.2.5 Botón “BAJAR”

Se utiliza el contacto N.A. de este botón para mandar una señal al PLC en la

entrada digital I9.1 (Plano 302-03), para indicar al sistema de control el comando

de bajar la cabina en el modo de inspección.

El lector puede revisar el Plano 309 en la sección de Anexos, el cual muestra los

detalles de la botonera de revisión descrita en este apartado.

5.3 Botoneras de Llamada en pasillos

5.3.1 Botoneras de los niveles 1 y 6

En los niveles 1 y 6, junto a la puerta de acceso al elevador se cuenta con una

botonera con un botón iluminado que permite al usuario llamar al elevador.

Cuando el botón del nivel 1 es presionado, el contacto N.A. se utiliza para mandar

al PLC una señal en la entrada digital I6.4 (Plano 302-02), a lo cual el PLC

responde energizando la salida digital Q17.2 (Plano 302-04) para iluminar el botón

y así indicarle al usuario que su solicitud está siendo atendida.

107

Cuando el botón del nivel 6 es presionado, el contacto N.A. se utiliza para mandar

al PLC una señal en la entrada digital I7.5 (Plano 302-02), a lo cual el PLC

responde energizando la salida digital Q32.3 (Plano 302-04), para iluminar el

botón y así indicarle al usuario que su solicitud está siendo atendida.

5.3.2 Botoneras de los niveles 2 al 5

En los niveles 2 al 5 junto a la puerta de acceso al elevador se cuenta con una

botonera con dos botones iluminados que permiten al usuario llamar al elevador

para subir y/o para bajar.

Cuando alguno de estos botones es presionado, el contacto N.A. se utiliza para

hacer llegar al PLC las señales de llamada a las entradas digitales I6.5, I6.6, I6.7,

I7.0, I7.1, I7.2, I7.3 e I7.4 (Plano 302-02), a lo cual el PLC responde energizando

las salidas digitales Q17.3, Q17.4, Q17.5, Q17.6, Q17.7, Q32.0, Q32.1 y/o Q32.2

(Plano 302-04) para iluminar el botón correspondiente y así indicarle al usuario

que su solicitud está siendo atendida.

5.4 Botonera de Cabina

5.4.1 Botones de Servicio

La cabina del elevador se cuenta con una estación de botones donde, una vez que

haya abordado, el usuario podrá elegir el nivel al que desee trasladarse.

Cuando alguno de estos botones sea presionado, su contacto N.A. se utiliza para

hacer llegar al PLC las señales de servicio a las entradas digitales I10.0, I10.1,

I10.2, I10.3, I10.4 e I10.5 (Plano 302-03), a lo cual el PLC responde energizando

las salidas digitales Q33.1, Q33.2, Q33.3, Q33.4, Q33.5 y/o Q33.6 (Plano 302-04)

108

para iluminar el botón correspondiente y así indicarle al usuario que su solicitud

está siendo atendida.

Después de que la cabina se desplace para atender alguna llamada en alguno de

los niveles, las puertas se abrirán automáticamente para que los usuarios

desciendan y/o aborden el elevador. En la cabina existen dispositivos que

supervisan que no haya ninguna obstrucción en la trayectoria de cierre de las

puertas, y después de un tiempo de que no se detecta obstrucción, las puertas se

cierran automáticamente.

Debajo de los botones de servicio, se encuentran los botones para abrir y cerrar la

puerta.

5.4.2 Botón “Abrir Puerta”

Cuando el botón “Abrir Puerta” es accionado, su contacto N.A. se utiliza para

hacer llegar al PLC una señal en la entrada digital I10.7 (Plano 302-03), a lo cual

el PLC responde deteniendo el tiempo de espera de cierre, siempre y cuando la

puerta esté completamente abierta. Si el botón “Abrir puerta” es liberado en estas

condiciones, el tiempo para cierre se reinicia y continúa la operación normal.

Este botón solo tendrá efecto mientras el PLC no haya recibido la señal de

confirmación de cierre de la puerta en la entrada digital I8.2 (Plano 302-03).

5.4.3 Botón “Cerrar Puerta”

Cuando el botón “Cerrar Puerta” es oprimido, su contacto N.A. se utiliza para

hacer llegar al PLC una señal en la entrada digital I11.0 (Plano 302-03), a lo cual

el PLC responde deteniendo el tiempo de espera de cierre y energizará la salida

digital Q32.6 (Plano 302-04) para que se realice inmediatamente la operación de

cierre.

109

En el caso en que esté en curso el cierre de la puerta cuando se oprima el botón

“Abrir puerta”, el PLC, desactiva la salida digital Q32.6 y energizará la salida digital

Q32.5 (Plano 302-04) para cancelar la operación de cierre y reiniciar la operación

de apertura.

Este botón solo tendrá efecto solo cuando el PLC haya recibido la señal de

confirmación de apertura de la puerta en la entrada digital I8.1 (Plano 302-03).

5.4.4 Selector de Paro en Cabina

El selector de paro en cabina, solo puede ser accionado por medio de una llave, y

forma parte del circuito de seguridad que controla el relevador de control maestro.

El contacto N.C. de este selector, estará conectado en serie con el contacto N.C.

del botón de paro ubicado en el panel de inspección en la parte superior de la

cabina. (Plano 302-01).

El contacto N.A. se utiliza para mandar una señal al PLC en la Entrada Digital

I11.5 (Plano 302-03), con el objetivo de indicarle al sistema de control que se ha

accionado el paro de emergencia en cabina.

5.4.5 Botón de alarma

El selector de paro o alarma en cabina permite al usuario encender una señal de

alarma luminosa y audible en el “Radio Room” o cuarto de control; en caso de que

ocurra algún problema en el elevador. El contacto N.A. se utiliza para mandar una

señal de aviso (Plano 306-01), con el objetivo de indicarle al sistema de alarma

que se ha accionado el botón de alarma en cabina.

110

Una vez que se reciba esta señal, el Sistema de alarma accionará el contacto C1

CR1 (Plano 306-01), este debe iluminar físicamente el respectivo botón PA_AL1

indicándole al usuario que su solicitud está siendo atendida.

En el “Radio Room” o cuarto de control, con la señal de alarma arriba descrita, se

tiene como resultado el encendido de la señal de alarma luminosa PA_AL2 y la

alarma audible AH_AL02 (Plano 306-01)

5.4.6 Selector de alumbrado

Este selector tiene dos posiciones, se acciona mediante una llave y está

identificada con la palabra “Luz” en la cabina y “Luminarias” en el plano debajo

referenciado.

Cuando el selector se coloca en la posición encendido, el contacto N.A. cierra el

circuito de alimentación que enciende las lámparas fluorescentes que iluminan la

cabina (Plano 303-04).

5.4.7 Selector del Ventilador

El ventilador es importante para proporcionar al pasajero confort mientras

permanece dentro de la cabina, ya que la temperatura dentro del elevador puede

ser alta.


identificado con la palabra “VENTILADOR”.

Cuando el selector se pone en la posición LO, el contacto N.A. cierra el circuito de

alimentación al ventilador de la cabina (Plano 303-04).

111

5.4.8 Selector Elevadorista


identificado con la palabra “ELEVADORISTA”.

Cuando el selector se pone en la posición encendido, el contacto N.A.se utiliza

para mandar una señal al PLC en la entrada digital I9.4 (Plano 302-03), con el

objetivo de indicarle al sistema que se ha solicitado la operación con Elevadorista.

Esta operación deshabilita las llamadas de los pisos y el operador (elevadorista)

toma el mando de la botonera de la cabina y las puertas (botones abrir y cerrar).

5.5 Operador de puertas

La puerta de cada pasillo sirve como una puerta externa que protege de acceso a

la puerta de la cabina, de tal manera que cuando el elevador se encuentre en viaje

o en otro nivel, no se permita la apertura de la puerta externa.

5.5.1 Elementos

El operador de puertas se compone principalmente de un motor de corriente

alterna, de una capacidad de 0.5 HP, un variador de frecuencia y una tarjeta de

control. Otros accesorios necesarios para su operación como switches de levas,

diodos emisores de luz para controlar la velocidad de las puertas, señal de

obstrucción de puertas y señal de monitoreo de falla.

Adicionalmente el operador de puertas soporta entradas de voltaje, provenientes

del PLC y le retroalimentará con salidas, a través de relevadores, para confirmar la

operación solicitada.

112

5.5.2 Operación

Para hacer referencia al operador de puertas usaremos el término “controlador de

puertas”.

Una vez que el elevador se encuentre posicionado en el nivel de descenso

deseado, el controlador de puertas recibirá los siguientes comandos del PLC:

1. Abrir puertas. El PLC envía la señal para activar al controlador la apertura

de puertas a través de la salida Q32.5 (Plano 302-04), el Controlador

responderá activando la salida, el variador de velocidad en el controlador

recibirá el comando adecuado y las puertas se abrirán.

2. Después de un tiempo configurado para permitir la apertura de puertas, se

recibirá la señal de confirmación de puertas abiertas: La entrada I8.1 (Límite

de apertura operador de puertas) del PLC se activa (Plano 302-03)

confirmando la acción del Controlador de puertas.

3. Transcurrido el tiempo para mantener las puertas abiertas, en el que se

permitirá el descenso y ascenso del personal, o al recibir la señal del botón

“Cerrar puerta” I11.0, desde el PLC se envía la señal para activar al

controlador el cierre de puertas (Plano 302-03), a través de la salida Q32.6

(Plano 302-04), el controlador responderá activando el variador de

velocidad y las puertas se cerrarán.

4. En el PLC, se debe configurar en la práctica una alarma si la entrada I8.2,

Límite de cierre operador de puertas (Plano 302-03), no se ha recibido en el

tiempo configurado y como interlock de seguridad en el viaje, el elevador no

avanzara si no tiene esta señal junto con la de la serie de puertas de

pasillo.

113

5.5.3 Seguridad del pasajero

Las protecciones que influyen en la operación del controlador de puertas, se

mencionan a continuación:

1. Fotocelda de obstrucción de cierre de puerta.

Si alguno de los sensores mencionados detecta la presencia de un pasajero o un

obstáculo, enviará una señal hacia el mismo operador de puertas lo que generara

una reapertura de puerta, el variador de velocidad en el controlador recibirá el

comando adecuado y las puertas se abrirán.

Los incisos 2, 3 y 4 de la sección 5.5.2 son válidos.

5.5.4 Velocidad de operación

La puerta más eficiente es la que abre y cierra en un tiempo mínimo y permite

entrar y salir de la cabina a 2 personas simultáneamente, sin embargo en el

diseño del Jack up o de alguna otra plataforma dependemos de las limitaciones de

espacio para el elevador.

El controlador de puertas permite configurar los tiempos de operación de acuerdo

a las necesidades en campo. Esta configuración debería hacerse in-situ si se

decide llevar este trabajo a la práctica.

5.5.5 Puertas de Nivel

Las puertas de nivel proporcionan protección al usuario evitando el acceso al cubo

cuando la cabina no se encuentre en ese nivel.

114

Los permisivos de las puertas de nivel proporcionarán:

Bloqueo físico de la puerta.

Señal eléctrica hacia el Controlador de puertas quien confirma la posición

de las puertas.

Cuando elevador no está en el nivel, el contacto eléctrico señalará al PLC que la

puerta del nivel está cerrada y físicamente bloqueada

Si el elevador está en el nivel, con el movimiento inicial del controlador de puertas,

el permisivo se abrirá, es decir la puerta de nivel físicamente se habrá

desbloqueado, evitando el movimiento del elevador para dejar el nivel.

El dispositivo de liberación, instalado en la puerta de Nivel, es activado por el

mecanismo del controlador de puerta.

5.6 Seguridad

5.6.1 Elementos del Sistema de Control

5.6.1.1 Relevador de Control Maestro

El relevador de control maestro MCR (Plano 302-01) se mantendrá energizado

cuando estén operando correctamente la fuente de alimentación de 24 Vdc, el

breaker de protección no se haya disparado, y cuando los paros de emergencia

del gabinete, de la fosa, de la cabina y de la botonera de revisión sobre la cabina

no estén presionados; de igual manera los sensores de seguridad, interruptor de

límite de carrera superior e interruptor de límite de carrera inferior y Governor no

deben estar accionados.

Si los elementos anteriores no se han accionado, cuando el botón Reset PB1 se

presione, su contacto N.A. cerrará el circuito del MCR. A través del contacto C1

del MCR el circuito se mantendrá energizado cuando el botón de reset se libere.

115

El contacto C4 N.A., del MCR, se utiliza para mandar una señal al PLC en la

entrada digital I4.0 (Plano 302-02), con el objetivo de mandar una señal al sistema

que el MCR se encuentra en condiciones normales de operación.

Atendiendo las condiciones de seguridad eléctrica, si el paro de emergencia o los

sensores de límite de carrera han sido presionados, se interrumpe totalmente la

energía del tablero hacia el motor principal, así como las señales proporcionadas

por el PLC hacia los elementos de campo a través de sus salidas.

5.6.2 Interlocks

5.6.2.1 Permisivos de Operación

Los elementos indispensables para la operación del Elevador son los siguientes:

1. Relevador de Control Maestro, I4.0 (Plano 302-02).

2. Paro de Emergencia Tablero de Control, I4.1 (Plano 302-02).

3. Estado del Guardamotor Principal, I4.4 (Plano 302-02).

4. Variador de velocidad del motor principal, I5.0 (Plano 302-02).

5. Paro de emergencia en fosa, I5.3 (Plano 302-02).

6. Estado de filtro, I5.7 (Plano 302-02).

7. Contacto relevador falla en fase, I6.0 (Plano 302-02).

8. Contactor del freno, I6.1 (Plano 302-02).

9. Sensor Governador.

10. Paro de emergencia cabina presionado, I11.5 (Plano 302-03).

11. Paro de emergencia en tablero sobre cabina presionado, I11.6 (Plano 302-

03).

12. Interruptor escotilla de emergencia, I11.1 (Plano 302-03). Se tomará el

contacto N.C. Esta señal no permitirá el movimiento del elevador si la

escotilla se encuentra abierta.

116

Todos estos elementos reportan su estado hacia el PLC, excepto el Governador,

quien tomará las decisiones para generar los comandos de movimiento del

Elevador. Se utilizará el contacto NA de cada elemento, enviando señal cuando se

encuentran listos para operar, de tal manera que cuando detecte la ausencia de

señal el elevador detendrá su operación independientemente del nivel donde se

encuentre.

Los anteriores dispositivos abren el circuito del MCR, provocando una interrupción

en la alimentación del motor principal.

Adicionalmente se tendrá la señal de la escotilla, esta se considera como un

permisivo de operación aunque no abre el circuito del MCR

5.6.2.2 Permisivos de Temperatura

Para los Switches de alta temperatura del Motor Principal:

1. Termostato del motor principal, I4.2 (Plano 302-02).

2. Termostato resistencias de frenado, I6.3 (Plano 302-02).

Se tomara el contacto NA de los dispositivos, cuando se presente la condición de

alta temperatura, al PLC llegará la señal indicativa; el PLC, para el motor principal

para evitar daños graves al motor.

5.6.2.3 Permisivos en Niveles

El estado del siguiente elemento es indispensable para permitir el movimiento del

elevador.

1. Interruptor de seguridad de puertas Gate Switch, I8.6 (Plano 302-03).

117

Esta señal es el resultado de los elementos en serie de cada Gate Switch en todos

los niveles.

Se usará el contacto NA, cuando el elevador llegue al nivel, mecánicamente se

engancha con el Gate switch, permitiendo la apertura de puertas.

5.6.2.4 Permisivos en Cabina

La cabina cuenta con sensores adicionales para proporcionar y garantizar

seguridad al pasajero:

1. Fotocelda de obstrucción, esta señal se conectará al control del operador

de puertas, se hará uso del contacto NA. Cuando el tiempo de puertas

abiertas se haya concluido, iniciara el proceso de cierre de puertas, si antes

de que se obtenga la señal del sensor de puertas cerradas se interrumpe la

señal de la fotocelda, automáticamente se abrirán las puertas.

Estos sensores son elementos que se cablearán directamente al controlador de

puertas.

5.7 Operación

5.7.1 Elementos del Sistema

El Elevador es un sistema compuesto de varios elementos mecánicos, eléctricos y

electrónicos, operando en coordinación para el trasporte de personal en los

diferentes niveles de una plataforma tipo Jack up

Elementos:

118

Sistema de Control.

Cabina

Motor de Tracción de 12 KW.

Controlador de Apertura y Cierre de Puertas

Botoneras de solicitud de elevador.

Sistema de Intercomunicación.

Sistema de alarma.

Luminarias y ventilador.

Contrapeso

Sistema de amortiguadores.

El elevador cuenta con un sistema de control independiente de cualquier otro

sistema de la plataforma marina.

El control esta basado en un PLC robusto que sea capaz de soportar el ambiente

marino. Integra también, un variador de velocidad, que junto al motor principal,

controla el desplazamiento de la cabina.

Toma como referencia a los interruptores de posición y un encoder para conocer

el piso donde se encuentra la cabina.

Atenderá las solicitudes de servicio de cada piso mediante botoneras en cada piso

y dentro de la cabina.

El variador de velocidad informa el piso en el que se encuentre la cabina a través

de un display indicador de piso.

Contará con interruptores de límite que se accionaran cuando se produzca una

sobre carrera más allá de los pisos1 o 6.

El Sistema de control esta constituido por los siguientes elementos:

Motor Trifásico de 12 KW de capacidad para proporcionar la potencia

motriz.

119

Un variador de velocidad para hacer el control de movimiento de la cabina a

lo largo de su recorrido.

Un freno electromagnético para mantener la posición de la cabina.

Un sistema de absorción de energía a través de resistencias de frenado.

Un PLC con características para operar en ambientes marinos, con

suficientes módulos E/S, de comunicación y otros, de acuerdo a las

necesidades del sistema.

Dos gabinetes de acero inoxidable con protección NEMA 4X, uno de ellos

para el PLC y otro para el variador de velocidad.

Un sistema de control de humedad en el gabinete del PLC

Una unidad de enfriamiento para el gabinete del variador de velocidad

Tres interruptores de proximidad inductivos para conocer la posición de la

cabina.

Para el control de apertura y cierre de puertas de cabina se dispondrá de un

sistema desarrollado por algún fabricante de puertas para elevadores.

Un sistema de alimentación de energía trifásico y monofásico.

Un encoder para saber el posicionamiento actual de la cabina.

5.7.2 Operación del Sistema

En condiciones normales el elevador funcionará en Modo Automático:

La operación del elevador en modo automático se lleva a cabo mediante el

método Colectivo Selectivo como se explica a continuación:

En cada nivel se tendrá una estación con un botón de llamada hacia arriba y un

botón de llamada hacia abajo, excepto en los niveles superior e inferior, donde

solo hay un botón de llamada hacia abajo o solo un botón de llamada hacia arriba,

respectivamente.

En el interior de la cabina se tendrá una estación con un botón de servicio por

cada nivel.

120

Cada vez que se presione algún botón de llamada se registrará una parada por

llamada, la cabina responderá atendiendo todas las llamadas que se hayan

registrado en la dirección en la cual la cabina se está moviendo.

Después de atender todas las llamadas que se registraron en una dirección, la

cabina invertirá la dirección del movimiento y comenzará a atender todas las

llamadas que se hayan registrado en el sentido opuesto.

Cada vez que se presione un botón en la estación de la cabina, se registrarán

paradas por servicio que serán atendidas en el orden en que se hayan registrado

sin importar el número ni la secuencia en que se hayan presionado los botones.

Los pasajeros deberán presionar los botones de llamada en cada nivel y los

botones de servicio en el interior de la cabina para establecer el itinerario del

elevador, todas las demás operaciones son automáticas.

121

CAPITULO 6

6. ANALISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLA

6.1 Introducción

El Failure Mode and Effect Analysis, FMEA por sus siglas en Ingles, o AMEF en

español, es una técnica de prevención, utilizada para detectar los posibles modos

de falla en un sistema, con el fin de establecer los controles adecuados que eviten

la ocurrencia de defectos o incidentes.

En lo que respecta al diseño del elevador, consideramos que el trabajo en

plataformas marinas el personal hace rotaciones cada 14 días, por 14 días de

descanso; asimismo es frecuente que cuando el personal regresa al trabajo, no

siempre regresa a la misma plataforma, ni con los mismos compañeros; sobretodo

tratándose de empresas contratistas o aquellas que solo abordan por un trabajo

en particular, esto deriva que los equipos y en general la plataforma no es operada

siempre por el mismo personal, y los trabajadores deben estar siempre atentos

ante una eventual falla, y familiarizarse rápidamente con todos los sistemas y

servicios de las plataformas marinas.

La AMEF ofrece un apoyo valioso para el personal que deba hacer frente a un

mantenimiento o y sobre todo una falla; es este capítulo analizamos los elementos

eléctricos y de control que intervienen en la operación del elevador.

6.1.1 Documentos de referencia

Los siguientes planos se han utilizado como referencia en el diseño del Sistema:

122

302-01 Diagrama de Control

324-00 Lista de elementos

6.2 Alcance

El elevador se analiza considerando los requerimientos de las normas aplicables

para construcciones marinas (nacionales e internacionales), y la forma en que se

han cubierto dichos requerimientos, haciendo referencia a su ubicación en los

planos aplicables, se hará una descripción de su operación y como “adicional” la

manera en que se programaran para minimizar las condiciones de falla.

6.2.1 Subsistemas del Elevador

De acuerdo a la experiencia con cualquier elevador, analizaremos los subsistemas

que frecuentemente presentan fallas, los cuales se enlistan a continuación:

Dispositivos de Seguridad.

Operador de Puertas.

Sistema de control.

6.3 Análisis de subsistemas del Elevador

6.3.1 Dispositivos de seguridad

Los sistemas de seguridad nos permiten conseguir que la integridad física de los

usuarios del sistema y de las instalaciones, de aquí que sea un factor de gran

importancia en los elevadores de pasajeros, en el presente proyecto se puede

utilizar elementos eléctricos y mecánicos para obtener el máximo de seguridad.

123

6.3.1.1 Requerimientos según norma

Si nuestro diseño es adecuado y se decide instalar, es importante que se

considere que se deben proporcionar dispositivos de seguridad, tales como:

a) Interruptores de límite.

b) Amortiguadores.

c) Interlock de puertas.

d) Alarma sonora.

e) Interruptor principal.

f) Control manual auxiliar.

g) Control de sobre velocidad.

h) Sistema de alumbrado.

6.3.1.2 Cumplimiento

El orden en el que se describe el cumplimiento esta de acuerdo a los

requerimientos según norma, mencionados anteriormente.

6.3.1.2.1 Interruptores de Límite

El diseño del proyecto contempla la instalación de interruptores de límite:

Dos en la fosa y dos en la parte superior del Cubo.

Localización de Interruptores

En el Plano 302-01. Diagrama de Control: Coordenada 302-018 se tienen los

Interruptores de sobre límite mencionados a continuación:

124

Sobre Límite de Carrera Superior: HH-ZS.

Sobre Límite de Carrera Inferior: LL-ZS.

Estos interruptores actúan directamente en el Circuito de Paro de Emergencia

MCR.

Se menciona también en el Plano 302-02, en el que se tienen las siguientes

Entradas:

Coordenada 302-051 entrada de sobre límite superior de carrera.

Coordenada 302-052 entrada de sobre límite inferior de carrera.

Seguridad de Interruptores

Ambos interruptores intervienen en el circuito eléctrico que alimenta al Relevador

de Control Maestro MCR, de tal manera que la activación de cualquiera de ellos

interrumpirá el suministro del voltaje trifásico al variador de velocidad y Motor

Principal sin esperar la reacción o comandos del PLC.

Debido a su importancia, estos interruptores se deben alambrar de tal manera que

su operación sea inmediata, garantizando que tan pronto se active el interruptor, la

energía se estaría eliminando del Motor Principal, la falta de energía en el freno

electromagnético provoca el cierre de las balatas deteniendo el movimiento de la

cabina.

Adicional

Como medida de seguridad adicional, se pueden instalar dos interruptores de

limite más: Uno antes del sobre límite superior y uno antes del sobre límite inferior.

Estas entradas servirán para indicar al PLC que no podrá continuar el movimiento

de la cabina.

Programación de Interruptores

En la práctica.el PLC se puede configurar, como parte de los Interlocks del

Sistema, la condición de los interruptores de sobre límite, estos no deberán estar

activados.

125

Interlock 1. El MCR debe estar presente.

Interlock 2. El elevador no puede desplazarse hacia arriba si el interruptor de

sobre límite superior se encuentra activado.

Interlock 3. El elevador no puede desplazarse hacia abajo si el interruptor de sobre

límite inferior se encuentra activado.

Adicional

Como una medida de protección adicional se puede programar lo siguiente:

El interruptor de límite inferior, una vez activado no permitirá que la cabina se siga

moviendo hacia abajo, solo se permitirá el movimiento hacia arriba.

El interruptor de límite superior, una vez activado no permitirá que la cabina se

siga moviendo hacia arriba, solo se permitirá el movimiento hacia abajo.

Estas funciones son de especial interés cuando la cabina se encuentra operando

en modo Inspección y el operador ha alcanzado los límites máximos sin advertirlo.

Configuración de interruptores de límite

Físicamente el interruptor de límite tiene dos tipos de contacto secos:

Un contacto Normalmente Cerrado: Para continuar con la alimentación del Circuito

eléctrico del MCR.

Un contacto Normalmente Abierto: Para usarse como la entrada del PLC y

programar los Interlocks mencionados anteriormente.

Calidad de los interruptores de límite

Para los interruptores de límite deben se aprobados mediante un certificado para

uso en ambiente marino, por ejemplo certificados emitidos por VDE y/o TUV.

6.3.1.2.2 Amortiguadores

Se consideran por diseño dos cilindros con la capacidad de absorber el peso del

elemento a amortiguar.

126

Los amortiguadores tienen una recamara llena de aceite hidráulico para soportar

la caída del peso de la cabina o contrapeso de forma segura.

Ambos, cabina y contrapeso tienen la base diseñada de tal forma que permita un

impacto adecuado con su respectivo amortiguador.

Se tendrá:

Un cilindro para soportar el peso de la Cabina.

Un cilindro para soportar la masa del contrapeso.

Localización de Amortiguadores

Los amortiguadores se ubicaran en la fosa:

Primero al centro de la cabina.

Segundo al centro del contrapeso

Seguridad de los Amortiguadores

Ambos amortiguadores son adecuados para soportar la caída de la cabina o

contrapeso y evitar daños irreversibles en las estructuras. Se seleccionan de

fabricante según el peso de cabina y cantidad de peso que deban levantar.

Programación de Amortiguadores

No aplica, no requiere por tratarse de un elemento mecánico.

Configuración de Amortiguadores

No aplica, no requiere por tratarse de un elemento mecánico.

Calidad de los amortiguadores

Los amortiguadores deben ser fabricados con los requerimientos de la Ansi A17.1

127

6.3.1.2.3 Interlock de Puertas

Por cuestión de seguridad las puertas de la cabina y Nivel no presentan

cerraduras convencionales, en cambio se han considerado elementos para

asegurar el correcto cierre de puertas de cabina y nivel en forma segura, y que

además durante el trayecto de servicio del elevador, las puerta de la cabina y de

los pisos no pueda ser abierta hasta que el elevador haya terminado su recorrido.

Localización de Interlock de Puertas

Las 6 puertas de nivel tienen su propio sistema de seguridad detrás de la misma

puerta, el cual se enlaza con el mecanismo de la puerta de cabina.

Seguridad de los Interlock de Puertas

Como elemento de seguridad para el accionamiento de las puertas de nivel, se ha

instalado una varilla con resorte calibrado para que la puerta permanezca cerrada

cuando la cabina no se encuentre en el nivel.

La puerta de cabina se asegura mediante su propio sensor de puerta cerrada y el

motor de apertura de puertas, comunicados al PLC del sistema.

Configuración de Interlock de Puertas

El resorte de la varilla es tal que no puede abrirse la puerta de nivel si no se ha

liberado el interlock de la puerta de nivel.

Esto se consigue cuando la cabina llega al piso deseado y el mecanismo de la

puerta de cabina se engancha a la puerta de nivel. El desenganche de ambas

puertas se da automáticamente cuando el elevador se mueve a otro piso.

Calidad de las Interlock de Puertas

Los accesorios de los mecanismos de interlock de puertas de cabina y niveles,

son fabricados para elevadores convencionales, en acero forjado, acero

inoxidable, laminas de acero o acero estructural. Se debe considerar el tipo de

protección adecuada para asegurar el correcto funcionamiento en ambiente

128

marino, ya sea por galvanizado por inmersión en caliente, recubrimientos

especiales, etc.

6.3.1.2.4 Alarma Sonora

El diseño del elevador considera un panel de alarma para el elevador en un área

donde pueda ser atendida por el personal.

La alarma tiene un elemento sonoro y otro visual.

Localización

El panel de Alarma se instalara en el Radio Room o Control Room, que suelen ser

las áreas de monitoreo y control de cualquier plataforma, el nombre final puede

variar según sea la plataforma.

Seguridad

Con la finalidad de cumplir con la normatividad, se debe conectar la alarma a un

suministro de 120 VAC desde una fuente no interrumpida (UPS) de la plataforma.

Programación de Alarma

En cumplimiento de lo anterior, la activación de la alarma no dependerá del

suministro de energía del sistema de control ni de los comandos de éste.

Debido a la importancia que representa el tener una condición de alerta dentro de

la cabina, la activación de los dispositivos de alarma se cableara directamente al

Radio Room, o área de control asignada.

Configuración

El botón de alarma que se tiene en la cabina podrá ser accionado por la persona

que lo considere necesario, la alarma visual y auditiva quedan energizadas hasta

que el personal que se encuentre en el Radio Room o cuarto de control presione

el botón de reconocimiento en la botonera del panel de alarma.

129

6.3.1.2.5 Interruptor Principal

El diseño del gabinete considera la instalación de un interruptor principal, con el

objetivo de que se realice rápidamente la desconexión de energía, en caso de

emergencia.

Localización

El gabinete del elevador se considera instalarse en la sala de máquinas, en el 7mo

nivel o techo del módulo habitacional de la plataforma (depende de la arquitectura

final de la plataforma)

Seguridad

Debido a que en el gabinete del variador de velocidad se maneja el voltaje trifásico

de 480 VAC, se ha instalado una manija de tipo rotativo para accionar el

Interruptor principal desde afuera.

En el gabinete de control se instala con el botón de paro de emergencia para

interrumpir la alimentación de energía a todas las salidas del PLC.

Programación

Los interruptores no requieren programación.

Adicional

Como parte del diseño contempla un dispositivo de monitoreo de Falla de Fase,

con este se detecta la ausencia de energía, ya sea por accionamiento del

interruptor principal de energía, por falta de una fase o por voltaje abajo del

programado en el dispositivo.

130

Configuración

Se asegura su correcto funcionamiento mediante los ajustes en los niveles de

voltaje.

Adicional

El dispositivo Relevador de Falla de Fase presenta dos elementos configurables,

uno de ellos es el nivel de voltaje deseado y otro es el tiempo en que espera la

permanencia de ese voltaje programado. Si el voltaje permanece fuera de ese

valor durante el tiempo establecido, se activa la condición de falla de energía.

Calidad

Estos interruptores deben ser aprobados mediante certificado para uso en

ambiento marino.

6.3.1.2.6 Control Manual Auxiliar

El elevador puede operar en forma automática, haciendo paradas en los niveles

solicitados y en modo Manual o Inspección, en el último modo se requiere de un

operador sobre la cabina para activar los controles de movimiento de la cabina.

Esta botonera se conoce como Botonera de Inspección.

Localización

La botonera de inspección se localiza en la parte superior de la cabina y tiene los

siguientes elementos:

Botón de paro de emergencia

Selector Normal – Revisión

Botón Subir

Botón Bajar

Botón Común

Apagador para lámpara

131

Lámpara

Contacto polarizado.

Seguridad

Para asegurar el cumplimiento cumplir con las normas se tiene un botón de

operación común que se debe presionar al mismo tiempo que el botón de Subir o

para botón de Bajar, según sea el caso.

Programación

El selector “Normal - Revisión” proporciona el modo en el que se quiere operar el

Elevador: Modo manual o de inspección o Automático o Modo Normal.

Configuración

Se han alambrado en forma común el botón central para proporcionar energía a

los botones de Subir o Bajar. El botón central aparece como “enable” Plano 302-

03.

6.3.1.2.7 Control de sobre velocidad

El elevador tiene un dispositivo mecánico que esta monitoreando la velocidad con

la que se está desplazando la cabina, en subida o en descenso. Si la cabina

excede el valor de disparo se accionara un interruptor que abrirá el circuito de

alimentación.

Localización

Se ubica en el cuarto de máquinas, sobre la estructura de las poleas de la cabina.

Seguridad

El interruptor del control de sobre velocidad abre el Circuito del MCR,

interrumpiendo el voltaje de alimentación al variador de velocidad.

132

El control de sobre velocidad se calibra de fábrica para operar a 0.6 m/seg y se

dispara cuando la cabina alcance una velocidad de 0.8 m/seg. En el caso de que

se presente esta condición, en la cabina se accionarán un par de cuñas que

actuaran sobre el riel guía de la cabina, garantizando la sujeción de la misma.

Programación

No aplica por tratarse de un elemento mecánico. Para la activación del interruptor

no es necesaria la alimentación eléctrica de los tableros principales, los mostrados

anteriormente son un ejemplo en base a la velocidad de recorrido del elevador del

presente trabajo.

Configuración

Físicamente el interruptor solo posee un juego de contactos Normalmente Cerrado

y debe ser calibrado de fábrica con los parámetros finales.

6.3.1.2.8 Sistema de alumbrado

El elevador tiene dentro de la cabina un conjunto de lámparas para asegurar que

el lugar se encuentre bien iluminado.

Por otro lado se coloca una lámpara en la botonera de revisión, sobre la cabina, la

cual se puede accionar manualmente cuando el operador coloque el Elevador en

modo de inspección.

Localización

Dentro de la Cabina se instalan un juego de lámparas de 2x38 Watts.

Sobre la cabina se instala una lámpara de 60 watts.

Adicional

Se considera la instalación de lámparas en el cuarto de máquinas: Una cercana al

motor principal y una cerca de los gabinetes de PLC y variador de velocidad

133

Seguridad

El interruptor de las lámparas de la cabina tiene solo los estados de

Encendido/apagado y se opera únicamente mediante un selector con llave.

El voltaje de operación es de 120 VAC.

La lámpara sobre la cabina tiene su propio interruptor la botonera de Inspección.

El voltaje de operación es de 120 VAC.

Programación

El control de encendido de las lámparas de la cabina y sobre la cabina no requiere

programación.

Configuración

El control de encendido de las lámparas dentro la cabina tiene solo un selector

normal para su encendido.

El control de encendido de la lámpara sobre la cabina tiene solo un selector

normal para su encendido.

6.3.2 Operador de Puertas

El operador de puertas es un dispositivo fabricado exclusivamente para realizar el

control de puertas de elevadores para pasajeros. En función del tipo de puertas se

hace una selección del Operador deseado.

El controlador se basa en un variador de velocidad y motor de CA acoplados a una

polea para realizar la apertura y cierre de puertas, además de otros accesorios de

instalación que proporcionan la seguridad y control necesarios.

134


1. Con las puertas se deben instalar los elementos necesarios tales como las

zapatas de seguridad retractiles y sensores que permitan abrir las puertas

en el caso en que estos dispositivos sean accionados.

2. Las puertas del pasillo son manuales y abatibles, se instala un dispositivo

de inter-cierre magnético que evite que la puerta pueda ser abierta si la

cabina se encuentra en otro nivel.

3. Las puertas de seguridad deben estar provistas con interruptores de enlace

para evitar la operación del elevador sino están cerradas. EI dispositivo de

enlace debe evitar que la cabina abandone una parada, hasta que las

puertas estén completamente cerradas y excepto cuando se utilicen los

dispositivos de emergencia de llave-cerradura.

4. Se diseña los dispositivos de emergencia de llave cerradura para abrir

manualmente as puertas, en todas las paradas, para casos de emergencia.




6.3.2.2.1 Sensores para abrir puertas

Como medida para asegurar el correcto funcionamiento de cierre y apertura de

puertas, se instala una fotocelda en la puerta de la cabina que emitir una señal de

reapertura a dicha puerta.

135

Localización

La fotocelda se instalara en la estructura de la puerta de la cabina. La fotocelda

está compuesta por un elemento emisor y un receptor, cada uno de estos

elementos se instalara en una de las hojas de la puerta de la cabina.

Seguridad

Esta fotocelda emite un haz de luz para determinar si existe una persona u

obstáculo para permitir reabrir la puerta de la cabina.

Programación

En el sistema de control se programa la señal de la fotocelda, como parte de los

Interlocks para cerrar la puerta de cabina siempre que no se detecte presencia.

Si se detecta presencia el PLC manda una señal de reapertura de la puerta.

Configuración

La fotocelda no requiere configurarse, el fabricante la entrega lista para conectar

los cables de alimentación y de control de la señal hacia la tarjeta electrónica del

operador de puertas. El operador de puertas ya incluye un circuito integrado U5,

para recibir la señal de la fotocelda.

6.3.2.2.2 Dispositivo Protección de Apertura de Puertas

Se contempla la instalación de un dispositivo de tipo mecánico que actúa

directamente sobre la puerta de pasillo, si la cabina se encuentra en otro Nivel,

este mecanismo mantiene la puerta cerrada evitando su apertura e incluso

cualquier intento.

Cuando el Operador de puertas actúa sobre la puerta de Nivel, se aplica el torque

necesario para vencer la oposición mecanismo de seguridad, logrando la apertura

de puertas de Nivel y Cabina.

136

Localización

Se instala en cada puerta de nivel, en la parte interna de la puerta, quedando fuera

del alcance del usuario del elevador.

Seguridad

Este dispositivo contiene un resorte que es necesario ajustar para garantizar que

la puerta de nivel se mantendrá cerrada si la cabina no se encuentra accesible.

Cada puerta de nivel debe tener un dispositivo de seguridad, el cual se debe ser

revisado para asegurar su correcto funcionamiento.

Programación

No aplica debido a que es un dispositivo de seguridad mecánico.

Configuración

El resorte del dispositivo se ajusta para evitar la apertura de la puerta desde el

Pasillo. Este ajuste debe realizarse durante la instalación conociendo el peso de

las puertas.

La puerta de nivel se debe abrir y cerrar a través del operador de puertas

(activación en forma automática) cuando la cabina se encuentre en el nivel

deseado, y a su vez podrá activarse en forma manual desde dentro del cubo

(activación en forma manual).

6.3.2.2.3 Interruptores de Enlace

Se contempla un dispositivo mecánico que actúa cerrando un contacto para

indicar que la puerta de nivel ha cerrado.

Localización

Se instala un interruptor de enlace en cada puerta de nivel.

137

El mecanismo de cierre se localiza en la parte superior derecha de la puerta de

nivel.

Seguridad

Este conjunto de dispositivos actúan para enviar estatus al PLC de su activación o

no.

La forma del pestillo asegura el mantener la puerta cerrada por la manera en que

entra en el apartado de contacto.

Adicional

El operador de puertas reporta al PLC el estado de la puerta de la cabina. Si el

operador de puertas ha sido desenergizado por alguna razón, esta señal no

llegara al PLC por lo que la operación del elevador se detendrá.

Programación

En el programa del PLC se configura la señal resultante de la serie de los

contactos de cada piso.

Esta serie servirá como un interlock para la operación del elevador en modo

automático. La cabina no podrá abandonar el piso si esta señal no reporta que

todas las puertas están cerradas.

Configuración

Cada puerta presentara un interlock con un contacto normalmente abierto. Cuando

la puerta de nivel se cierra, el contacto se también se cierra. Todos los interlocks

de nivel se alambran en serie llegando al PLC solo una señal.

6.3.2.2.4 Apertura Manual en caso de Emergencia

Como parte de los mecanismos de la puerta de nivel, se ha instalado una varilla

para que esta sea manipulada por el operador de puertas Se debe realizar una

138

perforación en la parte superior de la puerta para mover esta varilla desde el

exterior de la puerta de nivel, es decir desde el pasillo.

Localización

En cada puerta se hará la perforación mencionada en la parte superior.

El orificio permite el ingreso de una llave de tipo cilíndrica con dos puntos de libre

movimiento, con los cuales se hace un movimiento de palanca para accionar

manualmente el operador de puerta.

Seguridad

El uso manual se recomienda solo en caso de emergencia, es decir cuando se

tiene la plena seguridad de que el elevador no se encuentra en operación

Programación

La llave que libera la varilla y ésta al pestillo actúan en dos maneras:

1. Liberan al pestillo para permitir el movimiento de la puerta de nivel.

2. Abren el circuito serie del interlock de puerta evitando el movimiento del

elevador.

Configuración

La llave actúa sobre la varilla que mueve al pestillo para liberarlo.

6.3.3 Sistema de Control

El Controlador Lógico Programable es el dispositivo encargado de monitorear

todas las condiciones de entrada y en función de ella establecer los comandos de

salida para ejercer acciones tales como el arranque de motor, apertura de puertas,

etc.

139


De acuerdo a las normas vigentes, una de las funciones principales del sistema de

control del elevador es automatizar su recorrido así como también la apertura y

cierre de las puertas del pasillo de cada nivel, que deberán ser parte del sistema

de control de los elevadores.

Los conductores eléctricos que se utilizan para lo anterior son resistentes al fuego

y con baja emisión de humo.




6.3.3.2.1 Automatización del Sistema

El sistema de control del elevador esta basado en un PLC que cumple con los

estándares descritos en capítulos anteriores, además el PLC que instalemos

deber tener la capacidad de leer señales del encoder y con salidas de tipo discreto

y analógico para el control de un variador de velocidad para proporcionar el

movimiento a la cabina.

Localización

En el cuarto de máquinas se instalan los gabinetes que alojan al PLC y al variador

de velocidad.

Seguridad

Serán alambrados al sistema de control los elementos punto a punto tales como:

Interruptores de límite.

140

Interlock de serie de puertas de pasillo.

Estado de la puerta de cabina.

Estado del variador de velocidad

Condición del MCR.

Estado del selector de modo de operación del elevador

En base a estas señales el sistema de control determina las condiciones para

arrancar o detener el elevador.

En el caso de pérdida o falta de energía, el sistema de control mandara

desenergizar el freno provocando que la cabina se detenga de una manera

segura.

Programación

El programa del PLC se desarrolla basándose en formato de escalera, graphy lista

de instrucciones.

Se tendrán en consideración la presencia del MCR, puertas cerradas, variador de

velocidad y termistor del motor para operar en forma automática el elevador.

En modo manual podrá operarse la cabina cuando el personal presione el botón

de subir o bajar, siempre y cuando las condiciones de variador de velocidad y

motor sean las adecuadas.

Configuración

El PLC será configurado para tomar en cuenta las señales de estado de los

elementos periféricos para operar en modo manual (Inspección) y en modo

automático.

En modo automático dependerá de las solicitudes a nivel hechas desde la cabina

o en cada nivel.

Atenderá las llamadas que se presenten en un sentido de movimiento. Una vez

que se terminen cambiara su dirección e iniciará el servicio de las solicitudes.

141

En modo manual la cabina se moverá en todos los niveles sin tomar en cuenta el

estado de las puertas. Es recomendable que las puertas de nivel y cabina se

cierren antes de empezar a mover la cabina.

Calidad

Los elementos que integran el sistema de control, desde el PLC, variador de

velocidad, cables, etc., deben ser adecuados para operar en temperaturas de

hasta 60 °C, así como aprobados para operar en ambientes marinos y altamente

corrosivos.

6.3.3.2.2 Conductores Eléctricos

Todo el cableado se realiza con conductores que están en cumplimiento al menos,

de las normas IEC, son retardantes al fuego y con baja emisión de humos tóxicos.

Además todo el cableado se ha ruteado con tubería de aluminio cedula 40.

Localización

Los conductores mencionados se deberán instalar desde el alambrado del

gabinete del PLC y variador de velocidad hasta el cableado de lámparas,

botoneras de piso, cabina y cables flexibles entre la cabina y el nivel 3, que el

punto de disparo de este arreglo de cables flexibles.

Seguridad

Todos los conductores considerados en el diseño cumplen al menos, con la

especificación IEC-60092 y las reglas MODU.

Programación

No se requiere programación.

142

Configuración

No se requiere configuración.

143

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO

Introducción

De acuerdo a lo que se ha podido investigar para la realización del presente

trabajo, podemos concluir que desde el punto de vista comercial, tenemos un

mercado poco explorado en lo que refiere a proyectos donde se requiera un

elevador con características específicas. Las grandes firmas de elevadores no se

preocupan por atender estos nichos, ya que su principal fortaleza radica en

atender el mercado urbano y residencial.

En lo que respecto a los aspectos técnicos, no podemos perder de vista que la

guía serán siempre las normas de fabricación y construcción, antes que todo

debemos estar consiente que es lo que se pide en normas y cuáles son las

condiciones que tenemos en sitio. Debemos saber, también que muchas normas

son mandatarias y no pueden cometerse omisiones. No debemos perder de vista

que el objetivo de las normas es proteger la integridad del personal humano.

Costo del elevador para pasajeros de seis niveles en una plataforma

petrolera

En referencia al capítulo 3, y en base a los requerimientos que podrían emitir el

IMP, Pemex Exploración y Producción o alguna sociedad clasificadora, a

continuación se muestra una tabla de cotización para el suministro, instalación,

puesta en marcha y entrenamiento del personal para un elevador de pasajeros de

6 niveles.

En el monto propuesto se incluye el diseño mecánico y de control para un

proyecto como este.

A continuación de detalla la oferta:

144

Partida Descripción Cant Precio Usd Precio Total

1

Elevador para personal (lado babor) del módulo habitacional de la plataforma móvil de perforación (Jack Up drilling unit). 1,500 kg de capacidad, 6 niveles. Suministro de materiales, construcción del elevador y pruebas, de acuerdo a la especificación propuesta

1

450,00.00 $450,000.00 2

Caja De Conexiones Nema7-4x, Con Tubería Y Conexiones Conduit De Aluminio.

1

3 Desarrollo De Ingeniería De Detalle, Dossier, Manuales De Operación, Catalogo, Certificados De Garantía Y Calidad.

1

4 Pruebas Fat 1

5 Embalaje Y Flete Al Patio De Obra 1

TOTAL USD $450,000.00

6 Cursos De Capacitación Se Apegara A Lo Indicado En Las Especificaciones.

1 3,800.00 $ 3,800.00

7 Kit De Repuesto Para 2 Años En Operación Del Equipo. 1 4,360.00 $ 4,360.00

8 Asistencia Técnica Para La Instalación Y Pruebas Del Equipo En Patio.

1 3,500.00 $ 3,500.00

Costos del PLC y accesorios

En referencia al capítulo 3, y a las normas consultadas, se requiere un PLC con

los siguientes accesorios y características:

El PLC que suministrará tendrá sus tarjetas electrónicas tropicalizadas.

El PLC contará con un puerto Ethernet TCP/IP RJ-45, con protocolo de

comunicación ModBus Ethernet.

El PLC contará con un puerto Rs-485 para la conexión de un equipo de

cómputo portátil.

Los componentes serán diseñados para operar sin ningún daño en

presencia de humedad relativa sin condensación del 5% al 95%

Los componentes son diseñados para una correcta operación sin daños en

rangos de temperatura de 0° a 60° C.

El choque mecánico en operación soportará una aceleración pico de 30g

durante 11 ms (±1ms) del ancho de pulso, así mismo, el choque mecánico

en almacenamiento soportará una aceleración de pico de 50 g durante 11

145

ms (±1ms) del ancho de pulso.

La descarga electrostática será de 8 kV en el aire y 4 kV al contacto, tal

como se menciona en la Norma IEC 61000-4-2.

El equipo tiene una inmunidad a radiofrecuencia de 10 Vrms/m a una

frecuencia de 80 Mhz – 1000 Mhz, acorde a la Norma IEC 61000-4-2

Se suministrará un sistema de control redundante

En caso de falla eléctrica de la red principal, los elevadores cuentan con

accesorios necesarios para su correcto funcionamiento mediante una planta

de emergencia.

COSTO TOTAL $ 2,500 USD

146

CONCLUSIONES

El diseño de un sistema de control no corresponde con un proceso exacto de

elaboración sino por aproximaciones sucesivas y en diferentes grados de

versiones. Aunque hay muchas técnicas de control, las experiencias de los

ingenieros que participan en ese proyecto van a ser decisivas. Los problemas no

se resuelven sólo con los aspectos metodológicos del diseño, además hay que

añadir la creatividad e ingenio del grupo; porque no estamos ante problemas que

se abordan individualmente sino dentro de un colectivo de personas,

mayoritariamente con enfoque multidisciplinar. Supóngase el control sobre

edificios inteligentes, la automatización, cada vez mayor, de los automóviles o el

robot cirujano procediendo a una extirpación de un tumor.

Lo primero limitar el universo del problema, indicando cuales son los objetivos del

sistema de control. Enseguida se procederá a localizar cuáles son sus entradas,

sus salidas y las posibles perturbaciones que pueda sufrir. Quizá un diagrama de

bloques, buscando los subsistemas que lo constituye, ayude a entender mejor

cómo se comporta.

Una vez modelado habrá de verificar que la respuesta del modelo y del problema

real, ante determinados impulsos de entrada, resultan ser similares. La exigencia

de este test requiere de técnicas de análisis que muestren el comportamiento del

modelo tanto en el dominio temporal como el frecuente. La comparativa entre el

modelo y físico se dará en términos de rapidez de respuesta, errores en el

seguimiento, anchos de banda o en el nivel de estabilidad.

Para acabar con el sistema de control habrá de montarlo físicamente. Esta

operación, cada vez más, está unida a la programación de algoritmos de

computación, acompañadas por una Instrumentación Electrónica para la

adquisición de las señales, y una Electrónica de Potencia capaz de movilizar a las

plantas a controlar.

147

GLOSARIO

Áreas peligrosas se consideran, aquéllas donde el peligro de fuego o explosión

pueda existir, debido a la presencia de gases o vapores inflamables, líquidos

inflamables o fibras o pelusas volátiles inflamables.

Área cerrada (espacio, edificio o cuarto). Espacio tridimensional cerrado en

más de 2/3 partes de la superficie del área del plano proyectado, de tamaño

suficiente para el acceso de personal autorizado.

Aparatos asociados. Son dispositivos en los cuales sus circuitos, no son

necesariamente intrínsecamente seguros, pero afectan la energía en los circuitos

intrínsecamente seguros y de los que se depende para mantener la seguridad

intrínseca. Los dispositivos Asociados pueden ser:

a) Aparatos Eléctricos. Que cuentan con un tipo de protección alterna para uso

apropiado en áreas peligrosas clasificadas.

b) Aparatos Eléctricos sin protección alterna, los cuales no deben usarse en áreas

peligrosas clasificadas.

Los aparatos asociados tienen identificadas conexiones intrínsecamente seguras

para aparatos intrínsecamente seguros y también pueden tener conexiones para

aparatos no intrínsecamente seguros

Una barrera de seguridad intrínseca es un aparato asociado, la cual es una red

diseñada para limitar la energía disponible para circuito protegido en áreas

peligrosas clasificadas, bajo condiciones especificadas de falla.

Barrera de seguridad intrínseca. Es un dispositivo limitador de corriente y

voltaje, sin afectar el flujo normal de las señales eléctricas y por su diseño son

dispositivos pasivos.

Clase. Conjunto de productos con características específicas.

148

Cable de fibra óptica. Es aquel que transmite la luz a través de una fibra óptica.

Los cables de fibra óptica pueden agruparse en tres tipos.

a) Dieléctricos son los cables que no contienen elementos metálicos y ningún otro

material eléctrico conductor.

b) Conductivos son los cables que contienen elementos conductores no

portadores de corriente eléctrica, tales como refuerzos metálicos o barreras

metálicas contra vapores.

c) Compuestos son los cables que contienen fibras ópticas y conductores

eléctricos portadores de corriente, adicionalmente pueden tener elementos

conductores no portadores de corriente eléctrica, tales como refuerzos metálicos o

barreras metálicas contra vapores, los cables ópticos compuestos deben

clasificarse como cables eléctricos de acuerdo con el tipo de conductores

eléctricos que contengan.

Densidad de vapores o gases. Es el peso de un volumen de vapor o gas puro,

comparado con el peso de igual volumen de aire seco, a la misma presión y

temperatura.

Equipo intrínsecamente seguro. Es el que en condiciones normales o anormales

de operación, para las que ha sido aprobado, no libera energía eléctrica o térmica

suficiente para inflamar cualquier mezcla adyacente. (Circuitos de corriente y

voltajes bajos para control e instrumentación).

En el sistema de clasificación por Zonas, la designación para los tipos de

protección de equipos intrínsecamente seguros es la siguiente:

“ia”- Son aparatos y sistemas eléctricos que contienen circuitos de seguridad

intrínseca los cuales son incapaces de causar inflamación, con el apropiado factor

de seguridad, de mantener la protección en caso de una falla o con dos fallas

simultáneas.

Este equipo se permite usar en áreas Clase 1, Zona 0, aprobado y marcado como

adecuado para dicha área.

149

“ib”- Son aparatos y sistemas eléctricos que contienen circuitos de seguridad

intrínseca los cuales son incapaces de causar inflamación, con el apropiado factor

de seguridad, cuando se presentan una falla.

Este equipo se permite usar en áreas Clase 1, Zona 1, aprobado y marcado como

adecuado para dicha área.

Equipo a prueba de explosión. Es el equipo eléctrico capaz de soportar una

explosión en su interior, sin permitir que genere la temperatura suficiente, arco o

chispa que propicie la combustión de la atmósfera inflamable que lo rodee.

En el sistema de clasificación por zonas, la designación para los tipos de

protección de equipos a prueba de explosión es la siguiente:

“d” Este equipo se permite usar en áreas Clase 1, Zona 1 o Zona 2.

Fuente de peligro. Es la parte o partes de un equipo o de sus instalaciones, por

donde escapen substancias explosivas o inflamables al medio ambiente durante

su operación o mantenimiento.

Inflamable. Capaz de encenderse fácilmente, incendiar intensamente o flama que

se propaga rápidamente.

Líquido volátil inflamable. Son los líquidos que tienen un punto de inflamación

inferior a 311 K (37.8 °C), Siempre que tenga una presión de vapor que no

exceda de 275 KPa. 2.81 Kg/cm2 (40lbs/pulg2) a 310 K (37.8 o C).

Mezcla explosiva o inflamable. Es la mezcla de aire y vapores o gases

explosivos, o de aire y polvos combustibles en tales proporciones que, en contacto

con una fuente calorífica, ocasiona una explosión o fuego.

Sistemas intrínsecamente seguros. Es un ensamble de equipos intrínsecamente

seguros interconectados, equipos asociados e interconexiones de cables, en el

cual estas partes del sistema que pueden usarse en áreas peligrosas clasificadas,

150

son circuitos intrínsecamente seguros.

Temperatura de ignición. Es la más baja temperatura que aplicada a una

mezcla explosiva, puede producir el encendido de dicha mezcla, ocasionando una

explosión o fuego continuo.

Temperatura de evaporación. Es la temperatura mínima en la que un líquido

explosivo genera suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con el aire

que entra en contacto.

Ventilación adecuada. Ventilación (natural o artificial) que es suficiente para

prevenir la acumulación en cantidades significativas de vapor-aire o mezcla gas-

aire en concentraciones mayores del 25% de su límite (explosivo) inferior de

inflamabilidad.

Ventilación inadecuada. Ventilación que es menor que la adecuada, en espacios

que no tienen una ventilación natural o un sistema mecánico de ventilación, que

provea una ventilación adecuada.

Áreas Clase I. Son áreas en las cuales están o pueden estar presentes en el

aire, gases o vapores inflamables en cantidades suficientes para producir mezclas

explosivas o inflamables.

Áreas Clase II. Son áreas que son peligrosas debido a la presencia de polvos

combustibles.

Áreas Clase III. Son áreas que son peligrosas por la presencia de fibras o

partículas volátiles fácilmente inflamables, pero en las cuales es poco probable que

dichas fibras o partículas estén suspendidas en el aire en cantidades suficientes

para producir mezclas inflamables.

151

BIBLIOGRAFÍA

MODU Rules - Construction and Equipment of Mobile Offshore Drilling Units

– ABS (Código para la construcción y el equipo de las unidades móviles de la

perforación mar adentro Edición 2008)

Guide for Certification of Lifting Appliances – ABS (Guía de certificación para

equipos de izaje Edición 2008)

ASME A17.1 “Safety Code for Elevator and Escalators” Edición 2010.

NRF-003-PEMEX-2007 Pemex – Diseño y evaluación de plataformas marinas fijas

en el Golfo de México.

NRF-037-PEMEX-2007 Pemex – Plataformas marinas para perforación y

mantenimiento de pozos.- Arrendamiento.

NOM-026-STPS-1998. Colores y señales de seguridad e higiene, e identificación

de riesgos por fluidos conducidos en tuberías.

IEC 60654-2:1979 Operating conditions for industrial-process measurement

and control equipment. Part 2: Power-First Edition; Amendment 1: 10/1992.

IEC 61131-1:2003 Programmable controllers- part 1: General information-

Second Edition.

IEC 61131-2:2004 Programmable controllers- part 2: Equipment requirements

and tests. –Second Edition; Corrigendum 1: 03 2004.

IEC 61506:1997 Industrial-process measurement and control – Documentation

of application software. -First Edition.

152

API Publication 1130.- Computational Pipeline Monitoring, 2nd Edition, November

2002.

API-PUB-2218.- Edición Agosto 1999, Prácticas contra incendio en plantas de

procesamiento petroleras y petroquímicas (Fireproofing Practices in Petroleum and

Petrochemical Processing Plants).

Durá, Maximiliano, “Tecnología e Industria Petrolera – Equipos Robóticos”. C&T

Universidad de Palermo, Argentina, 2008.

Campos, D., Soriano, A., Ortega, C. y Juárez, M., “Riesgo y Confiabilidad

Estructural de Plataformas Marinas Fijas en el Golfo de México”, Reporte Técnico

del Proyecto F.27452: Actualización de la NRF-003-PEMEX-2000 Diseño y

Evaluación de Plataformas Fijas en el Golfo de México para PEMEX Exploración y

Producción, IMP, 2006.

Frías Valero, Eduardo, “Método de los Elementos Finitos” Departamento de

Ingeniería Eléctrica UPC; España 2004.

Spartan Offshore Drilling, “Brochure Jack–Up Spartan 151” Spartan Offshore,

Lousina, EEUU, 2010.

Agencia Americana de Embarcaciones, “Reglas para la Construcción y

Categorización de Recipientes de Acero", agosto 15, 2006. American Bureau of

Shipping, “Rules for Buildings and Classing Steel Vessels”, August 15, 2006.

Ley de Adquisiciones, Obras Públicas, Arrendamientos y Servicios del Sector

Público, publicada en el Diario Oficial de la Federación el día 4 de enero del 2000.

153

ANEXOS

- Metodología QFD

- Planos del diseño mecánico y eléctrico

- Diagrama de escalera PLC

Quality Function Deployment (QFD)

1. ¿Para qué sirve? Es una técnica de planeación para lograr la mejora continua propiciando que los clientes se involucren en el proceso de desarrollo del producto o el servicio lo antes posible. De sus principales objetivos destacan:

• Diseñar los procesos internos en respuesta a las necesidades de los clientes. • Traducir lo que el cliente quiere en lo que la organización produce. • Permitir a una organización priorizar las necesidades de los clientes. • Encontrar respuestas innovadoras a esas necesidades. • Mejorar procesos hasta una efectividad máxima. • Establecer una práctica que conduce a la organización a sobrepasar las expectativas

del cliente. Se estructura de la siguiente manera: La estructura del QFD se representa como una casa (ver “Figura 1” del apartado “4.Ejemplo”) donde cada parte corresponde a los siguientes componentes: 1. Input del cliente: En esta etapa se determinan los requerimientos del cliente

relacionados con el producto o servicio, para ello se emplean además de las siete herramientas de calidad, el diagrama de afinidad, y el diagrama de árbol.

2. R e q u e r i m i e n t o s a c t u a l e s d e l fabricante/especificaciones a los

proveedores: para satisfacer los requisitos de los clientes, el productor trabaja a ciertas especificaciones de desempeño y pide a sus proveedores que hagan lo mismo.

3. Matriz de planeación: En ella se traducen los requerimientos del cliente en planes para

satisfacer o sobrepasar esos requerimientos. Incluye marcar los requisitos del cliente en una matriz y los procesos de manufactura en otra, jerarquizando los requisitos del cliente, y

tomando decisiones relacionadas a las mejoras necesarias en los procesos. 4. Relaciones: Aquí se convierten los requisitos del cliente en términos o expresiones

operativas. Si un cliente quiere que la vida operativa (útil) del producto sea doce meses en lugar de seis, ¿qué significa ésto en términos de los materiales empleados?, ¿El diseño?, ¿Los procesos?. Estos tipos de preguntas se contestan en este componente.

5. Lista jerarquizada de los requerimientos críticos de los procesos: Es donde se jerarquizan los

requisitos del proceso que son críticos. Cada requerimiento jerarquizado del proceso recibe una puntuación que representa su nivel de dificultad de logro.

6. Identificar intercambios relacionados a los requerimientos: Es donde se identifican los

trade-offs, que tienen que ver con los requisitos operativos.

En un ciclo completo habrá seis matrices de QFD (ver “Figura 2” del apartado “4. Ejemplo”). El propósito de cada matriz se explica a continuación:

La matriz 1 se usa para comparar los requerimientos del cliente con las características técnicas del producto. Todas las otras matrices se originan de esta primera matriz.

La matriz 2 se usa para comparar las características técnicas en la matriz 1 con sus tecnologías aplicadas asociadas. Estas dos matrices producen la información necesaria para contestar las siguientes preguntas: (1) ¿Qué quiere el cliente? (2) ¿Cuáles son los requisitos técnicos relacionados con las características que quiere el cliente? (3) ¿Qué tecnologías son necesarias para satisfacer o soprepasar los requisitos del cliente? y (4) ¿Cuáles son los trade- offs que tienen que ver con los requerimientos técnicos?

La matriz 3 se usa para comparar las tecnologías aplicadas de la matriz 2 con sus procesos asociados. La matriz ayuda a identificar variables críticas en los procesos.

La matriz 4 se usa para comparar los procesos de la matriz 3 con sus procesos de control de calidad asociados. Esta matriz produce la información necesaria para optimizar procesos. A través de la experimentación, se determina la confiabiliad y replicación de los procesos.

La matriz 5 se usa para comparar los procesos de control de calidad con sus procesos de control estadístico del proceso. Esta matriz ayuda a garantizar que se están usando los parámetros y variables adecuados del proceso.

La matriz 6 se usa para comparar los parámetros del control estadístico del proceso con las especificaciones que se han desarrollado para el producto terminado. En este punto, se hacen ajustes para garantizar el producto o servicio que quiere el cliente. El proceso QFD garantiza que todos los recursos se usen óptimamente de forma tal que maximicen las posibilidades de la organización para satisfacer o exceder los requerimientos del cliente.

2. ¿Cómo se elabora? QFD debe implantarse en una forma sistemática y ordenada. La “Figura 4” del apartado “4. Ejemplo” muestra los seis pasos típicamente usados cuando se implanta QFD. Estos los describiremos a continuación: Formar al equipo del proyecto Depende de la naturaleza del proyecto. ¿Va el equipo a mejorar un producto o servicio existente o a desarrollar uno nuevo?. Es necesario conformar los equipos con personal involucrado en el proceso. Es importante garantizar que los miembros del equipo sean capaces de comprometer el tiempo necesario y que tengan el apoyo de sus superiores. También es importante asegurar que los miembros del equipo comprendan el propósito del equipo y de sus papeles individuales en esta. Establecer el procedimiento de monitoreo La dirección debe monitorear el avance del equipo, sin caer en la microdirección. Para lo cual es necesario establecer procedimientos de monitoreo. Al hacer esto, se deben contestar las tres preguntas siguientes:

¿ Que será monitoreado?

¿Cómo será monitoreado?

¿Con qué frecuencia será monitoreado? La misión del equipo determinará lo que debe monitorearse. Puede utilizarse cualquier tipo de reporte, oral o escrito. Un reporte cada dos o tres semanas sería el balance apropiado. Seleccionar un proyecto. Es buena idea empezar con un proyecto de mejora y no con un proyecto de desarrollo de un nuevo producto o servicio. Los proyectos de mejora tienen la ventaja de contar con información existente y cierta experiencia. Conducir una junta de “despegue”. La reunión de despegue es la primera junta oficial del equipo. Las tareas que derivan de esta son:

• Estar seguro de que todos los participantes comprendan la misión del equipo del proyecto.

• Estar seguro que todos los miembros del equipo entiendan su papel en el equipo así como los roles de los otros miembros del equipo.

• Establecer parámetros logísticos (duración, hora y frecuencia de la reunión) Entrenar al equipo. Es importante entrenar a todos los miembros del equipo en los fundamentos del QFD, aprender a usar las diversas herramientas, además de como opera QFD como proceso, (ver “Figura 2” del apartado “3.Ejemplo”). Desarrollar las matrices. Una vez que el equipo ha comprendido QFD, las herramientas del QFD, y el formato de una matriz QFD (ver “Figura 1” del apartado “3. Ejemplo”) inicia el proceso de desarrollo de matrices. Un ciclo completo incluye el desarrollo de seis matrices, cada una estructurada conforme a las especificaciones indicadas en la “Figura 2” del apartado “3. Ejemplo”. 3. Formato No aplica.

4. Ejemplo Figura 1. Matriz QFD Figura 2. Ciclo completo QFD Figura 3. Beneficios del QFD

Figura 4. Etapas de implantación del QFD

5. Para mayor información/consulta http://www2.uah.es/estudios_de_organizacion/temas_organizacion/org_praxis/organiz_creacion_valor/qfd_qualityfunctiondeployment.htm http://www.aiteco.com/qfd.htm http://www.um.es/fccd/anales/ad01/ad0110.htmlBrainstorming.htm

VISTA FRONTAL

VISTA DE PLANTA

PLACA BASE

PLACA A36

AMORTIGUADOR

CANAL 8"

TORNILLO

5

8

" X

3

2

"

PLANCHA DE CONCRETO

ISOMETRICO AMORTIGUADOR

VISTA SUPERIORDETALLE A-1

940

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS

MADE IN MEXICO CITY SCALE: ACOT. MM

GENERAL NOTES

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS

MADE IN MEXICO CITY SCALE: 1:1 ACOT. MM

GENERAL NOTES

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

TC-EST-PLC

TC-EST-DR

TABLERO DE CONTROL PLC

ELEVADOR ESTRIBOR

TABLERO CONTROL DRIVE

ELEVADOR ESTRIBOR

CABLE FLEXIBLE

JBXCAJA DE CONEXION X

TBTERMINAL CONEXION CONTROL

TBCTERMINAL CONEXION FUERZA

C1CONTACTOR

PE

PARO DE EMERGENCIA

LSSWITCH DE LIMITE

CPCONTACTO POLARIZADO

TTRANSFORMADOR DE CONTROL

MSGUARDA MOTOR

PSFUENTE DE ALIMENTACION

MXMOTOR X

CB INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

OLRELEVADOR DE SOBRECARGA

L INLINEA DE ENTRADA

L OUTLINEA DE SALIDA

N INNEUTRO DE ENTRADA

KVAKILO VOLT-AMPERE

MEN PS, CONEXION GND

IcuCORRIENTE CORTO CIRCUITO

UPS

ALIMENTACION ININTERRUMPIDA

120 VAC

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REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

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REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

0 VDC

+24 VDC

0 VDC

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

+24 VDC

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

+0 VDC

+24 VDC

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

+24 VDC

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

P.L.C.

MODEL

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REVISIONS


GENERAL NOTES

R2

R1

ACOMETIDA PREFERENTE

DE LA PLATAFORMA

ACOMETIDA PREFERENTE

DE LA PLATAFORMA

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REVISIONS


GENERAL NOTES

PHFR

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REVISIONS


GENERAL NOTES

RESITENCIA DE

CALEFACCION

300W

UNIDAD DE

ENFRIAMIENTO DRIVE

500W

RC1

HIGROSTATO 02

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REVISIONS


GENERAL NOTES

LAMPARA SOBRE

CABINA

40W

LUMINARIAS

2x38W

LW

HIGROSTATO 01

FRENO DEL MOTOR

PRINCIPAL

250W

LUMINARIAS

CUARTO DE

MAQUINAS

2x38W

RESISTENCIAS DE

CALEFACCION

300 W

RC2

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REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

NIVEL 21500 ABV CUBIERTA PRINCIPAL (ESTRIBOR)

LISTA DE GABINETES

1

GABINETE DEL PLC

TC-EST-PLC

2

GABINETE DE RESISTENCIAS

TC-EST-RE

3 GABINETE DEL DRIVE

TC-EST-DR

4 TRANSFORMADOR

5 UNIDAD DE ENFRIAMIENTO

DRIVE

LISTA DE MATERIAL

NUMERO CANTIDAD UNIDADES DESCRIPCION

1 16 m CANAL 4"

A AË

B

BË

SOLDADURA EN LA PLACA DE FONDO

WELD IN THE WALL

1

4

2

35

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS

MADE IN MEXICO CITY SCALE: 1:2.5 ACOT. MM

GENERAL NOTES

LISTA DE MATERIALES

NUMERO DESCRIPCION Nº CATALOGO MARCA CANTIDAD

*MARCAS Y MODELOS PROPUESTOS

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REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS

MADE IN MEXICO CITY SCALE: 1:2.5 ACOT. MM

GENERAL NOTES

1

26272930 28

20 20 20 22 23

2119 22 19 23

6

25

1112

10

7 25 34

6

89

28

15

24

10

RESERVADO

ACOMETIDA

SWECOMEX

3F3H+GND

480 VCA

31

LISTA DE MATERIALES


2*

3

GABINETE DEL DRIVE

TC-EST-DR

33

34

*MODELOS Y MARCAS PROPUESTAS

35

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

PLANO AS BUILT

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

TRAYECTORIAS DE CABLEADO DE CONTROL

TRAYECTORIAS DE CABLEADO DE FUERZA

INGRESO DE TUBERIA A GABINETES

(VISTA SUPERIOR)

CUARTO DE MAQUINAS

(VISTA FRONTAL)

LISTA DE COMPONENTES

A

GABINETE DEL PLC

TC-BAB-PLC

B

GABINETE DE RESISTENCIAS

TC-BAB-RE

C

GABINETE DEL DRIVE

TC-BAB-DR

D TRANSFORMADOR

E

UNIDAD DE ENFRIAMIENTO

DRIVE

F MOTOR

G ENCODER

H CAJA DE CONEXION

I CABINA

1

LISTA DE TRAYECTORIAS

TUBERIA

DIAMETRO

(PULGADAS)

TIPO DE CABLE MATERIAL

1 TB01-F 1 1C-1x3x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

2 TB02-F 1

1

4

1C-1x3x1.5,

1C 1X2X1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

3 TB03-F 2

1C-1x4x6, 1C-1x4x1.5,

1C-1x3x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

4 TB04-F 1

1

4

2C-1x4x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

5, 6

TB05-F,

TB06-F

1

1

2

3-1x3x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

7 TB10-C 2 2C-1x8x0.75

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

8

TB11-C

TB20-T

2

1C-1x4x2.0+1x76x0.75

+3x2x0.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

9 TB12-C 2

6C-1x2x1.5,

1C-2x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

10 TB13-C 2 5C-1x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

11 TB14-C 2 7C-1x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

12 TB15-C 1

1

4

2C-1x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

13 DERV07 1

1

2

4C-1x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

14 DERV10 1

1

2

5C-1x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

15* DERV05 2

4C-1x2x1.5,

2C-2x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

16 DERV34 2

1C-1x2x1.5,

1C-2x2x1.5

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

17TB21-CV

CABLE VIAJERO

3

2

4

5

6

9

10

11

8

7

3

13

14

ADBCE

A

B

D

C

E

F

G

H

I

17

15

16

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

DISTANCIA VERTICAL

ENTRE TUBERIA

DISTANCIA VERTICAL

ENTRE SOPORTES

DISTANCIA ENTRE CONEXION DEL GABINETE

VISTA SUPERIOR

VISTA ISOMETRICA

LISTA DE MATERIAL

DIMENSIONES

(PULGADAS)

DESCRIPCION

1 1 DIAMETRO

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

2 1

1

4

DIAMETRO

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

3 1

1

2

DIAMETRO

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

4 2 DIAMETRO

TUBERIA DE ALUMINIO

CEDULA 40

5 1 DIAMETRO

ABRAZADERA PARA

TUBERIA

6 1

1

4

DIAMETRO

ABRAZADERA PARA

TUBERIA

7 1

1

2

DIAMETRO

ABRAZADERA PARA

TUBERIA

8 2 DIAMETRO

ABRAZADERA PARA

TUBERIA

91

1

2

POR 3/4 INICANAL

10 2 X 2 X 1/4ANGULO

112 DIAMETRO

TUBERIA FLEXIBLE

12 2 DIAMETRO CONECTOR MEYER

601

1525

1525

1525

1525

1525

1525

1525

1525

1525

1600

1600

1497

200

559

566686

506

1264

304

290

832

647

647

383

664

2417

199

839405

782

25462

286

823

2594

1166

1183

1896

270

1162

584

2329

479

117

263

600

148

99

104

95

80

147

56

140

36

57

109

92

205

92

94

1525

304

DETALLE DE CONEXION

EN TODOS LOS PISOS

600

300

200

33

416

118 113

95

2

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

DETALLE DE SOPORTE DE GABINETES

DETALLE 1

VISTA GENERAL

DETALLE 2

DETALLE 3

DETALLE 4

DETALLE 4-A

DETALLE 4-B

1850

443

475

454

196

800800

46

707

409

707

117

263

263

117

479

187

686

270 1

321

945

603

935

270

1321

621

643

270

647

270

1787 DETALLE 3-A

1

7

8

7

100

103

79 85

78

73

95

99

100

100

104

95

103

118

80

96

78

104

86

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

DETALLE 7

VISTA GENERAL

DETALLE 5

270

304

DETALLE 7-A

2496 1166

270

383

DETALLE 6

205

281

599

664

242

357

291

206

300

DETALLE 1

488

57

36

585

200

300

151

DETALLE 2

DETALLE 3

489

754

151

51

97

545

585

200

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

ALIMENTACION SUMINISTRADA

POR LA PLATAFORMA

2

3

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

LISTA DE MATERIALES


*MODELOS Y MARCAS PROPUESTAS

RESET

ALARMA

ESTRIBOR

16

0

200

30

0

200

28

5

58

5

30

02

85

58

5

160

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

LISTA DE MATERIALES


1

3

2

4

5

RESET

ALARMA

ESTRIBOR

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

RESET

ALARMA

ESTRIBOR

940

600

25

300

285

2375

155 155600

200 200

940

600

25

300

285

2375

1000

1370

30

0

200

200

23

0

53

0

150

30

02

30

53

0

15

0

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

9

1

LISTA DE MATERIALES

NUMERO DESCRIPCION NEMA MARCA CANTIDAD

2

3

5

6

7

8

4

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

400

500

400

400

400

400

222 222

APPROVED BY: MAKER:

REFERENCE DRAWINGS

REVISIONS


GENERAL NOTES

ELEVADOR__VIRTUAL

LAD 2 - MAIN_PROG --- Total Rungs in File = 41

Page 1 Monday, October 15, 2012 - 19:31:34

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15

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B3:2

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B3:0

5

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11

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6U

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2

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13

B3:1

6U

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3

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B3:1

6U

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4

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1

B3:1

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ELEVADOR__VIRTUAL



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7

UB3:0

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ELEVADOR__VIRTUAL



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9

UB3:0

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11

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11

UB3:0

12

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UB3:0

14

ELEVADOR__VIRTUAL



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1

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7

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B3:0

9

B3:0

3

B3:0

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B3:0

13

B3:0

5

B3:0

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O:0

11761-Micro

B3:2

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ELEVADOR__VIRTUAL



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B3:0

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B3:0

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O:0

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4

ELEVADOR__VIRTUAL



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15

B3:0

0

B3:1

1

B3:1

8

B3:0

1

B3:1

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B3:1

10

B3:0

2

B3:1

11

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6

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5

ELEVADOR__VIRTUAL



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ELEVADOR__VIRTUAL



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0EN

DN

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TON

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2

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B3:2

3

0040 END

23 elevador

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Transcript of 23 elevador