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DISEO DE UN SISTEMA DE SUPERVISINCENTRALIZADO PARA LAS PLANTAS DE

TRATAMIENTO DE AGUADE CVG GOSH. CIUDAD GUAYANA

Inserny,Virginia Aboul, Amer Caas, Jos Custodio, ngel

Resumen: En la siguiente investigacin se desarroll una propuesta para la automatizacin de la planta detratamiento de agua potable de C.V.G GOSH Toro Muerto, que permita aumentar la eficiencia en laproduccin de la planta y as brindar un mejor y ms ptimo servicio a la comunidad de Puerto Ordaz. Enlos resultados de la investigacin se muestran la eleccin de equipos PLC para la realizacin del sistema decontrol, as como tambin el cable de fibra ptica conectado en una topologa tipo estrella para lacomunicacin de los dispositivos. Se propone adems un SCADA desarrollado en Delphi como primer pasode un sistema basado en Software Libre desarrollado por la UNEXPO. La investigacin se realiz medianteun estudio de tipo documental y de campo, al fundamentarse en la consulta de manuales, libros, documentosde Internet; y en la planta, teniendo que tomar medidas y muestras para conocer el funcionamiento de unaplanta de tratamiento de agua potable y poder compararla con el funcionamiento de una planta de tratamientotpica.

Palabras clave: Planta de Tratamiento de agua/Sistema de supervisin centralizado/ CVG Gosh/ CiudadGuayana.

DESIGN OF A CENTRALIZED SUPERVISION SYSTEM FOR THE WATER TREATMENT PLANTS OF CVG GOSH

IN CIUDAD GUAYANA

Abstract: The following research developed a proposal for the automation of the drinking water treatmentplant of C.V.G. GOSH at Toro Muerto which allows to increase the efficiency in the production of the plantand thus offer a better and most optimum service to the community of Ciudad Guayana. The results of theresearch show the selection of PLC equipment for the implementation of the control system, as well as theoptical-fiber cable connected to a star-type topology for the communication of the devices. It also proposesa SCADA developed in Delphi as a first step of a system based on Free Software developed by the University.The research was carried out through a documentary and field type study supported by the consultation ofmanuals, books, Internet documents, and conducted at the plant, having to take measures and samples tobecome familiar with the operation of a drinking water treatment plant and be in a position to compare it witha typical treatment plant.

Keywords: Water Treatment / Ciudad Guayana / Centralized Supervision System / CVG Gosh.

Manuscrito finalizado en Ciudad Guayana el 2007/01/03, recibido el 2007/08/03, en su forma final (aceptado) el 2008/08/02. La Ing. Virginia Inserny es Investigadoracolaboradora con el Departamento de Electrnica de la UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz, Edificio de Ingeniera Elctrica, Final Calle China, Alta Vista Sur,Telf.-Fax 58-286-9621205, correo electrnico virginiainserny@msn.com. El Ing. Amer Aboul es Especialista de Acceso en el Dpto. de Implementacin en Movistar,Av. Guayana con Calle Cuchiveros, Alta Vista, Ciudad Guayana, Telf. 0414-8955088, e-mail: amer.aboulhosn.ittaca@telefonica.com.ve. El Ing. Jos Caas esInvestigador colaborador en el Departamento de Electrnica de la UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz, telfono y fax 58-286-9621205, correo electrnicocicunexpo@gmail.com. El Dr. ngel Custodio es Profesor Agregado en el Dpto. de Ingeniera Electrnica del Centro de Instrumentacin y Control y CoordinadorRegional de Postgrado de la misma Universidad, mismo telfono, fax y correo electrnico.

I. INTRODUCCINEn la formacin de las ciudades se considera una serie deservicios para que la colectividad pueda vivir de la mejormanera posible. Entre estos servicios se encuentra el de aguapotable considerada como primordial para la vida. De talmanera que en cada poblado debe existir un proceso deaduccin, anlisis y tratamiento de agua para que sea potabley poder ser distribuida a la comunidad.

En cuanto a Ciudad Guayana ubicada entre dos grandes ros,el Orinoco y el Caron, sin contar con las fuentes de aguassubterrneas, es una de las ciudades con mayor posibilidad detener un suministro de agua potable continuo. Sin embargo,el crecimiento de la poblacin ha generado un impacto en lasplantas de tratamiento de agua existentes. Hoy en da elpreciado lquido est siendo regulado, dando lugar a que

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distintas zonas de la regin queden sin servicio de agua adeterminadas horas. Esto hace necesario un aumento de laproduccin de agua por parte de las plantas de tratamiento,as como el ptimo funcionamiento de los equipos en susdistintas reas.

La empresa C.V.G GOSH no tiene a su disposicin solucionestecnolgicas que permiten automatizar el proceso del serviciopblico de abastecimiento de agua, por lo que es necesaria laimplementacin de un sistema que posibilite mejorar lagestin de este importante servicio.

Actualmente, en la Planta de Tratamiento de Agua Potableno existe un sistema de control automatizado para lasupervisin y el monitoreo de las funciones de la planta, conel fin de asegurar su correcto funcionamiento y poder brindarinformacin rpida y oportuna sobre las caractersticas,ubicacin, estado de los componentes que conforman la redde agua potable, tanto a los usuarios como a la organizacin.Por estas razones se requiere un sistema de control de todasestas variables para lograr un correcto funcionamiento de laplanta.

El sistema a estudiar es la planta en su totalidad, partiendodesde la captacin del agua en el ro, pasando por losdiferentes mtodos de purificacin hasta llegar a la red dedistribucin del acueducto. ste est constituido por elcolector principal que es utilizado para la distribucin de aguapotable, conformado por las mallas principales de servicio dePuerto Ordaz y que distribuyen el agua procedente de laslneas expresas o de la planta de tratamiento hacia las redesmenores de acueducto (destinadas al suministro en ruta delagua potable a las viviendas y dems establecimientosmunicipales, pblicos y privados). Dichas redes matrices sonlos elementos sobre los cuales se mantienen las presionesbsicas de servicio para el funcionamiento correcto delsistema de distribucin general. La captacin de agua en el ro(ro fuente) es fundamental, ya que conociendo lascaractersticas qumicas y biolgicas del agua fuente, sedisean las diversas etapas de la planta de tratamiento. Elcaudal de la planta se determina conociendo el consumomedio estimado a unos veinte aos, y basado en elcrecimiento de la ciudad.

Con el diseo y posterior implementacin de este sistema desupervisin y control se pretende mejorar la calidad delservicio que presta esta empresa a la comunidad de PuertoOrdaz.

El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un sistemade instrumentacin y control necesario para automatizar laPlanta de tratamiento de Agua Potable de CVG GOSH PlantaToro Muerto.

II. DESARROLLO

1. Materiales y mtodos

Se plantea una investigacin de tipo explicativa, proyectiva ydescriptiva.

Es explicativa, ya que se especifica el por qu de larealizacin de este Proyecto, es decir, por la necesidad deautomatizar las plantas de tratamiento de agua potableexistentes en la zona.

Es proyectiva debido a que se intenta proponer una solucinal problema que se tiene en la actualidad, diseando unsistema de instrumentacin y control que permita elevar laeficiencia de la Planta de Tratamiento de Agua de CVGGOSH Toro Muerto, basado en un estudio de tipo descriptivo.La obtencin de la informacin o datos que posibilita conocerel sistema y su funcionamiento se realiz por medio de laobservacin de la dinmica de proceso, entrevistas y consultade material escrito. No fue necesario el desarrollo de mtodosestadsticos, ya que la propuesta de automatizacin estbasada en el funcionamiento global del sistema, y por tanto,los resultados son obtenidos por pruebas empricas.

La investigacin plantea un estudio de campo ydocumental.

Es de campo debido a que se debe estudiar el rea aautomatizar para conocer todos los equipos presentes, ascomo su respectivo funcionamiento, para nosobredimensionar el proyecto en cuanto a los dispositivosrecomendados para la automatizacin.

Documental, debido a que toda la informacin est siendosuministrada por documentos conseguidos en Internet ascomo manuales, reportes de investigaciones pasadas hechaspor otras personas, etc.

En la presente investigacin las unidades objeto de anlisisson los diferentes equipos con los que cuenta la Empresaubicados en las plantas de tratamiento, tales como: motores,bombas, tableros elctricos, transformadores, etc.

De la informacin obtenida de la muestra se dan a conocer losparmetros y requerimientos necesarios para el diseo yposterior implementacin del sistema de instrumentacin ycontrol a utilizar.

El rea de trabajo se encuentra ubicada en Toro Muertoconsistente en una Planta de Tratamiento de Agua Potable deCVG GOSH dividida en tres etapas: captacin local,tratamiento y su posterior distribucin (Figura 1).

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Figura 1.- Diagrama de la planta de tratamiento

La primera etapa es un proceso que consiste en la captacindel agua del ro realizada a travs de una serie de bombas quesuccionan el agua del ro y la envan a la planta para sertratada.

En la etapa de tratamiento, el caudal succionadodirectamente del ro es mezclado con cloro, cal, carbonatode calcio, hidrxido de sodio y sulfato de aluminio, paralograr la desinfeccin, turbidez y el aumento del pH delagua para que sea apta para el consumo humano. Luego deeste proceso contina la parte del filtrado en donde el aguapasa a travs de una serie de lechos filtrantes como laantracita (carbn activado), granza y porcelana, que retienenlos slidos suspendidos que contiene el agua. Se hacenecesario un conocimiento preciso, registro y control de lassustancias que se estn agregando al agua para sutratamiento, pues es preciso conocer la calidad del agua quese est procesando, tomando peridicamente muestras a lasalida de los filtros para determinar su calidad y as poderejecutar las debidas acciones de control para mejorar oregular este proceso.

En la etapa de distribucin existen dos maneras de realizarse:una por bombeo hacia las zonas ms altas y otra por gravedadhacia las zonas ms bajas. Actualmente esta etapa no estsupervisada ni regulada. sto es un factor de sumaimportancia debido a que al tener un sistema bifurcado se debegarantizar que las dos direcciones estn normalizadas una conrespecto a la otra, de tal manera que la planta se comportecomo un sistema en el que cada una de sus partes se encuentraarmnicamente relacionada con las dems.

2. Resultados

El trabajo propone instalar un sistema supervisorio paracontrolar las distintas operaciones de potabilizacin en elAcueducto de Toro Muerto Puerto Ordaz, a partir de losprocesos de captacin, tratamiento y distribucin,involucrando la accin de arranque, parada de equipos enmodo local (manual y automtico) y remota, con lasupervisin de las variables asociadas a cada proceso: presin,caudal, temperatura, potencia, tensin y corriente (Figura 2).

Figura 2. Esquema general del sistema de supervisin.

El sistema pretende supervisar desde una Sala de Control, conel empleo de dos PC y un sistema de transmisin que permitala salida de informacin a otras salas u oficinas. Desde estasala se podrn visualizar, comandar, registrar las distintasoperaciones que requieran los equipos.

Con esta propuesta se mejora el funcionamiento de la plantaal manejar rpidamente los caudales de produccin, consumode aditivos qumicos, costo energtico del agua, registros deeventos tales como las paradas. El sistema debe sermodificado con relativa facilidad en caso de futurasexpansiones ya que se pretende utilizar para ello dispositivosprogramables modulares en una red que integre los procesosde potabilizacin (Figura 3).

Figura 3. Sistema general diseado, basado en Ethernet.

La estructura del programa implementado se muestra en laFigura 4. Los equipos son almacenados en bases de datos yarchivados en grupos similares: motores, vlvulas y tanques.Con el mdulo de configuracin de componentes se organizael sistema en las diversas etapas del proceso de tratamiento:captacin, tratamiento y distribucin. El usuario tiene accesoa todas las opciones y su respectiva manipulacin.

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Figura 4. Sistema de pantallas diseado.

3. Discusin de resultados

El sistema a instalar tiene dos modalidades de funcionamiento:un Modo Local y un Modo Remoto. El Modo Remoto sedivide en dos partes, Control Manual y Control Automtico.

Para la seleccin de estos modos se cuenta con un selectorubicado en el panel del equipo localizado en el campo. Todoel sistema de automatizacin tiene la misma filosofa decontrol y est regido por el diagrama en bloques mostrado enla Figura 5.

Figura 5.- Diagrama en bloques del Proceso de Control

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Modo Local: en este modo el operador puede realizar lasacciones que se requieran desde el panel o tablero de cadaequipo.

Modo Remoto: en este modo se presentan dos variantes delfuncionamiento: en el control manual se efectan los ajustesdesde la sala de control por el operador presente y en el controlautomtico los equipos funcionan dependiendo de lasvariables del sistema.

En el caso de la Planta de Tratamiento Toro Muerto PuertoOrdaz de CVG GOSH, los equipos a supervisar y controlarno requieren de operaciones matemticas complejas de lasvariables, ya que las bombas a utilizar no necesitan de controlde velocidad, ni posicin de vlvulas pues slo se arrancan ydetienen, en algunos sectores, por ejemplo: PT-1, Red Media

1(RM-1), Red Media 2 (RM-2), Red Superior 1 (RS-1). Enlos casos de captacin se requiere de las acciones de arranquey parada para efectos de mantenimiento y correccin de fallas,ya que estos equipos funcionan las 24 horas. En el caso de losdosificadores cuentan con sus propios sistemas de control yen el filtrado se pueden efectuar las operaciones de lavado condiagramas de tiempo, utilizando Contra - Flujo.

Sin embargo, se pueden emplear tcnicas de control mscomplejas en los dosificadores al realizar lazos de los distintosqumicos utilizados. Empleando los mismos equipos PLC sepuede anexar una tarjeta adicional para acciones de control detal manera que se realice un lazo para el control de pH.

En la Figura 6 se muestra un plano de planta de la redpropuesta diseada.

Figura 6. Esquema de la propuesta de automatizacin

La automatizacin propuesta se resume en lo siguiente:a. Seleccin de controladores especficos para las reas de potabilizacin y agregado de sustancias qumicas. En la Tabla I se

muestra la comparativa de seleccin.b. Seleccin de Autmatas Programables en las reas de proceso secuencial y con gran cantidad de seales, como son captacin

y distribucin.c. Seleccin de una red Ethernet como bus de campo con el fin de instalar un sistema abierto y de fcil manejo.d. Desarrollo de un software de control y supervisin basado en Delphi, que representa un primer paso para el desarrollo de

software libre para el SCADA

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Tabla I. Comparacin entre los diferentes controladores

III. CONCLUSIONES

1. Se determin que el medio fsico ms ptimo paraestablecer el enlace de una red de comunicaciones entreequipos es la fibra ptica, ya que sus propiedades fsicasofrecen una transmisin segura, confiable, de granvelocidad y mayor alcance de distancia sin necesidad deusar equipos repetidores.

2. Para las aplicaciones requeridas por la planta, es necesariola utilizacin de equipos y dispositivos con una trayectoriareconocida en el continuo mejoramiento de su tecnologa,como es el caso de los PLC y de Ethernet como protocolode comunicacin.

3. Se propone un primer modelo SCADA basada en

tecnologa de software libre como alternativa a los diseosactuales propietarios.

IV. BIBLIOGRAFA

1. Rivas Maritza, Rivero Diomar y otros. Sistema deInformacin de la Red de Agua Potable. UniversidadCentral de Venezuela (SRAP-UCV). Caracas, 2002, 248pp.

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