L100 uachmc003 2_memoria general de proyecto (documentos y planos)

Escuela de Ingeniería Civil Electrónica

DISEÑO DE LABORATORIO DE CONTROL DISTRIBUIDO EN

BASE AL SISTEMA DELTAV, EMERSON, PARA EL INSTITUTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA,

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA, DE LA UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE

Nº L-100-UACH-MC-003_REV02

Tesis para optar al título de: Ingeniero Civil Electrónico

Profesor Patrocinante: Sr. Pedro Rey Clericus.

Ingeniero Electrónico Licenciado en Ciencias de la Ingeniería

Diplomado en Ciencias de la Ingeniería.

JOSE MANUEL CAMPOS SALAZAR

VALDIVIA – CHILE

2015

Comisión de Titulación

Profesor Patrocinante:

Pedro Rey Clericus

Ingeniero Electrónico

Profesores Informantes:

Franklin Castro Rojas


José Mardones Fernández


Fecha de examen de Titulación

2

DEDICATORIA

Gracias Señor Jesús, por tu ayuda permanente.

Este trabajo se lo dedico en especial a mi amada esposa Silvana, sin la cual no hubiese sido

posible terminar, prestándome su innegable apoyo. También a mi querida familia: papá (José

Roberto), mamá (María Cristina) y hermanos (Cotono y Kokita), Tía Marcela quienes me

alentaron constantemente.

A Don Adolfo y Señora Sylvia, ya que sin su asistencia permanente, me hubiese demorado más

de lo previsto.

Y finalmente a mis estimados colegas Marcelo Soto y Patito Espinoza que sin sus valiosos

conocimientos transmitidos, hubiese sido muy dificultoso lograr este proyecto.

3

RESUMEN

Este proyecto consiste en el diseño de un laboratorio para el funcionamiento de un sistema de

control distribuido (DCS), el cual será implementado en el Instituto de Electricidad y Electrónica

(IEE), perteneciente a la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, de la Universidad Austral de

Chile, para el uso de los alumnos de la carrera de Ingeniería Civil Electrónica. Además se

plantea un diseño básico de una maqueta de proceso, para la interacción del sistema DCS.

La estructura tiene dos finalidades bien claras; por un lado sirve como trabajo de tesis para

optar a un título profesional y grado académico respectivo y por otro, tiene la misión de

representar un documento técnico en base a la formación de todas las etapas que posee un

proyecto de este estilo, es decir posee un marco teórico (lo que le proporciona características

académicas), un estudio técnico bien a fondo y finalmente un estudio económico, el cual es de

vital importancia, ya que mediante él, es posible determinar la viabilidad del mismo.

En términos generales, el sistema DCS que se diseña, se basa en el equipamiento altamente

especializado llamado DeltaV que es fabricado por la empresa de tecnología estadounidense

Emerson Process. Los sistemas DCSs, son sistemas de control, los cuales poseen una filosofía

de configuración y funcionamiento bien definida y que está íntimamente relacionada con el

trabajo de sistemas de comunicación de campo.

Según el estudio realizado y plasmado en el siguiente documento, se ve claramente la

masificación que está teniendo este tipo de producto, en el funcionamiento de las industrias de

hoy, razón por la cual, la necesidad de preparar futuros ingenieros civiles electrónicos,

orientados a este sistema.

Como se expone en párrafos anteriores, este trabajo se conforma de un marco teórico, en el

cual se conceptualiza todo lo relacionado a los sistemas DCS, describiendo propiedades y

configuraciones, elementos constitutivos y otros. Luego se desarrolla el estudio técnico, el cual

se basa en las tres etapas que debe poseer un proyecto determinado, es decir, una ingeniería

conceptual (aquí se esboza ideas y deseos, viabilidad técnica, inversión inicial, etc), una

ingeniería básica (en esta parte se examina el lugar físico donde se requiere implementar el

proyecto, se diseña el proceso, etc), y terminar este estudio con la ingeniería de detalles

(generación de los planos y memorias para la construcción propiamente tal).

4

Como etapa final del proyecto, se realiza el estudio económico, según el cual, es posible ver la

factibilidad económica de la implementación del laboratorio. Gracias a herramientas de

matemática financiera, como lo son los cálculos de V.A.N. y T.I.R., es posible analizar y

determinar si es rentable o no la implementación.

Se plantea, un programa para un curso de formación en lo que respecta a sistemas de control

distribuido, utilizando para ello, el laboratorio diseñado.

Para finalizar, se propone un proceso (maqueta de pruebas), para relacionar directamente el

funcionamiento del DCS a implementar en el futuro.

Palabras claves: DCS, Sistemas de Control Distribuido, Diseño.

5

ABSTRACT

This project involves the design of a laboratory for the operation of a distributed control system

(DCS), which will be implemented at the Institute of Electrical and Electronics (IEE), belonging to

the Faculty of Engineering, University Austral de Chile, for the use of students in the career of

Civil Engineering Electronics. Also raises a basic design of a process model for the interaction of

DCS system.

The structure has two very clear purposes; on the one hand serves as a thesis to qualify for a

professional degree and relevant academic degree and on the other, has the mission to present

a technical paper based on the formation of all stages possessing a project of this type, ie has a

theoretical framework (which provides academic characteristics), a technical study very deeply

and finally an economic study, which is of vital importance, since through it is possible to

determine the feasibility of the project.

Overall, the DCS system is designed based on highly specialized equipment called DeltaV which

is manufactured by American Emerson Process technology. The DCSs systems are control

systems, which have a philosophy of architecture and functioning well defined and is closely

related to the work field communication systems.

According to the study and expressed in the following document, it is clear that overcrowding is

having this type of product, in the performance of the industries today, why the need to prepare

future electronic civil engineers, aimed at this system.

As discussed above, this work is made up of a theoretical framework in which everything related

to DCS systems is conceptualized, describing properties and configurations, and other

constituents. Technical study, which is based on the three stages that must have a certain

project, ie, a conceptual engineering (here ideas and wishes outlined, technical feasibility, initial

investment, etc), a basic engineering is then developed (in this part of the physical place where

required to implement the project under review, process, etc) is designed, and finally finish this

study with detailed engineering (generation of plans and reports for the construction itself).

As a final step of the project, the economic study, whereby it is possible to see the economic

feasibility of the implementation of the laboratory is performed. Thanks to tools of financial

mathematics, such as NPV calculations and IRR, it is possible to analyze and determine if it is

profitable or not the implementation of the project.

6

A program for a training course with regard to distributed control systems, using the laboratory

designed arises.

A process (test model) is proposed to relate directly the operation of DCS to implement in the

future.

Keywords: DCS, Distributed Control System, Design.

7

CONTENIDO

DEDICATORIA .............................................................................................................................. 3

RESUMEN ..................................................................................................................................... 4

ABSTRACT .................................................................................................................................... 6

CONTENIDO ................................................................................................................................. 8

LISTADO DE FIGURAS .............................................................................................................. 12

LISTADO DE TABLAS ................................................................................................................. 18

I. INTRODUCCION .................................................................................................................. 20

II. PROBLEMÁTICA ................................................................................................................. 22

III. OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................... 23

IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................. 23

V. MARCO TEORICO ............................................................................................................... 24

5.1 Historia acerca de los Sistemas de Control Distribuidos (DCS) .................................... 24

5.2 Definición de un DCS .................................................................................................... 25

5.3 Características principales de un DCS .......................................................................... 26

5.3.1 Flexibilidad y capacidad de expansión ................................................................... 26

5.3.2 Mantenimiento ........................................................................................................ 26

5.3.3 Apertura ................................................................................................................. 26

5.3.4 Operatividad ........................................................................................................... 26

5.3.5 Portabilidad ............................................................................................................ 26

5.3.6 Rentabilidad ........................................................................................................... 26

5.3.7 Redundancia/Robustez .......................................................................................... 27

5.4 Breve descripción de los compontes (capa física), que conforman un DCS ................ 27

5.4 1 Componentes de nivel alto ..................................................................................... 27

5.4 2 Red de Control ....................................................................................................... 27

5.4 3 Controladores y Tarjetas E/S ................................................................................. 28

8

5.4 4 Elementos de campo (de terreno) ......................................................................... 29

5.5 Breve descripción de la interfaz gráfica y de la interfaz ingeniería/mantención

(software), de un DCS .............................................................................................................. 30

5.6 Sistema de Control, Distribuido (DCS), DeltaV, Emerson Proceses ............................. 32

5.6.1 Capa física de DeltaV ............................................................................................ 32

5.6.2 Red de Control DeltaV ........................................................................................... 48

5.6.3 Conceptos importantes de DeltaV ........................................................................ 52

5.6.4 Softwares de Aplicación de DeltaV ....................................................................... 56

5.7 Breve descripción de algunos buses de campos, más utilizados en DeltaV ................ 63

5.7.1 Definición de Bus de Campo .................................................................................. 63

5.7.2 Fieldbus .................................................................................................................. 63

5.7.3 Profibus .................................................................................................................. 64

5.7.4 Device Net .............................................................................................................. 65

5.7.5 Comunicaciones HART .......................................................................................... 66

VI. ESTUDIO TECNICO ......................................................................................................... 67

6.1 Ingeniería Conceptual ................................................................................................... 67

6.1.1 Viabilidad técnica del proyecto ............................................................................... 67

6.1.2 Cronograma preliminar del proyecto ...................................................................... 71

6.1.3 Recopilación de requerimientos del laboratorio ..................................................... 72

6.1.4 Costos de inversión inicial ...................................................................................... 73

6.1.5 Rentabilidad de la inversión ................................................................................... 77

6.1.6 Costos de mantenimiento ...................................................................................... 77

6.1.7 Diagrama de flujo del proceso ............................................................................... 77

6.2 Ingeniería Básica ........................................................................................................... 79

6.2.1 Estudio de instalaciones físicas (Laboratorio B de automatización y control) ............. 80

9

6.2.2 Revisión de los diagramas de flujo de los procesos y elaboración de los diagramas

P&ID (Piping and Instrumentation Diagram), diagramas unilineales para las instalaciones

eléctricas, diagramas de control entre otros ......................................................................... 80

6.2.3 Cálculos referidos al proyecto respecto al sistema DCS ....................................... 81

6.2.4 Cálculos referidos al proyecto respecto a la maqueta de proceso. ....................... 89

6.2.5 Narrativa del sistema de control para el proceso ................................................. 102

6.2.6 Diseño de los diagramas samas, para la configuración del control ..................... 107

6.2.7 Dimensionamiento de los equipos a utiliza en el proyecto .................................. 108

6.2.8 Listado de componentes en general .................................................................... 108

6.3 Ingeniería de Detalles ................................................................................................. 108

VII. ESTUDIO ECONOMICO ................................................................................................ 110

7.1 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK ....................................................................... 110

7.1.1 Valor Actual Neto (V.A.N.) ................................................................................... 110

7.1.2 Tasa Interna de Retorno (T.I.R.) .......................................................................... 111

7.1.3 Periodo Medio de Maduración (PAYBACK) ......................................................... 111

7.1.4 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK ............................................................... 112

VIII. CONCLUSIONES Y/O REFLEXIONES .......................................................................... 115

IX. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 116

ANEXO A.1 EJEMPLO DE DESARROLLO DE INGENIERIA DE CONTROL EN DELTAV 117

A.1.1 Presentación de la ingeniería de procesos .............................................................. 117

A.1.2 Creación de los módulos de control ........................................................................ 117

A.1.3 Carta de función secuencial (SFC) .......................................................................... 118

A.1.4 Creación de una pantalla de operación ................................................................... 119

A.1.5 Configurando DeltaV Explorer ................................................................................. 119

A.1.5.1 Abriendo DeltaV Explorer ................................................................................. 120

A.1.5.2 Navegando en DeltaV Explorer ........................................................................ 121

A.1.5.3 Explorando las fichas de librería (Function Block Templates) .......................... 121

10

A.1.6 Configurando y descargando la estrategia de control ............................................. 122

A.1.6.1 Creando y nombrando áreas de planta ............................................................ 124

A.1.6.2 Utilizando DeltaV Explorer, para copiar un módulo (MTR-101) ....................... 125

A.1.6.3 Introducción a la aplicación de Control Studio ................................................. 126

A.1.6.4 Creando un módulo de control (XV-101), en Control Studio, utilizando una ficha

de librería (Library Template) ............................................................................................. 128

A.1.6.5 Pasos finales para todos los módulos de control ............................................. 132

A.1.6.6 Creando el módulo LI-101, desde un borrador ................................................. 135

ANEXO A.2 CODIFICACION Y LISTADO DE DOCUMENTOS Y PLANOS

RELACIONADOS CON EL PROYECTO ................................................................................... 139

ANEXO A.3 PROGRAMA ASIGNATURA SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO ........ 142

ANEXO A.4 DETALLE DE COSTOS INVOLUCRADOS EN EL DISEÑO DEL

LABORATORIO DCS ................................................................................................................ 145

A.4.1 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDC-

001 145

A.4.2 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDF-

001 145

A.4.3 Cuadro de costos, referente al material de instrumentación ................................... 145

A.4.4 Cuadro de costos, relacionado con la disciplina mecánica y estructural ................. 145

ANEXO A.5 PLANOS Y DOCUMENTOS DEL PROYECTO ............................................... 149

11

LISTADO DE FIGURAS

Figura 1 Topología típica de un DCS (fuente: Villajulca, J. (2011, 14 de Octubre). Introducción a

los DCS: Sistemas de Control [Instrumentación y Control. Net] de

http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-

distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido) ....................... 25

Figura 2: Componentes funcionales de un DCS (fuente: León A. (2011, 17 de Marzo). Sistemas

de Control Distribuido (DCS) de http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-

distribuido-dcs-7298975). ............................................................................................................ 28

Figura 3: Gabinete eléctrico típico DCS (fuente: Celulosa Arauco y Constitución S.A., Planta

Valdivia). ...................................................................................................................................... 29

Figura 4: Estrategia de control, configurada en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).

Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System) ................................................ 31

Figura 5: Despliegue de operación en sistema DeltaV (fuente: Celulosa Arauco y Constitución,

Planta Valdivia) ............................................................................................................................ 32

Figura 6: Componentes básicos de un Sistema DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).

Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ............................................................. 33

Figura 7: Gráficas de variables de proceso, en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).

Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System) ................................................ 34

Figura 8: Especificaciones de 2-Wide Power/Controller Carrier (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 9: Especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing

Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ............................................................................. 35

Figura 10: Especificaciones de Carrier Extender (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your

DeltaV Digital Automation System V8.4) ..................................................................................... 36

Figura 11: Local Bus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation

System V8.4) ............................................................................................................................... 36

Figura 12: Configuración estándar de 6 carriers (fuente: propia) ................................................ 37

Figura 13: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P.

(2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ................................................. 42

Figura 14: Diagrama de cableado para tarjeta AI de 2 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y

tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV

Digital Automation System V8.4) ................................................................................................. 42

12

Figura 15: Diagrama de cableado para tarjeta AI de4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta

AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital

Automation System V8.4) ............................................................................................................ 43

Figura 16: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P.


Figura 17: Diagrama de cableado para tarjeta AO de 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente:

Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ............................ 43

Figura 18: Especificaciones técnicas de una tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 19: Diagrama de cableado para tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing


Figura 20: Especificaciones técnicas de una tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente:


Figura 21: Diagrama de cableado para tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente:


Figura 22: Especificaciones técnicas de una tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente:


Figura 23: Diagrama de cableado para tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente:


Figura 24: Especificaciones técnicas de una tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 25: Diagrama de cableado para tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing


Figura 26: Especificaciones técnicas de una tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 27: Diagrama de cableado para tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 28: Especificaciones técnicas de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura 29: Dimensiones de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your

DeltaV Digital Automation System V8.4) ..................................................................................... 47

Figura 30: Especificaciones técnicas de estación de trabajo DeltaV (fuente: Emerson, P.

(2014).DeltaV Product Data Sheet, DeltaV Workstation Hardware) ............................................ 49

13

Figura 31: Método de energización de un sistema DeltaV, utilizando una fuente tipo

"bulk"(fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ...... 50

Figura 32 Ejemplos de topologías de redes de control, para 2 nodos (fuente: Emerson, P.


Figura 33: Ejemplos de topologías de redes de control, para 8 nodos (fuente: Emerson, P.


Figura 34: Ejemplo de estructura jerárquica en DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Getting

Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) .................................................... 56

Figura 35: Espacio de trabajo para un módulo de control en Control Studio (fuente: Emerson, P.

(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ........................... 57

Figura 36: Pantalla de operación típica (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your

DeltaV™ Digital Automation System V8.4) .................................................................................. 59

Figura 37: User manager (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™

Digital Automation System V8.4) ................................................................................................. 59

Figura 38: Típico de gráficas de señales y visualización de eventos, con el process history view

(fuente: Emerson, P. (2013). DeltaV™ Continuous Historian DeltaV Product Data Sheet) ........ 62

Figura 39: Gráficos de distribución en los tipos de control en empresas chilenas (fuente: propia)

..................................................................................................................................................... 71

Figura 40: Cronograma preliminar del proyecto como parte de la ingeniería conceptual (fuente:

propia).......................................................................................................................................... 71

Figura 41: Componentes cotizados serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,

(2014).Cotización-Oferta técnica y comercial) ............................................................................. 74

Figura 42: Componentes cotizados serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,


Figura 43: Resumen comercial para serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,


Figura 44: Resumen comercial para serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,


Figura 45: P&ID del proceso a controlar (fuente: propia) ............................................................ 78

Figura 46: Maqueta de proceso en 3-D (fuente, propia) .............................................................. 79

Figura 47: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric,

(1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.) ........... 85

14

Figura 48: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25

(fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros

Eléctricos de B.T.) ....................................................................................................................... 86

Figura 49: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente:

Rittal, (2013). System Climate Control) ....................................................................................... 87

Figura 50: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate

Control) ........................................................................................................................................ 87

Figura 51: Diagrama de Moody (fuente, propia) .......................................................................... 94

Figura 52: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric,

(1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.) ........... 97

Figura 53: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25

(fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros

Eléctricos de B.T.) ....................................................................................................................... 98

Figura 54: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente:

Rittal, (2013). System Climate Control) ....................................................................................... 99

Figura 55: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate

Control) ...................................................................................................................................... 100

Figura 56: Variación de temperatura vs SP bomba (fuente, propia) ......................................... 104

Figura A.1.1: Diagrama de procesos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your

DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ................................................................................ 117

Figura A.1.2: Pantalla de operación para el sistema (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started

With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ............................................................... 119

Figura A.1.3: Ruta para llegar a DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.1.4: Apertura de aplicación DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting

Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) .................................................. 121

Figura A.1.5: Ejemplo de navegar en DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting






15

Figura A.1.8: Ejemplo de creación de área nueva (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.1.9: Ejemplo modificación de módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With

Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ....................................................................... 126

Figura A.1.10 Ambiente en control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your

DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ................................................................................ 127

Figura A.1.11: Diagrama de preferencia, para modificación de la paleta (fuente: Emerson, P.

(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ......................... 128

Figura A.1.12: Ruta activación control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With

Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ....................................................................... 129

Figura A.1.13: Ruta para escoger template nuevo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.1.14: Cuadro Browse (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™

Digital Automation System V8.4) ............................................................................................... 130

Figura A.1.15: Modulo para una válvula normalmente cerrada (fuente: Emerson, P. (2005).

Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ...................................... 130

Figura A.1.16: Ruta para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting


Figura A.1.17: Cuadro para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting


Figura A.1.18: Cuadro para setear Device Signal Tags (fuente: Emerson, P. (2005). Getting


Figura A.1.19: Cuadro de propiedades de un módulo de control (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura A.1.20: Cuadro de selección de controladores (fuente: Emerson, P. (2005). Getting


Figura A.1.21: Cuadro de grabado para módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.1.22: Cuadro de propiedades para módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.1.23: Cuadro para la creación de nuevos módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting


16

Figura A.1.24: Creación de un módulo nuevo, en control studio (fuente: Emerson, P. (2005).


Figura A.1.25: Información acerca del bloque AI (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started


Figura A.3.1: Programa de Asignatura Sistemas de Control Distribuido (fuente, propia) ......... 144

17

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1: Tipos frecuentes de Comunicación en un DCS (fuente: propia). .................................. 31

Tabla 2: Cuadro de cálculos longitud total (fuente: propia) ......................................................... 37

Tabla 3: Tabla de cálculos de corriente, utilizando un Local Bus de 12 VDC y equipos de campo

de 24 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

..................................................................................................................................................... 47

Tabla 4: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24 VDC (fuente: Emerson, P.


Tabla 5: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC (fuente: Emerson, P.


Tabla 6: Especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12 VDC (fuente: Emerson, P.


Tabla 7: Hub Ethernet de 8 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital


Tabla 8: Switch de fibra de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital


Tabla 9: Switch de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital


Tabla 10: Ranking Top 50 empresas exportadoras industriales (fuente: SOFOFA, (2014).

Economía y Negocios) ................................................................................................................. 69

Tabla 11: Requerimientos básicos para el laboratorio DCS (fuente: propia) .............................. 72

Tabla 12: Cuadro de costos, asociados al Lab. DCS. (fuente: propia) ........................................ 75

Tabla 13: Disipación térmica del sistema completo DeltaV (fuente, propia) ............................... 84

Tabla 14: Disipación térmica del 100-TDF-001 (fuente, propia) .................................................. 97

Tabla 15: Características de los equipos de proceso a utilizar (fuente, propia) ........................ 108

Tabla 16: Cálculo de Inversión Inicial del Proyecto (fuente, propia) .......................................... 113

Tabla 17: Cuadro de Cálculo de Flujo de Caja (fuente, propia) ................................................ 113

Tabla 18: Cuadro Cálculo V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (fuente, propia) ...................................... 114

Tabla A.1.1: Información asociada a la creación de los módulos de control (fuente: Emerson, P.

(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ......................... 118

Tabla A.2.1: Listado de documentos del proyecto (fuente, propia) ........................................... 141

Tabla A.4 1: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDC-001(fuente, propia) ........ 146

18

Tabla A.4 2: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDF-001(fuente, propia) ......... 147

Tabla A.4 3: Costos incurridos en instrumentación y anexos (fuente, propia) .......................... 148

Tabla A.4 4: Costos incurridos en materiales de disciplina mecánica (fuente, propia) ............. 148

19

I. INTRODUCCION

El diseño en cuestión, consiste en un laboratorio de un sistema de control distribuido (DCS por

sus siglas en inglés), para su futura implementación en el Laboratorio B de Automatización y

Control, perteneciente al Instituto de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencias de la

Ingeniería, de la Universidad Austral de Chile (desde ahora UACH).

Además se incluye el diseño de una maqueta de procesos, la cual trabajara en forma conjunta

con el DCS. Este sistema se configurará para dar un buen funcionamiento al proceso a diseñar.

El concepto medular, detrás de este proyecto, es la preparación de ingenieros civiles

electrónicos, formados en la UACH. Con este laboratorio, los ingenieros poseerán sólidas bases

en el diseño y configuración de un sistema de control distribuido, aplicable a un sinnúmero de

fábricas y plantas industriales, que hoy por hoy, seleccionan este tipo de sistemas, para su

operación.

Se describe en forma detallada, un completo desarrollo, presentando aspectos técnicos y

económicos, para llevar a cabo una futura implementación.

El proyecto se compone por un marco teórico, con el fin de estudiar las características técnicas

que posee un sistema DCS, como también los componentes que lo forman. Se analizan los

principales equipos y se describe su frontera de utilización. Se comienza con la descripción del

nacimiento de un DCS luego su historia. Se presentan las características principales que

caracterizan a un Sistema de Control Distribuido y finalmente se realiza una descripción de los

componentes medulares que se incorporan en el funcionamiento de este sistema, como

también de los equipos que se relacionan, con las entradas/salidas del laboratorio, es decir, se

habla (no en detalle), de los buses de campo más utilizados por un DCS.

Luego se desarrolla el estudio técnico que se compone de una ingeniería conceptual, básica y

de detalle. Referente a la ingeniería conceptual, se enfatiza temas tales como la viabilidad

técnica del proyecto, costos y rentabilidad de la inversión para finalizar con un acercamiento del

requerimiento perteneciente al proceso a controlar, es decir un diagrama P&ID. La ingeniería

básica, se compone de un estudio de la instalación física, donde en forma futura, se instalará el

laboratorio y la maqueta, analizando aspectos tales como, el sistema eléctrico existente, red de

suministro de agua, entre otros. Se revisa el diseño y crea planos básicos para la

implementación futura, concernientes a las disciplinas eléctricas, control, mecánica, obras

20

civiles, etc. Asociado a esto, se generan las memorias de cálculos pertinentes al diseño y

finalmente se dimensionan y listan los equipos para su futura compra.

El último punto del estudio técnico es la ingeniería de detalles, aquí se desarrollan los planos

para la construcción final, los cuales han pasado por varias etapas de revisión, emitiéndolos

como documentos oficiales para la implementación.

La penúltima etapa del proyecto, corresponde al estudio económico, aquí se analiza una serie

de ratios económicos, para considerar la verdadera viabilidad, del proyecto. Se exponen

cálculos de VAN, TIR y PAYBACK.

Se finaliza el estudio con las conclusiones y/o reflexiones, que se desprenden del diseño en

cuestión.

21

II. PROBLEMÁTICA

En la actualidad, los procesos industriales se han ido convirtiendo en más complejos,

requiriendo técnicas de control cada vez más avanzadas, que permitan el mando y la operación

adecuada, manteniendo siempre un equilibrio en costos y utilidad.

En décadas anteriores, los controles y sistemas clásicos predominaban en la industria, y en

especial los sistemas DDC (Direct Digital Control). Estos ofrecían robustez, aunque limitada,

solucionando, en ese entonces, la mayoría de los inconvenientes que surgían en el control y

operación de los procesos. Sin embargo, los DCS se impusieron al DDC y revolucionaron el

concepto de control. El control digital directo (DDC) durante esa época sufría de un problema

sustancial: El POTENCIAL peligro de que exista una falla en un único computador digital que

controlaba o ejecutaba MULTIPLES lazos de control PID, funciones que nunca debían

detenerse. El control digital trajo muchas ventajas, pero no valía la pena si existía el riesgo de

que la operación se detuviera completamente (o fallara catastróficamente), seguido de un

quiebre en el hardware o software en una única computadora.

Los controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación teniendo múltiples

computadores (controladores), cada una responsable de un grupo de lazos PID, distribuidos por

las instalaciones y enlazados para compartir información entre ellas y con las consolas de

operación. Ahora ya no se tenía la inquietud de contar con todos los lazos en un solo

controlador. La distribución de los estos también ordeno el cableado de señales, dado que

ahora cientos o miles de cables de instrumentos solo tienen que llegar hasta los nodos

distribuidos, y no todo el camino hasta llegar la sala de control centralizada. Solo los cables de

la red tenían que estar enlazando a los controladores, representando una drástica reducción de

cableado. Además, el control distribuido introdujo el concepto de REDUNDANCIA en los

sistemas industriales; donde la adquisición de señales digitales y las unidades de

procesamiento estaban equipadas con un "spare" o "repuesto" para que automáticamente

tomen el control de todas las funciones críticas, en caso de ocurra una falla primaria.

Dado lo anterior, se hace cada vez más necesario, contar con profesionales del área de control,

que posean conocimientos vastos, de un sistema de control distribuido, ya que cada día se

implementan grandes plantas y fábricas, que seleccionan estos sistemas y por ende demandan

ingenieros capaces de mantener, en términos de diseño y configuración, estos DCSs.

22

III. OBJETIVO GENERAL

Generar un diseño de un laboratorio, de control distribuido (DCS), para el uso de los estudiantes

de la carrera de Ingeniería Civil Electrónica, de la Universidad Austral de Chile.

IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Estudiar la filosofía de un sistema de control distribuido (DCS por sus siglas en ingles).

- Estudiar topología de un sistema de control distribuido.

- Comentar algunos buses de comunicación digital para el entorno industrial (buses de campo).

- Comentar la comunicación análoga 4-20 mA utilizada en el área industrial.

- Estudiar el DCS particular de la empresa Emerson, es decir el sistema de control distribuido DeltaV.

- Generar la ingeniería conceptual del proyecto de diseño del laboratorio DCS.

- Generar la ingeniería de detalles del proyecto de diseño del laboratorio DCS.

- Estudio del sistema de aterrizaje del laboratorio de automatización existente en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, de la Universidad Austral de Chile.

- Proponer una maqueta de pruebas que interactúe con el sistema de control distribuido.

- Proponer un programa de asignatura para el dictado de clases del laboratorio en

cuestión.

23

V. MARCO TEORICO

5.1 Historia acerca de los Sistemas de Control Distribuidos (DCS)

En términos generales, los sistemas de control distribuidos (DCS), fueron diseñados y

construidos para reemplazar a los controladores mono lazo (DDC) y a los computadores que

controlaban los procesos de una instalación industrial y que poseían un solo procesador central.

Al tiempo en que los avances en el campo de la electrónica, principalmente en el desarrollo de

los microprocesadores, fueron significativos, a mediados de la década de 1970, la empresa de

tecnología Honeywell particularmente, lanza al mercado el primer sistema de control distribuido

(1974), cuyo nombre fue TDC (Total Distributed Control).

En un principio, los primeros DCSs sólo manejaban lazos de control conformados por señales

análogas, pero con el tiempo han evolucionado para convertirse en sistemas de naturaleza

híbrida, pudiendo manejar en paralelo, señales análogas y digitales.

En particular, los DCSs están conformados por múltiples procesadores (controladores), de los

cuales, cada uno controla - valga la redundancia - una unidad de proceso de una planta, de

manera tal, que en caso de alguna falla o alguna perturbación, sólo la parte afectada queda sin

control.

Esta característica, sumadas a otras que se explican más adelante, hacen a este sistema, como

el predilecto, hoy por hoy, a la hora de elegir un sistema de control para alguna instalación

industrial, tales como una planta o fábrica de tamaño considerable (sobre 5000 sensores y/o

actuadores).

Por otro lado, cada vez se diseñan y construyen grandes plantas industriales con procesos

extensos, en términos dimensionales, y complejos de operar. A su vez, se encuentra latente, la

necesidad de instalar cada vez más sensores y actuadores, de modo que la fábrica en cuestión

se encuentre en condiciones óptimas para iniciar la operación y maneje una gran producción,

pudiendo ser más competitiva en el mercado. La confiabilidad y precisión que posee un sistema

de control distribuido, por sobre los sistemas convencionales (sistemas DDC, PLCs únicos, etc),

convierten a un sistema DCS, como la elección predilecta por ingenieros de control, para el

sistema de alguna instalación a proyectar.

24

5.2 Definición de un DCS

Por sus siglas en inglés, DCS es Distributed Control System, es decir Sistema de Control

Distribuido.

Es un sistema en el cual tanto sus elementos de adquisición de datos en terreno (sensores),

como sus elementos de actuación final (motores, válvulas), y sus componentes propios que

conforman la capa física, tales como: estaciones de operación, servidores, tramos de cables de

comunicación (cobre o fibra óptica), entre otros, no se encuentran ubicados localmente, sino

más bien, se distribuyen a lo largo de todo el sistema, en forma de poder realizar control, por

cada sub-área en que se encuentran distribuidos los controladores (“cerebro del sistema”).

Todos los componentes, se encuentran conectados a través de redes de comunicación y

monitoreo.

La topología típica de un DCS es la que se visualiza en la Figura 1. En efecto:

Figura 1 Topología típica de un DCS (fuente: Villajulca, J. (2011, 14 de Octubre). Introducción a los DCS: Sistemas de Control [Instrumentación y Control. Net] de http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-

sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido)

Más adelante se explicara cada componente, que conforma la capa física del DCS.

25

Actualmente, los DCSs se pueden ubicar en industrias de distinto índole, alguna de ellas

pueden ser:

- Plantas Químicas.

- Plantas de Pulpa y Papel.

- Minería.

- Plantas de Refinación.

5.3 Características principales de un DCS

Algunas ventajas técnicas que presentan estos sistemas, pueden ser las siguientes:

5.3.1 Flexibilidad y capacidad de expansión

Capacidad de poder escoger (etapa inicial del proyecto), o aumentar (etapas posteriores a la

partida), el número de variables de entrada, salida y del número de controladores, debido a una

amplia gama de aplicaciones expansibles y clientes específicos.

5.3.2 Mantenimiento

Las configuraciones de control e interfaces de operador deben ser fáciles de mantener y de

modificar, no solo por personal especialista.

5.3.3 Apertura

Las variables y parámetros de control son leídos y escritos desde otras funciones de control.

5.3.4 Operatividad

Funciones avanzadas de control se deben ser mostradas en las mismas ventanas de operación

y han ser leída por los operadores, sin dar ninguna confusión.

5.3.5 Portabilidad

Parte del algoritmo de control no depende del entorno de hardware y se adapta a distintas

tecnologías informáticas.

5.3.6 Rentabilidad

Las ventajas de los algoritmos de control deben quedar claro. No sólo acerca de la acción de

control, sino también acerca de las inversiones realizadas, antes y después de la

implementación del DCS.

26

5.3.7 Redundancia/Robustez

La redundancia en sistemas de control, apunta a disponer elementos/componentes adicionales

que garantizan la operación de las funciones, dentro del sistema de control frente a fallas del

mismo.

5.4 Breve descripción de los compontes (capa física), que conforman un DCS

En la Figura 2 se ilustra los componentes funcionales típicos de un DCS los que a continuación

se describen.

5.4 1 Componentes de nivel alto

Estos corresponden principalmente a:

- Computadoras y/o HMI, se utilizan para las estaciones tanto de mantención e ingeniería

como estaciones de aplicación para la configuración del sistema, de diagnóstico y la

integración de software de terceros. Usan Sistemas operativos como Windows XP o

propios (HMI).

- Servidores en general, los cuales realizan el proceso de registro de variables en tiempo

real, proporcionan servicio cliente-servidor para hacer la conexión entre las

computadoras de trabajo de nivel superior con los controladores, y por último, servidores

dedicados a proporcionar estabilidad del sistema y concurrir ante cualquier evento a

acciones de manera de corregir y mantener en marcha el proceso. Generalmente usan

sistemas operativos como Windows Server.

- Equipos que dan robustez al sistema, es decir, la utilización de equipamiento redundante

y UPS (Uninterruptible Power Systems). Algunos ejemplos: dos redes de comunicación,

servidores back up todos conectados mediante UPSs, etc.

5.4 2 Red de Control

Generalmente corresponden a redes tipo LAN, (Local Area Network), que es capaz de

suministrar la comunicación entre los controladores y las estaciones de trabajo. Se utilizan hubs

o switches Ethernet para establecer las comunicaciones. Esta red frecuentemente es

redundante.

27

Figura 2: Componentes funcionales de un DCS (fuente: León A. (2011, 17 de Marzo). Sistemas de Control Distribuido (DCS) de http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-distribuido-dcs-7298975).

5.4 3 Controladores y Tarjetas E/S

Los controladores corresponden a dispositivos electrónicos, los cuales generan el control local y

manejan las comunicaciones entre las tarjetas E/S y la red de control. Finalmente las tarjetas,

son los componentes electrónicos, responsables de generar la interacción entre el controlador

(“cerebro del sistema”), y los equipos en terreno.

Al igual que en la red de control, esta etapa, generalmente se encuentra respaldada por UPS y

redundancia de controladores y tarjetas.

Estos componentes, corrientemente, se encuentran alojados en gabinetes eléctricos, de manera

tal, que se permita realizar las interconexiones entre equipos y dispositivos, los cuales

respaldan y logran realizar las funciones y características típicas de un sistema de control

distribuido. En la Figura 3, se muestra un gabinete integrado.

La distribución general del interior del gabinete, se conforma por cuatro grandes divisiones. A

saber: una primera parte, donde se encuentran los circuitos (ctos.), de protección,

principalmente interruptores magnetotérmicos de baja corriente de operación y luego una etapa

28

Figura 3: Gabinete eléctrico típico DCS (fuente: Celulosa Arauco y Constitución S.A., Planta Valdivia).

donde se encuentran los elementos suministradores de energía, tales como fuentes de poder.

La división más importante por la criticidad del sistema, corresponde al espacio donde se

conectan los controladores, acondicionadores de señal y tarjetas E/S. Finalmente y como etapa

final, se ubican las borneras de conexionado, que generan el “puente” entre los dispositivos de

terreno o elementos de campo y las tarjetas de E/S (se describen en punto posterior).

5.4 4 Elementos de campo (de terreno)

En los componentes finales del DCS, se encuentran los sensores y/o transmisores y actuadores

o elementos finales de control, que son los responsables de hacer interactuar el sistema de

control distribuido, con el proceso en cuestión.

Según la ISA en su estándar 5.1, de la última revisión de 1992, provee las siguientes

definiciones:

- “Sensor: corresponde a la parte de un lazo o de un instrumento que es el primero en

sensar el valor de una variable de proceso y le asume una salida o estado

correspondiente y que es a su vez es inteligible y predeterminado. El sensor puede estar

separado o integrado a otro elemento funcional del lazo. Al sensor también se le conoce

como detector o elemento primario”.

- “Transmisor: es un dispositivo que sensa una variable de proceso a través de un medio

sensor y tiene una salida, cuyo valor estacionario, varía solamente como una función

29

predeterminada de la variable de proceso. El sensor puede estar, pero no

necesariamente, integrado al transmisor.”

- “Elemento final de control: es el dispositivo que controla directamente el valor de la

variable manipulada de un lazo de control. A menudo, el elemento final de control,

corresponde a una válvula”.

5.5 Breve descripción de la interfaz gráfica y de la interfaz ingeniería/mantención (software), de un DCS

En párrafos anteriores, se explica que una parte fundamental de la topología de un DCS,

corresponden a los servidores y a la red de control. En dichos servidores se alojan las

aplicaciones que hacen posible configurar los algoritmos y realizar el control, mediantes

estructuras digitales que interactúan con los sensores/transmisores de terreno y los elementos

finales de control. En la Figura 4, se visualiza un ejemplo típico de una estrategia o algoritmo de

control, sobre una aplicación llamada control studio para un DCS DeltaV de la empresa

Emerson (para mayores detalles ver Anexo A.1).

Además de las configuraciones relacionadas con las “lógicas” de control, estos sistemas

cuentan con interfaces de operación, en el cual el personal responsable de operar la planta y/o

fábrica, interactúa de manera directa con las variables del proceso en cuestión. Generalmente

corresponden a aplicaciones gráficas, donde los operadores pueden visualizar y mantenerse

informados de los valores y estados en que se encuentran las variables de proceso, en tiempo

real. Además en esta plataforma se configuran alarmas y mensajes pictóricos, que ayudan a los

operadores a mantenerse alerta a posibles desviaciones, que sufran las variables del proceso

ligadas a la operación.

Por otro lado, existen otros servidores, en los cuales se configuran aplicaciones especiales, que

permiten graficar y guardar variables en tiempo real; logran monitorear variables de

funcionamiento de algunos transmisores/sensores, etc.

En la Figura 5, se visualiza un despliegue de operación típico de DeltaV y la Figura 7, muestra

una gráfica en tiempo real de una variable de proceso.

En capítulos posteriores, se detallará los componentes que conforman tanto la capa física como

las aplicaciones (software), del DCS DeltaV, de Emerson.

30

En términos de comunicación, el DCS de Emerson, DeltaV, es un sistema diseñado para

trabajar en perfecta armonía con buses de campo. Es por ello la necesidad de describir, en

forma breve, la teoría de funcionamiento y los principios con que trabajan dichos protocolos de

comunicación.

Figura 4: Estrategia de control, configurada en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System)

En el siguiente apartado, se describirán los protocolos de comunicación más utilizados por los

sistemas DCS, en la actualidad.

Tabla 1: Tipos frecuentes de Comunicación en un DCS (fuente: propia).

Í tem Tipo de Comunicación Tipo de Protocolo Observaciones

01 Análoga 4 – 20 mA En rigor, no entra en la clasificación de un bus de comunicación

02 Digital

Foundation FieldBus Bus de campo digital

Profibus DP Bus de campo digital.

Device Net Uti l izado preferentemente para el comando

y monitoreo de sistemas de dos estados (on-off, start-stop).

31

Figura 5: Despliegue de operación en sistema DeltaV (fuente: Celulosa Arauco y Constitución, Planta Valdivia)

5.6 Sistema de Control, Distribuido (DCS), DeltaV, Emerson Proceses

Este DCS, se puede clasificar en dos grandes áreas, es decir: la capa física y los softwares de

aplicación

5.6.1 Capa física de DeltaV

DeltaV consiste de los siguientes componentes:

- Uno o más subsistemas de entrada/salida (I/O por sus siglas en inglés), que procesan la

información desde los dispositivos de campo.

- Uno o más controladores que logran realizar el control local y maneja(n) los datos y

comunicaciones entre los subsistemas de entrada/salida y la red de control.

- Fuentes de alimentación.

- Una o más estaciones de trabajo (Workstation), que provee(n) de una interfaz gráfica

para el usuario y por tanto, operar el proceso.

- Una red de control, que suministra la comunicación entre los nodos del sistema.

32

En términos gráficos, la Figura 6, ilustra los componentes mencionados.

DeltaV utiliza carros sujetadores (carriers), interconectados y montados en riel DIN y

componentes diseñados para instalarlos en un gabinete de uso eléctrico (electrical cabinet). Los

Figura 6: Componentes básicos de un Sistema DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

carriers proveen de energía y comunicación a los componentes. El subsistema de

entrada/salida y los controladores son modulares y se instalan de manera simple, en forma

plug-in en los carriers. Los componentes del sistema se detallan a continuación:

5.6.1.1 Carrier para la alimentación de los controladores y carrier para la interfaces de entrada/salida

Estos componentes son montados de forma horizontal o vertical en rieles tipo DIN. El número

que se identifica en nombre del carrier (tales como carrier de 8 de ancho para interfaces de

entrada/salida, por su nombre en inglés: 8-wide carrier I/O interface carrier), se refiere al

número de slots disponibles para la conexión del equipamiento en el mismo.

Actualmente, existen 8 tipos de carriers para el sistema DeltaV. Para el caso de estudio, sólo se

describirán dos, en efecto:

- 2-Wide Power/Controller Carrier.

- 8-Wide I/O Interface Carrier.

33

En la Figura 8, se visualiza las especificaciones técnicas de 2-Wide Power/Controller Carrier. La

Figura 9 ilustra las especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier.

Figura 7: Gráficas de variables de proceso, en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System)

Figura 8: Especificaciones de 2-Wide Power/Controller Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

34

Además, el sistema DeltaV soporta extensores de carrier (carrier extender), para una ubicación

derecha e izquierda. El extender viene con un cable de 1.2 m. En la Figura 10, se visualiza

detalles de este componente.

Figura 9: Especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

5.6.1.2 Bus Local (Local Bus)

Consiste en un bus interno que energiza el Power Controller Carrier, los buses asociados a los

I/O Interface Carriers y los cables de conexionados. El bus local suministra de energía al

controlador (controller), y al subsistema de entrada/salida, proveyendo de conexiones de

comunicación entre las tarjetas.

El sistema de energía de 24 VDC puede ser compartido a lo largo del bus local. Para evitar

caídas de tensión, la longitud del bus local, incluyendo el cableado no puede exceder de 6.5 m.

Con esta restricción, el bus local puede manejar ocho 8-Wide Carriers, dos 2-Wide Carriers y

tres Carrier Extenders.

Un local bus puede representarse por la Figura 11.

Para el procedimiento de cálculo de la longitud total del cable, considerar la Figura 11.

35

Figura 10: Especificaciones de Carrier Extender (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 11: Local Bus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Este sistema, con carriers montados verticalmente, la longitud del bus local incluyendo todo el

cableado, es el mismo y no puede exceder de 6.5 m. el bus local a esta distancia, puede

soportar ocho 8-wide carriers, y dos cable extenders.

36

En este caso, la longitud de cada carrier es de 0.6 m. En la Tabla 2, se visualiza la forma de

cálculo de la longitud total del cable.

Figura 12: Configuración estándar de 6 carriers (fuente: propia)

5.6.1.3 Subsistemas de E/S de DeltaV

Incluyen bloques terminales de E/S (I/O Terminals Block), y tarjetas de E/S (I/O cards). Los

terminals block se ajustan sobre los I/O Interface Carriers mediante un tornillo de terminación,

para el cableado de campo. Las I/O cards se ajustan sobre los I/O terminals block en el carrier

respectivo y convierten las señales de campo en un formato digital para el control y

comunicación.

Tabla 2: Cuadro de cálculos longitud total (fuente: propia)

Longitud total al final del carrier cálculos

C6 C01+C02+1+C03+C04+2+C05+C06

En general, los subsistemas de E/S de DeltaV, soporta múltiples tipos de I/O cards incluyendo

tarjetas análogas y discretas de entrada y salida, tarjetas de entrada y salida tipo HART, tarjetas

seriales, termocuplas mV, RTD, tarjetas FieldBus H1, tarjetas Profibus DP y de DeviceNet.

Sobre 64 tarjetas de E/S, se soportan por un único subsistema de E/S.

37

Para efectos de seguridad, las tarjetas de DeltaV, también admiten redundancia de tarjetas,

ellas pueden ser:

- AI (analog input), 4-20 mA con HART.

- AO (analog output), 4-20 mA con HART.

- DI (discret input), 8-channels, 24 VDC, contacto seco.

- DO (discret output), 8-channels, 24 VDC, impedancia alta (high side).

- H1, FieldBus.

- Serial.

La capacidad de redundancia de las tarjetas, es configurada, autosensada y se le puede

realizar un upgrade.

El sistema DeltaV soporta los siguientes tipos de tarjetas: AI, 8-channels, 4-20 mA. En efecto:

- AI, 8-channels, 4-20 mA.

- AI, 8-channels, 4–20 mA, HART (2 y 4-wire).

Algunas especificaciones de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART, se visualiza en la Figura 13

El diagrama de cableado de una tarjeta AI de 2 cables, 8-channels, 4-20 mA y una AI, 8-

channels, 4-20 mA, HART se expone en la Figura 14.

El diagrama de cableado para una AI de 4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART se visualiza en

Figura 15.

El sistema DeltaV soporta los siguientes tipos de tarjetas: AO, 8-channels, 4-20 mA. En efecto:

- AO, 8-channels, 4-20 mA.

- AO, 8-channels, 4-20 mA, HART.

Algunas especificaciones de AO, 8-channels, 4-20 mA, HART, se representa en la Figura 16.

38

DeltaV soporta también, tarjetas Device Net. Algunas características de estas son las siguientes

(Figura 18).

El diagrama de cableado para una tarjeta Device Net, se ilustra en Figura 19.

El sistema también conlleva tarjetas DI, 8-channels, 24 VDC, contacto seco. Algunas

especificaciones técnicas de esta tarjeta, se pueden encontrar en la Figura 20 y su diagrama de

cableado en la Figura 21.

Referente a las tarjetas DO, 8 channels, 24 VDC, High Side, algunas especificaciones técnicas,

se pueden describir en la Figura 22 y su respectivo diagrama de cableado, en la Figura 23.

En lo que respecta a las tarjetas FieldBus, algunas de sus especificaciones técnicas se plasman

en la Figura 24 con su diagrama de cableado en la Figura 25.

Finalmente, para las tarjetas Profibus DP, especificaciones técnicas como el diagrama de

cableado, pueden consultarse en la Figura 26 y Figura 27 respectivamente.

5.6.1.4 Controlador DeltaV (DeltaV Controller)

Dispositivo que realiza el control local y maneja las comunicaciones entre los subsistemas de

E/S y la red de control. Está montado en el slot derecho del 2-wide Power Controller. Como en

la mayoría de las tarjetas de E/S, al controlador puede asignarse redundancia, instalando otro

controlador .En la Figura 28, se puede visualizar algunas especificaciones del controlador. En la

Figura 29 se describen las dimensiones del controlador.

5.6.1.5 Sistema de energía DeltaV (DeltaV System Power)

El sistema de energía en DeltaV permite fuentes de alimentación (AC/DC), fuentes de

alimentación (DC/DC), y fuentes dual (DC/DC).

• Fuente de Alimentación (AC/DC)

Una sola fuente de este tipo, es suficiente para sistemas pequeños. Esta fuente

es capaz de suministrar 1.25 A al local bus y es bastante para:

- 8 tarjetas discretas de E/S, u 8 tarjetas análogas de E/S, o 4 tarjetas seriales de E/S, o 4 tarjetas

H1 FieldBus.

39

• Cálculos de requerimientos de potencia

En esencia, el cálculo de potencia total, se realiza del punto de vista del consumo de corriente.

Para ello se debe utilizar la Tabla 3 y seguir los siguientes pasos:

Almacenar la cantidad de cada producto y multiplicar la cantidad por la corriente

requerida y así determinar:

• Los requerimientos para cada producto en un Local Bus de 12 VDC.

• Los requerimientos para cada producto en un Local Bus de 24 VDC.

• Ingresar los totales en la columna apropiada de la Tabla 3.

• Sumar todas las corrientes requeridas y obtener el subtotal de todas las

intensidades solicitadas para todos los productos, e ingresar el subtotal en la

parte final de la Tabla 3.

5.6.1.6 Estaciones de trabajo DeltaV (DeltaV Workstations)

Maquinas que proveen de interfaces gráficas para el usuario y ayudan a configurar el sistema,

logrando chequeos de diagnósticos extensivos. Permite operar también el proceso y recopilar

información y datos históricos. El identificador del sistema (DeltaV) (llave), enviado con en pack

de licencias, es un conector que se ensambla al puerto paralelo de la impresora o un Universal

Serial Bus (USB), en la estación de trabajo. Esto le da a cada sistema DeltaV una única

identificación que permite la instalar o descargar cambios al sistema.

Algunas especificaciones técnicas de estas estaciones, se visualiza en la Figura 30.

a) Especificaciones de estaciones de trabajo y servidores

• Especificaciones de tarjeta Ethernet doble canal (red primaria y secundaria)

DeltaV, utiliza una red Ethernet para crear una red de control, de dos canales, es

decir, una red primaria y otra secundaria. Todas las tarjetas de red, utilizadas en

las estaciones del sistema, deben ser 10/100 Base T.

40

• Servidores tolerantes a la falla

La tolerancia que entrega los servidores mencionados se refleja en la

redundancia del hardware principal, pertenecientes a los subsistemas

(CPU/Memory, PCI Bus, storage & power supplies). Algunas especificaciones se

visualizan en la Figura 31.

• Monitores múltiples

DeltaV, soporta como máximo 4 monitores para funcionar a la vez, y de esa

manera, poder ver de forma panorámica, el proceso. Estos monitores pueden

montarse en una orientación cuadrada u horizontal.

5.6.1.7 Sistema de Potencia Ininterrumpida (UPS)

Estos equipos respaldan, en términos de suministro energético, la red de controladores y

estaciones de trabajo. De esta manera, las UPS permite que la operación se mantenga en

servicio, aun cuando ocurra una caída del sistema eléctrico (AC).

5.6.1.8 Fuentes de poder tipo “Bulk”

Estas fuentes proveen de energía a los equipos de campo (instrumentación y actuación). En

general, estas fuentes son aisladas en la energía de alimentación y la potencia que suministra.

En la Figura 31, se describe el método de entrega de energía, de la fuente al sistema.

Existen tres tipos de fuentes tipo bulk, a saber:

- Fuente bulk AC a 24 VDC. Esta acepta de 120/230 VAC y es capaz de suministrar 24 VDC a los

dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.

- Fuente bulk AC a 12 VDC. Esta acepta de 120/230 VAC y es capaz de suministrar 12

VDC a los dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.

- Fuente bulk 24 VDC a 12 VDC. Esta acepta 24 VDC y es capaz de suministrar 12 VDC a

los dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.

En la Tabla 4, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24

VDC.

41

Figura 13: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

En la Tabla 5, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC.

En la Tabla 6, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12

VDC.

Figura 14: Diagrama de cableado para tarjeta AI de 2 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

42

Figura 15: Diagrama de cableado para tarjeta AI de4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 16: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 17: Diagrama de cableado para tarjeta AO de 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

43

Figura 18: Especificaciones técnicas de una tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 19: Diagrama de cableado para tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 20: Especificaciones técnicas de una tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 21: Diagrama de cableado para tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

44

Figura 22: Especificaciones técnicas de una tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 23: Diagrama de cableado para tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 24: Especificaciones técnicas de una tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

45

Figura 25: Diagrama de cableado para tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 26: Especificaciones técnicas de una tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 27: Diagrama de cableado para tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

46

Figura 28: Especificaciones técnicas de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Figura 29: Dimensiones de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Tabla 3: Tabla de cálculos de corriente, utilizando un Local Bus de 12 VDC y equipos de campo de 24 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

47

5.6.2 Red de Control DeltaV

La red de un sistema DeltaV, corresponde a una red de área local (LAN), tipo Ethernet que

entrega comunicación entre los controladores y las estaciones de trabajo. Utiliza hubs y

switches de estándar Ethernet para lograr las conexiones de comunicación. En casos

especiales, cuando se consta de una red con más de 20 controladores y 32 nodos, puede ser

agregado a la red un switch adicional del tipo 10 Base-T / 100 Base TX.

Es importante desatacar, que la red de control está dedicada al sistema DeltaV. Una interface

de separación Ethernet es suministrada vía una estación de ingeniería especial denominada

Profesional PLUS y una estación de aplicación y de esa manera, conectar el sistema DeltaV a

la LAN de la planta. La manera primaria de conectar una LAN de la planta al sistema DeltaV, es

a través de las estaciones professional Plus y la estación de aplicación. La única forma de que

corran aplicaciones que no están relacionas a DeltaV (como por ejemplo Microsoft Excel), es a

través de la estación de aplicación.

La red de control, ha sido diseñada para ser redundante y proporcionar confiabilidad en las

comunicaciones. Esta red está compuesta por un canal primario y otro secundario y que son

implementados con una tarjeta Ethernet NIC separada así como también una red de switches y

hubs separados también, por cada canal.

Un cable del tipo CAT. 5 e, Screened Twisted Pair (ScTP) debe ser usado para la red de control

y para distancia sobre 100 m, entre los puertos Ethernet. Para distancias sobre los 2 Km, entre

los puertos Ethernet, pueden ser usados switches de montaje en gabinetes, de 19’ con una

interfaz de fibra óptica

En general, utilizar fibra óptica es preferible, cuando:

- Existe posible ruido por interferencia electromagnética y los cables estándares no

suministran una adecuada protección.

- Las tierras de aislación y protección están cerca de fuentes de iluminación.

A continuación se ilustrarán algunas especificaciones técnicas de los hubs y switches más

utilizados en el sistema.

En la

Tabla 7 se describe especificaciones técnicas de un hub de Ethernet de 8 puertos, de 10 Mbit.

48

Si el sistema DeltaV consiste solamente de una estación y un controlador, se puede conectar

configurar la red sin la necesidad de conectar algún hub. El cable debe ser ruteado

directamente de la estación al controlador. En la Figura 32 se visualiza ejemplos de redes con y

sin hubs, para 2 nodos.

En la Figura 33 se visualiza ejemplos de redes con hubs, para 8 nodos.

Para mayores detalles en lo que respecta a especificaciones técnicas del hardware, referirse al

documento N° D800001X152_Installing Your Digital Automation System.

Figura 30: Especificaciones técnicas de estación de trabajo DeltaV (fuente: Emerson, P. (2014).DeltaV Product Data Sheet, DeltaV Workstation Hardware)

49

Figura 31: Especificaciones técnicas de servidor DeltaV (fuente: Emerson, P. (2011).DeltaV Product Data Sheet, DeltaV Server)

Figura 31: Método de energización de un sistema DeltaV, utilizando una fuente tipo "bulk"(fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

50

Tabla 4: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Tabla 5: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Tabla 6: Especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

51

Tabla 7: Hub Ethernet de 8 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Tabla 8: Switch de fibra de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Tabla 9: Switch de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

5.6.3 Conceptos importantes de DeltaV

Las aplicaciones de software que posee el sistema DeltaV se clasifican en:

- Aplicación para la operación de los procesos (interfaz de HMI).

- Aplicación para la generación de estructuras y lógicas de control.

- Aplicaciones para la visualización de gráficos con datos almacenados para el proceso y

la mantención.

Algunos conceptos importantes de las aplicaciones que ayuda a los usuarios a crear estructuras

de control de procesos, y poder operarlas, son los siguientes:

52

- Tecnología Plug-and-Play.

- Una librería de módulos de control reusables, que permite simplificar la configuración

inicial del sistema.

- Técnicas como Drag-and-Drop que simplifica las configuraciones y modificaciones.

- Interfaz gráfica consistente similar al ambiente de operación de Microsoft Windows.

- Ayuda en un contexto sensitivo e integrado con documentación online.

- Enfoques de hardware y software para dar seguridad e integridad al sistema.

Como terminología, las estrategias de control, son configuradas en módulos. Un módulo de control es la entidad más pequeña de una lógica de control en un sistema. Contiene

algoritmos, condiciones, alarmas, displays, información histórica y otras características que son

definidas por el equipamiento del proceso.

Figura 32 Ejemplos de topologías de redes de control, para 2 nodos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

53

Figura 33: Ejemplos de topologías de redes de control, para 8 nodos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)

Un algoritmo es un conjunto de pasos lógicos que define el comportamiento del módulo. En

resumen DeltaV, suministra control, equipos y unidades de módulos.

Generalmente, un módulo de control contiene una única entidad de control etiquetada, tales

como, un lazo de control de temperatura o un control de un motor con su lógica asociada.

Los módulos de equipamiento, coordinan la operación de los módulos de control y otros

módulos de equipamiento que trabajan juntos. El algoritmo para el contenido de los módulos de

equipamiento, maneja la operación de estos.

Los módulos de unidad, son conjunto de módulos, agrupados para realizar un gran control,

donde intervengan cantidades de equipos y área de procesos. Asociado a esto, también se

utilizan estas unidades, para casos, donde se necesitan asociaciones de alarmas.

Boques de función, son bloques construidos para la creación de algoritmos continuos y

discretos y de esa manera, generar un control o monitoreo del proceso en cuestión. La librería

de DeltaV, contiene plantillas de boques de función para realizar control análogo, control lógico-

discreto y relaciones de E/S, como también otras funciones básicas. Cada bloque de función

contiene parámetros que pueden ser modificados por el configurador, según la necesidad. El

54

rango de los algoritmos, va desde una simple conversión de entradas hasta complejas

estrategias de control.

Además de los bloques mencionados anteriormente, DeltaV, soporta cartas de funciones

secuenciales (SFCs), como también manejos de comando y estado, muy utilizados en

algoritmos de control de tareas que requieren estrategias de secuenciación.

Parámetros, son datos definidos por el configurador utilizados en un algoritmo de un módulo y

así lograr sus cálculos y lógicas relacionadas. Pueden ser descritos por el tipo de información

que entregan, tales como entradas y salidas. De todas maneras, un listado de tablas de

parámetros con sus propiedades, son incluidas en las ayudas de DeltaV.

DeltaV, incluye una librería de plantillas de módulos prediseñados, con características básicas.

Esta librería es flexible, en cuanto a la capacidad de poder personalizar o crear módulos propios

de manera de generar librerías que se pueden reutilizar al generar estrategias de control.

Los módulos que trabajan en forma conjunta, para poder generar control de un proceso, se

agrupan en un área. Una Área es una división lógica de una planta. Las áreas, son

representaciones típicas de una localidad de una planta o funciones de procesamiento principal.

En general el ingeniero de configuración determina, cuantas ubicaciones o áreas, divide la

planta.

Los nodos, corresponden a las piezas físicas de equipamiento o de una red de control, tales

como un controlador o una estación de trabajo. El control del proceso se lleva a cabo mediante

la descarga de los módulos en o los controladores (nodo). La configuración permite indicar al

nodo, como actuar y qué tipo de información va a recibir o grabar desde el proceso.

Etiquetas de dispositivos (Device Tags), representan los instrumentos, válvulas y otros

dispositivos de campo. Por otro lado una Señal de Etiquetas de Dispositivos (Device Signal Tags), consiste en una señal específica del dispositivo.

Las Alarmas corresponden a señales que alertan al operador, que un evento ha ocurrido.

Razón por la cual, las alarmas son asignadas a los módulos. De forma típica, se quiere que el

operador tome alguna acción para responder a esta. Estas pueden ser configuradas en forma

visual o sonora.

55

Finalmente, la Base de Datos, contiene toda la información de la configuración y permite

realizar modificaciones en modo fuera de línea (off-line), sin afectar al proceso. En modo línea

(on-line), se monitorean los algoritmos de control, pero también las modificaciones son posibles.

En la Figura 34, se visualiza una estructura jerárquica en DeltaV.

5.6.4 Softwares de Aplicación de DeltaV

Los softwares de DeltaV, incluyen una variedad de aplicaciones que ayudan a la configuración,

operación, documentación y optimización del proceso. Las aplicaciones primarias, están

categorizadas como herramientas de ingeniería y herramientas de operación. Adicionalmente

se encuentran herramientas control avanzado, de instalación y de ayuda en línea.

5.6.4.1 Herramientas de Ingeniería

Las principales herramientas de ingeniería son: Asistente de Configuración, DeltaV Explorer,

Control Studio, Administrador de Históricos Continuos (Continuous Historian Administration),

Configurador del DeltaV Operate, User Manager, Administrador de Alarmas, Administrador de la

Base de Datos y Preferencias del Sistema.

Figura 34: Ejemplo de estructura jerárquica en DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

El Asistente de Configuración corresponde a una herramienta que permite aprender las bases

de DeltaV.

56

El Administrador de Históricos Continuos, en una herramienta que permite manejar datos

históricos de forma continua.

El Control Studio, se utiliza para el diseño y modificar módulos individuales y plantillas

generando estrategias de control. Con esta herramienta es posible construir de forma gráfica

módulos de control mediante el arrastre (dragging), de artículos (ítems, bloques de función

principalmente), desde una paleta hacia el diagrama. Luego se “cablean” los ítems y de esa

forma se crea los algoritmos de control. Ver Figura 35.

Control Studio, soporta un rango de conceptos industriales incluyendo, bloques de funciones y

cartas de funciones secuenciales. Cabe destacar que los lenguajes utilizados en el diseño de

estas funciones, se basa en los estándares de FUNDATIONS FieldBus.

El Administrador de la Base de Datos, permite a los usuarios, que posean privilegios de

administrador, realizar tareas de mantención tales como: la creación, la eliminación, la copia y el

respaldo de la base de datos.

DeltaV Explorer, muy similar en apariencia al explorador de Windows es una aplicación que

Figura 35: Espacio de trabajo para un módulo de control en Control Studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

permite definir los componentes del sistema, tales como: áreas, nodos, módulos y alarmas,

permitiendo visualizar por completo, la estructura y lay-out de todo el sistema.

Se puede realizar varias tareas con esta aplicación, algunas de ellas:

- Crear, copiar y mover módulos.

57

- Configurar el hardware del sistema.

- Definir la prioridad y el tipo de alarma.

- Desde aquí correr aplicaciones tales como control studio y otras.

Configurador del DeltaV Operate, es una aplicación que funciona en dos modos. En modo de

configuración, se utiliza para la construcción de gráficos de procesos en tiempo real y de alta

resolución. En modo de funcionamiento (run), los operadores utilizan estos gráficos, para el

monitoreo diario del proceso, como también para realizar tareas de mantención.

En modo de configuración, de pueden incorporar imágenes escaneados de plantas, textos,

gráficos, animaciones y sonidos, relacionados con los gráficos de procesos. Una plantilla de

escritorio predefinido, simplifica el típico esfuerzo en el diseño de una pantalla de operación.

Esta aplicación utiliza menús, tipo desplegables (pull-down), herramientas de botones y

especificaciones tipos drag-and-drop, entre otras.

Finalmente, se encuentran sets de dínamos que corresponde a gráficos reutilizables, algunos

con capacidad de animación. Una ejemplo de esta se ilustra en la Figura 36.

Administrador de Alarmas, aplicación que permite visualizar y trabajar con alarmas dentro de

las áreas seleccionadas, unidades y módulos. Provee una manera eficiente de ver múltiples

alarmas, con opción de habilitación y deshabilitación, seteando a la vez límites y prioridades.

En Preferencias del sistema, aplicación que permite adaptar las herramientas de ingeniería

para ocultar las funciones que no se necesiten. Activación o desactivación de dichas funciones

hace que las aplicaciones DeltaV, tales como menús y opciones emerjan o se oculten sin añadir

o eliminar algún software de aplicación.

User Manager, permite especificar niveles de accesos para grupos o individuales. Por tanto,

define los roles de los usuarios, tales como: Administrador, Operador, Ingenieros, etc y así

otorgar privilegios acorde con la función a desempeñar. Así al momento de crear una cuenta de

usuario individual, se especifica el rol o roles que el usuario tendrá.

El estar habilitado para la creación o edición de módulos de control, un usuario necesita tener

configurado, ciertos privilegios. Lo mismo para descargar cambios en la configuración. En la

Figura 37, se muestra el área de trabajo del user manager.

58

Figura 36: Pantalla de operación típica (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

5.6.4.1.1 Aplicaciones de control avanzado

Las aplicaciones de control avanzado corresponden a: DeltaV Inspect, DeltaV Neural, DeltaV

Predict, DeltaV PredictPro, DeltaV SimulatePro y DeltaV Tune.

Figura 37: User manager (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

DeltaV Inspect, provee monitoreo de procesos avanzado referente a la identificación

instantánea de lazos con bajo rendimiento. Este calcula un índice de variabilidad y así

seleccionar bloques de control o de E/S. Para todos los bloques, los estatus de entrada y lo

59

modos son monitoreados. Para los bloques de control, el rendimiento de este, como también el

límite en que se encuentra, es monitoreado.

DeltaV Neural, corresponde a un conjunto de herramientas, utilizadas en la implementación de

redes neuronales. Con esta aplicación, es posible crear sensores virtuales y así monitorear y

predecir, parámetros de procesos, que de otra manera, son costosos, complicados o por último,

imposibles de medir.

DeltaV Neural, consiste de:

- Bloques de funciones de redes neuronales (NN).

- Bloques de función para variables dinámicas (Lab Entry, LE).

- Aplicaciones neuronales.

- Dínamos de NN y LE.

- Faceplates para NN y LE.

- Pantallas de detalles para NN y LE.

DeltaV Predict, implementa modelos de control predictivo, para procesos multivariables, de

tamaño pequeño y mediano. La aplicación permite controlar procesos interactivos dentro de

limitaciones de operación y perturbaciones, ambas medibles.

DeltaV Predict, consta de:

- Bloques de función de modelo predictivo (MPC).

- Bloques de función de simulación de MPC.

- Dínamos.

- Aplicación de operación para MPC.

60

DeltaV PredictPro, implementa modelos de control predictivo, para procesos multivariables, de

tamaño extenso. Permite definir hasta 5 objetivos de control para procesos interactivos dentro

de limitaciones de operación y perturbaciones, ambas medibles. Con esta herramienta es

posible direccionar una gran variedad, de procesos multivariables, de tamaños de 40x80,

utilizando la tecnología de MPC.

Este consiste de:

- Bloques de función para control profesional de modelos predictivos (MPCPro).

- Aplicación para la simulación profesional de MPC.

- Dínamos.

- Aplicación de operación para MPCPro.

DeltaV Simulate, consiste de los siguientes productos:

- DeltaV Simulate Standalone (una sola estación).

- DeltaV Simulate Multi-Node (varias estaciones).

- DeltaV SimulatePro.

Esta es una aplicación que permite realizar desarrollos en modo off-line, como también realizar

entrenamientos a operadores. Permite configurar todas las especificaciones que DeltaV

soporta, tales como: control continuo, control avanzado, etc, sin contar con el hardware

respectivo.

DeltaV Tune, corresponde a una ventana, desde la cual se puede realizar sintonía de lazos

PID, como bloques de función para control Fuzzy. Esta herramienta identifica la dinámica del

proceso y luego aplica reglas de sintonías a los parámetros típicos de un bloque PID (ganancia,

tiempo derivativo y tiempo integrativo), o factores de escalamiento, al tratarse de lógica difusa.

61

5.6.4.2 Herramientas de Operación

En general, las herramientas de operación son utilizadas para manejar en el día-día, el proceso

en cuestión. Las herramientas primarias que tiene al alcance el operador, son: DeltaV Operate

Run, Process History View y Diagnostic.

DeltaV Operate Run, esta aplicación corre en dos modos. En modo de configuración permite la

construcción de gráficos de proceso, de alta resolución y en tiempo real. En modo de

funcionamiento (run), los operadores utilizan estos gráficos para el monitoreo diario del proceso.

Operadores interactúan con el proceso a través de la aplicación de DeltaV Operate. La calidad

de los gráficos permite tener el detalle del proceso y da flexibilidad, en la forma en que la

información es mostrada.

Por otro lado, el manejo y la presentación de las alarmas se enfocan para que, de manera

simple, el operador centre su atención en las alarmas que sólo son importantes. Asimismo,

herramientas de botones se encuentran disponibles en esta aplicación, en forma que con un

solo click el operador acceda a estas.

Process History View, permite visualizar datos históricos y en tiempo real, a través de la

comunicación desde servidores dedicados para esta función. Módulos y parámetros de nodos

son graficados y eventos asociados, son ilustrados en el mismo, en un formato tabular. Un

ejemplo, se ilustra en la Figura 38.

El uso de esta aplicación, radica al momento de pretender saber cómo ha funcionado el

proceso, en cualquier momento.

Figura 38: Típico de gráficas de señales y visualización de eventos, con el process history view (fuente: Emerson, P. (2013). DeltaV™ Continuous Historian DeltaV Product Data Sheet)

62

Para mayores detalles, referentes a las aplicaciones de software de DeltaV referirse al

documento N° D800002X112_Getting Started With Your DeltaV Digital Automation System.

5.7 Breve descripción de algunos buses de campos, más utilizados en DeltaV

Los sistemas de control distribuidos, son diseñados en esencia para el funcionamiento con

arquitecturas basadas en buses de campos. Si bien, la siguiente memoria, no tiene como

finalidad describir un desarrollo acabado, respecto a la teoría de sistemas de comunicación

fundamentados en buses de campo, se resumirá algunos de estos, correspondientes a los más

utilizados en DCS.

5.7.1 Definición de Bus de Campo

Un bus de campo es un sistema de transmisión de información de datos, para la comunicación

de instrumentación y maquinarias de industriales, utilizadas en procesos de producción.

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de

campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20 mA.

Típicamente, son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que

conectan dispositivos de campo como PLCs/DCSs, transductores, actuadores y sensores. Cada

dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo

inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de

ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse

bidireccionalmente a través del bus.

5.7.2 Fieldbus

Fieldbus es un sistema de red industrial para el control distribuido en tiempo real. Corresponde

a una forma de conectar instrumentos en una planta. Fieldbus trabaja en una estructura de red

que normalmente permite la conexión en cadena (Daisy-Chain), estrella, anillo, rama, y

topologías de redes de árbol. Anteriormente, los computadores estaban conectados mediante

RS-232 (conexiones en serie), por el cual sólo dos dispositivos podían comunicarse. Esto sería

el equivalente a la utilizada actualmente 4-20 mA, esquema de comunicación que requiere que

cada dispositivo tiene su propio punto de comunicación a nivel del controlador, mientras que el

bus de campo es el equivalente de las conexiones de tipo LAN actuales, que requieren sólo un

punto de comunicación a nivel del controlador y permiten múltiples (cientos), de puntos

63

analógico y digitales para ser conectados al mismo tiempo. Esto reduce tanto la longitud del

cable requerido y el número de cables necesarios. Además, ya que los dispositivos que se

comunican a través del bus de campo requieren un microprocesador, múltiples puntos se

proporcionan típicamente por el mismo dispositivo. Algunos dispositivos de bus de campo ahora

son compatibles con los esquemas de control, como el control PID en el lado del dispositivo en

lugar de forzar el controlador para hacer el procesamiento.

Para mayores detalles, dirigirse a la página de Fieldbus Foundation.

5.7.3 Profibus

Profibus es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la

interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y automatización.

En todo el mundo, los usuarios pueden ahora tener como referencia, un estándar internacional

de protocolo, cuyo desarrollo busco y aún busca la reducción de costos, flexibilidad, confianza,

orientación, posibilitar las más variadas aplicaciones, interoperabilidad y múltiples proveedores.

A nivel de actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de datos ideal,

pues las señales binarias de datos se transmiten a través de un barrido muy simple y módico,

en conjunto con la entrada de energía de 24 VDC necesaria para alimentar los sensores y

actuadores. Otra característica importante es que los datos se transmiten cíclicamente, de

manera muy eficiente y rápida.

A nivel de campo, la periferia distribuida tales como: módulos de E/S, transductores, impulsores

(drives), válvulas y paneles de operación, trabajan en sistemas de automatización a través de

sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del

proceso puede efectuarse de manera cíclica, mientras que alarmas y parámetros de

diagnósticos se transmiten sólo cuando es necesario.

A nivel de la celda, los controladores programables, tal como los PLCs y los PCs, se comunican

entre ellos, necesitando que grandes paquetes de datos sean transferidos en potentes

funciones de comunicación. Además, la integración eficaz con los sistemas corporativos de

comunicación existentes, cual: Intranet, Internet e Ethernet, son absolutamente obligatorios.

Esta necesidad es lograda por los protocolos PROFIBUS FMS y PROFINet.

64

La revolución de la comunicación industrial en la tecnología de la automatización, demuestra

mucho potencial en la optimización de sistemas de proceso e hizo una gran contribución a la

mejora del uso de los recursos.

La arquitectura del profibus se divide en tres tipos principales:

- Profibus DP.

- Profibus FMS.

- Profibus PA

Para mayores detalles, referirse a webside de Siemens.

5.7.4 Device Net

DeviceNet es una red digital, multi-punto para conexión entre sensores, actuadores y sistemas

de automatización industrial en general. Esta tecnología fue desarrollada para tener máxima

flexibilidad entre los equipos de campo e interoperabilidad entre diferentes fabricantes.

La red DeviceNet está clasificada en el nivel de red llamada devicebus, cuyas características

principales son: alta velocidad, comunicación a nivel de byte que incluye comunicación con

equipos discretos y analógicos y el alto poder de diagnóstico de los dispositivos de la red.

La tecnología DeviceNet es un estándar abierto de automatización con el objetivo de transportar

2 tipos principales de información:

- Datos cíclicos de sensores y actuadores, directamente relacionados al control y,

- Datos no cíclicos indirectamente relacionados al control, como configuración y

diagnóstico.

Los datos cíclicos representan la información intercambiada periódicamente entre el equipo de

campo y el controlador. Por otro lado, los no cíclicos son informaciones intercambiadas

eventualmente durante la configuración o diagnóstico del equipo de campo.

La capa física y de acceso a la red DeviceNet está basada en la tecnología CAN (Controller

Area Network) y las capas superiores en el protocolo CIP, que define una arquitectura basada

en objetos y conexiones entre ellos.

65

Una red DeviceNet puede tener hasta 64 dispositivos donde cada dispositivo ocupa un nodo en

la red, direccionados de 0 a 63.

Para mayores detalles, referirse a webside de Allen Bradley.

5.7.5 Comunicaciones HART

HART es uno de varios protocolos de comunicación diferentes usados en la automatización de

las plantas que se basa principalmente en una transmisión 4-20 mA.

Es un protocolo de comunicación diseñado para aplicaciones de medición y control de procesos

industriales.

Se llama un protocolo híbrido porque combina comunicación analógica y digital. Puede

comunicar una sola variable usando una señal analógica de 4-20 mA, mientras comunica

también información agregada sobre una señal digital. La información digital es transportada por

una modulación de bajo nivel superpuesta en un lazo de corriente estándar de 4-20 mA.

La señal digital no afecta la lectura analógica porque se remueve de la señal analógica

mediante técnicas estándar de filtrado.

La habilidad de llevar esta información digital agregada es la base de los beneficios clave de

HART.

Para mayores detalles, referirse a webside de Emerson Process Management.

66

VI. ESTUDIO TECNICO

En esta sección se desarrollara principalmente la ingeniería conceptual, básica y la respectiva

ingeniería de detalles, que conforman las etapas del proyecto en cuestión.

6.1 Ingeniería Conceptual

Esta etapa estará conformada por los siguientes puntos:

- Viabilidad técnica.

- Cronograma inicial del proyecto.

- Recopilación de requerimientos del laboratorio.

- Costos de inversión inicial.

- Rentabilidad de la inversión.

- Costos de mantenimiento.

- Diagramas de flujo de procesos.

6.1.1 Viabilidad técnica del proyecto

En esta etapa, se analizará la oferta y la demanda del punto de vista, de ingenieros civiles

electrónicos, formados en la Universidad Austral de Chile y con orientación hacia el control

automático de procesos. De este modo, el análisis, abarcará el mercado laboral actual,

referente a ingenieros de control, demandados para trabajar en industrias de distinto índole y

que utilicen DCS, como sistema de control de sus procesos. Dependiendo de los resultados

obtenidos, se verá la factibilidad de la implementación en cuestión.

6.1.1.1 Identificación de los mercados participantes

Se realizó un análisis para identificar los mercados participantes, teniendo como base el

producto a “elaborar”, que en este caso particular, corresponde a ingenieros civiles electrónicos,

con orientación hacia el control automático y específicamente con conocimiento en sistemas de

control distribuido (DCS).

67

Vale destacar, el hecho de que los sistemas DCSs son similares, no importando la empresa que

los fabriquen, por tanto, es válido mencionar, que un ingeniero de control, con cierta experiencia

en DeltaV, puede ser efectivo a la hora de manejar un DCS de otro fabricante.

De acuerdo a lo anterior, es posible identificar sólo dos mercados relacionados con este

proyecto. En efecto:

- Mercado Competidor directo, debido a las universidades que preparan ingenieros con

conocimientos de DCS.

- Mercado Consumidor, relacionado a las empresas y compañías industriales que

requieren ingenieros de control, con orientación a DCS.

6.1.1.2 Análisis histórico de la situación actual y futura del mercado

Cabe mencionar, que el siguiente análisis, se enmarca sólo para Chile, no teniendo validez para

otros países.

Respecto a la cantidad empresas de rubro industrial, que utiliza de sistemas DCS, para el

control de sus procesos, se recopilo información del sitio web, de la Sociedad de Fomento Fabril

(SOFOFA), la cual genera un ranking de las 50 principales industrias exportadoras de Chile (ver

Tabla 10 y Figura 39). De este análisis se puede reflexionar que del ranking, un 34% de las

empresas, sus plantas utilizan DCS para controlar sus procesos, de indistinta marca y por tanto

el restante de las empresas, recurren a uso de otros sistemas de control.

Por otro lado, para el año 2015, se pretende un aumento en el crecimiento de un 5% en la

economía y de un 4.5% en la inversión, según se menciona en documento: “Proyecciones

económicas” del economista Carlos Darían.

Las inversiones estarán relacionadas con plantas de generación eléctrica las cuales cerca del

90% poseen DCS como sistema de control.

Por otro lado, universidades que poseen alguna asignatura relacionadas con DCS y con su(s)

laboratorio(s) respectivo(s), son las siguientes, ordenadas de norte a sur, a saber:

- Universidad de Antofagasta.

- Universidad de Santiago de Chile.

- Universidad de Concepción.

68

- Universidad del Biobío.

- Universidad Tecnológica de Chile (sede concepción).

Todas estas, poseen la carrera de ingeniería electrónica o afín (en automatización, eléctrica).

Tabla 10: Ranking Top 50 empresas exportadoras industriales (fuente: SOFOFA, (2014). Economía y Negocios)

ITEM EMPRESA SISTEMA DE CONTROL

1 CELULOSA ARAUCO Y CONSTITUCION S.A. DCS

2 CMPC CELULOSA S.A. DCS

3 MOLIBDENOS Y METALES S.A. DCS

4 SQM INDUSTRIAL S.A. DCS

5 SQM SALAR S.A. DCS

6 ASERRADEROS ARAUCO S.A. OTRO

7 PANELES ARAUCO S.A. DCS

8 COBRE CERRILLOS S.A.,COCESA DCS

9 CARTULINAS CMPC S.A. DCS

10 VIÑA CONCHA Y TORO S.A. OTRO

11 CMPC MADERAS S.A. OTRO

12 ESPORTADORA LOS FIORDOS LTDA. OTRO

13 METHANEX CHILE S.A. DCS

14 CIA. PESQUERA CAMANCHACA S.A. OTRO

15 AGROSUPER COM. DE ALIMENTOS LTDA. OTRO

16 ENAP REFINERIAS S.A. DCS

17 NESTLE CHILE S.A. DCS

18 EMPRESAS CAROZZI S.A. DCS

19 SALMONES MULTIEXPORT S.A. OTRO

20 GOODYEAR DE CHILE S.A.I.C. DCS

21 NIPPON MEAT PACKERS INC. CHILE Y CIA LTDA. DCS

22 COCA-COLA DE CHILE S.A. OTRO

23 IND. D/CJTOS MEC. ACONCAGUA S.A. OTRO

69

24 CORPESCA S.A. OTRO

25 MAINSTREAM CHILE S.A. OTRO

26 MASISA S.A. DCS

27 AGUAS CLARAS S.A. OTRO

28 CORPORA TRES MONTES S.A. OTRO

29 TRUSAL S.A. OTRO

30 SALMONES ANTARTICA S.A. OTRO

31 MARINE HARVEST CHILE S.A. OTRO

32 VIÑA SAN PEDRO TARAPACA S.A. OTRO

33 VIÑA CONO SUR S.A. OTRO

34 PRODUCTOS DEL MAR VENTIQUEROS OTRO

35 INDUSTRIAS FORESTALES S.A. OTRO

36 MOLY-COP CHILE S.A. DCS

37 NEXANS CHILE S.A. OTRO

38 MADECO MILLS S.A. OTRO

39 SALMONES ITATA S.A. OTRO

40 CULTIVOS MARINOS CHILOE S.A. OTRO

41 SALMONES CUPQUELAN S.A. OTRO

42 ACUINOVA CHILE S.A. OTRO

43 PESQUERA SAN JOSE S.A. OTRO

44 FORESTAL COMACO S.A. OTRO

45 CONSORCIO MADERERO S.A. OTRO

46 CIA. DE PETR. DE CHILE COPE S.A. OTRO

47 TRESMONTES LUCCHETTI AGROINSUTRIA DCS

48 ASTILLAS EXPORTACIONES LTDA. OTRO

49 VIÑA SANTA RITA S.A. OTRO

50 MADERAS ANCHILE LTDA. OTRO

70

Considerando la información recopilada, el proyecto es viable ya que existe una gran demanda

y en términos de pronósticos, se puede establecer que dicha demanda se irá incrementando.

Figura 39: Gráficos de distribución en los tipos de control en empresas chilenas (fuente: propia)

6.1.2 Cronograma preliminar del proyecto

El cronograma preliminar comienza con la emisión de la orden de compra por parte de la

UACH, para la compra del sistema DeltaV de uso de laboratorio. A continuación se describe la

carta de cronograma mencionada (Figura 40).

Figura 40: Cronograma preliminar del proyecto como parte de la ingeniería conceptual (fuente: propia)

Es importante destacar, que esta programación podría sufrir cambios, durante la ejecución del

proyecto, por lo que se debe estar en condiciones de sobreponerse ágilmente a la perturbación,

y de esa manera no generar un retraso generalizado del proyecto.

34%

66%

CANTIDAD EN TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL PLANTAS CON DCS

PLANTAS CON OTRA FILOSOFIA DE CONTROL

S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5

01 Emisión Orden de Compra, de Lab. DCS .

02Finalización de la generación de planos y memorias de cálculos, emitidos para la construcción.

03Finalización de la generación de especificaciones técnicas, emitidos para la construcción.

04Revisión final de la documentación técnica.

05Envío a cotizar de elementos anexos, al Lab. (Soportaciones, tableros, etc).

06Revisión final de diseño básico de maqueta de pruebas (propuesto en memoria).

07Revisión de programa de asignatura de DCS , propuesto en memoria.

08Diseño y preparación de nuevas experiencias de Lab. DCS.

09Obtener instrumentación y accionamientos desde Celulosa Arauco S.A., Planta Valdivia.

10Llegada de Lab. desde empresa proveedora.

11 Implementación de Lab. en IEE.12 Pruebas finales.

MAYO "15 JUNIO "15 JULIO "15 AGOSTO "15ITEM ETAPA

MARZO "15 ABRIL "15

CRONOGRAMA PRELIMINAR PROYECTO UACH-100

71

Además mencionar, que la empresa que suministra este sistema, contempla un lapso, desde

que reciben la orden de compra hasta que llega el Lab. a sus oficinas de 19 días

aproximadamente.

Las etapas visualizadas en el cuadro superior, se pueden clasificar en tres grandes áreas.

1) Las que corresponden a la compra en sí.

2) Las que corresponden a los avances de los componentes anexos, vale decir: gabinete,

suportaciones de tarjetas y controlador, tableros de energía, maqueta de procesos, etc.

3) La finalización de la ingeniería de detalles, referentes a los documentos técnicos, los

cuales debes pasar a la revisión para construcción.

6.1.3 Recopilación de requerimientos del laboratorio

El laboratorio DCS que se diseñará posee algunos requerimientos, para que de forma efectiva,

cumpla con unos de los objetivos principales del proyecto, es decir, “Preparar a ingenieros

civiles electrónicos, con conocimientos teórico-práctico, de un sistema de control distribuido,

basado en tecnología de Emerson, con su sistema DeltaV”.

En torno a lo propuesto, se lista los requerimientos, básicos (sin mayores detalles, según esta

etapa). En efecto:

Tabla 11: Requerimientos básicos para el laboratorio DCS (fuente: propia)

Etapa Componente Descripción Cantidad

Hardware Controlador. Controlador. 1

Hardware Sistema de .energía. Fuente de poder. 1

Hardware Montaje de sistema de

energía. Suportación de fuente de poder. 1

Hardware Tarjetas. Profibus DP con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. Fieldbus H1 con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. DeviceNet con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. DeviceNet con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. Analog Input 8 canales, 4-20 mA; HART con terminal block, sin redundancia. 1

72

Hardware Tarjetas. Serial con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. Analog Output 8 canales, 4-20 mA; HART con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. Discrete Input 8 canales, 4-20 mA; HART con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware Tarjetas. Discrete Output 8 canales, 4-20 mA; HART con terminal block, sin redundancia. 1

Hardware PC. Workstations. 2

Hardware Proceso. Maqueta de proceso para trabajar com DeltaV. 1

Hardware Comunicación Hub/switch 1

Software Licencias. ProfessionalPLUS Workstation Software for v11.3 or earlier; 100 DST. 1

Software Licencias. Professional Station, Full Span of Control. 1

Software Licencias. Analog Monitor Input 25 DSTs. 1

Software Licencias. Analog Control Output 25 DSTs. 1

Software Licencias. Discrete Monitor Input 25 DSTs. 1

Software Licencias. Discrete Control Output 25 DSTs. 1

El equipamiento se dispondrá en el laboratorio existente denominado “LABORATORIO B DE

AUTOMATIZACION Y CONTROL”, el cual se ubica en el Instituto de Electricidad y Electrónica.

Referente a la red de control, esta se diseñará para sólo 3 nodos, es decir, 1 estación de trabajo

más el controlador y un servidor para la base de datos.

6.1.4 Costos de inversión inicial

Este punto no se especificará en profundidad, debido a que se abarcará con mayor detalle, el

capítulo que hace referencia al estudio económico.

En efecto, se solicitó una cotización de un laboratorio que cumpla con los requerimientos

básicos, expuestos en el cuadro anterior, a la única representante en Chile de la marca DeltaV,

de Emerson, ella es INECO SPA. En la Figura 41, Figura 42, Figura 43 y Figura 44 se visualiza

la cotización.

En ella se puede ver dos series de productos, para un mismo laboratorio DeltaV, DCS, vale

decir serie S y serie M. Ambas cumplen con los requerimientos, sin embargo, la serie S es más

73

moderna, lo cual asegura más tiempo en mantener stock de repuestos, para eventuales fallas.

Razón significativa para definir la elección a la serie S.

Otro punto importante, radica en que la diferencia monetaria, entre las series, no es

preocupante, por lo que se encuentra al alcance.

Además del documento enviado por INECO SPA, se debe sumar ítems que no vienen incluidos

en el documento y que corresponden a elementos anexos que hacen posible, el diseño del Lab.

Estos se listan en la Tabla 12

Figura 41: Componentes cotizados serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA, (2014).Cotización-Oferta técnica y comercial)

Figura 42: Componentes cotizados serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA, (2014).Cotización-Oferta técnica y comercial)

74

Se considera un sueldo anual de un profesor, con características de part-time, que realice

clases por tres horas cronológicas, un día a la semana. Considerando un valor la hora de

$15,000 CLP, se procede al cálculo del costo, por concepto de docencia, anual. Por tanto el

precio asciende a: $ 2, 160,000 CLP ($ 3,554 USD).

Figura 43: Resumen comercial para serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA, (2014).Cotización-Oferta técnica y comercial)

Figura 44: Resumen comercial para serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA, (2014).Cotización-Oferta técnica y comercial)

Tabla 12: Cuadro de costos, asociados al Lab. DCS. (fuente: propia)

En el Anexo A.4, se describe con más detalle, los costos asociados a los agregados del

laboratorio, clasificados por componentes.

Por otro lado, este sistema completo consume cerca de 573 Watts (ver Planos: N° A2-100-

UACH-03-002 y N° A2-100-UACH-03-004. En Anexo A.2, se listan los documentos asociados al

proyecto, como también la descripción del significado, de los números de planos y memorias)

75

por lo que le significa una carga adicional al tablero que alimenta este sistema y corresponde al

TDAyC “C”. El laboratorio está proyectado para funcionar por 6 horas al día (3 en la jornada de

la mañana y 3 en la tarde), durante un año académico (230 días).

Por tanto el cálculo de la energía se detalla en la ecuación (1):

𝐸 = 𝑃𝑛𝑡 (1)

Donde:

Pn: 573 (W), potencia nominal.

t: 1 hr

Así, el laboratorio (sistema DCS y maqueta incluida), consume 573 Wh y considerando un factor

del 25% por concepto de iluminación y uso de laptops/Desktops asociados a las experiencias

de dicho lab. se tiene un consumo de:

E≈718 Wh, app.

Para un consumo de un día de funcionamiento, considerando sólo las horas establecidas (6 h

por día), se tiene:

𝐸𝑑𝑖𝑎 = (718)(6) = 4.308 𝐾𝑊ℎ

Finalmente para el año académico corresponde una energía de:

𝐸𝑎ñ𝑜 𝑎𝑐𝑎𝑑é𝑚𝑖𝑐𝑜 = (4,308)(230) ≈ 1 𝑀𝑊ℎ

Según tarifas del suministro eléctrico, otorgadas por SAESA, válidas desde 01 de Enero del

2014, el KWh tiene un precio de $ 154.529 CLP. El costo del laboratorio en términos

energéticos, referenciados a un año, asciende aproximadamente a: $154,529 CLP (254 USD).

Por tanto los costos de inversión principales (referenciados a un año), corresponden a la suma

del valor por el lab. propiamente tal más los anexos necesarios y el docente respectivo. Es

decir:

Costo total aprox.:$ 48, 593,284 CLP ($ 79,963 USD).

Se debe mencionar, que esta cifra presenta una aproximación inicial del costo de la inversión,

pudiendo verse afectada, a lo largo del proyecto.

76

6.1.5 Rentabilidad de la inversión

Al igual que en punto anterior, no se profundizará el tema a continuación, ya que se analizará

con más detalle, en el capítulo del estudio económico.

Considerando la ecuación (2), para la obtención de la rentabilidad, se tiene:

𝑅𝑒𝑛𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 = 100%𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛

(2)

Se calculara la rentabilidad del lab. suponiendo un curso de 8 alumnos, los cuales pagan un

arancel anual de $ 3, 060,000 CLP ($ 5,035 USD)1.

Por tanto, la ganancia ascendería a (8) ($ 3, 060,000)= $ 24, 480,000.

La rentabilidad alcanza aproximadamente a 50.377%.

6.1.6 Costos de mantenimiento

En la actualidad, la UACH se encuentra inmersa en un proyecto de cooperación mutua, con la

empresa privada de Celulosa Arauco y Constitución S.A. desde ahora CELCO y en particular

con la Planta Valdivia. En términos generales, esta colaboración busca un convenio de índole

tecnológico con el objetivo de que esta entidad educacional, solucione problemas (realice

estudios, investigación, etc) que ocurren dentro de la fábrica. Por parte de CELCO, suministrar

componentes y elementos tecnológicos para los laboratorios de la Universidad, en particular, los

laboratorios del Instituto de Electricidad y Electrónica, desde ahora IEE.

Considerando el párrafo anterior y en referencia a los costos de mantención, se puede

considerar que dicho gasto será de 0, ya que los componentes con problemas provendrían de

CELCO o en mejor caso, se puede proceder a la reparación por los mismos estudiantes, que en

este nivel (10° u 11° semestre), poseen las herramientas necesarias, para realizar dicha tarea.

Para mayores detalles, respecto al curso diseñado relacionado con el laboratorio, referirse al

Anexo A.3.

6.1.7 Diagrama de flujo del proceso

En esta etapa, se ha diseñado un proceso para ser controlado mediante el sistema DCS. En la

etapa posterior de ingeniería básica, se desarrollarán los cálculos respectivos para la obtención

1 Información obtenida del webside de la Universidad Austral de Chile, http://www.uach.cl/admision/principal/utiles/aranceles-puntajes-y-ponderaciones.

77

de las capacidades del sistema. En general, este sistema mezcla fenómenos de hidráulicos, en

lo que respecta a flujos de agua como niveles, como también incluye un proceso térmico

referente a intercambio de calor.

Es por ello que se ha generado el plano N°: A2-100-UACH-05-001, del proceso en forma del

estándard P&ID (ver Figura 45).

Figura 45: P&ID del proceso a controlar (fuente: propia)

El concepto a controlar en este sistema, está asociado a controles de nivel y de temperatura. En

la Figura 47, se puede visualizar un esquema en 3D de la maqueta de proceso.

78

Se necesita un arranque para conducir agua fresca (salida de una “llave de agua”), para de esa

manera llenar dos de los tres estanques.

Por otro lado, se requiere de energía eléctrica, para alimentar equipos de instrumentación y

accionamientos.

Figura 46: Maqueta de proceso en 3-D (fuente, propia)

6.2 Ingeniería Básica

Esta etapa estará conformada por los siguientes puntos:

- Realizar el estudio de instalaciones físicas (Laboratorio B de automatización y control).

- Revisar los diagramas de flujo de los procesos y elaboración completa de los diagramas


eléctricas, diagramas de control entre otros.

- Realizar los cálculos preliminares de cada sistema que forma parte del proyecto

(mecánico, hidráulico, eléctrico, neumático, electrónico, etc.).

- Dimensionar los equipos a utilizar según el requerimiento del proceso.

79

- Realizar la lista inicial de equipos: DCS, AC Drives, sensores, válvulas, tubería, cable,

fuentes de alimentación, motores y en general todo lo que hará parte del proyecto.

6.2.1 Estudio de instalaciones físicas (Laboratorio B de automatización y control)

Al momento de ir a inspeccionar el laboratorio descrito, se pudo constatar que el sistema de

alimentación eléctrica, no se encuentra en condiciones óptimas, no existe una toma a tierra, que

permita proteger los dispositivos en su interior. Se debe normalizar esta condición, antes de

instalar el laboratorio.

Para el buen funcionamiento del sistema DCS, es de vital importancia, tener el laboratorio con

una superficie equipotencial balanceada (diferencia de tensión entre tierras = 0 V).

Por el lado de espaciamiento físico, se puede comentar que existen espacios en los cuales, se

puede instalar los tableros que contienen el DCS más los dispositivos que forman parte de la

maqueta de procesos incluyendo la maqueta de pruebas.

Se debe verificar una toma de agua fresca (red ESSAL), para el funcionamiento de la maqueta

comentada anteriormente. Si no existe, se debe instalar un arranque hidráulico para contar con

agua.

6.2.2 Revisión de los diagramas de flujo de los procesos y elaboración de los diagramas


eléctricas, diagramas de control entre otros

En Anexo A.2, se encuentra listado los planos del proyecto que describen:

- Diagrama de Proceso (P&ID).

- Diagrama Unilineal y Cuadro de Cargas de los tableros: que contiene el sistema DCS y

suministra energía a los equipos de la maqueta.

- Diagrama de Alambrado del tablero DCS.

- Arquitectura y Detalles de los tableros.

- Diagrama de conexionado de las tierras.

80

- Diagrama de la Red de Control.

- Estándares.

- Diagramas de lazos de control y lazos de instrumentos.

- Diagramas elementales.

6.2.3 Cálculos referidos al proyecto respecto al sistema DCS

Cabe destacar, que se realizó una serie de cálculos pertinentes al proyecto. A continuación se

describen:

6.2.3.1 Calculo de la temperatura interior del tablero 100-TDC-001

En esta etapa se realizó el cálculo térmico del tablero, con el fin de dimensionar el ventilador a

instalar, necesario, para entregar una refrigeración adecuada. Se hace uso del método descrito

por el documento técnico referente a la norma internacional IEC – 60890, y el cual se encuentra

ligado al “Cuaderno Técnico N° 145, titulado “Estudio térmico de los tableros eléctricos de BT”,

de la empresa Schneider Electric”.

En general, este método se aplica a envolventes (tableros), en los que se puede utilizar los

siguientes criterios:

- Reparto uniforme de la potencia disipada.

- El equipamiento se dispone de manera que no se dificulte la circulación de aire.

- No existe más de cuatro separaciones horizontales.

El tablero diseñado cumple con estas exigencias.

Antes de comenzar con el cálculo, se debe conocer los siguientes datos:

- Dimensiones de la envolvente (dimensiones del tablero).

- Potencia disipada en el interior.

81

- Tipo de instalación.

El concepto principal es la determinación de la temperatura en dos puntos del tablero (a media

altura del tablero y parte superior), del cual la última, se utilizara para el cálculo del ventilador.

En efecto:

6.2.3.1.1 Cálculo de temperatura a media altura del tablero.

Se utiliza la ecuación (3) y la ecuación (4)

𝑇0.5 = 𝑇𝑎 + ∆𝑇0.5 (3)

∆𝑇0.5 = 𝑑𝑘𝑃𝑊0.804 (4)

En este caso, d, es un coeficiente que tiene en cuenta las separaciones horizontales, del

tablero. Ahora:

- d:1, si Ae < 1.25 m2

- para Ae ≥ 1.25 m2, se tiene:

• d: 1, si no existe ninguna separación.

• d: 1.05 , si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee una

separación.

• d: 1.15 o d: 1.1, si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee dos

separaciones.

• d: 1.30 o d: 1.15, si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee

tres separaciones.

Ae, corresponde a la superficie geométrica, de las distintas paredes, que conforman el tablero y

su modelo se refleja en la ecuación (5).

𝐴𝑒 = 𝑏𝐴0 (5)

A0 corresponde a la superficie de cada una de las paredes de la envolvente y b es una cte. que

tiene en cuenta el tipo de instalación. En efecto:

- Parte superior abierta, b: 1.4

- Parte superior cubierta, b: 0.7.

82

- Paredes laterales abiertas, b: 0.9.

- Paredes laterales tapadas, b: 0.5.

- Paredes laterales de envolventes centrales, b: 0.5.

Considerando que el tablero posee las siguientes dimensiones (ver Plano N°: A1-100-UACH-

03-001):

h (altura): 0.8 m.

L (largo): 0.6 m.

P (profundidad): 0.3 m.

Además el tipo de instalación, considera un tablero sin cubierta arriba (sólo su tapa), por tanto:

b: 1.4.

De esta manera:

𝐴𝑒 = 𝑏𝐴0 = 𝑏(2ℎ𝑃 + 2𝐿𝑃) = 1.176 (𝑚2)

Como, Ae < 1.25 m2, significa que d: 1.

Considerando el estudio térmico del sistema DCS solamente y que se ve reflejado en la Tabla

13 y teniendo en cuenta que la disipación térmica la fuente de poder más un factor de

corrección de 25%, por algún dispositivo que se agregue en el futuro, se tiene que la potencia

total de disipación térmica del tablero, PW: 160 (W).

La cte. adimensional k caracteriza la envolvente y su valor se determina según la Figura 47. k

es función de Ae.

Según la Figura 47, k se aproxima a: 0.36.

Reemplazando estos valores en la ecuación (3), y ecuación (4) se obtiene:

T0.5: 46.302 °C.

Aquí se ha considerado a Ta: 25 °C, que corresponde a una temperatura ambiente.

83

Ahora se está en condiciones de calcular la temperatura, en la parte superior, del tablero.

6.2.3.1.2 Cálculo de temperatura en la parte superior del tablero.

Para este cálculo se utilizara la ecuación (6) y ecuación (7). En efecto:

𝑇1 = 𝑇𝑎 + ∆𝑇1 (6)

∆𝑇1 = 𝑐∆𝑇0.5 (7)

c, corresponde a una cte. adimensional que representa la distribución de la temperatura, en el

tablero. Se determina a partir de la Figura 48. Esta cte. es función de Ae y de los factores f o g,

los cuales se definen a continuación (ecuación (8) y ecuación (9)):

𝑓 = ℎ1.35

𝐿𝑃, para Ae ≥ 1.25 m2 (8)

𝑔 = ℎ1.35

𝐿, para Ae < 1.25 m2 (9)

En este estudio, Ae < 1.25 m2 por tanto se debe calcular el factor g.

Tabla 13: Disipación térmica del sistema completo DeltaV (fuente, propia)

g: 1.233.

En esta oportunidad la curva que se considera es la del tipo 1. Tomando en cuenta la Figura 48

y el valor de g, c alcanza una cifra de 1.25.

Reemplazando los valores obtenidos, en la ecuación (6) y ecuación (7), resulta:

T1: 51.627°C.

Tipo de producto N/P Tension de Trabajo (VDC) Potencia/Unidad (W) Cantidad Potencia Total (W)S-series SD Plus Controller SE3006 24 5,0 1,0 5,024-VDC System Power Supply SE5009 220 VC/24 VDC 10 1,0 10,0S-series Profibus DP Interface Card SE4022 - 10,1 1,0 10,1S-series H1 I/O Card with Integrated Power SE4017P1 24 10,2 1,0 10,2S-series DeviceNet Interface Card SE4016 24 11,4 1,0 11,4AI Card: 8 Channels 4-20 mA, HART, Fused 8-channel Terminal Block

SE4003S2B2 24 10,1 1,0 10,1

S-series Serial Interface SE4006P2 - 5,1 1,0 5,1AO Card: 8 Channels 4-20 mA, HART, Fused 8-Channel Terminal Block

SE4005S2B2 24 11,9 1,0 11,9

DICard: 8 Channels, 24Vdc, Dry Contact, Fused 8-Channel Terminal Block

SE4001S2T2B2 24 2,9 1,0 2,9

DO Card: 8 Channels 24Vdc, Isolated, 8-Channel Terminal Block

SE4002S1T1B1 24 4,9 1,0 4,9

Potencia total 81,6

MAXIMA DISIPACION DE POTENCIA POR COMPONENTE REFERIDO AL SISTEMA DCS SOLAMENTE

84

Figura 47: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.)

Esta es la temperatura calculada, que existirá en el interior del tablero, cuando este se

encuentre trabajando, a su potencia nominal. Precisamente, esta corresponderá a la

temperatura de trabajo, para la cual se seleccionara el ventilador del tablero, previo el cálculo

respectivo y que viene a continuación.

6.2.3.2 Calculo del ventilador para el tablero 100-TDC-001

Una vez obtenida la temperatura de funcionamiento (calculada), en el interior del tablero se

hace necesario disminuirla para alcanzar lo más cercano a la temperatura ambiente (unos 25

°C). Por tanto se requiere de un dispositivo que realice esta tarea, es decir un ventilador o un

extractor. Para este equipo se seleccionara un ventilador. Esta selección se basa

fundamentalmente en cálculos de índole termodinámicos como de mecánica de fluido,

considerando que el aire puede representarse como un fluido incompresible.

Este cálculo se basa en el Catálogo Técnico, titulado “Gestión Climática” de la empresa Rittal.

Para ello se presentan las bases de cálculo necesarias para la mejor comprensión.

Es importante desatacar, que la elección de un correcto ventilador se basa en la

autoconvección, que en términos simples se refiere a transferencias de calor originadas por

cambios de masa del aire, que van desde un volumen a otro (para más detalles, referirse al

documento: “Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T., Schneider Electric”).

Por tanto, la autoconvección hace que la potencia de pérdida se disipe al exterior a través de

85

Figura 48: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.)

las paredes del armario. Para ello es necesario que la temperatura exterior sea más baja que la

temperatura interior del mismo. El aumento máximo de la temperatura (ΔT) máx. en el armario,

en relación con la temperatura exterior, se modela con la ecuación (10).

(∆𝑇)𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝛿𝐴

, (10)

En este caso,𝑄 corresponde a la potencia de pérdida instalada en el tablero en W. δ es el

coeficiente de transmisión calorífica del gabinete y es de 5.5 W/ (m2K), para este tipo de tablero.

Finalmente A es la superficie del tablero donde se irradia la potencia efectiva en m2. Esta se

determina por la Figura 49.

Para este caso, A corresponde al modelo referenciado a la ecuación (11). En efecto:

𝐴 = 1.4𝐿(ℎ + 𝑃) + 1.8ℎ𝑃 (11)

Por tanto A: 1.356 m2. Además por inspección se sabe que 𝑄 = 𝑃𝑊 y que corresponde al

cálculo anterior.

La máxima diferencia de temperatura que debe existir entre el tablero y el ambiente es de:

86

Figura 49: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente: Rittal, (2013). System Climate Control)

(∆T) max: 21.453 K (aquí la temperatura se mide en K).

Para la obtención del caudal mínimo, necesario en el tablero se calcula con la ecuación (12).

= 𝑓 𝑄∆𝑇

, (12)

Dónde:

, caudal de aire necesario de un ventilador con filtro para situarse por debajo de la diferencia

máx. de temperatura admisible entre el aire absorbido y expulsado m3/h.

f, corresponde a un factor que se relaciona con la altura del tablero (ver Figura 50).

Para este estudio, f corresponde a 3.1 K/ (Wh).

Figura 50: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate Control)

Por lo tanto, el caudal mínimo que debe existir en el sistema según la ecuación (12),

𝑚𝑖𝑛 = 𝑓𝑄

∆𝑇𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑖𝑛= 23.12 m3/h.

87

El ventilador que se selecciona debe poseer como mínimo un caudal de 23.12 m3/h.

En este momento se considerara la temperatura T1 calculada en el punto anterior y se

relacionara con la temperatura ambiente, para así obtener el ∆T necesario y calcular el caudal

que requiere el tablero propiamente tal.

Se sabe que

Ti = T1= 51.627°C (324.627 K), temperatura al interior del tablero.

Tu = Ta= 25°C (298 K), temperatura al interior del tablero.

Así:

∆𝑇 = 𝑇𝑖 − 𝑇𝑢 = 26.627 𝐾

Reemplazando esta diferencia en la ecuación (12),

=18.628 m3/h.

Por lo tanto se seleccionara un ventilador de suministre un caudal de 20 m3/h.

6.2.3.3 Calculo del sub-alimentador principal a 100-TDC-001 (100-TDC-001-1B)

Según el Plano N°: A2-100-UACH-03-002, existe un sub-alimentador que energiza al tablero

100-TDC-001 y que corresponde a un cordón tripolar de 10 AWG (~ 5.3 mm2), con una potencia

instalada de 60 W.

En términos de capacidad de corriente y considerando una intensidad nominal de 25 A, se

escoge un cordón tripolar de sección Sc: 1x3/c # 10 AWG, del tipo Multiflex, el cual según

fabricante (Nexans), soporta hasta 61 A, en ducto (DLP para este caso). Por tanto por

capacidad cumple.

Ahora se calculara la caída de tensión que pueda sufrir este cable. En efecto:

Datos:

In: 25 A, corriente nominal del tablero.

Lc: 16 m, largo del conductor.

US: 220 VAC, tensión de servicio.

88

R10 awg: 4.39 Ω/Km, resistividad de la línea por longitud.

Xl10 awg: 0.171 Ω/Km, reactancia inductiva de la línea por longitud.

PF: 0.87, factor de potencia de la instalación.

Por tanto y según la ecuación (13), se puede calcular la caída de tensión generada.

∆𝑉 = 21000

𝑖𝑛𝐿𝑐𝑅10 𝑎𝑤𝑔𝑃𝐹 + 𝑋𝐿10 𝑎𝑤𝑔 sin∅, (13)

Lo cual resulta de ∆V: 3.123 VAC (1.42% de 220 VAC).

Según la Norma Chilena de Electricidad NCH Elec. 4/2003, considera la no existencia de una

caída de tensión mayor al 3% del voltaje de servicio.

Por lo tanto el sub-alimentador cumple con lo requerido.

6.2.4 Cálculos referidos al proyecto respecto a la maqueta de proceso.

La maqueta propuesta, debe llevar una serie de cálculos relacionados al dimensionamiento de

cada uno de los equipos y elementos de proceso, como también los dispositivos de

instrumentación, control y accionamientos.

6.2.4.1 Calculo de dimensiones del estanque 100-TK-100

Como una parte medular del proceso es la existencia de estanque de tag: 100-TK-100, cuya

función principal es almacenar el fluido (agua de la red pública), la cual ingresara al proceso.

Para ello se cuenta con los siguientes datos, priori del cálculo. En efecto:

Datos:

Volumen: 0.3 m3.

h (altura): 1 m.

Utilizando la ecuación (14), para el cálculo del diámetro (Ф),

∅ = 21𝜋 𝑉ℎ (14)

Lo que resulta un estanque de∅: 0.6 m.

89


Este estanque, corresponde al sistema que entrega la energía térmica al intercambiador de

calor, para que se genere la transferencia térmica.

Datos:

Volumen: 0.3 m3.

h (altura): 1 m.




Este estanque, corresponde al que almacena el fluido ya procesado recircula el agua hacia el

estanque TK-100.

Datos:

Volumen: 1 m3.

h (altura): 1 m.



6.2.4.4 Cálculo de elemento resistivo, generador de temperatura 100-TE-201

Este componente es el que genera temperatura y le transfiere calor al fluido (agua), que se

almacena en el TK-200, con el fin de producir la transferencia térmica, hacia el intercambiador

100-HE-300. En efecto, se calculara la potencia necesaria, para su elección final.

Datos:

TF (temperatura final que debe producirse): 70 °C.

TI (temperatura inicial que debe comenzar el proceso): 10 °C.

t (tiempo en el cual debe lograrse la transferencia de calor): 30 min (1,800 s).

CP (calor específico del agua): 4.19 KJ/ (Kg°C).

90

ƳP (peso específico del agua): 100 Kg/m3.

VTK-200 (volumen de 100-TK-200): 0.3 m3.

Por tanto, utilizando la ecuación (15), se obtiene la cantidad de calor necesario, que debe

transferir el elemento. En importante mencionar que dicha ecuación es bastante útil, para

sistemas donde se requiere transferir calor hacia líquidos acumulados en estanques. En efecto:

𝑄 =(𝑉100−𝑇𝐾−200)(𝛾𝐻2𝑂)𝐶𝑃𝐻2𝑂(𝑇𝐹 − 𝑇𝐼)

𝑡 (15)

Lo cual entrega una potencia 4.2 KW.

6.2.4.5 Cálculo de intercambiador de calor 100-HE-300

Se calculara, al igual en el caso anterior, la potencia necesaria para generar una temperatura

como máximo de 50 °C.

Datos:

TF (temperatura final que debe producirse): 50 °C.

TI (temperatura inicial que debe comenzar el proceso): 10 °C.

CP (calor específico del agua): 4.19 KJ/ (Kg°C).

m (flujo de masa): 2 Kg/h (0.556 Kg/s).

Fe (factor de eficiencia): 11%

Por tanto, utilizando la ecuación (16) se obtiene la cantidad de calor necesario.

𝑄 = (𝑚)(𝐹𝐸)𝐶𝑃𝐻2𝑂(𝑇𝐹 − 𝑇𝐼) (16)

Lo cual entrega una potencia 110 KW.

A continuación se calculan las bombas (3), las cuales, por condiciones de funcionamiento, se

escogerá la misma. Para efectos de cálculos, se toma en referencia a la bomba 100-MP-101.

En efecto:

91

6.2.4.6 Cálculo de bomba 100-MP-101, 100-MP-201 y 100-MP-401

La caracterización de una bomba, radica principalmente en dos puntos: caudal (Q) y altura de

carga (H).

6.2.4.6.1 Cálculo de Caudal

Se considerará que la velocidad del fluido en todo el sistema será de v: 2 m/s. Como el área útil

de una cañería de Φ3/4” Schedule: 40 nominal, es de aproximadamente A: 3.97x10-4 m2 se

obtiene por la ecuación (17):

𝑄 = 𝐴𝑣 (17)

Donde:

A, corresponde al área efectiva de la cañería.

v, velocidad del fluido (agua), en todo el sistema.

Por lo tanto el caudal que debe suministrar la bomba Q: 7.94x10-4 m3/s (47.64 L/min).

6.2.4.6.2 Cálculo de la altura de carga

La altura de carga corresponde a la distancia vertical que es capaz de vencer la bomba, para

suministrar el caudal calculado en el punto anterior.

Para esto se utilizara la ecuación de Bernouilli ((18), entre la entrada y salida del sistema. En

efecto:

Donde:

𝑃𝑎𝑠𝑝, corresponde a la presión a la succión de la bomba.

𝑃𝑑𝑒𝑠𝑐, corresponde a la presión de descarga de la bomba.

𝑣𝑎𝑠𝑝, velocidad del fluido a la succión de la bomba.

𝑣𝑑𝑒𝑠𝑐, velocidad del fluido a la descarga de la bomba.

𝑍𝑎𝑠𝑝, altura de la succión de la bomba.

𝑃𝑎𝑠𝑝𝜌𝑔

+ 𝑍𝑎𝑠𝑝 +12𝑣𝑎𝑠𝑝2

𝑔+ 𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 =

𝑃𝑑𝑒𝑠𝑐𝜌𝑔

+ ℎ𝑑𝑒𝑠𝑐 +12𝑣𝑑𝑒𝑠𝑐2

𝑔+ 𝜁 (18)

92

ℎ𝑑𝑒𝑠𝑐, altura de la descarga de la bomba.

𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎, altura de carga de la bomba.

∑𝜁, perdidas de carga que existen en el sistema.

𝜌, densidad del fluido (agua), 1000 Kg/m3

𝑔, aceleración gravitacional, 9.81 m/s.

Según el Plano N°: A1-100-UACH-02-001, las cotas referenciales, necesarias para este cálculo

y considerando tanto la velocidad del fluido como la cota de altura en la succión, cero, la

ecuación (18) se transforma en el modelo (19).

Las pérdidas de carga se carga se calculan con la ecuación ((20). Así:

Para este cálculo, se considera los siguientes datos:

Datos:

ℎ𝑑𝑒𝑠𝑐: 1.4 m.

𝑄: 47.64 l/min.

𝑣𝑠𝑖𝑠𝑡: 2 m/s.

𝑙 (longitud de la cañería): 5 m.

𝐷 (diámetro de la cañería): 22.48 mm.

Para la determinación de las pérdidas de carga, es necesario obtener el factor de fricción. Para

ello se calcula el número de Reynolds (Re) de la cañería y la rugosidad ε. En el acero

comercial, ε: 0.046 mm.

Re se obtiene a partir de la ecuación (21).

𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = ℎ𝑑𝑒𝑠𝑐 +12𝑣𝑑𝑒𝑠𝑐2

𝑔+ 𝜁 (19)

𝜁 =12𝑘

𝑣𝑠𝑖𝑠𝑡2

𝑔+

12𝑓

𝑙𝐷𝑣𝑠𝑖𝑠𝑡2

𝑔 (20)

93

Donde:

𝜐, corresponde a la viscosidad cinemática, que para el agua: 1.308x10-6 m2/s.

Por tanto Re: 3.44x104.

Con la expresión de ε /D (rugosidad relativa): 2.05x10-3 y Re calculado, se utiliza el diagrama de

Moody el cual se ilustra en la Figura 51, con el fin de obtener f el cual es de 0.028.

Figura 51: Diagrama de Moody (fuente, propia)

Reemplazando estos datos, en la ecuación (20), se obtiene las pérdidas, en efecto:

∑𝜁: 2.29 m.

Finalmente, trabajando con la ecuación (19), se obtiene la altura de carga.

𝑯𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂≈ 4 m.

6.2.4.7 Calculo de la temperatura interior del tablero 100-TDF-001

Al igual que lo realizado y descrito en el punto 6.2.3.1, se utiliza el mismo método, con los

mismos requerimientos y bases de cálculo.

6.2.4.7.1 Cálculo de temperatura a media altura del tablero.

Se utiliza la ecuación (22) y la ecuación (23)

𝑇0.5 = 𝑇𝑎 + ∆𝑇0.5 (22)

𝑅𝑒 =𝑣𝐷𝜐

(21)

94

∆𝑇0.5 = 𝑑𝑘𝑃𝑊0.804 (23)

En este caso, d, es un coeficiente que tiene en cuenta las separaciones horizontales, del

tablero. Ahora:

- d:1, si Ae < 1.25 m2

- para Ae ≥ 1.25 m2, se tiene:

• d: 1, si no existe ninguna separación.

• d: 1.05 , si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee una

separación.

• d: 1.15 o d: 1.1, si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee dos

separaciones.

• d: 1.30 o d: 1.15, si se tiene orificios de ventilación, para un tablero que posee

tres separaciones.

Ae, corresponde a la superficie geométrica, de las distintas paredes, que conforman el tablero y

su modelo se refleja en la ecuación (24).

𝐴𝑒 = 𝑏𝐴0 (24)

A0 corresponde a la superficie de cada una de las paredes de la envolvente y b es una cte. que

tiene en cuenta el tipo de instalación. En efecto:

- Parte superior abierta, b: 1.4

- Parte superior cubierta, b: 0.7

- Paredes laterales abiertas, b: 0.9

- Paredes laterales tapadas, b: 0.5

- Paredes laterales de envolventes centrales, b: 0.5

Considerando que el tablero posee las siguientes dimensiones (ver Plano N°: A1-100-UACH-

03-005):

h (altura): 0.8 m.

95

L (largo): 0.6 m.

P (profundidad): 0.3 m.

Además el tipo de instalación, considera un tablero sin cubierta arriba (sólo su tapa), por tanto:

b: 1.4.

De esta manera:

𝐴𝑒 = 𝑏𝐴0 = 𝑏(2ℎ𝑃 + 2𝐿𝑃) = 1.176 (𝑚2)

Como, Ae < 1.25 m2, significa que d: 1.

Considerando el estudio térmico del tablero 100-TDF-001 solamente y que se ve reflejado en la

Tabla 14, y teniendo un factor de corrección de 25%, por algún dispositivo que se agregue en el

futuro, se tiene que la potencia total de disipación térmica del tablero, PW: 513 (W).

La cte. adimensional k caracteriza la envolvente y su valor se determina según la Figura 52. k

es función de Ae.

Según la Figura, k se aproxima a: 0.36.

Reemplazando estos valores en la ecuación (22), y ecuación (23) se obtiene:

T0.5: 79.355 °C.

Aquí se ha considerado a Ta: 25 °C, que corresponde a una temperatura ambiente.

Ahora se está en condiciones de calcular la temperatura, en la parte superior, del tablero.

6.2.4.7.2 Cálculo de temperatura en la parte superior del tablero.

Para este cálculo se utilizara la ecuación (25) y ecuación (26). En efecto:

𝑇1 = 𝑇𝑎 + ∆𝑇1 (25)

∆𝑇1 = 𝑐∆𝑇0.5 (26)

c, corresponde a una cte. adimensional que representa la distribución de la temperatura, en el

tablero. Se determina a partir de la Figura 53. Esta cte. es función de Ae y de los factores f o g,

los cuales se definen a continuación (ecuación (27) y ecuación (28)).

96

𝑓 = ℎ1.35

𝐿𝑃, para Ae ≥ 1.25 m2 (27)

𝑔 = ℎ1.35

𝐿, para Ae < 1.25 m2 (28)

En este estudio, Ae < 1.25 m2 por tanto se debe calcular el factor g.

Tabla 14: Disipación térmica del 100-TDF-001 (fuente, propia)

Figura 52: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.)

g: 1.233.

En esta oportunidad la curva que se considera es la del tipo 1. Tomando en cuenta la Figura 53

y el valor de g, c alcanza una cifra de 1.25.

Reemplazando los valores obtenidos, en la ecuación (25) y ecuación (26), resulta:

T1: 92.943°C.

ITEM COMPONENTE P/N # FABRICANTE POT UNI (W) CANTIDAD POTENCIA TOTAL (W)01 FUSIBLES 16 A 013016 LEGRAND 1,9 2 3,802 CONVERTIDOR DE FRECUENCIAS NXL 00012C2C1SSS00AA VACON 370 1 37003 CONTACTOR IEC 16 A, 24 VDC 100-C16EJ01 ALLEN BRADLEY 1,5 1 1,504 E3 BASIC RELE 193-EC1CB ALLEN BRADLEY 3,2 1 3,205 GUARDAMOTOR, 1.1 KW, 2.5-4 A GV2-ME08 SCHNEIDER ELECTRIC 7,5 1 7,506 CONTACTOR IEC 16 A, 24 VDC LP1-K0601BD SCHNEIDER ELECTRIC 3 1 307 CONTACTOR IEC 25 A, 24 VDC LC1-D25BD SCHNEIDER ELECTRIC 1,3 1 1,308 DISYUNTOR MAGNETOTERMICO 40, A 4 035 80 LEGRAND 5 1 509 DISYUNTOR MAGNETOTERMICO 6, A 4 035 74 LEGRAND 5 3 15

TOTAL 410,3FACTOR SEGURIDAD 25% 512,875

MAXIMA DISIPACION DE POTENCIA POR COMPONENTE REFERIDO AL TDF-001 SOLAMENTE

97

Esta es la temperatura calculada, que existirá en el interior del tablero, cuando este se

encuentre trabajando, a su potencia nominal. Precisamente, esta corresponderá a la

temperatura de trabajo, para la cual se seleccionara el ventilador del tablero, previo el cálculo

respectivo y que viene a continuación.

6.2.4.8 Calculo del ventilador para el tablero 100-TDF-001

Una vez obtenida la temperatura de funcionamiento (calculada), en el interior del tablero, se

hace necesario disminuirla para alcanzar lo más cercano a la temperatura ambiente (unos

25°C).

Por tanto se requiere de un dispositivo que realice esta tarea, es decir un ventilador o un

extractor. Para este equipo se seleccionara un ventilador. Esta selección se basa

Figura 53: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.)

fundamentalmente en cálculos de índole termodinámicos como de mecánica de fluido,

considerando que el aire puede representarse como un fluido incompresible.

Este cálculo se basa en el Catálogo Técnico, titulado “Gestión Climática” de la empresa Rittal.

Para ello se presentan las bases de cálculo necesarias para la mejor comprensión de la tarea a

realizar.

98

Es importante desatacar, que la elección de un correcto ventilador se basa de la

autoconvección, que en términos simples se refiere a transferencias de calor originadas por

cambios de masa del aire, que van desde un volumen a otro (para más detalles, referirse al

documento: “Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T., Schneider Electric”).

Por tanto, la autoconvección hace que la potencia de pérdida se disipe al exterior a través de

las paredes del armario. Para ello es necesario que la temperatura exterior sea más baja que la

temperatura interior del mismo. El aumento máximo de la temperatura (ΔT) máx, en relación

con la temperatura exterior, se modela con la ecuación (29)

(∆𝑇)𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝛿𝐴

, (29)

En este caso,𝑄 corresponde a la potencia de pérdida instalada en el tablero en W. δ es el

coeficiente de transmisión calorífica del gabinete y es de 5.5 W/ (m2K), para este tablero.

Finalmente A es la superficie del tablero donde se irradia la potencia efectiva en m2. Esta se

determina por la Figura 54

Figura 54: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente: Rittal, (2013). System Climate Control)

Para este caso, A corresponde al modelo referenciado a la ecuación (30). En efecto:

𝐴 = 1.4𝐿(ℎ + 𝑃) + 1.8ℎ𝑃 (30)

Por tanto A: 1.356 m2. Además por inspección se sabe que 𝑄 = 𝑃𝑊 y que corresponde al

cálculo anterior.

La máxima diferencia de temperatura que debe existir entre el tablero y el ambiente es de:

(∆T) max: 68.785 K (aquí la temperatura se mide en K).

99

Para la obtención del caudal mínimo, necesario en tablero se calcula con la ecuación (31).

= 𝑓 𝑄∆𝑇

, (31)

Dónde:

, caudal de aire necesario de un ventilador con filtro para situarse por debajo de la diferencia

máx. de temperatura admisible entre el aire absorbido y expulsado m3/h.

f, corresponde a un factor que se relaciona con la altura del tablero (ver Figura 55).

Para este estudio, f corresponde a 3.1 K/ (Wh).

Figura 55: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate Control)

Por lo tanto, el caudal mínimo que debe existir en el sistema según la ecuación (34).

𝑚𝑖𝑛 = 𝑓𝑄

∆𝑇𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑖𝑛= 23.12 m3/h.

El ventilador que se selecciona debe poseer como mínimo un caudal de 23.12 m3/h.

En este momento se considerara la temperatura T1 calculada en el punto anterior y se

relacionara con la temperatura ambiente, para así obtener el ∆T necesario y calcular el caudal

que requiere el tablero.

Se sabe que

Ti = T1= 92.943°C (365.943 K), temperatura al interior del tablero.

Tu = Ta= 25°C (298 K), temperatura al interior del tablero.

Así:

∆𝑇 = 𝑇𝑖 − 𝑇𝑢 = 67.943 𝐾

100

Reemplazando esta diferencia en la ecuación (31).

=23.406 m3/h.

Por lo tanto se seleccionara un ventilador de suministre un caudal de 25 m3/h.

6.2.4.9 Calculo del sub-alimentador principal a 100-TDF-001 (100-TDF-001-1B)

Según el Plano N°: A2-100-UACH-03-004, existe un sub-alimentador que energiza al tablero

100-TDF-001 y que corresponde a un cordón tripolar de 10 AWG (~ 5.3 mm2) con una potencia

instalada de 5.321 KW.

En términos de capacidad de corriente y considerando una intensidad nominal de 30 A, se

escoge un cordón tripolar de sección Sc: 1x3/c # 10 AWG, del tipo Multiflex, el cual según

fabricante (Nexans), soporta hasta 61 A, en ducto (DLP para este caso). Por tanto por

capacidad cumple.

Ahora se calculara la caída de tensión que pueda sufrir este cable. En efecto:

Datos:

In: 30 A, corriente nominal del tablero.

Lc: 16 m, largo del conductor.

US: 220 VAC, tensión de servicio.

R10 awg: 4.39 Ω/Km, resistividad de la línea por longitud.

Xl10 awg: 0.171 Ω/Km, reactancia inductiva de la línea por longitud.

PF: 0.87, factor de potencia de la instalación.

Por tanto y según la ecuación (32) se puede calcular la caída de tensión generada.

∆𝑉 = 21000

𝑖𝑛𝐿𝑐𝑅10 𝑎𝑤𝑔𝑃𝐹 + 𝑋𝐿10 𝑎𝑤𝑔 sin∅, (32)

Lo cual resulta de ∆V: 3.747 VAC (1.703% de 220 VAC).

Según la Norma Chilena de Electricidad NCH Elec. 4/2003, considera la no existencia de una

caída de tensión mayor al 3% del voltaje de servicio.

Por lo tanto el sub-alimentador cumple con lo requerido.

101

6.2.5 Narrativa del sistema de control para el proceso

El sistema a controlar, como se menciona anteriormente, corresponde a una mezcla de dos

procesos bien definidos. Por un lado existen controles de nivel y por otro, se encuentra un

control de temperatura. Sin embargo, el concepto principal, corresponde a controlar la

temperatura de un fluido, que en este caso es agua, proveniente de la red pública. Este

narrativo tiene relación directa con el Plano N°: A2-100-UACH-06-001.

6.2.5.1 Lazo 100-LIC-101

Este lazo está conformado por el transmisor de nivel 100-LT-101 y por la válvula regulada

(posee un posicionador), 100-LV-101. Este lazo está destinado para el control de nivel del

estanque 100-TK-100.

A la descarga del estanque, se encuentra instalada la bomba 100-MP-101, que se encuentra

acoplada a un motor de velocidad fija. Por tanto el flujo que se emite por su descarga es

constante. Esta bomba envía el fluido (agua), a procesar hacia el intercambiador de calor 100-

HE-300 para ser descargado finalmente en el estanque 100-TK-400.

En términos de control, la lógica a diseñar debe estar compuesta por el transmisor, conectado al

bloque PID, pero configurado como acción inversa (a medida que aumenta el nivel, se debe ir

cerrando la válvula). El algoritmo respectivo debe ser del tipo PI (proporcional-integrativo), y la

PV debe seguir al SET POINT.

Los modos de operación deben ser configurados como: manual y automático.

Debe poseer un solo permisivo (permissive), el cual corresponde cerrar la válvula, si el nivel

sobrepasa el 80%, inclusive y el lazo debe configurarse de modo que cuando pierda dicho

permisivo, el control se vaya a manual.

Ver Planos N°: A3-100-UACH-05-004-3 y A3-100-UACH-05-004-4.

6.2.5.2 Lazo 100-M-101

Está compuesto por la bomba 100-MP-101. El concepto requerido, se basa en descargar el

fluido desde el estanque 100-TK-100 hacia el intercambiado de calor 100-HE-300.

102

El funcionamiento de la bomba es del tipo ON-OFF y su banda se la entrega el nivel 100-LIC-

101, de manera que, si este sobrepasa el 80%, se envía el comando de partida de la bomba. Si

el nivel disminuye a un 20%, la bomba se debe detener.


Debe poseer dos permisivos, si el nivel 100-LIC-101, se va a menor de 20% o se activa el

switch de nivel por alto 100-LAH-401, debe detener dicha bomba y el modo del lazo debe irse a

manual.


6.2.5.3 Lazo 100-TIC-301

Aquí se regula la temperatura del fluido que se procesa. Este está conformado por el transmisor

de temperatura 100-TT-301 y la bomba 100-MP-201, de manera tal, que al aumentar la

temperatura en el agua que se retira del intercambiador, va incrementándose la velocidad de la

bomba (aumento de flujo), y con eso logrando el balance térmico que se requiere. Lógicamente

este equilibrio térmico será proporcional, al SP entregado por el operador.

El lazo se configura como acción directa de control.

Este lazo contemplará un permisivo que se relaciona con la crecida de la temperatura mayor a

50°C, el sistema enviará a la bomba un 100% de SP, logrando con ello, la disminución de dicha

temperatura y el control pasará a modo manual.

Este lazo contemplará dos modos de operación: manual y automático.

Por otro lado, se configurarán alarmas por alta temperatura (>= 40°C), y por bajo (<= 20°C),

para visualización del operador.


6.2.5.4 Lazo 100-M-201

Este corresponde al control principal del proceso, y es de temperatura del fluido a procesar

(agua). Como es descrito en el punto anterior, este lazo es la bomba que suministro el elemento

que entrega la energía térmica al fluido y es derivada hacia el intercambiador de calor 100-HE-

300.

103

La bomba es accionada mediante un convertidor de frecuencias, que relaciona directamente la

PV (señal de temperatura por 100-TIC-301), con el SP respectivo. La relación que se establece

entre estas dos variables, se visualiza en la Figura 56.

Figura 56: Variación de temperatura vs SP bomba (fuente, propia)


Como permisivo, la bomba se detendrá al activarse el switch por bajo nivel del estanque 100-

TK-200, es decir, 100-LLS-201. El control pasará automáticamente a modo manual.


6.2.5.5 Lazo 100-LAH-201

El lazo se relaciona con el switch de nivel por alto, 100-HLS-201, del estanque 100-TH-200 y

que finalmente actúa como permisivos para: 100-M-201 y 100-HC-201.

En rigor, este no corresponde a un esquema de control, sino más bien a una indicación digital,

ya que al activarse este componente, en el sistema es generado un “1” lógico.

Por tanto no posee modos de operación.

Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-11.

6.2.5.6 Lazo 100-LAL-201

Este lazo se relaciona con el switch de nivel por bajo, 100-LLS-201, del estanque 100-TH-200 y

que finalmente actúa como permisivos para 100-M-101.




104

Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-12.

6.2.5.7 Lazo 100-HC-201

Este lazo corresponde al control de la válvula 100-HV-201, mediante la cual, se suministra agua

fresca, desde la red pública, hacia el estanque térmico 100-TK-200. Este control corresponde a

ON-OFF y cuya banda proporcional, depende directamente del operador.

Por tanto este solo trabaja en modo manual.

En términos de alarmas, contemplara las fallas de comunicación como de servicio (fallas CF y

C, respectivamente). Además se generarán indicaciones de apertura (activación switch ZSO), y

cierre (activación switch ZSC) de la misma.

Como permisivo, la válvula se cerrara completamente, al momento de activarse el switch por

alto nivel 100-HLS-201. El lazo pasará a modo manual.


6.2.5.8 Lazo 100-TAH-201

Este lazo se relaciona con el switch de temperatura por alto, 100-HTS-201, del estanque 100-

TH-200 y que finalmente actúa como permisivo e interlock para 100-TC-201.




Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-15.

6.2.5.9 Lazo 100-TAL-201

Este lazo se relaciona con el switch de temperatura por bajo, 100-TLS-201, del estanque 100-

TH-200 y que finalmente actúa como interlock para 100-TC-201.




Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-16.

105

6.2.5.10 Lazo 100-TC-201

Este esquema de control, corresponde al sistema que permite transferir energía térmica,

mediante el uso de un elemento resistivo, conectado a la red eléctrica, hacia el fluido (agua),

almacenado en el estanque 100-TK-200.

Este control es del tipo ON-OFF, cuya brecha proporcional la entrega dos switches de

temperatura; el primero de alta temperatura, configurado a 70°C (100-THS-201), y el segundo

corresponde a baja temperatura, seteado en 10°C (100-TLS-201).

De esta manera conecta y desconecta el elemento resistivo de la red eléctrica.


Este sistema posee dos permisivos, por un lado si la temperatura registrada por el 100-TT-301

es >= 60°C ó se activa el switch por alta temperatura 100-HTS-201, el elemento 100-TE-201,

deberá desconectarse. En conjunto con lo anterior, el control se tornara a modo manual.

En términos de alarmas, contemplara las fallas de comunicación como de servicio (fallas CF y

C, respectivamente).


6.2.5.11 Lazo 100-LAH-401

Este lazo se relaciona con el switch de nivel por alto, 100-HLS-401, del estanque 100-TK-400 y

que finalmente actúa como interlock para 100-M-401 y como permisivo para 100-M-101.




Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-19.

6.2.5.12 Lazo 100-LAL-401

Este lazo se relaciona con el switch de nivel por bajo, 100-LLS-401, del estanque 100-TK-400 y

que finalmente actúa como permisivo e interlock para el 100-M-401.



106


Ver Plano N°: A3-100-UACH-05-004-20.

6.2.5.13 Lazo 100-M-401

Este lazo está compuesto por la bomba 100-MP-401. Esta recircula el fluido desde el estanque

100-TK-400, hacia el estanque 100-TK-100.

El funcionamiento de la bomba es del tipo ON-OFF y su banda proporcional es suministrada por

los switches de nivel por alto y por bajo del estanque, es decir 100-LHS-401 y 100-LLS-401,

respectivamente. Estos están configurados para un 80% y el respectivo 20%. Por lo tanto en

esa banda debiera desplazarse dicho nivel.


Debe poseer dos permisivos, si el nivel 100-LIC-101, es mayor de 80% o se activa el switch de

nivel por bajo 100-LAL-401, debe detener dicha bomba y el modo del lazo debe irse a manual.


6.2.6 Diseño de los diagramas samas, para la configuración del control

Los esquemas de control se conforman en dos tipos de diagramas o lógicas, llamados

comúnmente como módulos de control. A saber:

6.2.6.1 Módulo principal

Diagrama que posee en su interior la estructura principal del control, en relación a bloques

generales, tales como: bloques PID, SEL, etc.

Es la estructura de control que se relaciona directamente con las señales de entrada y/o salida,

desde y/o hacia instrumentos, sensores y/o accionamientos des campo.

6.2.6.2 Módulo LG

Diagrama de control, que posee todas las condiciones de operación del módulo principal, es

decir, contiene todos los permisivos (permissives), e interlocks, necesarios para el correcto

funcionamiento del lazo en sí.

107

6.2.7 Dimensionamiento de los equipos a utiliza en el proyecto

Según los cálculos realizados en puntos anteriores, se está en condiciones de dimensionar los

equipos principales del proyecto. Estos corresponden principalmente a los dispositivos de

proceso. En la Tabla 15, se detalla cada uno de estos, describiendo sus atributos y

características más relevantes. Así:

Tabla 15: Características de los equipos de proceso a utilizar (fuente, propia)

6.2.8 Listado de componentes en general

El listado de los materiales y componentes a utilizar en el proyecto, se detallan en los

documentos N°: L-100-UACH-LI-002, L-100-UACH-LI-003, L-100-UACH-LI-004 y L-100-UACH-

LI-005.

6.3 Ingeniería de Detalles

Esta es la última etapa, que corresponde a los pasos de implementación y puesta en servicio

del proyecto. Esta se contempla de los siguientes puntos:

- Revisar la Ing. Básica.

- Realizar los diagramas y planos eléctricos, mecánicos, hidráulico, neumáticos, etc de

montaje definitivos e implementarlos.

- Programar y parametrizar los dispositivos (PLC, AC drives, etc.).

- Diseñar y configurar los HMI/SCADA.

- Realizar la documentación de cada proceso y etapa del proyecto.

- Capacitar al alumnado.

ITEM EQUIPO DESCRIPCION CANTDAD MARCA P/N# OBS01 ESTANQUE V: 0.3 m3 1 - - ABIERTO A LA ATMOSFERA

h: 1 mΦ: 0.6 m

02 ESTANQUE V: 0.3 m3 1 - - SELLADO CON TAPA, DEBE POSERR UN SIFON COMO VENTEOh: 1 mΦ: 0.6 m

03 ESTANQUE V: 1 m3 1 - - ABIERTO A LA ATMOSFERAh: 1 mΦ: 1.1 m

04INTERCAMBIADOR

DE CALORTi: 10 °C 1 - - INTERCAMBIADOR DE PLACAS

Tf: 50 °CQ: 110 KW

CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS DE PROCESO

108

En una implementación futura, se deberá cumplir a cabalidad, cada uno de los puntos

mencionados anteriormente.

109

VII. ESTUDIO ECONOMICO

7.1 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK

Este capítulo se relaciona directamente con el análisis financiero del proyecto, demostrando la

viabilidad del mismo, utilizando herramientas de matemática financiera, tales como V.A.N.,

T.I.R. y PAYBACK

Pero antes de realizar los cálculos necesarios, se conceptualizaran estas herramientas, para así

entender de mejor manera, de que trata todo este análisis. En efecto:

7.1.1 Valor Actual Neto (V.A.N.)

En términos generales, el Valor Actual Neto, también conocido como valor actualizado neto o

valor presente neto (en inglés net present value), cuyo acrónimo es V.A.N. (en inglés, NPV), es

un procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado número de flujos de

caja futuros, originados por una inversión. La metodología consiste en descontar al momento

actual (es decir, actualizar mediante una tasa), todos los flujos de caja (en inglés cash-flow),

futuros determinando la equivalencia en el tiempo 0 de los flujos de efectivo futuros que genera,

un proyecto y comparar esta equivalencia con el desembolso inicial. Dicha tasa de actualización

(k) o de descuento (d) es el resultado del producto entre el coste medio ponderado de capital

(CMPC) y la tasa de inflación del periodo. Cuando dicha equivalencia es mayor que el

desembolso inicial, entonces, es recomendable que el proyecto sea aceptado.

En las transacciones internacionales es necesario aplicar una tasa de inflación particular, tanto,

para las entradas (cobros), como, para las de salidas de flujos (pagos). La condición que

maximiza el margen de los flujos es que la economía exportadora posea un IPC inferior a la

importadora, y viceversa.

El modelo que permite calcular el V.A.N., se refleja en la ecuación (33).

𝑉𝐴𝑁 = ∑ 𝑉𝑡(1+𝑘)𝑡

𝑛𝑡=1 − 𝐼0, (33)

Donde:

𝑉𝑡, representa los flujos de caja en cada periodo t.

𝐼0, es el valor del desembolso inicial de la inversión.

110

𝑛, n es el número de períodos considerado.

𝑘, es el tipo de interés.

Si el proyecto no tiene riesgo, se tomará como referencia el tipo de la renta fija, de tal manera

que con el VAN se estimará si la inversión es mejor que invertir en algo seguro, sin riesgo

específico. En otros casos, se utilizará el coste de oportunidad.

7.1.2 Tasa Interna de Retorno (T.I.R.)

La tasa interna de retorno o tasa interna de rentabilidad (TIR), de una inversión es el promedio

geométrico de los rendimientos futuros esperados de dicha inversión, y que implica por cierto, el

supuesto de una oportunidad para "reinvertir". En términos simples, diversos autores la

conceptualizan como la tasa de descuento con la que el valor actual neto o valor presente neto

(V.A.N. o V.P.N.), es igual a cero.

La TIR puede utilizarse como indicador de la rentabilidad de un proyecto: a mayor TIR, mayor

rentabilidad; así, se utiliza como uno de los criterios para decidir sobre la aceptación o rechazo

de un proyecto de inversión. Para ello, la TIR se compara con una tasa mínima o tasa de corte,

el coste de oportunidad de la inversión (si la inversión no tiene riesgo, el coste de oportunidad

utilizado para comparar la TIR será la tasa de rentabilidad libre de riesgo). Si la tasa de

rendimiento del proyecto, expresada por la TIR, supera la tasa de corte, se acepta la inversión;

en caso contrario, se rechaza.

7.1.3 Periodo Medio de Maduración (PAYBACK)

El Payback, bien denominado periodo medio de maduración, es uno de los llamados métodos

de selección estáticos. Se trata de una técnica que tienen las empresas, para hacerse una idea

aproximada del tiempo que tardarán, en recuperar el desembolso inicial invertido en el proceso

productivo; es decir, el número de días que normalmente los elementos de circulante completen

una vuelta o ciclo de explotación.

Existen diversos sub-periodos que forman el periodo medio de maduración. Si se considera una

empresa de tipo industrial, se puede descomponer el periodo medio de maduración en 5 sub-

periodos:

111

7.3.1.1 Periodo medio de aprovisionamiento

Representa el número de días que generalmente la primera materia, se encuentra en el

almacén a la espera de ser utilizada. Se representa por PMa.

7.3.1.2 Periodo medio de fabricación

Es el número de días que normalmente se emplea para fabricar los productos. Se representa

por PMf.

7.3.1.3 Periodo medio de venta

Es el número de días que normalmente se utiliza, para vender los productos una vez fabricados.

Se representa por PMv.

7.3.1.4 Periodo medio de cobro

Es el número de días que generalmente se utiliza, para cobrar las facturas al cliente. Se

representa por PMc.

7.3.1.5 Periodo medio de pago

Es el número de días en los que habitualmente, tarda en pagar el cliente. Se representa por

PMp.

Esta herramienta es útil para la decisión de aceptar sólo los proyectos e inversiones, que

devuelvan dicho desembolso inicial en el plazo de tiempo que se estime adecuado.

Sin embargo, el payback (plazo de recuperación), como los demás métodos de selección

estáticos, no tiene en cuenta ni el valor actual de los flujos de caja futuros ni el flujo de caja de

los últimos periodos. Por eso, si bien el análisis es más sencillo, no es tan completo como uno

realizado con un método de selección dinámico.

Para el cálculo, se refleja en la ecuación (34)

𝑃𝐴𝑌𝐵𝐴𝐶𝐾 =∑ (𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠𝑡 − 𝐸𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠𝑡)𝑛𝑡=1

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (34)

7.1.4 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK

Se consideran los siguientes datos iniciales (ver Tabla 16).

112

Estos valores se encuentran descritos en el capítulo que describe los costos de inversión inicial.

Tabla 16: Cálculo de Inversión Inicial del Proyecto (fuente, propia)

Además de lo anterior, se realiza en siguiente supuesto:

- Los ingresos como los egresos aumentan en una razón del 10% cada año.

Tomando en cuenta que los ingresos corresponde al arancel cancelado por 8 estudiantes, por

los 5 años de análisis.

Por el lado de los egresos, para el primer año de análisis, considera todos los gastos de la

inversión inicial, luego para los años 2 @ 5, los egresos corresponde al pago del profesor más

el coste por energía. En la Tabla 17, se describe el flujo respectivo.

Según la literatura consultada, una tasa de descuento para este tipo de proyectos es cercana al

15%, por tal motivo, se utilizara ésta.

Tabla 17: Cuadro de Cálculo de Flujo de Caja (fuente, propia)

Finalmente, se procede al cálculo del V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (ver Tabla 18).

ITEM VALOR UNIDADVALOR DE DOLLAR AL 28.12.14 $ 607,70 CLP

N° ITEM VALOR (USD) VALOR (CLP)01 Sistema DCS. $ 17.143 $ 10.417.77102 Equipamieto anexo lab. $ 59.011 $ 35.860.98503 Sueldo profesor part-time. $ 3.554 $ 2.160.00004 Energía Eléctrica. $ 254 $ 154.529

$ 79.963 $ 48.593.284

DATOS INICIALES PARA CALCULOS DE V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (referidos en 12 meses)

INVERSION INICIAL TOTAL

ITEM VALOR/UNITARIO CANTIDAD VALOR TOTAL UNIDADArancel Estudiantes $ 3.060.000 8 $ 24.480.000 CLP

ITEM\PERIODO AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5INGRESOS (CLP) $ 24.480.000 $ 26.928.000 $ 29.620.800 $ 32.582.880 $ 35.841.168EGRESOS (CLP) $ 48.593.284 $ 2.545.982 $ 2.800.580 $ 3.080.638 $ 3.388.702

FLUJO NETO ECONOMICO (CLP) -$ 24.113.284 $ 24.382.018 $ 26.820.220 $ 29.502.242 $ 32.452.466

Aumento proyectado anual de Arancel (10%):Aumento proyectado anual de Costos (10%):

CALCULO DE LOS INGRESOS DEL PROYECTO

FLUJO DE CAJA DEL PROYECTO

Consideraciones:1,101,10

113

Por tanto, con este V.A.N. y T.I.R., se puede concluir que el proyecto es rentable. Además

manteniendo las condiciones de cálculo, es decir, los aumentos tanto de arancel y costos (10%

anual), y 8 estudiantes por semestre, la inversión se recupera en 3 años, aproximadamente.

Tabla 18: Cuadro Cálculo V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (fuente, propia)



FLUJO NETO ECONOMICO (CLP) -$ 24.113.284 $ 24.382.018 $ 26.820.220 $ 29.502.242 $ 32.452.466

TASA DECTO. 15%V.A.N. $ 55.321.416T.I.R. 1,02%

PAYBACK 3,17 Años





114

VIII. CONCLUSIONES Y/O REFLEXIONES

- Considerando la gran cantidad de sistemas de control distribuido (DCS), existente en plantas y

fábricas industriales que operan en Chile y teniendo una visión de futuro, referente a la

proyección industrial con relación a la instalación de un gran volumen de industrias, del rubro

principalmente minero y forestal , se hace necesario preparar ingenieros civiles electrónicos, con

una fuerte orientación a la teoría de sistemas de control distribuido, debido a la inminente

necesidad de especialista de este tipo por las razones ya comentadas. Otro punto de fundamento

fuerte, radica en la existencia de escasas universidades que actualmente poseen un laboratorio

con esta características (DCS más maqueta de operación), por lo tanto, es una posibilidad

concreta, que la UACH, pudiera ser más competitiva en este mercado laboral (industria).

- En términos técnicos, el laboratorio y maqueta de procesos, podría ser implementado en un

futuro, pero antes de realizarlo, es necesario normalizar el laboratorio existente (lugar fijado para

el sistema DCS), es decir el LABORATORIO “C”, DE AUTOMATIZACION Y CONTROL, en

términos del sistema eléctrico de puesta a tierra y en relación a la red húmeda. Respecto al

primero, no existe un punto claro que conecte con la malla de tierra, instalada en dicho

laboratorio. Referente a la red húmeda, no se encuentra algún arranque de agua, suministro vital

para el funcionamiento de la maqueta de procesos.

- En términos financiero y según el estudio económico llevado a cabo en la presente memoria, se

desprende que el proyecto puede ser implementado sin mayores inconvenientes,

económicamente hablando. Lo anterior se detalla debido a los valores de los siguientes ratios:

VAN: $ 55, 321,416 CLP, TIR: 1,02% y PAYBACK: 3 años app.

- Se desarrollaron todos los cálculos (diseño), respectivos a la disciplina eléctrica, control y

mecánica, sin embargo, no se posee las competencias para validar los resultados de los cálculos,

referente a la ingeniería mecánica. Para la implementación se hace necesario validar los

cálculos, por algún profesional del ámbito y luego autorizar construcciones y montajes.

- La presente memoria se desarrolla con un enfoque orientado a proyecto, el cual enfrenta varias

etapas bien definidas, pero pone en énfasis el estudio técnico - económico buscando en ser un

aporte para generaciones futuras, que decidan llevar a cabo un proyecto de esta naturaleza o

similar.

115

IX. BIBLIOGRAFIA

• Villajulca, J. (2011, 14 de Octubre). Introducción a los DCS: Sistemas de Control [Instrumentación

y Control. Net] de http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-

sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-

distribuido.

• León A. (2011, 17 de Marzo). Sistemas de Control Distribuido (DCS) de

http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-distribuido-dcs-7298975.

• Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System.

• Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4.

• Emerson, P. (2013). DeltaV™ Continuous Historian DeltaV Product Data Sheet.

• Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos

de B.T.

• Rittal, (2013). System Climate Control.

• SOFOFA, (2014). Economía y Negocios.

• ISA (1992) Instrumentation Symbols and Identification

116

http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido



http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-distribuido-dcs-7298975

ANEXO A.1 EJEMPLO DE DESARROLLO DE INGENIERIA DE CONTROL EN DELTAV

Se desea control un sistema de nivel de un estanque ficticio. En efecto:

A.1.1 Presentación de la ingeniería de procesos

Para este ejemplo, se considera realizada la ingeniería de proceso, por alguna empresa

externa, cuya resultado final es la entrega de un plano PI&D (Figura A.1.1).

Figura A.1.1: Diagrama de procesos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

La descripción del proceso en cuestión, trata de la descarga del fluido del estanque, generando

así un flujo, a través de una línea determinada (cañería). El objetivo de este trabajo, es realizar

un control de flujo, utilizando las herramientas de DeltaV. Para ello primero:

A.1.2 Creación de los módulos de control

Según lo visto anteriormente, para realizar el control de algún proceso, se deben crear lógicas

de control, en términos de módulos. Para este caso, se diseñaran 4 módulos, distribuidos tanto

para el equipamiento de proceso y el lazo de flujo. Según la Figura A.1.1, los lazos resultan:

- LI-101

- MTR-101

- XV-101

- FIC-101

117

Con estas designaciones se nombrarán los módulos a crear en DeltaV. Las etiquetas:

- LT-1

- XI-1

- ZX-1

- LSC-1

- XV-1

- FT-1

- FY-1

Corresponden a los Device Tags que se utilizarán para los transmisores, válvulas y los otros

equipos de E/S.

Por tanto la información anterior se resumirá en la Tabla A.1.1.

Tabla A.1.1: Información asociada a la creación de los módulos de control (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Módulo de Control Descripción Propósito Device Tag

de entrada Device Tag de salida

LI-101 Indicador de nivel Monitorear en nivel del producto del estanque LT-1 -

MTR-101 Motor de 2 estados con interlocks Poner en servicio y detener la bomba XI-1 ZX-1

XV-101 Válvula de bloque on-off Abrir o cerrar la válvula que descarga el estanque. LSC-1 XV-1

FIC-101 Lazo de control de flujo Regula el flujo FT-1 FY-1

Los Device Tags, son asignados a los canales de las tarjetas de E/S, vistas anteriormente. Esta

actividad forma parte la configuración de E/S, que debe poseer un proyecto de control.

A.1.3 Carta de función secuencial (SFC)

Una vez que se han creado los 4 módulos, se creará uno más denominado: SFC-START, que

utilizará un algoritmo SFC para vaciar de forma automática el estanque. Los pasos de la

secuencia se describen a continuación:

1) Poner en automático el lazo del flujo, para así controlar el flujo a la salida, mediante la

válvula FY-1. El lazo es FIC-101.

2) Especificar el setpoint deseado con que trabajará el lazo de flujo (FIC-101).

118

3) Esperar que la válvula de regulación abra (FY-1), para luego abrir la válvula de bloque

(XV-1), lazo (XV-101).

4) Dar partida al motor de la bomba (MTR-101).

5) Conformar que el motor quedó en funcionamiento.

A.1.4 Creación de una pantalla de operación

Se diseñara una representación gráfica del sistema del estanque, tal y como se ilustra en la

Figura A.1.2, y de esa manera permitir que el operador, controle el proceso.

Figura A.1.2: Pantalla de operación para el sistema (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Ahora se debe crear y configurar el proceso en la aplicación llamada DeltaV Explorer, en efecto:

A.1.5 Configurando DeltaV Explorer

Como se menciona anteriormente, esta aplicación permite definir las características del sistema

y visualizar por completo la estructura y layout tanto del hardware como la configuración.

Algunas actividades que pueden realizar en DeltaV Explorer:

- Agregar estaciones de trabajo y controladores en la base de datos.

119

- Agregar áreas de planta y módulos de control en la base de datos.

- Agregar y editar tipos de alarmas y prioridades de las mismas.

- Editar propiedades de las redes, estaciones de trabajo y controladores.

- Descargar módulos de control en los controladores.

- Cargar y asignar licencias.

Cuando se crean estrategias de control, se puede simplemente “arrastrar y dejar” (drag-and-

drop), módulos de control desde una librería cualquiera, hacia el área de planta.

A.1.5.1 Abriendo DeltaV Explorer

Para abrir esta aplicación, seguir la ruta (esta ruta es para todos los sistemas DeltaV que se

instalan, es decir viene por defecto):

Start | All Programs | DeltaV | Engineering | Deltav Explorer, ver Figura A.1.3

Figura A.1.3: Ruta para llegar a DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Se abre DeltaV Explorer (Figura A.1.4).

Debajo del menú view, existen varias opciones. Además los íconos se pueden modificar a

pequeños, por defecto o grandes. Se puede escoger tener detalles adicionales, etc. En general

esta aplicación se puede modificar, en términos de apariencia según se desee y estime

conveniente, para la comodidad de realizar un buen trabajo.

120

A.1.5.2 Navegando en DeltaV Explorer

En el panel izquierdo (Figura A.1.4), se muestra la información de la configuración de la base de

datos. En el panel derecho, se lista el contenido del objeto seleccionado en el panel izquierdo.

En general, DeltaV Explorer, puede ser rápidamente aprendido por simple inspección, ya que

como se comenta más arriba, es muy similar en apariencia a Windows Explorer.

Figura A.1.4: Apertura de aplicación DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

A.1.5.3 Explorando las fichas de librería (Function Block Templates)

Las fichas de librería se dividen en varias partes. En efecto:

A.1.5.3.1 Fichas de bloques de función (Function Block Templates)

Cada ficha de función de bloques, posee bloques de función únicos. Para visualiza estos

realizar lo siguiente:

1) Abrir DeltaV Explorer.

2) Expandir librería ir a Function Block Templates (Figura A.1.5)

3) Hacer click en botón Details

4) Seleccionar Analog Control (Figura A.1.6)

121

5) Realizar click en otra ficha de bloques de función, para ver su contendido.

6) Cerrar la ficha de bloques de función.

A.1.5.3.2 Fichas de módulos (Module Templates)

Las fichas de módulos, proveen de estrategias de control básicas, para tareas de control

comunes, tales como: control análogo, monitoreo, control de motores, de válvulas.

Para ver algunas de estas fichas realizar lo siguiente:

1) Expandir Module Template y Analog Control.

2) Realizar click en Analog Control para ver detalles del módulo.

Figura A.1.5: Ejemplo de navegar en DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

3) Seleccionar el módulo. El contenido se listara en el panel derecho. (Figura A.1.7).

4) Cerrar Module Template.

A.1.6 Configurando y descargando la estrategia de control

Luego de haber observado cómo se trabaja con DeltaV Explorer, se está en condiciones de:

122


- Crear y nombrar un área de planta y allí alojar los módulos de control creado.


- Crear los módulos que especifican; las entradas, procesamiento, salidas, alarmas y

condiciones para el equipamiento de proceso, lazos de control y otras partes del

proceso.

- Crear una carta de función secuencial (SFC), de manera de automatizar el proceso.

123

En rigor, no es necesario generar un SFC, el, control se puede realizar de otra manera si se

desea, todo dependerá de cómo el operador querrá operar el proceso, es decir, que tan fácil le

resulta activar bombas, abrir/cerrar válvulas, etc. Sin embargo, en muchos casos, es utilizado

SFC, y de esa manera, minimizar la intervención de operador.

Existen varias formas de crear módulos de control, algunos de ellos:

- En DeltaV Explorer, se puede copiar un módulo desde la librería, arrastrando y soltando

dentro del área de planta (creada), y luego renombrarlo.

- En la aplicación de Control Studio, se puede comenzar desde un módulo existente,

modificándolo y luego grabándolo en el área de planta, bajo un nuevo nombre.

- Desde Control Studio, se puede comenzar con la creación de un módulo desde el

principio, arrastrando y soltando bloques de función, según se necesiten y luego

grabándolo en el área de planta, bajo un nuevo nombre.

- Cerrar Module Template.

A.1.6.1 Creando y nombrando áreas de planta

Las áreas de planta corresponden a divisiones lógicas, basadas en software que no

necesariamente corresponden a las áreas de la planta física. Las áreas de planta contienen los

módulos que generan las estrategias de control. Se puede tener como máximo, 100 áreas de

plantas. Es muy importante considerar, que como se defina las áreas de planta se va a afectar

todo el esquema de seguridad de la planta, por que con esto se puede dar acceso, al sistema

en cuestión.

Cuando se instala DeltaV entrega por defecto, un área llamada AREA_A. Esta no se puede

eliminar ni renombrar porque es esencial para las operaciones del sistema y para ejecutar

ciertas funciones de DeltaV.

En el contexto de este anexo, que trata principalmente del desarrollo de un sistema de control

de flujo, para un estanque, se creara un área de planta llamada TANK-101, en cuyo interior se

alojaran los módulos ya creados. El nombre debe ser de 10 caracteres o menos y pueden ser

solamente alfa-numéricos,-, y _.

124

Para la creación de área:

1) En DeltaV Explorer apuntar con mouse a Control Strategies y luego realizar click

derecho.

2) Seleccionar New Area del contenido del menú (ver Figura A.1.8).

Figura A.1.8: Ejemplo de creación de área nueva (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Una nueva área llamada AREA1 aparece y se encuentra en condiciones de renombrarse.

3) Ingresar un nuevo nombre, que en este caso será TANK-101 y luego presionar Enter.

En este momento se encuentra disponible, para la creación de módulos de control.

A.1.6.2 Utilizando DeltaV Explorer, para copiar un módulo (MTR-101)

El proceso descrito en la Figura A.1.1, tiene una bomba de dos estados (on-off). Los interlocks

de la bomba poseen ciertas condiciones. A continuación se copiara un módulo desde la librería

hacia el área TANK-101. Luego se utilizará Control Studio para modificar el módulo.

Es importante destacar, que al momento de copiar un módulo desde la librería, se copia

también, la colección de históricos (process history view). La colección de históricos es

agregada al módulo o al parámetro del nodo. Además este define la estrategia de colección de

datos (la forma de mostrar el valor, el periodo de sampling, etc.). Los módulos en las librerías,

que incluyen la colección de históricos, no requieren del sets de la estrategia comentada

anteriormente

El procedimiento para crear el módulo se copiará este y se renombrará:

125

1) En DeltaV Explorer, abrir librería | Modules Templates | Motors-2State y seleccionar

MTR-11_ILOCK.

2) Arrastrar y soltar el módulo MTR-11_ILOCK dentro del área de ´planta llamada TANK-

101.

3) Copiar y pegar nuevamente el módulo MTR-11_ILOCK, en la misma área de planta,

obteniendo por defecto el módulo: MTR-11_ILOCK_1.

4) Renombrar el módulo con el nombre MTR-101 (ver Figura A.1.9).

Figura A.1.9: Ejemplo modificación de módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

A.1.6.3 Introducción a la aplicación de Control Studio

En general con control studio se puede realizar tareas de configuración y creación de módulos

de control, asociados a estrategias, que permiten controlar procesos determinados. La ventana

principal de esta aplicación, contiene diferentes secciones llamadas “vistas” (views), que se

utilizan para definir las características de un módulo. En la Figura Figura A.1.10, se visualiza un

módulo dese la aplicación control studio.

Según la Figura A.1.10, se puede visualizar las partes que conforman, en términos generales,

control studio. A saber:

Vista del diagrama (Diagram View), utilizado para la creación de los algoritmos de control en

126

Figura A.1.10 Ambiente en control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

los módulos, de forma gráfica, entorno a un diagrama (incluye la “paleta” de componentes, que

pueden ser ubicados en el diagrama).

Vista de parámetros (Parameters View), se utiliza para definir las características del módulo,

tales como: límites de alarmas, valores por defecto, modos de funcionamiento, otros.

Vista jerárquica (Hierarchy View), utilizado para ver la jerarquía de los elementos, que forman

el módulo.

Vista de alarmas (Alarms View), con esta vista se visualiza las propiedades de las alarmas

definidas en el módulo, como por ejemplo: límites, prioridades, otra información.

La paleta de datos, muestra los componentes que pueden ser agregados al diagrama utilizando

drag-and-drop. En general, existen 6 paletas distribuidas de la siguiente manera: 5 contiene

bloques de funciones básicas y la última, posee componentes especiales (special ítems).

Referente a la paleta, esta puede ser modificada a gusto, variando los tamaños de las funciones

que muestra, personalizando los bloques que puede poseer la paleta, etc. todo lo anterior, se

puede resumir en un cuadro de preferencias, que se muestra en la Figura A.1.11.

127

Figura A.1.11: Diagrama de preferencia, para modificación de la paleta (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

A.1.6.3.1 Filtrado de parámetros

Los parámetros, son datos utilizados en los bloques de función de un módulo, para realizar

cálculos y tareas lógicas. Algunos parámetros, son definidos como inmodificables,

especialmente en algunos bloques de función. Otros se pueden definir con valores comunes

utilizados en gran parte de la estrategia de control.

Algunos bloques de función, posee gran cantidad de parámetros. Para una búsqueda rápida de

los parámetros necesitados, existen opciones de filtrado.

A.1.6.4 Creando un módulo de control (XV-101), en Control Studio, utilizando una

ficha de librería (Library Template)

Para generar el módulo en control studio, realizar lo siguiente:

1) Abrir la aplicación control studio con la siguiente ruta: click con botón start | All Programs

| DeltaV | Engineering | Control Studio. Ver Figura A.1.12.

2) Escoger una ficha (template), desde la librería, haciendo click File | New. En el nuevo

cuadro de diálogo, seleccionar Start From Existing y click en botón Browse (ver Figura

A.1.13).

Se abre el cuadro de Browse que aparece en la Figura A.1.14.

1) Click en el campo que define el tipo de objeto (Object_Type), y luego se selecciona el

Module Template.

128

2) Luego en el cuadro se lista el contenido del Module Template. Para este caso se

seleccionara, realizando doble click: Valves-Normally Closed.

Figura A.1.12: Ruta activación control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Figura A.1.13: Ruta para escoger template nuevo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

3) Del contenido de Valves-Normally Closed, seleccionar VLVNC-11.

4) Finalmente, realizar OK.

En la aplicación Control Studio, mostrará un módulo de control, sin nombre (UNTITLED),

copiado de VLVNC-11 (ver Figura A.1.15).

A.1.6.4.1 Modificando el módulo de control XV-101

El módulo creado es relativamente sencillo y en esencia, consiste de un solo bloque de función.

129

Figura A.1.14: Cuadro Browse (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Figura A.1.15: Modulo para una válvula normalmente cerrada (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Para la personalización del módulo, de manera que sea concordante con el proceso de

descarga del estanque, se necesita identificar los Device Signal Tags, tanto para las entradas,

como para las salidas (esto se describió anteriormente).

Así, para modificar el módulo de control:

1) En la vista de diagrama (Diagram View), hacer click en el bloque de función llamada

Device Control, DC1.

130

2) Seleccionar un parámetro, luego realizar click con el botón derecho del mouse y

seleccionar Filter Parameter List (ver Figura A.1.16).

Figura A.1.16: Ruta para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

3) Seleccionar la configuración común para mostrar el grupo de parámetros, que son

identificados, como los más comúnmente utilizados, en la configuración de control de

procesos (ver Figura A.1.17).

4) Seleccionar las casillas requeridas y cerrar con OK el cuadro de filtro.

5) En la vista de parámetros (Parameter View), seleccionar IO_IN_1.

6) Generar doble click en el parámetro IO_IN_1, para abrir el cuadro de propiedades

7) En el campo donde se llena el Device Signal Tags, ingresar LSC-1 (corresponde al

switch de cerrado de la válvula XV-101), ver Figura A.1.18.

El parámetro IO_IN_1 se relaciona directamente con un instrumento de terreno, o un

valor de campo, el cual corresponde a FIELD_VAL_D. Conceptualmente, las señales:

LSC-1 y FIELD_VAL_D en conjunto, forman el Device Signal Tag (DST).

8) En la vista de parámetros, doble click en IO_OUT_1 (en cuadro de propiedades aparece

(Figura A.1.18)).

9) En el campo donde se llena el Device Signal Tags, ingresar XV-1 (corresponde a la

señal de comando hacia la válvula de bloque XV-101). El DST en este caso corresponde

a OUT_D.

131

Figura A.1.17: Cuadro para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Figura A.1.18: Cuadro para setear Device Signal Tags (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

A.1.6.5 Pasos finales para todos los módulos de control

En general, existen 4 pasos que se deben realizar, al momento de crear módulos de control. A

saber:

- Identificar las pantallas de operación que se encuentran asociadas al módulo.

- Asignar un controlador al módulo.

- Grabar el módulo en la base de datos.

132

- Verificar la configuración del módulo.

A.1.6.5.1 identificación de las pantallas de operación, asociadas al módulo

Existen 3 tipos de pantallas asociadas a módulos de control: la pantalla primaria de control (The

primary picture control), la pantalla de facaplate (The faceplate picture), y la pantalla de detalles

(The Detail picture).

Para identificar la pantalla primaria de control realizar lo siguiente:

1) En Control Studio, hacer click en el botón de propiedades, luego el cuadro de dialogo de

las propiedades aparece.

2) Realizar un click en la pestaña Display y en el campo que dice Primary Control ingresar

TANK-101, ver Figura A.1.19. Este será el nombre de la pantalla principal de control

(Primary Control), el cual estará asociada a este módulo de control. Cabe destacar que

los campos: Detail y Faceplate, viene configurados por defecto, pero pueden

modificarse.

3) Cerrar cuadro con OK.

A.1.6.5.2 Asignación de controlador al módulo de control

Una vez configurado el controlador (ver 5.6.1.4 Controlador DeltaV (DeltaV Controller)), realizar

lo siguiente:

1) Click en el botón Assign to Nodo, ubicado en la barra de herramienta (ruta: File | Assign

to Nodo). Aparece el cuadro de dialogo, ver Figura A.1.20.

2) Seleccionar el controlador.

3) Cerrar con OK.

A.1.6.5.3 Grabar módulo de control

Para grabar el módulo realizar lo siguiente:

1) Click en botón save de la barra de herramientas, ruta: File | Save As, se abre cuadro

Browse.

2) En el campo Objects Type y seleccionar Modules.

133

Figura A.1.19: Cuadro de propiedades de un módulo de control (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Figura A.1.20: Cuadro de selección de controladores (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

3) En el campo Look In, seleccionar Control Strategies y realizar un doble click en TANK-

101.

4) En el campo Object_Name tipiar XV-101 el cual corresponde al nombre con que se

guardará este módulo (ver Figura A.1.21).

5) Hacer click en Save.

134

Figura A.1.21: Cuadro de grabado para módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

A.1.6.5.4 Verificar la configuración del módulo

Para verificar la configuración del módulo:

1) Click en botón Properties de la barra de herramientas, ruta: File | Properties. Se abrirá el

cuadro de dialogo de propiedades.

2) Click en la pestaña Tools.

3) Seleccionar botón Verify Now, lo cual desplegara un mensaje indicando, que la

verificación ha ocurrido (ver Figura A.1.22).

A.1.6.6 Creando el módulo LI-101, desde un borrador

Para crear un nuevo módulo realizar:

1) En Control Studio, seleccionar botón New module en la barra de herramientas, ruta: File

| New. Se desplegará el cuadro de nuevo (ver Figura A.1.23).

2) Hacer click para aceptar, los settings por defecto, del cuadro. La aplicación control studio

abre un diagrama de bloques de función en blanco, sin nombre (untitled).

Para agregar y modificar un bloque de función, referente a una entrada análoga:

3) Click en la palabra, ubicada sobre el lado derecho, de la pantalla y seleccionar IO, desde

el menú. Un listado de bloques de función relacionados con E/S, se listarán.

4) Seleccionar el bloque de función llamado Analog Input (AI), desde la paleta, arrastrar y

soltar este bloque hacia el diagrama (ver Figura A.1.24).

135

5) Para mayor información sobre este bloque, posicionarse en la AI y con botón derecho,

seleccionar What´s this del menú desplegable (ver Figura A.1.25).

Figura A.1.22: Cuadro de propiedades para módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

Figura A.1.23: Cuadro para la creación de nuevos módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

136

Figura A.1.24: Creación de un módulo nuevo, en control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

1) En la lista de parámetros, realizar doble click en HI_HI_LIM.

2) En el cuadro de dialogo de propiedades, modificar el valor a 1000 y luego hacer OK.

3) Realizar doble click en el parámetro IO_IN.

Figura A.1.25: Información acerca del bloque AI (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)

137

4) En el cuadro de dialogo de propiedades, ingresar el DST, LT-1 (el cual se asocia al

transmisor de nivel), luego OK.

En la lista de parámetros, el parámetro llamado L_TYPE (tipo de linealización), tiene un

valor por defecto de Indirect (indirecto). Es muy importante mantener este valor en

indirecto, para así habilitar la definición de las unidades de ingeniería del valor de

entrada.

5) Para setear las unidades de ingeniería (EU), y la escala, generar doble click en el

parámetro OUT_SCALE.

Para mayores detalles referirse al documento N° D800002X112_Getting Started With Your

DeltaV Digital Automation System.

138

ANEXO A.2 CODIFICACION Y LISTADO DE DOCUMENTOS Y PLANOS RELACIONADOS CON EL

PROYECTO

Como parte de la ingeniería básica y de detalles, se hace necesario un sistema que permita

codificar los documentos y planos, necesarios para el diseño y futura ejecución.

Los planos se codifican de la siguiente, manera:

N° de plano: XX-100-UACH-YY-ZZZ.

- XX, corresponde al tipo de formato del plano. Para ese proyecto se utiliza los siguientes

formatos:

• L (Carta)

• A3

• A2

• A1

- 100, corresponde al número designado por el proyecto.

- UACH, describe que el proyecto se realiza en la Universidad Austral de Chile.

- YY, corresponde al tipo de disciplina, que corresponde al plano. Para este proyecto se

utiliza las siguientes disciplinas:

• 02, Disciplina Mecánica.

• 03, Disciplina Eléctrica.

• 05, Disciplina Control y Redes de Comunicaciones.

• 06, Disciplina de Proceso.

• ZZZ, correlativo del plano.

139

Los documentos tipos memorias de cálculos e informes en general, posee la siguiente

codificación.

N° de documento: XX-100-UACH-WW-ZZZ.

Aquí WW, indica el tipo de documento. Para ese proyecto se utiliza los siguientes formatos:

- MC, indica que el documento corresponde a una memoria de cálculos del tipo, eléctrica,

mecánica, de procesos, etc.

- DT, indica que es del tipo diagrama de tiempo, tales como: cartas Gantt, cronogramas,

etc.

- LI, indica que es del tipo de listado de información.

A continuación se lista la cantidad de documentos que posee el proyecto. En efecto:

140

Tabla A.2.1: Listado de documentos del proyecto (fuente, propia)

141

ANEXO A.3 PROGRAMA ASIGNATURA SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO

Se considera clases una vez a la semana (sábado de preferencia), por 4 horas cronológicas

(desde 09:00 a las 13:00), duración del curso: 1 Semestre.

142

Figura A.3.1: Programa de Asignatura Sistemas de Control Distribuido (fuente, propia)

144

ANEXO A.4 DETALLE DE COSTOS INVOLUCRADOS EN EL DISEÑO DEL LABORATORIO DCS

A continuación, se listan las tablas, donde se detalla, los costos asociados al diseño y futura

implementación del laboratorio DCS. Se debe mencionar que esta información incluye tanto el

valor de los componentes del sistema DCS, propiamente tal, como sus equipos anexos a este.

Para los cálculos, se consideran valores con IVA y se ponderan con un factor de seguridad de

un 25%, al valor mismo, por cambios de tasas u otros motivos económicos. En efecto:

A.4.1 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDC-001

Este cuadro especifica los costos incurridos en el diseño del tablero que relaciona, directamente

el kit de laboratorio y sus periféricos de entrada y salida, ver Tabla A.4 1.

A.4.2 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDF-001

Este cuadro especifica los costos incurridos en el diseño del tablero que relaciona, directamente

la alimentación de los equipos, que forman parte de la maqueta de procesos, ver Tabla A.4 2.

A.4.3 Cuadro de costos, referente al material de instrumentación

Este cuadro especifica los costos incurridos en la compra e instalación de la instrumentación

necesaria, para el funcionamiento y puesta en marcha, de la maqueta de procesos, ver Tabla

A.4 3.

A.4.4 Cuadro de costos, relacionado con la disciplina mecánica y estructural

Este cuadro especifica los costos incurridos en la compra montaje de todos los componentes

mecánicos y estructurales, tales como cañerías, fitinería, estanques, etc., ver Tabla A.4.4.

145

Tabla A.4 1: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDC-001(fuente, propia)

146

Tabla A.4 2: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDF-001(fuente, propia)

147

Tabla A.4 3: Costos incurridos en instrumentación y anexos (fuente, propia)

Tabla A.4 4: Costos incurridos en materiales de disciplina mecánica (fuente, propia)

148

ANEXO A.5 PLANOS Y DOCUMENTOS DEL PROYECTO

149

CALCULO DISISPACION TERMICA DCSTRABAJO TITULO:

IMPLEMENTACION DE LABORATORIO DE CONTROL DISTRIBUIDO EN BASE AL SISTEMA DELTA V, EMERSON, PARA EL INSTITUTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA, FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA, UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE.

Tipo de producto N/P Tension de Trabajo (VDC) Potencia/Unidad (W) Cantidad Potencia Total (W)S‐series SD Plus Controller SE3006 24 5,0 1,0 5,0

24‐VDC System Power Supply SE5009 220 VC/24 VDC 10 1,0 10,0S‐series Profibus DP Interface Card SE4022 ‐ 10,1 1,0 10,1

S‐series H1 I/O Card with Integrated Power SE4017P1 24 10,2 1,0 10,2S‐series DeviceNet Interface Card SE4016 24 11,4 1,0 11,4

AI Card: 8 Channels 4‐20 mA, HART, Fused 8‐channel Terminal Block SE4003S2B2 24 10,1 1,0 10,1S‐series Serial Interface SE4006P2 ‐ 5,1 1,0 5,1

AO Card: 8 Channels 4‐20 mA, HART, Fused 8‐Channel Terminal Block SE4005S2B2 24 11,9 1,0 11,9

DICard: 8 Channels, 24Vdc, Dry Contact, Fused 8‐Channel Terminal Block SE4001S2T2B2 24 2,9 1,0 2,9

DO Card: 8 Channels 24Vdc, Isolated, 8‐Channel Terminal Block SE4002S1T1B1 24 4,9 1,0 4,9

Potencia total 81,6

Tipo de producto N/P Tension de Trabajo (VDC) Corriente/Unidad (A) Cantidad Corriente Total (A)24‐VDC System Power Supply SE5009 220 VC/24 VDC 6,1 1,0 6,1

S‐series Profibus DP Interface Card SE4022 ‐ 0,6 1,0 0,6S‐series H1 I/O Card with Integrated Power SE4017P1 24 1,6 1,0 1,6

S‐series DeviceNet Interface Card SE4016 24 0,6 1,0 0,6AI Card: 8 Channels 4‐20 mA, HART, Fused 8‐channel Terminal Block SE4003S2B2 24 0,3 1,0 0,3

S‐series Serial Interface SE4006P2 ‐ 0,3 1,0 0,3AO Card: 8 Channels 4‐20 mA, HART, Fused 8‐Channel Terminal Block SE4005S2B2 24 0,3 1,0 0,3

DICard: 8 Channels, 24Vdc, Dry Contact, Fused 8‐Channel Terminal Block SE4001S2T2B2 24 0,1 1,0 0,1

DO Card: 8 Channels 24Vdc, Isolated, 8‐Channel Terminal Block SE4002S1T1B1 24 0,2 1,0 0,2

Corriente total 10,1Corriente con Factor de Sobrecarga (25%) 12,6

MAXIMA DISIPACION DE POTENCIA POR COMPONENTE REFERIDO AL SISTEMA DCS SOLAMENTE

CALCULO COMSUMO REFERIDO AL SISTEMA DCS SOLAMENTE

CALCULO DISIPACION ENERGIA DCS

Calculó: JMCSPreparó: JMCSFecha: 28.12.14Revisó: PRFecha: 28.12.14Aprobó: IEE

N° Doc: L‐100‐UACH‐MC‐001REV.: 00 N° ARCH: L100UACHMC001_0.pdf

ESTUDIO ECONOMICOTRABAJO TITULO:


ITEM VALOR UNIDADVALOR DE DOLLAR AL 28.12.14 $ 607,70 CLP

N° ITEM VALOR (USD) VALOR (CLP)01 Sistema DCS. $ 17.143 $ 10.417.77102 Equipamieto anexo lab. $ 59.011 $ 35.860.98503 Sueldo profesor part‐time. $ 3.554 $ 2.160.00004 Energía Eléctrica. $ 254 $ 154.529

$ 79.963 $ 48.593.284



FLUJO NETO ECONOMICO (CLP) ‐$ 24.113.284 $ 24.382.018 $ 26.820.220 $ 29.502.242 $ 32.452.466

TASA DECTO. 15%V.A.N. $ 55.321.416T.I.R. 1,02%

PAYBACK 3,17 Años

DATOS INICIALES PARA CALCULOS DE V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (referidos en 12 meses)

INVERSION INICIAL TOTAL







CALCULO DISISPACION TERMICA TDFTRABAJO TITULO:


ITEM COMPONENTE P/N # FABRICANTE POT UNI (W) CANTIDAD POTENCIA TOTAL (W)01 FUSIBLES 16 A 013016 LEGRAND 1,9 2 3,802 CONVERTIDOR DE FRECUENCIAS NXL 00012C2C1SSS00AA VACON 370 1 37003 CONTACTOR IEC 16 A, 24 VDC 100‐C16EJ01 ALLEN BRADLEY 1,5 1 1,504 E3 BASIC RELE 193‐EC1CB ALLEN BRADLEY 3,2 1 3,205 GUARDAMOTOR, 1.1 KW, 2.5‐4 A GV2‐ME08 SCHNEIDER ELECTRIC 7,5 1 7,506 CONTACTOR IEC 16 A, 24 VDC LP1‐K0601BD SCHNEIDER ELECTRIC 3 1 307 CONTACTOR IEC 25 A, 24 VDC LC1‐D25BD SCHNEIDER ELECTRIC 1,3 1 1,308 DISYUNTOR MAGNETOTERMICO 40, A 4 035 80 LEGRAND 5 1 509 DISYUNTOR MAGNETOTERMICO 6, A 4 035 74 LEGRAND 5 3 15

TOTAL 410,3FACTOR SEGURIDAD 25% 512,875

MAXIMA DISIPACION DE POTENCIA POR COMPONENTE REFERIDO AL TDF‐001 SOLAMENTE



UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILEFacultad de Ciencias de la IngenieríaInstituto de Electricidad y Electrónica.

NOMBRE CODIGO XXXXX

DURACION HORAS TOTALES 88

TEMA

Comprender los conceptos existentes en los diagramas de proceso P&Ids. 1

Sistemas de Control DistribuidoI. IDENTIFICACION DE LA ASIGNATURA

Modelado y Análisis de Sistemas Dinámicos (ELEL 151)REQUISITO(S)

Sistemas de Control Realimentado (ELEL 161)1 Semestre (Teoría - Laboratorio)

Conocer la configuración de la red de control del sistema. 3

II. DESCRIPCION DE LA ASIGNATURACurso teórico-práctico que permite describir el funcionamiento de un Sistema de Control Distribuido, estudiando los conceptos tanto del hardware como software , logrando de esta manera, implementar estructuras de control, para algún proceso determinado. Además permite estudiar redes de comunicación de campo tales como: FF, DN, PF, Serial, 4-20 mA, Digitales.

III. OBJETIVO GENERAL

Conocer los principios de funcionamiento y configuración de un Sistema de Control Distribuido, el cual utiliza redes de comunicación de campo.

IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Configurar los componentes principales de hardware del sistema. 2-3

Configurar las aplicaciones principales (software ), del sistema. 4

Generar lógicas de control, para un proceso determinado. 4


HORASV. CONTENIDOSTema 1: Definición de un sistema de control distribuido (DCS ). - Conceptualización de un DCS.

16

Tema 3: Componentes de hardware de un DCS DeltaV. - Especificaciones de los Carrier (2-Wide & 8 Wide ).

- Descripción del Bus de Campo FIELDBUS FOUNDATION. - Descripción del Bus de Campo PROFIBUS DP .

- Descripción de componentes principales (hardware ), de un DCS. - Descripción de las aplicaciones principales (Software ), de un DCS . - Conceptualización de los diagramas P&IDs. - Uso de un DCS en la industria. - Experiencia práctica.

8

Tema 2: Buses de campos utilizados en los DCS. - Conceptualización de un Bus de Campo.

- Descripción de comunicación discreta (DI & DO).

- Descripción del Bus de Campo DEVICENET . - Descripción de comunicación SERIAL. - Descripción de comunicación análoga 4-20 mA/HART (AI & AO).

- Diagramas de conexionado. - Especificaciones de la red de control.

16

Tema 4: Aplicaciones (software ), en DeltaV - Trabajando con DeltaV Explorer.

16

* AI Card: 8 Channels 4-20 mA, HART, Fused 8-channel Terminal Block. * AO Card: 8 Channels 4-20 mA, HART, Fused 8-Channel Terminal Block. *DI Card: 8 Channels, 24Vdc, Dry Contact, Fused 8-Channel Terminal Block. *DO Card: 8 Channels 24Vdc, Isolated, 8-Channel Terminal Block. - Especificaciones de las fuentes de poder.

- Especificaciones de las interfaces de entrada y salida: *S-series H1 I/O Card with Integrated Power. * S-series Profibus DP Interface Card. * S-series DeviceNet Interface Card. * S-series Serial Interface.

- Conceptualización de las estrategias de control. - Conceptualización de la aplicación Operate y creación de pantallas de operación. - Creación y operación de un proceso. - Conceptualización de la aplicación de históricos y eventos.

8

Tema 6: Experiencia de laboratorio. 24

HORAS TOTALES 88

Tema 5: Proyectos de DCS. - Criterios de diseño. - Cálculos de potencia. - Estimaciones económicas.


VI. METODOLOGIA - Clases expositivas via slides . - Proyecto Semestral. - Laboratorio.

VII. SISTEMA DE EVALUACIONEVALUACION:

- Certamen # 01 35% - Certamen # 02 35%

- Smith & Corripio, " Control Automático de Procesos, Teoría y Práctica", Limusa, 1994.

- Proyecto 30%

VIII. BIBLIOGRAFIA - Emerson P, "Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4", 2005. - Emerson P, "Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4", 2005.



ITEM DESCRIPCION P/N# MARCA CANT UNIDAD USD C/U CLP C/U USD TOTAL CLP TOTAL01 GABINETE METALICO IP55 RAL 7035 800x600x300 mm. 035523 LEGRAND 1 C/U $ 512 $ 321.100 $ 512 $ 321.10002 PLACA MONTAJE LLENA GALVANIZADA PARA ENV. 800x600 mm. 036059 LEGRAND 1 C/U $ 85 $ 53.440 $ 85 $ 53.44003 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 25 A, 6 KA. 407672 LEGRAND 1 C/U $ 15 $ 9.389 $ 15 $ 9.38904 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 20 A, 6 KA. 407666 LEGRAND 1 C/U $ 15 $ 9.389 $ 15 $ 9.38905 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 6 A, 6 KA. 407671 LEGRAND 2 C/U $ 15 $ 9.389 $ 30 $ 18.77806 DCS DELTA V KIT LAB. ‐ EMERSON 1 C/U $ 17.143 $ 10.748.661 $ 17.143 $ 10.748.66107 CANALETA LINA 60x40 mm. 036207 LEGRAND 2 m $ 18 $ 11.340 $ 36 $ 22.68008 RIEL TIPO DIN 15 mm DE PROFUNDIDAD. 037407 LEGRAND 2 m $ 28 $ 17.830 $ 57 $ 35.66009 BORNES PITI 2,5; AWG: 26‐12. 3213968 PHOENIX CONTATC 104 C/U $ 2 $ 1.122 $ 186 $ 116.72210 TOPE FINAL D‐DTI 2,5; BORNERAS 59,5 mm. 3034824 PHOENIX CONTATC 14 C/U $ 1 $ 401 $ 9 $ 5.61811 FUENTE DE PODER, 24 VDC, 230 VAC, 20 A. 2866381 PHOENIX CONTATC 1 C/U $ 406 $ 254.562 $ 406 $ 254.56212 BARRA DE COBRE PARA Tp (VER: DETALLE BARRA Tp). ‐ ‐ 2 C/U $ 32 $ 20.000 $ 64 $ 40.00013 AISLADOR CILINDRICO PARALELO 30x40 mm, M8. 370913040PW ISOLET 4 C/U $ 8 $ 5.000 $ 32 $ 20.00014 CANALETA LINA 40x40 mm. 036206 LEGRAND 1 m $ 13 $ 8.040 $ 13 $ 8.04015 PLACAS DE IDENTIFICACION (VER DETALLE PLACAS DE IDENT.). ‐ ‐ 1 C/U $ 19 $ 12.000 $ 19 $ 12.00016 PILOTO LED COLOR ROJO 22 mm, 230 VAC. XB5EVM4 SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 16 $ 10.000 $ 16 $ 10.00017 VENTILADOR 20/25 m3/h, 230 VAC. SK 3237.100 RITTAL 1 C/U $ 159 $ 99.960 $ 159 $ 99.96018 CELOSIA, 116.5x116.5 mm2. SK 3237.200 RITTAL 1 C/U $ 61 $ 38.080 $ 61 $ 38.08019 RIEL RUC (UNISTRUT). ‐ ‐ 2 m $ 24 $ 15.000 $ 48 $ 30.00020 1x1/c # 12 AWG COLOR CAFE (FASE), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 10 m $ 3 $ 2.000 $ 32 $ 20.00021 1x1/c # 12 AWG COLOR BLANCO (NEUTRO), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 10 m $ 3 $ 2.000 $ 32 $ 20.00022 1x1/c # 18 AWG COLOR VERDE (TIERRA), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 10 m $ 3 $ 2.000 $ 32 $ 20.00023 1x1/c # 18 AWG COLOR ROJO (+), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 10 m $ 3 $ 2.000 $ 32 $ 20.00024 1x1/c # 18 AWG COLOR NEGRO (‐), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 10 m $ 3 $ 2.000 $ 32 $ 20.00025 1x3/c # 10 AWG, MULTIFLEX. MD110006 NEXANS 20 m $ 3 $ 2.000 $ 64 $ 40.00026 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 32 A, 6 KA. 403579 LEGRAND 1 C/U $ 15 $ 9.389 $ 15 $ 9.389

TOTAL $ 18.591 $ 11.656.704 $ 19.129 $ 11.994.080FACTOR 1,25 25% $ 23.239 $ 14.570.880 $ 23.912 $ 14.992.600

BASE: 1 USD= CLP$ 627

MATERIALES 100‐TDC‐001


N° Doc: L‐100‐UACH‐LI‐002REV.: 00 N° ARCH: L100UACHLI002_0.pdf



ITEM DESCRIPCION P/N# MARCA CANT UNIDAD USD C/U CLP C/U USD TOTAL CLP TOTAL01 GABINETE METALICO IP55 RAL 7035 800x600x300 mm. 035523 LEGRAND 1 C/U $ 512,12 $ 321.100 $ 512,12 $ 321.100

02 PLACA MONTAJE LLENA GALVANIZADA PARA ENV. 800x600 mm. 036059 LEGRAND 1 C/U $ 85,23 $ 53.440 $ 85,23 $ 53.440

03 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 40 A, 6 KA. 403576 LEGRAND 1 C/U $ 14,97 $ 9.389 $ 14,97 $ 9.38904 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 16 A, 6 KA. 403576 LEGRAND 1 C/U $ 14,97 $ 9.389 $ 14,97 $ 9.389

05 GUARDAMOTOR 1.1 KW, 2.4‐4 A. GV2‐ME08 SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 111,64 $ 70.000 $ 111,64 $ 70.000

06 GUARDAMOTOR 11 KW, 20‐25 A. GV2‐ME22 SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 17.143,00 $ 103.000 $ 17.143,00 $ 103.000

07 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 6 A, 6 KA. 403574 LEGRAND 3 C/U $ 14,97 $ 9.389 $ 44,92 $ 28.16708 REPARTIDOR BIPOLAR 100 A, 20 KA. 004880 LEGRAND 1 C/U $ 36,59 $ 22.940 $ 36,59 $ 22.940

09 CONVERTIDOR DE FRECUENCIAS, 0.37 KW, 2.6 A. NXL00012C2C1SSS00AA VACON 1 C/U $ 350,00 $ 219.450 $ 350,00 $ 219.450

10 RELE DE SOBRECARGA ELECTRONICO E3 BASIC, 5‐25 A. 193‐EC1CB ALLEN BRADLEY 1 C/U $ 718,00 $ 450.186 $ 718,00 $ 450.186

11 CONTACTOR IEC, 220 VAC, 16 A. 100‐C16EJ01 ALLEN BRADLEY 1 C/U $ 210,00 $ 131.670 $ 210,00 $ 131.670

12 CONTACTOR IEC, 220 VAC, 16 A. LP1‐K0601BD SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 71,50 $ 20.000 $ 71,50 $ 20.000

13 RIEL TIPO DIN, 15 mm PROFUNDIDAD. 037407 LEGRAND 1 m $ 28,44 $ 17.830 $ 28,44 $ 17.830

14 CONTACTOR IEC, 220 VAC, 25 A. LC1‐D25BD SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 172,00 $ 8.040 $ 172,00 $ 8.040

15 CANALETA LINA 60x60 mm. 036212 LEGRAND 1 m $ 23,03 $ 14.440 $ 23,03 $ 14.44016 CANALETA LINA 40x60 mm. 036207 LEGRAND 1 m $ 18,09 $ 11.340 $ 18,09 $ 11.340

17 BORNES PITI 2,5; AWG: 26‐12. 3213968 PHOENIX CONTACT 10 C/U $ 1,72 $ 1.078 $ 17,20 $ 10.784

18 TOPE FINAL D‐DTI 2,5; BORNERAS 59,5 mm. 3034824 PHOENIX CONTACT 2 C/U $ 0,61 $ 382 $ 1,22 $ 765

19 BARRA DE COBRE PARA Tp (VER: DETALLE BARRA Tp). ‐ ‐ 1 C/U $ 35,09 $ 22.000 $ 35,09 $ 22.00020 AISLADOR CILINDRICO PARALELO 30x40 mm, M8. 370913040PW ISOLET 2 C/U $ 7,97 $ 5.000 $ 15,95 $ 10.00021 PLACAS DE IDENTIFICACION (VER DETALLE PLACAS DE IDENT.). ‐ ‐ 1 C/U $ 19,14 $ 12.000 $ 19,14 $ 12.000

22 PILOTO LED COLOR ROJO 22 mm, 230 VAC. XB5EVM4 SCHNEIDER ELECTRIC 1 C/U $ 15,95 $ 10.000 $ 15,95 $ 10.000

23 VENTILADOR 20/25 m3/h, 230 VAC. SK 3237.100 RITTAL 1 C/U $ 159,43 $ 99.960 $ 159,43 $ 99.96024 CELOSIA, 116.5x116.5 mm2. SK 3237.200 RITTAL 1 C/U $ 60,73 $ 38.080 $ 60,73 $ 38.08025 1x1/c # 12 AWG COLOR CAFE (FASE), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 30 m $ 3,19 $ 2.000 $ 95,69 $ 60.00026 1x1/c # 12 AWG COLOR BLANCO (NEUTRO), TIPO PRT. SAEJ558 NEXANS 30 m $ 3,19 $ 2.000 $ 95,69 $ 60.00027 FUSIBLES 16 A, 10x38 mm, AM. 013016 LEGRAND 2 C/U $ 4,29 $ 2.690 $ 8,58 $ 5.38028 MODULO I/O BECKHOFF. BK3000 BECKHOFF 1 C/U $ 261,50 $ 163.961 $ 261,50 $ 163.96129 MODULO DE ENTRADA BECKHOFF. BK3001 BECKHOFF 2 C/U $ 150,00 $ 94.050 $ 300,00 $ 188.10030 CABLE PROFIBUS. 35100005 CERVI 30 m $ 4,33 $ 2.715 $ 129,90 $ 81.44731 INTERRUPTOR MAGNETOTERMICO, 230/400 VAC, 50 A, 6 KA. 403581 LEGRAND 1 C/U $ 14,97 $ 9.389 $ 14,97 $ 9.389

TOTAL $ 19.828 $ 1.662.104 $ 19.975 $ 1.753.971FACTOR 1,25 25% $ 24.785 $ 2.077.630 $ 24.969 $ 2.192.464

BASE: 1 USD= CLP

MATERIALES 100‐TDF‐001

$ 627





ITEM DESCRIPCION P/N# MARCA CANT UNIDAD USD C/U CLP C/U USD TOTAL CLP TOTAL

01 PRESSURE TRANSMITTER WITH CAPACITIVE MEASURING CELL AND CERAMIC MEASURING DIAPHRAGM. PMC41RC11F2A11M1 ENDRESS+HAUSER 1 C/U $ 793,00 $ 497.211 $ 793,00 $ 497.211

02 CONTROL VALVE 3/4" φ. EZ FISHER CONTROLS 1 C/U $ 400,00 $ 250.800 $ 400,00 $ 250.80003 TERMPERATURE TRANSMITTER PLUS RTD SENSOR. TMT165 ENDRESS+HAUSER 1 C/U $ 1.514,00 $ 949.278 $ 1.514,00 $ 949.27804 HORIZONTAL ELECTRIC FLOAT LEVEL SWITCH. MS10 ABB 3 C/U $ 250,00 $ 156.750 $ 750,00 $ 470.25005 TERMPERATURE SWITCH. TTR31,1 ENDRESS+HAUSER 1 m $ 500,00 $ 313.500 $ 500,00 $ 313.50006 PAR BLINDADO 1x2/c # 18 AWG. CABLE CTT‐G 0,3KV 1PX16+1X18AW GENERAL CABLE 70 C/U $ 1,80 $ 1.128 $ 125,93 $ 78.96007 CABLE FF 1x2/c # 18 AWG PLUS Sch. 3076F BELDEN 10 m $ 3,60 $ 2.256 $ 35,98 $ 22.56008 ELECTRIC‐VALCE WITH ONE SOLENOID, 24 VDC. 8210G095 RED HAT 1 C/U $ 333,00 $ 208.791 $ 333,00 $ 208.791

TOTAL $ 3.795 $ 2.379.714 $ 4.452 $ 2.791.350FACTOR 1,25 25% $ 4.744 $ 2.974.643 $ 5.565 $ 3.489.188

BASE: 1 USD= CLP

MATERIALES INSTRUMENTACION

$ 627





ITEM DESCRIPCION P/N# MARCA CANT UNIDAD USD C/U CLP C/U USD TOTAL CLP TOTAL01 ESTANQUE 1000 H x Φ1128 mm (ACERO). ‐ ‐ 1 C/U $ 956,94 $ 600.000 $ 956,94 $ 600.00002 ESTANQUE 1000 H x Φ600 mm (ACERO), CON TAPA Y SIFON. 1 C/U $ 1.196,17 $ 750.000 $ 1.196,17 $ 750.00003 ESTANQUE 1000 H x Φ600 mm (ACERO). 1 C/U $ 717,70 $ 450.000 $ 717,70 $ 450.00004 CAÑERIAS DE Φ 3/4", Sch 40 (ACERO). 50 m $ 4,78 $ 3.000 $ 239,23 $ 150.00005 FITINERIA Y OTROS. 1 GL $ 159,49 $ 100.000 $ 159,49 $ 100.00006 BOMBA CENTRIFUGA, 0.37 KW, 50 L/m, 15.5 m. CPm600 PEDROLLO 3 C/U $ 127,59 $ 80.000 $ 382,78 $ 240.000

TOTAL $ 3.163 $ 1.983.000 $ 3.652 $ 2.290.000FACTOR 1,25 25% $ 3.953 $ 2.478.750 $ 4.565 $ 2.862.500

BASE: 1 USD= CLP

MATERIALES ESTANQUES, BOMBAS, FITINERIA Y CAÑERIAS

$ 627



LISTADO DOCUMENTOS PROYECTOTRABAJO TITULO:


ITEMN° de Plano/N° de

DocumentoRev. Titulo Tipo de Dcto. Diciplina N° de Archivo

01 A1-100-UACH-02-001 0 Layout Maqueta Proceso Plano 02 1100UACH02001_0.pdf

02 A3 100 UACH 02 002 0 Esquema Basico de Diseño 100 TK 200 Plano 02 3100UACH02002 0 pdf

MAESTRO DE DOCUMENTOS

02 A3-100-UACH-02-002 0 Esquema Basico de Diseño 100-TK-200 Plano 02 3100UACH02002_0.pdf



05 A1-100-UACH-02-005 0 3-D Layout Maqueta Proceso Plano 02 1100UACH02005_0.pdf

06 A1-100-UACH-02-006 0Disposicion de Componentes de Instrumentación y Accionamientos

Plano 02 1100UACH02006_0.pdf

07 A1-100-UACH-03-001 0 Arquitectura y Detalles 100-TDC-001 Plano 03 1100UACH03001.pdf

08 A2-100-UACH-03-002 0Disposicion Equipos, Diagrama Unilineal y Cuadro de Cargas 100-TDC-001

Plano 03 2100UACH03002_0.pdf

09 A3-100-UACH-03-003 0 Diagramas Elementales Plano 03 3100UACH03003_0.pdf

10 A2-100-UACH-03-004 0 Diagrama Unilineal y Cuadro de Cargas 100-TDF-001 Plano 03 2100UACH03004_0.pdf

11 A2-100-UACH-03-005 0 Arquitectura y Detalles 100-TDF-001 Plano 03 2100UACH03005_0.pdf

12 A3-100-UACH-05-001 0 Esquematico Red de Control 100-CN-001 Plano 05 3100UACH05001_0.pdf

13 A3-100-UACH-05-002 0 Estandard-00-Conexionado a Tierra Plano 05 3100UACH05002_0.pdf

14 A1-100-UACH-05-003 0 Diagrama de Alambrado 100-TDC-001 Plano 05 1100UACH05003_0.pdf

15 A3-100-UACH-05-004 0 Lazos de Control Plano 05 3100UACH05004_0.pdf

16 A3-100-UACH-05-005 0 Esquemas Basicos de Diseño, Montajes Plano 05 3100UACH05005_0.pdf

17 A3-100-UACH-05-006 0 Diagramas de Lazos Plano 05 3100UACH05006_0.pdf

18 A3-100-UACH-05-007 0 Standard Diagramas Sama Plano 05 3100UACH05007_0.pdf

19 A2-100-UACH-06-001 0 P&ID-Heat Transfer Process Plano 06 2100UACH06001_0.pdf

20 L-100-UACH-MC-001 0 Calculo Disipacion Energia DCS System Memoria de Cálculo MC L100UACHMC001_0.pdf

21 L-100-UACH-MC-002 1 Calculo Estudio Economico Memoria de Cálculo MC L100UACHMC002_1.pdf

22 L-100-UACH-MC-003 2 Memoria General de Proyecto Memoria de Cálculo MC L100UACHMC003_2.pdf

23 L 100 UACH MC 004 0 C l l Di i i E i 100 TDF 001 M i d Cál l MC L100UACHMC004 0 df23 L-100-UACH-MC-004 0 Calculo Disipacion Energia 100-TDF-001 Memoria de Cálculo MC L100UACHMC004_0.pdf

24 L-100-UACH-DT-001 0 Carta Gantt Proyecto Diagrama de Tiempo DT L100UACHDT001_0.pdf

25 L-100-UACH-DT-002 0 Cronograma Preliminar Proyecto Diagrama de Tiempo DT L100UACHDT002_0.pdf

26 L-100-UACH-LI-001 0 Programa Asignatura Sistemas de Control DistribuidosListado de

DocumentosLI L100UACHLI001_0.pdf

27 L-100-UACH-LI-002 0 Maestro Materiales 100-TDC-001Listado de

LI L100UACHLI002 0.pdf27 L 100 UACH LI 002 0 Maestro Materiales 100 TDC 001Documentos

LI L100UACHLI002_0.pdf

28 L-100-UACH-LI-003 0 Maestro Materiales 100-TDF-001Listado de


29 L-100-UACH-LI-004 0 Maestro Materiales, Instrumentacion y AnexosListado de


30 L-100-UACH-LI-005 0 Maestro Materiales, Estanques, Bombas, Fitineria y CañeriasListado de


31 L-100-UACH-LI-006 2 Maestro de Documentos del ProyectoListado de


Calculó: JMCSPreparó: JMCSFecha: 24.01.15

DocumentosRevisó: PRFecha: 24.01.15Aprobó: IEE


CARTA GANTTTRABAJO TITULO:


1

S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5

1.1Estudios de Procesos Industriales comúnes.

1.2 Estudio de Sistemas de Control.

1.3Estudio de los Tipos de Sistemas de Control.

1.4Estudio de Sistemas de Control Distribuídos.

1.5Estudio de Marcas de Sistemas de Control Distribuídos.

1.6Los Sistemas de Control Distribuídos y su interacción con los procesos industriales.

3.1 Diseño del Sistema.

3.2Propuesta de Modelos de Maquetas de Procesos.

3.3Desarrollo de Cálculos preliminares de cargas.

4.1Desarrollo de Memorias de Cálculos Respectivas.

4.2 Desarrollo de Set de Planos Respectivos.

4.3Obteneción de Itemizado de Lista de Materiales.

5.1 Obtener Inversión Inicial.5.2 Obtener Tasa de Dscto.5.3 Obtener V.A.N.5.4 Obtener T.I.R.

25

Enero "15

4.0 Ingeniería de Detalles.

5.0 Evaluación Económica.

CANTIDAD EN SEMANAS DEL TRABAJO:6.0 Conclusiones y/o Reflexiones.

MesItems Semanas

Febrero "15

1.0 Marco teórico.

3.0 Ingeniería Conceptual.

Octubre "14 Noviembre "14 Diciembre "14


N° Doc: L‐100‐UACH‐DT‐001REV.: 00 N° ARCH: L100UACHDT001_0.pdf

CRONOGRAMA‐ING. BASICATRABAJO TITULO:


1

S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5

01 Emisión Orden de Compra, de Lab. DCS .

02Finalización de la generación de planos y memorias de cálculos, emitidos para la construcción.

03Finalización de la generación de especificaciones técnicas, emitidos para la construcción.

04 Revisión final de la documentación técnica.

05Envío a cotizar de elementos anexos, al Lab. (Soportaciones, tableros, etc).

06Revisión final de diseño básico de maqueta de pruebas (propuesto en memoria).

07Revisión de programa de asignatura de DCS , propuesto en memoria.

08Diseño y preparación de nuevas experiencias de Lab. DCS.

09Obtener instrumentación y accionamientos desde Celulosa Arauco S.A., Planta Valdivia.

10 Llegada de Lab. desde empresa proveedora.

MAYO "15 JUNIO "15 JULIO "15 AGOSTO "15ITEM ETAPA

MARZO "15 ABRIL "15

CRONOGRAMA PRELIMINAR PROYECTO UACH-100

11 Implementación de Lab. en IEE.12 Pruebas finales.


N° Doc: L‐100‐UACH‐DT‐002REV.: 00 N° ARCH: L100UACHDT002_0.pdf

L100 uachmc003 2_memoria general de proyecto (documentos y planos)

Engineering

Transcript of L100 uachmc003 2_memoria general de proyecto (documentos y planos)