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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES " QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN P R E S E N T A: LUIS ALFONSO CASTRO CASTILLO. Asesor Técnico: M. en C. ARMANDO MORALES SANCHEZ Asesor Estructural: Ing. RICARDO HURTADO RANGEL MÉXICO, D.F., NOVIEMBRE de 2011

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL DEBERA(N) DESARROLLAR C. LUIS ALFONSO CASTRO CASTILLO

"MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES"

MODERNIZAR EL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES DEL INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO, PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD, LA

SEGURIDAD Y LA COMUNICACIÓN EN RED HACIA LAS OTRAS PLANTAS PILOTO, CUMPLIENDO CON LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN REQUERIDAS.

•:. INTRODUCCiÓN. •:. PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN. •:. CARACTERíSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES. •:. SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO. •:. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL. .:. COSTO-BENEFICIO. •:. RESULTADOS. •:. CONCLUSIONES. •:. BIBLIOGRAFÍA.

MÉXICO D. F., A 28 DE JUNIO DE 2012.

ASESORES

)J~' ING. RICARDO HURTADO RANGEL

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II

Este trabajo de tesis se realizó en las instalaciones del

Instituto Mexicano del Petróleo, bajo la dirección del M.

en C. Armando Morales Sánchez y el Ing. Ricardo

Hurtado Rangel.

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III

AGRADECIMIENTOS

A mi Madre Marisol Castillo Atondo, por ser la amiga y compañera que me ha

ayudado a crecer, y darme la fuerza y voluntad necesarias para alcanzar este gran

sueño, gracias por estar siempre conmigo en los momentos buenos y sobre todo

en los malos, en aquellas ocasiones que me derrumbe y me volviste a levantar,

aunque estuvimos lejos siempre estuviste tan cerca. Gracias por todos los

momentos de felicidad que me hiciste sentir, a pesar de la distancia siempre

estuviste al pendiente, y toda aquella confianza que pusiste en mi, creo que se ve

reflejada en un logro el cual no es solo mío sino de los dos, porque cada vez que

quería echar marcha a tras, tú eras esa personita amada en la que pensaba y me

alentaba de nuevo para seguir en el camino. Gracias por la paciencia que siempre

me has tenido, pero sobre todo gracias por ser como eres, esa persona fuerte,

recta y sobre todo responsable, la que nunca le importaron los miles de sacrificios

que había que hacer para que su hijo pudiera estudiar, la que a pesar de tantos

problemas siempre se los callo y solo dijo “todo está bien, tu échale ganas”.

Gracias Mama por darme todo lo que soy como persona, mis valores, mis

principios, mi perseverancia y mi empeño, y todo ello con una gran dosis de amor

y sin pedir nunca nada a cambio. Te amo MAMA.

A mi padre Ildelfonso Castro Castro con el mayor cariño, respeto y admiración por

el esfuerzo realizado para mi educación. Siempre me apoyaste cuando te

necesite, yo se que tuvimos nuestras diferencias, pero a pesar de ello, nunca

dejaste de preocuparte por mí, y por que todo se hiciera de la manera correcta.

Eres una persona muy especial, te quiero mucho.

A mis tíos Fredy Castro y Linda Gutiérrez, por abrirme las puertas de su hogar y

ayudarme a buscar un lugar agradable para vivir, por todos los momentos felices

que pase a su lado, por su apoyo incondicional y por todas esa buenas atenciones

que siempre que estuvieron cerca tuvieron asía mi. Los quiero mucho

A mi gran amigo Emmanuel Albino Tafolla Padilla, con mucho cariño y respeto,

fuiste una persona muy importante en este logro, juntos vivimos experiencias muy

buenas, así como también ratos muy desagradables, pero gracias a todo esto

formamos una grandiosa amistad.

Gracias por todo…. LUIS ALFONSO CASTRO CASTILLO

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IV

AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES

Al Instituto Politécnico Nacional por haber sido mí casa durante toda mi carrera y haberme permitido alcanzar este peldaño en la escalera de mi vida y desarrollo profesional. A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por haberme abierto las puertas de la educación y por darme las bases y conocimientos para mi desarrollo profesional. Al Instituto Mexicano del Petróleo por la oportunidad y las facilidades que me brindo al permitirme realizar este proyecto en sus instalaciones. Quiero expresar mi más sincero e infinito agradecimiento a los Profesores de la ESIME por su comprensión, respeto y trabajo que me guiaron en el camino del saber. Quiero agradecer sinceramente a mis tutores de Tesis, M. en C. Armando Morales Sánchez y al Ing. Ricardo Hurtado Rangel, por su esfuerzo y dedicación. Sus conocimientos, sus orientaciones, su manera de trabajar, su persistencia, su paciencia y su motivación han sido fundamentales para la formación de este trabajo.

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES V

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1

PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN

Pág.

1.1 Hidroprocesamiento del petróleo 2

1.2 Hidrotratamieno del petróleo 4

1.3 Especificación de contenido de azufre en gasolinas y diesel. 5

1.4 Ubicación de las plantas hidrodesulfuradoras en el esquema actual del

sistema nacional de refinación.

6

1.4.1 Destilación atmosférica 7

1.4.2 Destilación al vacio 10

1.4.3 Tipos de cargas a las plantas hidrodesulfuradoras 11

1.4.4 Condiciones de operación típicas de plantas industriales

de hidrodesulfuración.

12

CAPITULO 2

CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE

HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES

2.1 Características generales 15

2.2 Diagrama de tuberías e instrumentación (DTI). 18

2.3 Sumario de entradas y salidas 20

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VI

CAPITULO 3

SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO

3.1 Descripción funcional del controlador hibrido 26

3.2 Características de hardware del controlador 27

3.2.1 Bastidor del controlador HC900 28

3.2.2 Fuente de alimentación eléctrica 30

3.2.3 Módulo del controlador 31

3.2.4 Módulos entrada/salida (E/S) 32

3.2.5 Computadora personal 33

3.3 Comunicaciones 33

3.3.1 Dispositivos del módem RS-232 33

3.3.2 Puertos serie (RS232 y RS485) 34

3.3.3 Dispositivos Ethernet/consideraciones 34

3.4 Funciones de control 35

3.5 Alarmas/eventos 35

CAPITULO 4

IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE CONTROL

4.1 Aplicación del software 36

4.1.1 Instalación del software Hybrid Control Designer 36

4.2 Armado de gabinetes de conexiones 44

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VII

4.3 Alambrado del tablero de control 44

4.4 Comunicación con el controlador hc900 59

4.4.1 Cable nulo 59

4.4.2 Cable Ethernet 63

4.5 Control de la planta piloto de hidrodesulfuracion de residuales 67

4.5.1 Lazo de control de temperatura de residuos 69

4.5.2 Lazo de control de temperatura del reactor 73

4.5.3 Lazo de control de presión del SAPBT FA-03 75

4.5.4 Lazo de control de nivel del SAPAT FA-02 76

4.6 Base de datos para el sistema 80

CAPITULO 5

COSTO - BENEFICIO

5.1 Costos 90

5.2 Beneficios 93

CAPITULO 6

RESULTADOS

6.1 Resultados 94

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. Pág.

3.1 Configuración de un controlador HC900. 27

3.2 Componentes del bastidor del controlador. 29

3.3 Opciones de bastidor. 29

3.4 Fuente de alimentación eléctrica. 30

3.5 Modulo del controlador 31

3.6 Bloques de terminales del módulo de E/S 32

3.7 Comunicación serie con RS232 34

4.1 Pantalla inicial de instalación del HCD 36

4.2 Ventana de acuerdo de licencia HCD 37

4.3 Ventana de información del cliente 38

4.4 Componentes del HC900 a instalar 39

4.5 Ejemplos configuración 40

4.6 Instalación de firmware 41

4.7 Finalización de la instalación del HCD 42

CONCLUSIONES 98

BIBLIOGRAFÍA 100

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES IX

4.8 Actualización 43

4.9 Luces indicadoras, contactor principal y controladores de

bombas

45

4.10 Diagrama de conexión #1 46

4.11 Luces indicadoras y relevadores 47

4.12 Fuentes de alimentación de +- 15vcd y 24vcd 47

4.13 Diagrama de conexión #2 48

4.14 Tarjeta de entradas analógicas #1 49

4.15 Tarjeta de entradas analógicas #2 49

4.16 Diagrama de conexión #3 50

4.17 Diagrama de conexión #4 51

4.18 Diagrama de conexión #5 52

4.19 Contactores 53

4.20 Fusibles 53

4.21 Relevadores de estado solido 53

4.22 Diagrama de conexión #6 54

4.23 TSS #1 55

4.24 TSS #2 55

4.25 Diagrama de conexión #7 56

4.26 Diagrama de conexión #8 57

4.27 Tablero de control 58

4.28 Puertos que contiene el modulo 60

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES X

4.29 C30 Nuevo archivo en HCD 61

4.30 Configuración de puerto 61

4.31 Obtención IP del controlador 62

4.32 Propiedades del puerto network 65

4.33 Ventana de edición del dispositivo 66

4.34 Temperaturas axiales del reactor 67

4.35 Cuadro de configuración de la t. axial superior del reactor 68

4.36 Propiedades de la señal analógica 69

4.37 Lazo de control de t. de carga del reactor 70

4.38 Propiedades del PID 71

4.39 Sintonización de lazo de control 72

4.40 Ventana de configuración de la salida del lazo de t. de carga 73

4.41 Lazo de control de temperatura del reactor 74

4.42 Lazo de control de presión del SAPBT-03 75

4.43 Lazo de control de nivel del SAPAT-02 76

4.44 Impresión reporte previo 77

4.45 Imprimir reporte 78

4.46 Menú y submenú de FBD´s 78

4.47 Descarga al controlador HC900 79

4.48 Se puede observar la ubicación del icono channels así como la

ventana para agregar canales dentro del QUICK BUILDER

81

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XI

4.49 Ventana desplegada por QUICK BUILDER al hacer clic derecho

sobre los iconos ya sea de channels, controllers o points

81

4.50 Asignación del puerto de comunicación que tendrá el canal

creado

82

4.51 Se puede observar la ubicación del icono controllers así como

la ventana para agregar controladores dentro del QUICK

BUILDER

83

4.52 Parámetros de los controladores, se puede apreciar el cambio

de desplazamiento

84

4.53 Información proporcionada en la ayuda del programa referente

a la dirección del desplazamiento

84

4.54 Creación de puntos 85

4.55 Características ventana MAIN 86

4.56 Direccionamiento de la variable 87

4.57 Características ventana de CONTROL 88

4.58 Ventana HISTORY 89

6.1 Tendencias de temperatura 94

6.2 Tendencia de nivel 95

6.3 Tendencia de presión 96

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ÍNDICE

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XII

ÍNDICE DE TABLAS

Tab. Pág.

1.1 Termodinámica de reacciones involucradas durante la

hidrodesulfuración

2

1.2 Características típicas de los crudos producidos en México

3

1.3 Eespecificaciones de contenido de azufre en gasolinas y diesel

en México, E.U.A. y Europa

6

1.4 Tipos de cargas empleadas en la hidrodesulfuración 11

1.5 Condiciones de operación típicas de plantas industriales de

hidrodesulfuración

12

1.6 Presiones de operación por tipo de carga 13

2.1 Conteo de entradas y salidas 21

2.2 Conteo total de entradas y salidas 25

2.3 Tarjetas de entradas y salidas 25

4.1 Conexiones de cable de módem nulo 59

4.2 Configuración del interruptor dip switch de los puertos series 60

4.3 Configuración cable Ethernet 63

5.1 Costos de tarjetas empleados de la marca Honeywell 90

5.2 Costos de termopares 92

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INTRODUCCIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XIII

INTRODUCCIÓN

El hidrotratamiento es un proceso fundamental de la refinación del petróleo desde

el punto de vista técnico, económico y ambiental.

Dado la exigencia de que todos los productos obtenidos del petróleo deben

contener menor cantidad de contaminantes altamente tóxicos como el azufre,

aromáticos y metales pesados, es en este proceso donde se eliminan varios de

ellos [2, 3, 5]. De estos contaminantes, el azufre es el que más problemas

presenta ya que al estar presente en las corrientes de alimentación a procesos

como el de reformación, su catalizador, provoca corrosión a los equipos de la

planta, facilita la formación de gomas en la gasolina reformada obtenida de este

proceso y es causante de la emisión de contaminantes (compuestos SOx) a la

atmósfera durante la combustión de, por ejemplo, gasolina y diesel.

El hidrotratamiento de petróleo consiste en hacer reaccionar una muestra o

fracción de petróleo (desde nafta ligera hasta residuo de vacio) con hidrógeno en

presencia de un catalizador de óxido metálico a condiciones severas de presión y

temperatura, con el fin de remover azufre ( ) y crackear compuestos de alto

peso molecular así como hidrogenar compuestos insaturados para reducir el

contenido de aromáticos y olefinas.

El Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) es el centro de investigación de México

dedicado al estudio en el área petrolera, cuenta con un Laboratorio de Plantas

Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, la cual da hidrotratamiento a los

diferentes crudos derivados del petróleo. Esta planta cuenta con un control

automático, el cual no ha sido del todo satisfactorio para lo que fue implementado,

y debido a esto, se requiere una modernización y por lo tanto se propone en el

presente trabajo la implementación de un sistema de control hibrido en la Planta

piloto de hidrodesintegración de residuales, con lo que se tendrá una planta

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INTRODUCCIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XIV

automatizada que cumpla con los estándares de seguridad y calidad necesarios,

además de facilitar el buen funcionamiento de la misma.

Este proyecto se desarrolla para ofrecer una solución en la automatización de la

Planta Piloto de Desintegración de Residuales y cubre la especificación,

implementación y pruebas de un sistema de control híbrido con una interfaz.

OBJETIVO GENERAL

Modernizar el sistema de control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de

Residuales del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), para mejorar la confiabilidad,

la seguridad y la comunicación en red hacia las otras plantas piloto, cumpliendo

con las condiciones de operación requeridas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Desarrollar la documentación de ingeniería básica para la instrumentación y

control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales.

• Instalar y alambrar el tablero de control y de la instrumentación de campo.

• Implementar el sistema de control distribuido.

• Efectuar la prueba de funcionalidad de cada uno de los elementos que

conforman el sistema de automatización a las condiciones de operación de

la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales.

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INTRODUCCIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XV

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En el Laboratorio de Plantas Piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), se

realizan pruebas de hidrotratamiento de crudos, estas pruebas hasta el momento

funcionan en forma automática con un sistema de control que presenta problemas

de baja velocidad de respuesta, bloqueos, configuración no flexible con software

no amigable, sin comunicación a los otros sistemas de control y sin

almacenamiento automático de datos.

Por lo anterior, se hace necesario conectar y configurar un sistema de control

automático moderno con tecnología de punta que supla todas las carencias

mencionadas.

JUSTIFICACIÓN

La Planta Piloto de Hidrodesintegración del Laboratorio de Plantas Piloto del

Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) requiere un sistema de control que maneje

señales tanto analógicas como digitales y que su comunicación sea por protocolo

Modbus, esto con la finalidad de facilitar el sistema de control y adquisición de

datos, es por ello que en este proyecto se requiere instalar un controlador híbrido

para cubrir con las especificaciones anteriores.

Este proyecto de modernización de un sistema de control se lleva a cabo en una

Planta Piloto de Hidrodesintegración del Laboratorio de Plantas Piloto; capaz de

optimizar el proceso y cumplir con los estándares de seguridad para el personal y

los equipos, así como la estabilidad en las variables de proceso y protección al

medio ambiente.

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INTRODUCCIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XVI

El proyecto es de vital importancia al considerar los costos altos de los

hidrocarburos y las condiciones críticas de operación de los procesos de

hidrodesintegración. Por otra parte, este proyecto se enmarca dentro del área del

control automático y la instrumentación, lo que me motiva a desarrollar una

aplicación afín a mi carrera, “Ingeniería en Control y Automatización”, para el

desarrollo de mis conocimientos y habilidades.

APORTACIONES AL TRABAJO

Proponer una solución para la automatización de la Planta Piloto de

Hidrodesintegración de Residuales.

Diseñar y armar un tablero de control para la Planta Piloto de

Hidrodesintegración de Residuales.

Realizar los diagramas de conexiones correspondientes para relevadores y

tarjetas de I/O.

Documentar la automatización de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de

Residuales.

Sistema de control automático para la Planta Piloto de Hidrodesintegración

de Residuales.

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PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 1

CAPITULO 1: PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN

Objetivo del capítulo:

En este capítulo se da a conocer lo que es el proceso de hidrodesulfuración, cual

es su función y ubicación en el sistema de refinación nacional, los cortes de la

destilación primaria que alimentan a las unidades de hidrodesulfuración en una

refinería, las condiciones de operación a nivel industrial, las especificaciones

actuales y futuras en México y el mundo de contenido de azufre en la gasolina y el

diesel.

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PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 2

1.1. Hidroprocesamiento del petróleo

El hidroprocesamiento de petróleo está conformado por dos tipos de procesos: el

de hidrotratamiento (HDT) y el hidrocraqueo (o hidrodescomposición, HYD). El

hidrotratamiento consiste principalmente de la hidrodesulfuración (HDS),

hidrodesintegración (HDN) e hidrogenación, principalmente hidrodesaromatización

(HDA), de fracciones de hidrocarburos; en esencia no se cambia la distribución del

tamaño molecular. El proceso de hidrocraqueo cambia la distribución del tamaño

molecular al hacer más pequeño el tamaño de las moléculas de los hidrocarburos

debido a que todas las reacciones presentes en los procesos de

hidroprocesamiento son exotérmicas (se genera calor), tabla 1.1, el control de la

temperatura en el reactor, en especial en el lecho catalítico, es muy importante

durante la operación.

Tabla 1.1.- Termodinámica de reacciones involucradas durante la hidrodesulfuración *

COMPUESTO REACCIÓN ∆H

Metano tiol -19

Dimetil sulfuro -32

Tiofano -27

Tiofeno -62

Dibenzotiofeno -11

* Calculadas por McKinley y Vrinat

Las propiedades típicas del petróleo crudo mexicano se presentan en la tabla 1.2.

Generalmente el petróleo crudo está compuesto de mezclas de varios compuestos

orgánicos, y los principales componentes son hidrocarburos. También están

presentes grandes cantidades de heteroátomos, cuya concentración cambia

dependiendo del origen del petróleo.

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PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 3

El azufre es el heteroátomo más abundante y está presente con una mayor

concentración en el crudo tipo maya, el cual representa el 43 % de las reservas

totales probadas del país [4]. Los compuestos con esos heteroátomos están

distribuidos sobre todo el rango de ebullición. Por ejemplo, la concentración de

azufre en los destilados intermedios del petróleo aumenta en el orden de

querosina, gasóleo, residuo atmosférico. En las fracciones ligeras, el azufre está

presente en la forma de tioles, sulfuros, disulfuros y tiofenos mientras que varios

alquilbenzotiofenos y alquildibenzotiofenos están presentes en la fracción de

gasóleo pesado. Los componentes contenidos en los residuos atmosféricos y de

vacío, los cuales no solo tienen grandes cantidades de azufre y nitrógeno sino

también de níquel y vanadio, aún no han sido bien caracterizados.

Tabla 1.2.- Características típicas de los crudos producidos en México

TIPO DE CRUDO

CARACTERISTICAS

Gravedad API % peso Azufre Factor “k” UOP

OLMECA (Crudo Superligero) 38 0.98 12.0

ISTMO (Crudo Ligero) 33 1.43 11.89

MAYA (Crudo Pesado) 22 3.6 11.7

Bajo la metodología de la empresa UOP (Universal Oil products) se clasifican a los

crudos como Parafinicos a los que tienen una “k” de 12.5 a 12.9, Intermedios los

de 11.5 a 12.1 y Naftenicos o Asfalticos los de 10.5 a 11.45.

El alto porcentaje de azufre en el crudo Maya lo hace candidato al proceso de

HDS. El modelo dinámico desarrollado en este trabajo es solamente para el

proceso de HDS que se lleva a cabo en la plantas de hidrotratamiento de

hidrocarburos.

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1.2. Hidrotratamieno del petróleo

El hidrotratamiento de petróleo consiste en hacer reaccionar una muestra o

fracción de petróleo (desde nafta ligera hasta residuo de vacio) con hidrogeno, en

presencia de un catalizador de oxido metálico a condiciones severas de presión

(200 Kg/cm2) y temperatura (500 °C), con el fin de remover azufre (formando ),

nitrógeno y trazas de metales pesados como Níquel y Vanadio (Ni y Va),

desintegrar compuestos de alto peso molecular e hidrogenar (saturar) compuestos

insaturados (compuestos con enlaces dobles) para reducir el contenido de

aromáticos y olefinas (compuestos altamente volátiles, tóxicos y reactivos para la

formación de ozono en la atmosfera).

El gas resultante del proceso de hidrodesintegración es enviado a una planta

recuperadora de azufre, en la cual se realiza la eliminación del . Esta

eliminación consiste primeramente en separar el del gas mediante un

proceso de endulzamiento, basado en la absorción en soluciones acuosas de

aminas.

Debido a que se asigna como objetivo principal del hidrotratamiento la

desulfuración de fracciones de petróleo, se le da en general a las plantas que

realizan esta función el nombre de hidrodesulfuradoras (HDS) o plantas de

proceso de hidrodesulfuración.

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Los principales objetivos de las plantas HDS, son:

Que los combustibles cumplan con las especificaciones automotrices y de

aviación,

Que los combustibles cumplan con los reglamentos de emisiones al

ambiente.

Las principales razones para retirar azufre de las fracciones del petróleo, son [5,8]:

Para reducir o eliminar la corrosión durante las operaciones de refinación,

manejo o almacenamiento de las fracciones que se obtengan,

Para evitar el envenenamiento del catalizador de proceso subsecuentes,

Para producir fracciones de petróleo que tengan un olor aceptable;

Para incrementar el desempeño (octanaje), resistencia a la formación de

gomas y la estabilidad de color de las gasolinas,

Para mejorar las características de combustión y cumplir con las

regulaciones ambientales.

1.3. Especificación de contenido de azufre en gasolinas y diesel.

La reglamentación para la especificación de contenido de azufre tanto en la

gasolina como en el diesel, tiene como principal mejorar y controlar la calidad del

aire.

La especificación en el contenido de azufre en los combustibles automotrices es

uno de los más observados y estrictos en el ámbito mundial, motivo por el cual se

requiere de una actualización e investigación permanente en los procesos HDS

con el fin de cubrir con los requerimientos normativos futuros, tabla 1.3. Por

ejemplo, en Europa, en 1995, el máximo contenido de azufre en diesel era de 0.2-

0.3 % peso, dependiendo del país, pero a partir de la especificación impuesta por

la unión Europea a partir del primero de octubre de 1996, se fijó un máximo de

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contenido de azufre en diesel para autobuses de transporte público de 0.001 %

peso [2].

Tabla 1.3.- Especificaciones de contenido de azufre en gasolinas y diesel en México, E.U.A. y

Europa

MEXICO (PEMEX)

Año Azufre, % peso Max.

MAGNA SIN PREMIUN DIESEL

2003

2005

2008

2010

2015

0.10 0.05 0.05

0.03

0.005

0.0015

0.0010

ESTADOS UNIDOS DE AMERICA – E.P.A

Año 2000 GASOLINA DIESEL

Azufre, % peso máx. 0.03 0.05

UNION EUROPEA

Año 1996-2002 GASOLINA DIESEL

Azufre, % peso máx. 0.05 0.001-0.02

1.4. Ubicación de las plantas hidrodesulfuradoras en el esquema actual del

sistema nacional de refinación.

La mezcla del petróleo y gas natural que se extrae de los yacimientos petrolíferos

pasa por una batería de separación donde a través de etapas de expansión y

comprensión se separan gas y líquido para su posterior procesamiento en

instalaciones donde el gas se trata para eliminar los compuestos ácidos

( ) y recuperar los licuables en procesos criogénicos para la producción

de gas licuado de petróleo, gasolina natural y gas combustible, y que a través de

gasoductos se transporta a diversas instalaciones industriales y plantas

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termoeléctricas. El líquido, el cual corresponde al petróleo crudo, se envía por

oleoductos a las refinerías, donde se lleva a cabo su separación en fracciones y

en grupos de hidrocarburos para posteriormente producir, mediante sus mezclas,

diversos combustibles automotrices e industriales, parafinas (ceras), solventes y

asfaltos.

El esquema de refinación que se pretende actualmente tener en las refinerías del

país es el de alta complejidad tipo fondo del barril, debido a la necesidad de

procesar cada vez mayores proporciones de crudo tipo Maya [4].

1.4.1. Destilación atmosférica.

Este es el primer proceso con el que se inicia en una refinería por lo cual también

se le conoce como planta primaria. Como ya se ha mencionado el petróleo es una

mezcla de hidrocarburos, y para poderlos separar se emplean varios métodos,

siendo el primero de ellos la destilación fraccionada que se podrá definir como la

separación de una mezcla liquida en varios productos de corto intervalo de

ebullición.

En este proceso el petróleo se recibe por ductos desde las instalaciones de

producción y se almacena en tanques cilíndricos de donde se bombea para su

alimentación a los equipos de proceso.

El petróleo se calienta en un tren de intercambiadores de calor y entra a la sección

de desalado, donde se separa la porción de agua salada asociada con el crudo.

La eliminación del agua salada es con el fin de evitar incrustaciones en los

equipos de proceso y se lleva a cabo en depósitos horizontales que trabajan a la

temperatura y presión suficientes para evitar la evaporación, aplicándosele un

campo eléctrico de elevado potencial del orden de los 16000 volts, para provocar

una rápida coalescencia de las gotas de agua y lograr su separación del crudo.

A la salida de las desaladoras, la corriente de crudo continúa su camino ganando

calor con las corrientes de gasóleo de vacío y algunos de los reflujos a la torre

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hasta llegar a la torre de despunte. Esta torre consta generalmente de 6 platos

donde las fracciones más ligeras de gas y gasolinas se separan del crudo por

“vaporización instantánea” debido al cambio brusco de presión que de 11.8 bar

baja a aproximadamente 1.72 bar. El crudo de la torre de despunte entra a un

horno de fuego directo para suministrarle el complemento de calor necesario para

poder efectuar la destilación. En estos equipos el crudo se calienta de 235 °C a

375 °C y en esta condición pasa a la sección de destilación. La sección de

destilación consta de una torre fraccionadora que opera a presión atmosférica en

la que, aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se efectúa la

separación de los diferentes productos (fracciones) del crudo.

Los productos que se obtienen de la destilación atmosférica del aceite crudo son [1,

3, 6, 7, 8]:

Gases volátiles ligeros.- Es la fracción más ligera que trae el crudo constituido

principalmente por metano, etano y acido sulfhídrico. Este gas se represiona y se

envía para su posterior tratamiento a alguna de las unidades que cuenten con los

tratamientos de endulzamiento con dietanol amina, DEA, con el objeto de eliminar

el ácido sulfhídrico que se enviara a la planta de azufre para recuperar este

producto. El gas seco ya tratado se envía ya sea a la sección de recuperación de

vapores, a las plantas catalíticas o como gas combustible, dependiendo de su

composición.

Gas licuado.- Este gas está compuesto principalmente de propano y butano y se

obtiene del proceso de estabilización (destilación a presión superior a la

atmosférica) de la gasolina ligera proveniente de la torre de despunte la cual se

encuentra antes de la torre atmosférica, para poder darles la especificación de

presión de vapor Reíd de o.66 bar (9.5 psi). Este gas se envía a las plantas

recuperadoras de vapores para su endulzamiento (tratamiento con DEA para

eliminar el ) y fraccionamiento.

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Gasolina (Ligera).- Esta importante muestra se obtiene por el domo de la torre de

despunte, y se envía a la planta estabilizadora para obtener el gas licuado y

gasolina estabilizadora (desbutanizada).

Nafta (Gasolina primaria).- Esta muestra ligera se obtiene del domo de la torre

atmosférica. De acuerdo a los balances de materiales de cada refinería y de las

plantas HDS con que se cuente. Las gasolinas pueden enviarse a los siguientes

destinos:

1. A una planta fraccionadora de naftas, en donde se pueden obtener dos o

tres corrientes dependiendo de las necesidades de cada lugar. El corte mas

importante es aquel que se envía como carga a las plantas HDS, las cuales

a su vez alimentaran a las plantas reformadoras de naftas, en las cuales la

gasolina sufre transformaciones muy importantes que incrementan su valor

al subir el índice de octano o producir algunas materias petroquímicas como

el benceno, tolueno y silenos.

2. A tratamientos cáusticos con sosa de las naftas no hidrotratadas para

eliminarles al máximo los compuestos de azufre y posteriormente enviarse

a los tanques de almacenamiento para la preparación de mezclas de

gasolinas.

3. Como diluentes a las plantas de asfalto o combustóleos.

Turbosina.- Este valioso corte se envía a los tanques de almacenamiento

intermedios para su posterior tratamiento en las plantas HDS de destilados

intermedios, en donde se llevan a cabo las reacciones para eliminar los

compuestos de azufre y nitrógeno.

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Querosina.- Esta muestra se envía a los tanques de almacenamiento intermedios

para su posterior tratamiento en las plantas HDS de destilados intermedios para

eliminar los compuestos de azufre y nitrógeno presentes.

Diesel.- Esta muestra al igual que el anterior se manda a tanques de

almacenamiento intermedios para su posterior tratamiento en las unidades HDS

de destilados intermedios donde se les eliminan los compuestos de azufre,

nitrógeno y se efectúan otras reacciones como las de saturación de olefinas.

Gasóleo ligero primario de vacio.- Esta muestra se envía a los tanques de

almacenamiento de carga a las plantas HDS de gasóleos para eliminar los

compuestos de azufre y después ser enviado a las plantas de desintegración

catalítica de lecho fluidizado (FCC).

Residuo atmosférico.- Esta corriente contiene todavía una importante cantidad de

hidrocarburos más pesados de los que se pueden obtener por destilación

atmosférica, por lo que se envía a las plantas de destilados al vacio, las cuales

pueden ser de dos tipos:

A. Plantas preparadoras de carga, que como su nombre lo indica se prepara lo

que se va a enviar a las plantas de desintegración catalíticas, en donde se

obtienen productos muy valiosos, como gasolina de alto octano, propano,

butano y gas seco.

B. Plantas para la obtención de base para aceites lubricantes, entre las que se

pueden citar: aceites para transformadores, tecnol, aceite neutro ligero,

neutro corte 3 y un residuo que se envía a plantas desasfaltadoras donde

por extracción se obtienen aceites base para aceites lubricantes.

1.4.2. Destilación al vacio.

El objetivo de esta planta es recuperar fracciones de gasóleo del residuo

atmosférico mediante la reducción de sus temperaturas de ebullición al operar la

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torre fraccionadora de vacio 0.013 bar (10 mmHg). Existen dos tipos de torres

fraccionadoras de destilación al vacio, las que producen aceites básicos para la

formulación de aceites ya las que producen gasóleos de vacio (ligero y pesado),

los cuales pasan previamente a las plantas HDS de gasóleo antes de entrar como

carga a las plantas de desintegración catalítica.

1.4.3. Tipos de cargas a las plantas hidrodesulfuradoras.

Las plantas hidrodesulfuradoras que operan actualmente en la industria de

refinación nacional, tratan con las siguientes cargas:

Nafta (incluye a las naftas ligeras y las gasolinas provenientes de las

plantas de Hidrodesulfuracion de Destilados Intermedios).

Destilados intermedios del petróleo (como son la turbosina, querosina y

diesel).

Destilados de alto punto de ebullición (como son el gasóleo atmosférico o

primario y el gasóleo de vacío, ligero y pesado).

Residuos (Residuo de vacío y mezcla de gasóleos y aceites lubricantes).

En la tabla 1.4 se indica el propósito de hidrodesulfurar cada una de las cargas

mencionadas.

Tabla 1.4.- Tipos de cargas empleadas en la hidrodesulfuracion

TIPO DE CARGA PROPOSITO

Nafta Eliminación de azufre para utilizarla como carga a reformación catalítica.

Querosinas y diesel Bajos niveles de azufre para disminuir la contaminación ambiental.

Destilados de vacio Reducción del azufre para preparar cargas a desintegrado catalítico

(FCC) y reducir las emisiones de dióxido de azufre.

Residuos Reducción de azufre en combustibles.

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1.4.4. Condiciones de operación típicas de plantas industriales de

hidrodesulfuración.

Los intervalos de condiciones de operación típicas de plantas industriales de

hidrodesulfuración son muy amplios y se reportan en la tabla 1.5.

Tabla 1.5.- Condiciones de operación típicas de plantas industriales de hidrodesulfuración

CONDICIONES DE OPERACIÓN INTERVALO

Presión total del reactor, bar 14.8 – 172.4

Temperatura de reacción, °C 280 - 420

Espacio velocidad, Vol./Vol./h 0.1 - 12

Hidrogeno fresco, *

* Estándar de hidrogeno por estándar de hidrocarburos.

El grado de desulfuración de cualquier tipo de carga es función directa de los

siguientes parámetros básicos:

1) Presión parcial de hidrógeno

La elección de la presión de operación depende principalmente del tipo de

carga y de la pureza de la corriente de hidrogeno, En términos generales,

conforme el rango de ebullición de la carga se incrementa los compuestos de

azufre se tornan más complejos y se requiere de presiones más altas para

hacerlas reaccionar y para prevenir la desactivación del catalizador por

deposito de carbón.

La elección de la presión de operación depende principalmente del tipo de

carga y de la pureza de la corriente de hidrogeno. Como muestra la tabla 2.6,

la presión puede variar desde u valor de 14.7 – 24.5 bar cuando desulfura una

nafta, hasta 172 bar cuando se desulfura una nafta, hasta 172 bar cuando se

desulfura un residuo de vacío. Debido a que la presión parcial de hidrogeno es

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el factor decisivo y no la presión total del reactor, la pureza del hidrogeno es

determinante sobre la presión final elegida.

Tabla 1.6.- Presiones de operación por tipo de carga

CARGA PRESION TOTAL

(bar)

PRESION PARCIAL DE

(bar)

NAFTA 12 – 25 6 – 9

DIESEL 34 – 69 25 – 44

RESIDUO DE VACIO 118 – 172 98 – 147

En términos generales, la presión parcial de hidrogeno es función de la presión

total del reactor, el flujo de circulación de hidrogeno y la pureza del mismo, y

afecta directamente las velocidades de desulfuración, desnitrogenación,

saturación de olefinas y desoxigenación, manteniendo el resto de las condiciones

constantes.

2) Temperatura.

El efecto de un incremento de la temperatura de reacción aumenta la velocidad de

reacción y por tanto, el nivel de desulfuración. A temperaturas inferiores a 280°C

las velocidades de reacción tienden a disminuir y arriba de 410°C ocurren

reacciones indeseables generando de ligeros a excesivo depósito de carbón sobre

el catalizador [8]. Como resultado obvio, las cargas ligeras son fácilmente

desulfuradas a baja temperatura de operación, la cual se incrementa en función

directa con el rango de ebullición de la carga a tratar.

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3) Espacio velocidad.

El espacio velocidad controla el tiempo de residencia de los reactivos en el lecho

catalítico; cuando se manejan fracciones ligeras se tienen tiempos de residencia

menores, comparados con los necesarios para fracciones pesadas. Manteniendo

el resto de las condiciones constantes, el incremento del espacio velocidad

provoca una disminución en el grado de desulfuración del proceso. Este efecto

negativo, puede contrarrestarse, aumentando la temperatura del reactor y/o la

presión parcial del hidrógeno.

Puesto que es un proceso desconocido, se necesita profundizar en información

sobre el mismo, con la cual se entienda el porqué, para que y el cómo se pueda

realizar para obtener lo deseado. Por lo tanto esta información será muy útil para

implementar el sistema de control automático.

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CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 15

CAPITULO 2: CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE

HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES

2.1. Características generales

El área de plantas piloto cuenta con una unidad piloto para la hidrodesintegración

de residuales a alta presión, cuyas características generales se describen a

continuación [20]:

Sección de alimentación:

Alimentación de gas:

La alimentación de gas hidrogeno a la planta se realiza por medio de un

medidor de flujo másico.

Rango de operación de 0- 5 lspm (litro estándar por minuto)

Presión de operación: hasta 200 kg/cm2.

Alimentación de hidrocarburo

La alimentación de hidrocarburo se realiza por medio de una bomba de

engranes.

Rango de operación: 40 a 300 ml/h.

Control de velocidad: variable

Presión de operación: 200 kg/cm2

Medición del flujo: balanza (por peso).

Sección de reacción:

Precalentamiento de carga:

Precalentador de carga con resistencia eléctrica.

Rango de operación: hasta 300 ºC.

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Reactor:

Tipo de reactor: CSTR

Modo de operación: isotérmico

Calentamiento: horno con resistencias eléctricas

Capacidad del reactor: 1.8 litros

Capacidad de la canastilla: 200 ml

Temperatura de operación: 380 – 450ºc

Presión de operación: 200 kg/cm2.

Velocidad de agitación: hasta 1500 rpm (control de velocidad variable).

Control de temperatura: 3 termopares internos ubicados en la zona inferior,

media y superior del lecho catalítico.

Sección de separación:

Separador de alta presión, alta temperatura (sapat)

Presión de operación: 200 kg/cm2

Temperatura de operación: hasta 300 ºC

Control de nivel: válvula neumática

Separador de alta presión baja temperatura (sapbt)

Presión de operación: 200 kg/cm2

Temperatura de operación: hasta 120 ºC

Control de nivel: válvula neumática

Separador de baja presión (sbp)

Presión de operación: 10 kg/cm2

Temperatura de operación: hasta 120 ºC

Control de nivel: válvula neumática

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Sección de recuperación de productos:

Producto liquido:

El producto liquido es recuperado en un recipiente hermético, con

capacidad de 2250 ml., acondicionado con un sistema de calentamiento

hasta 120 ºC, y habilitado con una válvula de aguja para el dren del

producto..

Producto gaseoso:

Los gases efluentes del sistema son analizados en línea por un

cromatografo.

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2.2.- Diagrama de tuberías e instrumentación (DTI).

Los DTI´s son diagramas que contienen básicamente los equipos de proceso, las

tuberías, los instrumentos y las estrategias de control del proceso, Un DTI es el

elemento único mas importante en el dibujo para:

Definir y organizar un proyecto.

Entender como es controlada la planta después de finalizar el proyecto.

Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para

la construcción.

Registrar lo que fue construido en la forma como se diseño con los DTI´s.

La mayoría de las firmas utilizan las normas ISA como una base para luego añadir

sus propias modificaciones de acuerdo a sus necesidades.

No existe “norma” DTI o acuerdo en la información que debe ser incluida e

excluida de tales documentos.

Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guías

generalmente más aceptables para desarrollar simbolismo para instrumentación y

sistemas de control en: las industrias químicas y petroquímicas, generación de

energía, pulpa y papel, refinación, metales, etc. Y pueden ser utilizadas en

procesos continuos, por lotes y discretos.

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DTI (PLANTA PILOTO)

En el DTI #1 (plano), tenemos la instrumentación básica de la planta piloto de

hidrodesintegración de residuales. Y contiene básicamente los equipos de

proceso, los instrumentos y las estrategias de control del proceso. Cabe

mencionar que el DTI está elaborado en base a la norma ISA [10].

En el podemos observar los lazos de control, los indicadores y los transmisores de

temperatura, presión, nivel y flujo.

Los lazos de control de temperatura, afectan en mayor medida al sistema, ya que

estos están presentes en el recipiente de carga, en el reactor, en los recipientes

de almacenamiento, en los separadores y en las tuberías, debido a que es una

planta que maneja residuos y por lo tanto este requiere de un previo calentamiento

para su circulación a través del sistema.

Los lazos de control de nivel, están enfocados directamente a controlar el nivel de

los separadores, y solo en uno de estos separadores se encuentra el lazo de

control de presión, el cual controla la presión de salida, que a su vez es el

producto gaseoso, que es enviado para su análisis a un cromatografo.

El lazo de control de flujo, controla la entrada de hidrogeno al sistema y se hace a

través del sensor de flujo másico.

Las bombas que se encuentran en el sistema sirven para presurizarlo.

Y en base a toda la información que se plantea en el DTI, se puede seleccionar el

sistema de control más viable para la planta.

Debido a que toda la información que nos proporcionan y que se maneja dentro

del Instituto Mexicano del Petróleo es confidencial y de uso exclusivo, se nos es

prohibido sacarla de las instalaciones, por lo tanto la información que se presenta

en el DTI es solo representativa de lo más importante de proceso y de las

variables que se controlan en el.

A continuación se muestra el DTI #1:

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2.3.- Sumario de entradas y salidas (I/O).

La primera tarea en la implementación del controlador híbrido modelo HC900 a la

Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, es el sumario de entradas y

salidas, así que en base al DTI se realizo el conteo de cada una de las entradas

analógicas (AI), entradas digitales (DI), salidas analógicas (AO), salidas digitales

(DO) y salidas digitales a relevador (DO Relay) según sea el caso. El conteo de

entradas y salidas da la pauta para conocer las especificaciones del rack o

bastidor, así como el número de tarjetas de I/O que se van a utilizar. La Tabla 2.1

muestra el sumario de entradas y salidas.

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Tabla 2.1.- Conteo de entradas y salidas

TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O

21TI01 TEMP ENT H2 A DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI11 TEMP REC. CARGA FA-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI12 TEMP CARGA DE GA-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI41 TEMP AXIAL SUP. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI42 TEMP AXIAL MED. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI43 TEMP AXIAL INF. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI44 TEMP DE DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI45 TEMP CARGA A DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI46 TEMP SALIDA DE DC-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI51 TEMP CARGA A SAPAT FA-02 TERMOPAR TIPO K AI

21TI61 TEMP ENT SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI

21TI62 TEMP SAPAT FA-02 TERMOPAR TIPO K AI

21TI63 TEMP ENT A SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI

21TI71 TEMP FONDOS SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI

21TI72 TEMP ENT A FA-05 TERMOPAR TIPO K AI

21TI73 TEMP DOMO DE SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI

21TI80 TEMP AMBIENTE TERMOPAR TIPO K AI

21TI91 TEMP SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI

21TI92 TEMP LINEA DE COND SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI

21TI101 TEMP LIGEROS EN FQI-01 TERMOPAR TIPO K AI

21TI111 TEMP PRODUCTO EN FA-08 TERMOPAR TIPO K AI

21TI112 TEMP PRODUCTO EN FA-09 TERMOPAR TIPO K AI

21FI01 FLUJO DE H2 4-20 mA. C.D. AI

21LI61 NIVEL EN SAPAT FA-02 4-20 mA. C.D. AI

21LI71 NIVEL EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AI

21LI91 NIVEL EN SBPBT FA-06 4-20 mA. C.D. AI

21PI71 PRESION SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AI

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TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O

FS-35E 24 VCD DI

FS-35F 24 VCD DI

C-11FB 24 VCD DI

P-51FB 24 VCD DI

51BFB 24 VCD DI

51CFB 24 VCD DI

51DFB 24 VCD DI

51EFB 24 VCD DI

51FFB 24 VCD DI

PDS-101 24 VCD DI

PDS-11 24 VCD DI

PDS-201 24 VCD DI

PDS-21 24 VCD DI

TSS-101A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-102A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-103A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-104A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-105A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-106A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-107A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-108A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-111A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-151A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-151B INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-201A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-202A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-203A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-204A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-205A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-206A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

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TSS-207A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-208A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-211A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-251A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-251B INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-255A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-256A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-257A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-258A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-278A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-291A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-303A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

TSS-304A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI

PSH-C11 24 VCD DI

FQT-81A PULSOS DI

FQT-81B PULSOS DI

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TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O

21LY61 NIVEL EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AO

21LY71 NIVEL EN SAPAT FA-02 4-20 mA. C.D. AO

21LY91 NIVEL EN SBPBT FA-06 4-20 mA. C.D. AO

21PY71 PRESION EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AO

21SY01 ACTUADOR BOMBA CARGA GA-02 4-20 mA. C.D. AO

21SY02 NIVEL SAP-601 4-20 mA. C.D. AO

21SY03 ACTUADOR REACTOR PARR DC-01 4-20 mA. C.D. AO

21SPF01 SET POINT FLUJO H2 4-20 mA. C.D. AO

21TY01 CALENTAM. H2 A ENTRADA DE DC-01 24 VCD DO

21TY11 CALENTAM.RECIP CARGA FA-01 24 VCD DO

21TY12 CALENTAM.CARGA DE BOMBA GA-01 24 VCD DO

21TY44 CALENTAM. REACTOR DC-01 24 VCD DO

21TY45 CALENTAM. CARGA A DC-01 24 VCD DO

21TY46 CALENTAM. SALIDA DE DC-01 24 VCD DO

21TY51 CALENTAM. CARGA A SAPAT FA-02 24 VCD DO

21TY61 CALENTAM. ENTRADA A SAPBT FA-03 24 VCD DO

21TY62 CALENTAM. SAPAT FA-02 24 VCD DO

21TY63 CALENTAM. SAPBT FA-03 24 VCD DO

21TY71 CALENTAM. FONDOS SAPBT FA-03 24 VCD DO

21TY72 CALENTAM. ENTRADA A FA-05 24 VCD DO

21TY91 CALENTAM. SBPBT FA-06 24 VCD DO

21TY92 CALENTAM. LINEA COND DE SBPBT FA-06 24 VCD DO

21TY111 CALENTAM. PRODUCTO EN FA-08 24 VCD DO

21TY112 CALENTAM. PRODUCTO EN FA-09 24 VCD DO

21AREAC RELEVADOR ARRANQUE REACTOR PARR 24 VCD DO

21ARPAR RELEVADOR SISTEMA DE ARRANQUE PARO 24 VCD DO

21ARGA01 RELEVADOR ARRANQUE BOMBA ZENITH GA-01 24 VCD DO

21KV71 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO

21KV72 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO

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21KV73 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO

21KV91 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO

21ARGA02 RELEVADOR ARRANQUE BOMBA GA-02 24 VCD DO

Tabla 2.2.- Conteo total de entradas y salidas

AI DI AO DO

27 46 8 24

Una vez contabilizadas las señales se determina el número de tarjetas que se

insertaran en el rack del controlador. En la Tabla 2.3 se muestra la capacidad en

número de canales que ofrece cada tipo de tarjeta.

Tabla 2.3.-Tarjetas de entradas y salidas

DISPOSITIVO

TARJETAS

AI DI AO DO

MODELO 900A01-0102 900G02-0102 900B08-0101 900H02-0102

# DE TARJETAS 4 3 1 2

CANALES X TARJETA 8 16 8 16

TOTAL DE CANALES 32 48 8 32

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CAPITULO 3: SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO

3.1 Descripción funcional del controlador híbrido

El controlador híbrido HC900 de Honeywell es un controlador lógico y de lazo

integrado diseñado específicamente para operaciones con unidades de mediana y

pequeña escala.

Este cuenta con un conjunto de módulos de software y hardware que se pueden

organizar para satisfacer una amplia gama de aplicaciones de control de procesos.

El controlador puede estar formado por un único bastidor, Fig. 3.1.

El diseño del controlador permite organizar un sistema que se adapte a nuestras

necesidades, ya que una de las razones por las que se hizo selección de este

equipo fue debido a que la configuración se puede modificar o ampliar según las

necesidades, de tal forma que durante la configuración inicial y en modificaciones

posteriores el controlador HC900, nos proporcione un equilibrio entre costo y

rendimiento.

La configuración, Fig. 3.1, se puede organizar modularmente, con la opción de que

muchos componentes son propios de la marca original y algunos pertenecen a

otros proveedores, teniendo así un mejor margen de selección de equipo.

El controlador está preparado para establecer comunicaciones mediante Ethernet

con sistemas servidor, como por ejemplo el PlantScape HMI de la misma marca y

otros programas de software HMI compatible con el protocolo Ethernet

Modbus/TCP.

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Figura 3.1.- Configuración de un controlador HC900

3.2 Características de hardware del controlador

Las características más importantes consideradas para la implementación del

controlador son:

• Estructura modular; los componentes se pueden comprar individualmente,

según las necesidades.

• La CPU permite establecer conectividad serie RS-232 y Ethernet.

• Fácil de armar, modificar y expandir.

• Procesamiento en paralelo: una CPU en cada módulo de E/S realiza el

procesamiento de señales para mantener las velocidades de actualización.

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3.2.1 Bastidor del controlador HC900

Controlador HC900 ("bastidor local") Fig. 3.2, el bastidor del controlador incluye:

1. Un bastidor, disponible en versiones que tienen entre 4 y 8 ranuras ó 12

ranuras.

2. Una fuente de alimentación eléctrica.

3. Un módulo del controlador.

4. Barras de puesta a tierra (para el cableado de E/S, opcional).

5. Módulos de entrada/salida.

6. Bloques de terminales de E/S.

Las diferentes versiones del bastidor, Fig. 3.3, se pueden observar la imagen del

bastidor de 12 ranuras, el cual fue nuestra selección para el desarrollo del control

de la planta piloto de hidrodesintegración de residuales, esto fue en base a futuras

modificaciones del proceso.

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Figura 3.2.- Componentes del bastidor del controlador.

Figura 3.3.- Opciones de bastidor.

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3.2.2 Fuente de alimentación eléctrica

La fuente de alimentación eléctrica P01, Fig. 3.4, proporciona 5 VC.D. y 24 VC.D.

A los conectores del panel posterior de los bastidores local y remoto. La fuente de

alimentación eléctrica es idéntica para el bastidor del controlador y para los

bastidores de expansión de E/S, para todas las versiones de bastidores (4, 8 y 12

ranuras).

Cada fuente de alimentación eléctrica incluye un fusible interno de 5,0 amperios

que no se puede reemplazar en campo.

Elementos que se muestran con números de clave:

1. Puntos de prueba de tensión (sólo en el modelo P01)

2. Bloque de terminales de entrada de C.A.

3. Etiqueta de cableado

4. Conexión de puesta a tierra (Referencia; la conexión no es parte de la fuente de

alimentación eléctrica, está ubicada en la parte inferior del bastidor.)

Figura 3.4.- Fuente de alimentación eléctrica.

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3.2.3 Módulo del controlador

El módulo del controlador Fig. 3.5, con la puerta protectora con bisagras abierta.

Las características del frente del módulo del controlador incluyen:

1. Una batería de litio (debajo de la tapa), de fácil acceso para el cambio en

campo.

2. Puerto serie RS-232; interfaz con la herramienta de configuración del PC, el

módem externo o el dispositivo Modbus.

3. Interruptor de modo (Cierre de programa, Ejecutar/Programa, Cierre de la

ejecución).

4. Puerto 10BaseT Ethernet; interfaz para controladores de sistemas

interconectados, Interfaz hombre-máquina y otras redes.

5. Indicador de estado para funciones del controlador.

6. Indicadores de estado para funciones de comunicación.

Figura 3.5.- Modulo del controlador.

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3.2.4 Módulos entrada/salida (E/S)

Están disponibles ocho tipos de entrada/salida:

• Entrada analógica:

Modelo C30 - Hasta 96 entradas analógicas; 0,1% precisión de amplitud.

• Salida analógica:

Modelo C30 - Hasta 48 salidas analógicas

Hasta 512 entradas y salidas (192 para el Modelo C30)

• Tipos de módulos analógicos:

Entrada analógica universal - 8 puntos

Salida analógica - 4 puntos

• Tipos de módulos de entrada digital:

120/240 V.C.A. y 24 V.C.C. de entrada - 16 puntos

Entrada de contactos - 16 puntos

• Tipos de módulos de salida digital:

120/240 V.C.A. de salida - 8 puntos

24 V.C.D. de salida - 16 puntos

Salida de relé - 8 puntos

Figura 3.6.- Bloques de terminales del módulo de E/S.

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Cada módulo de E/S incluye un indicador de estado para el módulo. Los módulos

de entradas digitales y de salidas digitales también incluyen un indicador de

estado para cada canal. Los bloques de terminales disponibles incluyen el estilo

Europeo (a la izquierda Fig. 3.6) y el estilo de Barrera (a la derecha Fig. 3.6).

3.2.5 Computadora personal

Para crear la estrategia de adquisición de datos y control se necesita una

computadora de características especiales (capacidad de memoria,

almacenamiento, gráficos, por mencionar las más importantes), en la cual se

pueda utilizar el software de configuración “Hybrid control designer”. El PC

también se puede utilizar para descargar/cargar archivos de configuración

hacia/desde el controlador y se puede usar para descargar actualizaciones de

programas hacia el firmware en los módulos del escáner y/o el módulo del

controlador.

Se puede conectar un PC al controlador a través del puerto serie RS-232 en el

módulo del controlador y también se puede conectar en red al controlador a través

del puerto de red 10BaseT Ethernet de conectividad abierta.

3.3 Comunicaciones

El enlace RS-232 al módem o a la herramienta de configuración del PC es de

hasta 12,7 metros. La conexión Ethernet 10BaseT puede manejar hasta 5

servidores de PC mediante protocolo Modbus/TCP, comunicaciones entre pares

con otros controladores HC900 y con Internet.

3.3.1 Dispositivos del módem RS-232

La herramienta de configuración del PC se conecta desde el conector RS-232 en

la parte superior del módulo del controlador a un puerto serie en el PC.

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Figura 3.7.- Comunicación con RS232

3.3.2 Puertos serie (RS232 Y RS485)

Los puertos se pueden configurar como protocolos ELN, Modbus RTU o Modbus

TCP. El controlador puede actuar como Modbus maestro o esclavo en cualquiera

de los dos puertos. Se puede emplear el software de Hybrid Control Designer de

Honeywell ó algún otro software de Interfaz hombre-máquina (HMI); ambos

puertos de comunicación funcionan hasta una velocidad de 57.600 baudios.

3.3.3. Dispositivos ethernet/consideraciones

Los requisitos de dispositivos Ethernet varían según las aplicaciones. Teniendo en

cuenta el uso para el que están destinados, sin embargo, se pueden clasificar en

dos categorías:

Componentes de la red Ethernet de conectividad abierta, que establece el enlace

entre el controlador híbrido HC900 y los del mismo nivel, a las estaciones de

supervisión de Interfaz hombre-máquina y a otros dispositivos 10 Base-T Ethernet

compatibles con el protocolo TCP/IP.

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3.4 Funciones de control

El controlador cuenta un amplio conjunto de bloques de funciones, que incluye:

• PID

• Modelo C30: hasta 8 lazos

• Programadores de puntos de consigna: hasta 8; Perfiles de puntos de

consigna: grupo de 99, con hasta 50 segmentos/perfiles; Programadores de

puntos de consigna: 1 ó 2; Calendarios de puntos de consigna: hasta 20,

con hasta 50 segmentos/calendario.

• Secuenciadores: hasta 4; Secuencias: hasta 20; Pasos por secuencia:

hasta 64.

• Lógica, lógica rápida

• Contadores/Temporizadores

• Matemática, cálculos

• Selector de señal

• Auxiliares

• Comunicaciones

• Hasta 400 (Modelo C30) bloques configurados por el usuario según la

estrategia de control.

3.5 Alarmas/eventos

• Hasta 240 alarmas (20 grupos de 12)

• Hasta 64 eventos.

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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

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CAPITULO 4: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

4.1.- Aplicación del software

En esta parte de la aplicación del software se realiza las configuración requeridas

para el controlador HC900, esto es instalar el sistema operativo WINDOWS 2000,

QUICK BUILDER para dar de alta las entradas y salidas. HYBRID CONTROL

DESIGNER para la configuración de la estrategia de control a utilizar en la Planta

Piloto de Hidrodesintegración de residuales.

4.1.1.- Instalación del software Hybrid Control Designer

Una de las funciones principales de este software es la configuración y

comunicación del controlador HC900, también se emplea para la estrategia de

control, la cual fue fácil de aplicar ya que se crea a través de bloques.

A continuación se muestra el procedimiento de instalación:

Figura 4.1.- Pantalla inicial de instalación del HCD.

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La primera ventana, Fig. 4.1, que despliega la instalación del HYBRID CONTROL

DESIGNER (HCD), la instalación del software es muy amigable y fácil de instalar

siguiendo las instrucciones.

Figura 4.2.- Ventana de Acuerdo de Licencia HCD.

Posteriormente muestra la ventana de acuerdo de licencia (Fig. 4.2) y enseguida

pide el nombre de usuario así como el nombre de la compañía (Fig. 4.3).

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Figura 4.3.- Ventana de información del Cliente.

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Figura 4.4.- Componentes del HC900 a instalar.

Listado de componentes que instala el software, Fig. 4.4. Cabe mencionar que la

versión que se instala es la revisión 4.2 y se requiere el 4.3 por lo que se procedió

a instalar la actualización. Este procedimiento se realiza, porque no se cuenta con

la revisión 4.3 directamente.

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Figura 4.5.- Ejemplos configuración.

Posteriormente notifica de la instalación de ejemplos de configuración compatibles

para la aplicación de control (Fig. 4.5).

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Figura 4.6.- Instalación de Firmware

Despliega una notificación sobre la instalación de Firmware (Fig. 4.6).

Posteriormente a eso, finaliza la instalación, Fig. 4.7.

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Figura 4.7.- Finalización de la instalación del HCD.

Como se menciono se requiere de una actualización así que esta se instala de la

misma manera, revisiones que se instalaran, Fig. 4.8. Finalizando con esto la

instalación del HYBRID CONTROL DESIGNER.

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Figura 4.8.- Actualización.

El mostrar paso a paso la instalación del software mediante imágenes reales

garantiza la correcta instalación futura del mismo, si se llegara a utilizar esta

informacion como un manual de seguimiento.

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4.2.- Armado de gabinetes de conexiones.

Como parte del control de Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales se

requiere de la instalación de un tablero de control, es importante visualizar

imágenes y diagramas de los equipos e instalaciones con la finalidad de identificar

y familiarizarnos fácilmente con todo el proceso, es por ello que se ilustra esta

sesión con imágenes reales y diagramas de conexión.

4.3.- Alambrado del tablero de control

En el tablero de control se encuentran instalados todos los elementos necesarios

para el control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, como los

son: el controlador, las clemas de conexión, contactores, relevadores y demás, los

cuales serán mencionados durante la descripción del armado. El alambrado del

tablero de control se comenzó a partir del diseño de distribución de cada uno de

los elementos, de tal manera que una vez instalados todos los elementos del

tablero, se comenzó por alambrarlos, basándonos en los diagramas de conexión,

los cuales se irán describiendo. Se inicio con la realización de perforaciones para

introducir el alambrado de la acometida, termopares y demás. Una vez realizadas

las perforaciones se introdujo el cableado y se fijo con ayuda de una brida

colocada en las perforaciones.

Diagrama de conexión #1, en el cual se tiene la conexión del contactor principal, a

través de este, se transmiten las 3 fases de alimentación, además de contar con

un común y una tierra física. A partir de estas líneas se encuentran conectadas las

luces indicadoras de encendido y apagado general, el sistema de control y el

contactor de arranque de las bombas y del agitador del reactor, a toda carga del

sistema se le asigno un fusible como protección.

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Figura 4.9.- Luces indicadoras, contactor principal y controladores de bombas.

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Figura 4.10.- Diagrama de conexión #1.

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Diagrama de conexión #2, Fig. 4.13, en este diagrama se maneja la alimentación

UPS, a la cual se encuentra conectada una parte del sistema de seguridad y

protección de la planta. Estos elementos son: la balanza, el relevador por falla de

computadora, el relevador de alarma, los indicadores (de alarma, de ups, de paro

por emergencia), el sistema de arranque y paro y las fuentes de alimentación

(24vcd y +- 15vcd).

Figura 4.11.- Luces indicadoras y relevadores.

Figura 4.12.- Fuentes de alimentación de +- 15vcd y 24vcd.

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Figura 4.13.- Diagrama de conexión #2.

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Los diagramas de conexión #3 y #4, Figs. 4.16 y 4.17, en estos diagramas se

tienen las tarjetas de entradas analógicas del controlador, en la primera tarjeta se

tienen conectados los transmisores de nivel y de presión, los cuales mandan

señales normalizadas de 4 a 20 mA. En las otras tres tarjetas se tienen

conectados los sensores de temperatura que son termopares tipo “k”.

.

Figura 4.14.- Tarjeta de entradas analógicas #1

Figura 4.15.- Tarjeta de entradas analógicas #2

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Figura 4.16.- Diagrama de conexión #3.

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Figura 4.17.- Diagrama de conexión #4.

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Figura 4.18.- Diagrama de conexión #5.

En el diagrama, fig. 4.18, tenemos dos tipos de tarjetas, una es tarjeta de salidas

analógicas, en la cual están conectados los actuadores de las bombas y las

válvulas de control, y la otra que la tarjeta de salidas digitales en la cual están

conectados todos los relevadores de estado sólido con los cuales se maneja la

potencia del sistema.

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Diagrama, fig. 4.22, se puede observar la manera en que quedo conectado el

sistema de potencia, el cual está compuesto por contactores, relevadores de

estado sólido, fusibles de protección y las resistencias eléctricas.

Figura 4.19.- Contactores

Figura 4.20.- Fusibles

Figura 4.21.- Relevadores de estado solido

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Figura 4.22.- Diagrama de conexión #6.

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Los diagramas de conexión #7 y #8, Figs. 4.25 y 4.26, en estos se tienen

conectados los interruptores de seguridad por alta temperatura (TSS).

Figura 4.23.- TSS #1

Figura 4.24.- TSS #2

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Figura 4.25.- Diagrama de conexión #7.

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Figura 4.26.- Diagrama de conexión #8.

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Tablero de control terminado:

Figura 4.27.- Tablero de control

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4.4.- Comunicación con el controlador HC900

El controlador HC900 puede ser conectado a una PC estableciendo la

comunicación atreves de dos posibles medios, ya sea por el cable nulo (RS-232) ó

por un cable Ethernet. A continuación se detallaran ambos casos ya que ambos

son empleados.

4.4.1.- Cable nulo

Como se ha mencionado el controlador HC900 se puede conectar a la PC para lo

cual requiere de un cable de módem nulo, este cable puede ser adquirido ó puede

ser elaborado.

En este caso, se elabora el cable, Tab. 4.1.

Tabla 4.1.- Conexiones de cable de módem nulo.

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Una vez terminado el cable de módem nulo se procedió a conectar una de las

partes al controlador HC900 (la de 3 clavijas) y el otro extremo al puerto serie

COM1 de la PC.

Antes de establecer comunicación con el controlador se debe verificar la

configuración de los puertos series del controlador, estos varían según el modelo.

En el caso del modulo C30 este cuenta con dos puertos series S1, S2 y con un

puerto Ethernet (véase la Figura 4.28).

Los puertos series S1 y S2 pueden ser configurados en RS-232 ó RS-485, dicha

configuración es determinada por el dip switch SW1 para el puerto S1 y SW2 para

el puerto S2; configuración, Tab. 4.2.

Tabla 4.2.- Configuración del interruptor dip switch de los puertos series.

Figura 4.28.- Puertos que contiene el modulo C30.

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Una vez identificado el puerto serie que se utiliza para el RS-232 se procede a

abrir el software Hybrid Control Designer en el cual se crea un nuevo archivo, Fig.

4.29, donde se escogerá el tipo de controlador, en este caso fue el HC900-C30, de

igual forma se selecciona la revisión del controlador.

Figura 4.29.- Nuevo archivo en HCD.

Figura 4.30.- Configuración de puerto.

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Posteriormente para establecer la comunicación con el controlador se selecciona

la pestaña de utilidades, donde en la parte inferior de la ventana se observan los

puertos de comunicación, cabe mencionar que el icono de Network aparece a

pesar de no estar configurado, se debe configurar para establecer comunicación

con RS-232, así que se dirige al COM1 para configurar este puerto, en seguida

aparece la ventana de propiedades del puerto en donde se enciende el puerto y se

le asigna la velocidad de comunicación, la cual puede ser auto-detectada, Fig.

4.30.

Figura 4.31.- Obtención IP del controlador

Una vez configurado el puerto, se cambia el puerto con el que se comunica

(COM1), Fig. 4.31. Se puede comprobar que se está comunicando con el

controlador si se presiona el icono Loop Back, Fig. 4.30.

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Realizado este paso se procede hacer clic en el icono modo monitor y después en

Network Port Diagnostics, se observara la dirección IP que tiene el controlador,

Fig. 4.31.

El objetivo de comunicarlo de esta forma con el controlador es primeramente para

verificar el funcionamiento de este ya que de no funcionar se tendría que cambiar.

Por otro lado también para obtener la dirección IP del controlador y de esta forma

comprobar que sea la dirección IP de fabrica 192.168.1.254 de no ser así obtener

la dirección correcta para establecer la conexión por el medio de Ethernet.

4.4.2.- Cable Ethernet

Ya que es una comunicación punto a punto se realizo un cable cruzado y la

configuración, Tab. 4.7.

Tabla 4.3.- Configuración cable Ethernet.

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Ya que se cuenta con la dirección IP del controlador (192.168.1.254), se procede a

configurar este puerto, para ello se selecciona el icono Network, el cual arrojara la

ventana de propiedades, Fig. 4.32, dando la configuración por default.

Figura 4.32.- Propiedades del puerto network

Se selecciona el nombre dando doble clic y aparecerá una ventana en la cual se

puede modificar la dirección IP de ser necesario, el nombre así como el tipo de

modulo con el que cuenta el controlador, Fig. 4.33. Una vez confirmado que el

modulo y la dirección IP del controlador sean los correctos, se puede proceder a

comprobar que exista comunicación por este medio dando clic en el icono de Loop

Back, Fig. 4.32. Con lo que se asegura la comunicación del servidor al control

HC900.

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Figura 4.33.- Ventana de edición del dispositivo

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4.5.- Control de la planta piloto de hidrodesulfuración de residuales

El control de las variables de cualquier proceso es indispensable, ya que si se

hace un buen manejo de las mismas el proceso operara de manera correcta. El

control se diseño en el software”Hybrid Control Designer”, en el cual a través de

bloques se representan las entradas, salidas, controladores, temporizador, etc. [10].

De tal forma que aquí se ejecutan las acciones para controlar los dispositivos de

automatización como la bobina, las resistencias, etc. Estos bloques se direccionan

hacia una entrada o salida del controlador según fuese el caso, por ejemplo en

caso de ser una entrada de termopar se toman los valores censados y

posteriormente este bloque de entrada se utiliza como indicador para el HMI. En la

Fig. 4.34 se muestra un bloque de entrada para el censado de las tres diferentes

temperaturas axiales del reactor.

Figura 4.34.- Temperaturas axiales del reactor

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El bloque de una entrada analógica, Fig. 4.34, para un termopar de tipo K, los

bloques de entrada se configuraron conforme a las propiedades del tipo de

dispositivo del que se toma la información, el cuadro de configuración, Fig. 4.35,

muestra las propiedades del bloque de temperatura axial superior.

Figura 4.35.- Cuadro de configuración de la t. axial superior del reactor

Para asignar las propiedades a los bloques de entrada se comienza por designar

el tipo de entrada que va a ser este bloque (Termopar, bloque, etc), en este caso

un termopar de tipo ‘k’, el siguiente campo a llenar fue la dirección de donde se

toma la medición, esto es el numero de rack, modulo y canal, posteriormente se

llenan las opciones como la detección de falla de canal, el valor a usar en caso de

falla, etc.

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En el caso de los bloques de entrada el valor censado se utiliza para indicarlo en

pantalla, se les conecto una señal analógica, a la cual se le designaron

propiedades para poderlas comunicar con el HMI, Fig. 4.36, algunas de las

entradas a utilizar como indicador son las 3 temperaturas axiales del reactor, T.

domo SAPBT FA-03 y T. ambiente.

Figura 4.36.- Propiedades de la señal analógica

4.5.1.- Lazo de control de temperatura de residuos

Otra de las configuraciones realizadas en el “Hybrid Control Designer” fueron los

10 lazos de control de temperatura de residuo. Para que el residuo circule de

manera fluida a través de las tuberías fue necesario implementar lazos de

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control de temperatura para aplicar calor a través de resistencias eléctricas a estos

residuos. Estos lazos se formaron por un bloque de entrada, un bloque PID que

representa el controlador, un bloque switcheo y un bloque de salida proporcional

por tiempo.

El bloque de entrada se configuró, Fig. 4.37, con respecto al bloque del

controlador se proporcionaron un mayor número de propiedades como el algoritmo

de control, dirección, el modo inicial de arranque, tipo de set point, constantes de

sintonización, etc. Fig. 4.38.

Figura 4.37.- Lazo de control de t. de carga del reactor

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Figura 4.38.- Propiedades del PID

La sintonización del lazo de temperatura, se llevo por medio del método de tanteo

véase [9], esto fue modificando el valor de ganancia que es la proporción de la

variación de salida (%) sobre el cambio de las variables medidas (%) que lo causó

y el tiempo de RESET o Tiempo Integral, el cual trabaja ajustando la salida del

controlador de acuerdo con el tamaño de la desviación (SP vs PV) y el tiempo que

dura. Así que la cantidad de medidas correctivas está en función del valor de la

ganancia, ocupando este método de tanteo, primero se tomaron los valores con

los que se encontraba trabajando el antiguo controlador, una vez introducidos

esos valores se realizo una pequeña prueba en la que se observo el

comportamiento del lazo de control, conforme a su respuesta se observo que la

variable de temperatura se encontraba calentando muy rápido, motivo por el cual

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se cambio el valor de la ganancia y del tiempo de reset hasta encontrar los valores

más adecuados. Fig. 4.39.

Figura 4.39.- Sintonización de lazo de control

En este lazo de control se utiliza una salida a relevador por lo que se selecciona

un bloque de salida proporcional por tiempo el cual tiene como función el

proporcionar una cantidad de tiempo de encendido y apagado de una salida digital

a relevador, en un ciclo de tiempo definido por el usuario [10], de tal forma que esta

señal de salida es utilizada para el control del relevador ( tiempo de conmutación),

por lo que cuando la salida este encendida se envía un pulso de corriente hacia la

resistencia que calienta la carga del reactor, conforme se vaya requiriendo el

controlador aumenta la cantidad de pulsos de salida para alcanzar la temperatura

o bien disminuyen conforme se vaya alcanzando el valor de set point.

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En el bloque de salida TPO al igual que los demás bloques se le asignan

propiedades como la dirección, el rango de salida, etc.

La ventana de configuración, Fig.4.40, para la salida del lazo de control de la

carga del reactor.

Figura 4.40.- Ventana de configuración de la salida del lazo de t. de carga

4.5.2.- Lazo de control de temperatura del reactor

El control de temperatura se hace por medio de un lazo de control formado

principalmente por la entrada analógica “AI117”, el controlador “PID118” y la salida

“TPO119”, además de unos bloques adicionales que en conjunto realizan un

rampeo, que tiene como función controlar el incremento y decremento de

temperatura en el reactor, con el fin de no dañar el catalizador debido a cambios

bruscos de temperatura,Fig. 4.41. Además este bloque de PID al igual que los

otros lazos de temperatura se calibro por el método de tanteo.

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Figura 4.41.- Lazo de control de temperatura del reactor

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4.5.3.- Lazo de control de presión del SAPBT FA-03

El control de presión se hace por medio de un lazo de control formado por la

entrada analógica “AI159”, el controlador “PID160” y la salida “AO210”. La función

de este lazo es mantener la presión de salida del separador de alta presión y baja

temperatura FA-03, Fig. 4.42. Además este bloque de PID al igual que el lazo de

temperatura se calibro por el método de tanteo.

Figura 4.42.- Lazo de control de presión del SAPBT-03

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4.5.4.- Lazo de control de nivel del SAPAT FA-02

El control de nivel se hace por medio de un lazo de control formado por la entrada

analógica “AI166”, el controlador “PID167” y la salida “AO211”. La función de este

lazo es mantener el nivel del separador de alta presión y alta temperatura FA-02,

Fig. 4.43. Además este bloque de PID al igual que el lazo de temperatura se

calibro por el método de tanteo.

Figura 4.43.- Lazo de control de nivel del SAPAT-02

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Una vez que se cuenta con todos los lazos así como las correspondientes

señales, se obtienen e imprimen los listados de las señales, identificaciones (Tag)

y variables, también se puede obtener un reporte detallado de la función de

bloques.

Para ello se dirigirá a FILE-PRINT REPORT PREVIEW, Fig. 4.44

.

Figura 4.44.- Impresión reporte previo

Posteriormente aparece la ventana Imprimir Reporte, en donde se seleccionara

“FBD’s”, Fig. 4.45

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.

Figura 4.45.- Imprimir reporte

Enseguida despliega un menú, se selecciona “Modbus Register Map” desplegando

un submenú, según lo que se desee imprimir será la selección (Fig. 4.46).

Figura 4.46.- Menú y submenú de FBD´s

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Este listado servirá para la creación de la base de datos en el QUICK BUILDER.

Una vez terminado la parte de control en el “HYBRID CONTROL DESIGNER”, se

procede a descargarlo al controlador, Fig. 4.47.

Figura 4.47.- Descarga al controlador HC900

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4.6.- Base de datos para el sistema

Para realizar el control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales,

se creó una base de datos en el software QUICK BUILDER, en donde se crean los

puntos de entradas y salidas del sistema con las que se van a trabajar, con esto

se relacionan los lazos del sistema HC900, configurados en HYBRID CONTROL

DESIGNER, así como las pantallas realizadas en DISPLAY BUILDER. La creación

de estos puntos es en base al sumario de entradas y salidas que se realizo a partir

del DTI.

Para agregar el canal de comunicación se selecciona el Icono de Channels, Fig.

4.48, esta despliega dos opciones, Fig. 4.49. Una vez seleccionada la opción de

agregar ítem despliega la ventana, Fig. 4.48 en la cual se selecciona el tipo de

canal, para este propósito es el Canal Universal Modbus, y se puede designar el

nombre del canal en este caso se dejo con el default, una vez seleccionado lo

anterior se le da OK.

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Figura 4.48.- Ubicación del icono channels así como la ventana para agregar canales dentro

del QUICK BUILDER.

Figura 4.49.- Ventana desplegada por QUICK BUILDER al hacer clic derecho sobre los

iconos ya sea de channels, controllers o points.

Ya que se agrego el canal de comunicación, se asigno el tipo de puerto de

comunicación que tendrá el canal creado, Fig. 4.50. Se selecciona LANVendor y

con este se termina la configuración del canal dentro del QUICK BUILDER.

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Figura 4.50.- Asignación del puerto de comunicación que tendrá el canal creado.

Para agregar el controlador se selecciona el Icono de Controllers, Fig. 4.51,

despliega dos opciones, Fig. 4.49. Una vez seleccionada la opción de agregar

ítem despliega la ventana Fig. 4.51 en la cual se selecciona el tipo de controlador,

(Canal Universal Modbus), se puede designar el nombre del canal en este caso se

dejo el default, una vez seleccionado lo anterior se le da OK.

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Figura 4.51.- Ubicación del icono controllers así como la ventana para agregar controladores

dentro del QUICK BUILDER.

Una vez creado el controlador se pueden modificar los parámetros tales como:

nombre, descripción, nombre del canal, limite de alarma marginal, limite de alarma

de falla, el tipo de device, la dirección IP, la identificación del device y el

desplazamiento, Fig. 4.52. En este caso se crean dos controladores ya que se

tienen que asignar a los lazos de control, identificaciones (TAG), Variables; cada

uno de ellos es válido solo en una dirección determinada de desplazamiento

determinado, Fig. 4.53.

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Figura 4.52.- Parámetros de los controladores, se puede apreciar el cambio de

desplazamiento

Figura 4.53.- Información proporcionada en la ayuda del programa referente a la dirección

del desplazamiento

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MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 85

Para la creación de puntos se selecciona el Icono de Points, Fig. 4.54, despliega

dos opciones, Fig. 4.49, una vez seleccionada la opción de agregar ítem despliega

la ventana, Fig. 4.54, en esta pantalla se selecciona el tipo de punto y dependerá

del tipo de señal de la entrada. Normalmente la opción a seleccionar es Analog

Point donde se le asigna el nombre del tag.

Figura 4.54.- Creación de puntos

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En la creación de los puntos se tienen ocho ventanas en las cuales se designan

las características de cada punto, estas ventanas son:

• MAIN

• DISPLAY

• ALARMS

• CONTROL

• AUXILARY

• HISTORY

• SCRIPTS

• USER DEFINED

Figura 4.55.- Características ventana MAIN.

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En este caso solo se empleara la ventana de MAIN, CONTROL e HISTORY.

En la ventana de MAIN se designan los siguientes campos para todos los puntos:

• POINT ID: es donde se designara el TAG de cada punto.

• DESCRIPTION: Una pequeña descripción que representa el punto creado.

• PV SOURCE ADDRESS: dirección de la variable de donde se va a tomar el

valor.

• PV SCAN PERIOD: periodo de escaneo a la variable de proceso.

• ENGINEERING UNITS: unidades de ingeniería con las que trabaja este

punto.

• 100% RANGE VALUE: Rango que representa el 100%

• 0% RANGE VALUE: Rango que representa el 0%

• DEADBAND (%): valor de banda muerta.

Las características de la ventana de MAIN, Fig. 4.55, como se observa a un lado

de PV SOURCE ADDRESS hay un icono de direccionamiento; se dará clic en este

desplegando una ventana que ayuda a proporcionar la dirección de la variable. En

la Fig. 4.56 se selecciona entre los controladores antes creados, la selección

dependerá si es un lazo, tag o variable en este caso se trata de un lazo de control

por lo que se utilizara CONUNI1 el cual tiene un corrimiento 0, también se

determina la locación, y esta depende del parámetro a seleccionar, en este caso

se trata de un lazo, en seguida va el numero del lazo al que pertenece en el

HIBRID CONTROL DESIGNER y por último el parámetro correspondiente, en este

caso la variable de proceso (PV).

Figura 4.56.- Direccionamiento de la variable

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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

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En la ventana de Control Fig. 4.57, se designa el direccionamiento origen y destino

del setpoint (SP), output (OP) y Mode (MD), del mismo modo que se mostró en el

direccionamiento de PV SOURCE ADDRESS, también se asigna el periodo de

escaneo en segundos (5 segundos).

Figura 4.57.- Características ventana de CONTROL.

Otras de las propiedades que se les puede dar al los puntos como en este caso,

es el tener un historial, Fig. 4.58. Se seleccionan los valores a considerar para el

historial que en el caso de los indicadores de alguna variable son la variable de

proceso (PV) y el setpoint (SP).

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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 89

Figura 4.58.- Ventana HISTORY.

La creación de los demás puntos de control se realizan en forma similar, la

diferencia radica en la descripción ID y las características que se le asignen a

cada uno.

Al finalizar este capítulo, se obtienen y se configuran todas las estrategias de

control y la comunicación.

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COSTO - BENEFICIO

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 90

CAPITULO 5: COSTO - BENEFICIO

5.1.- Costos

A continuación se muestra el presupuesto calculado para este proyecto. Cabe

señalar que los precios mostrados a continuación son reales e incluyen iva.

En base al análisis previamente hecho se determinaron algunos materiales

necesarios para el proyecto tales como las tarjetas para el controlador híbrido

HC900 y termopares.

Tabla 5.1.- Costos de tarjetas empleados de la marca HONEYWELL.

CANTIDAD UNIDAD DESCRIPCION COSTO

UNITARIO $ MN

COSTO TOTAL $

MN

TARJETAS

1 pieza

Tarjeta de control lógico y de lazo avanzado, conectividad a ethernet abierta, control PID

superior, funciones de bloques configurables 5000, punto de ajuste programable, marca Honeywell,

modelo 900C72-0144-00

27,516.00 27,516.00

2 pieza

Tarjeta de 8 canales de entrada analógicas, tipo de entrada: termopar, RTD, voltaje (-500 a 500 mV.

C.D. máximo, -10 a 10 V.D.C. máximo) y corriente (4-20 mA.C.D.), impedancia de ntrada: 10

megaohms, aislamiento de entrada: 400 V.C.D. punto a punto, reflexión del ruido: modo serie

mayor a 60 dB y en modo comun mayor 130 dB, entrada de voltaje: configurable, límite de

sobrerango: +/- 10% para rangos lineales y +/-1% para no lineales, detección de termopar abierto,

precisión: +/- 0.1% del rango, efectos de temperatura en la precisión: +/-0.01% de la escala

total por oC máximo, convertidor A/D de 15 bits, led de indicación de tres estados, datos de

configuración de canal almacenados en memoria no volátil, suministro eléctrico: 5 V.C.D. 40 mA. max

y 24 V.C.D. 25 mA. máximo. Marca: Honeywell modelo: 900A01-0102

8,971.00 17,942.00

2 pieza

Tarjeta de 8 canales de salida analógica de 0 a 21.8 mA. C.D. aisladas, resistencia de carga : 750

ohms, máxima, aislamiento: 500 V.C.D canal a canal, suministro eléctrico: 5 V.C.D. 40 mA máximo

y 24 V.C.D, 200 mA máximo, marca Honeywell, modelo: 900B08-0101.

10,845.00 21,690.00

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COSTO - BENEFICIO

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2 pieza

Tarjeta de 16 canales de entradas digitales, rango de voltaje de entrada: 80 a 264 V.C.A., voltaje pico:

264 V.C.A., aislamiento: en dos grupos de 8 entradas con 345 V.C.A: máximo, niveles de voltaje: alto en 75 V.C.A., bajo en 20 V.C.A:, impedancia de entrada: 48 kilohms nominal,

corriente de entrada: 1 mA. nominal a 120 V.C.A, 60 Hz., suminsitro eléctrico: 5 V.C.D: 130 mA.

máxima. Marca: Honeywell,modelo: 900G03-0102

3,749.00 7498.00

2 pieza

Tarjeta de 16 canales de salidas digitales, aislamiento: 2 grupos de 8 bits, voltaje de operación: 6.5 a 32 V.C.D., tipo de salida:

interruptor de potencia inteligente IPS, voltaje pico: 34 V.C.D., protección de sobrecarga electrónica de corriente alta y alta temperatura. corriente de carga máxima: 1 A. por punto, carga: resistiva, corriente máxima de fuga: 0.15 mA. a 32 V.C.D. tiempo de

respuesta de conmutación: 6 ms., suministro eléctrico: 5 V.C.D. 340 mA. marca: Honeywell,

modelo: 900H02-0102

4,686.00 9,372.00

1 pieza

Tarjeta de 4 canales de entradas de pulsos, voltaje de entrada: 0 a 24 V.C.D., nivel de voltaje

encendido: 3.0 V.C.D. mínimo, nivel de voltaje apagado: 1.0 V.C.D. máximo, impedancia de

entrada: 25 kilo ohms, frecuencia: 10 Khz máximo, ancho de pulso mínimo: 3 micro segundos,

contador de pulsos: 32 bits. marca: Honeywell, modelo: 900K01-0001

8,971.00 8,971.00

2 pieza

Fuente de alimentación, entrada: 120 VCA, 7A, 60 Hz., voltaje d

esalida 5 VCD y 24 VCD, 60 W, fusible interno, terminales de

alambrado tipo tornillo, marca Honeywell, modelo: 900P01-0001

6,962.00 13,924.00

1 pieza Rack de 12 slots con tarjeta backplane, marca Honeywell,

modelo 900R12-0101 5,971.00 5,971.00

1 pieza Tablilla terminal de bajo nivel, estilo barrera, marca Honeywell,

modelo 900TBK-0001 535.00 535.00

1 pieza Tablilla terminal de alto nivel, estilo barrera, marca Honeywell,

modelo 900TBR-0001 482.00 482.00

1 pieza Tapa ciega para slot disponible, marca Honeywell, modelo

900TNF-0001 241.00 241.00

15 pieza

Tarjeta de controlador de límite para sistema interruptor de

temperatura UDC1000, señal de entrada: T/C, RTD, mV, mA.

Rango programable, señal de salida SPDT 5 Amp 240 VCA,

indicador dual, protección de carártula IP66, alimentación

eléctrica: 100 a 240 V, 60 Hz, marca: Honeywell, modelo:

DC120L10001000

4,323.00 64,845.00

5 pieza

Tarjeta principal de controlador universal minidin para sistema

de temperatura marca: Honeywell, modelo No. DC2500-CE-

0B00-200-00000-00, señal de entrada: T/C, RTD, mA, mV, V.,

señal de salida: 4 a 20 mA.C.D., modos de control: PID, salida

de contacto SPST para alarma, indicación: digital, programador

de punto de ajuste, alimentacion eléctrica: 120 V.C.A.

8,819.00 44,095.00

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COSTO - BENEFICIO

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 92

1 pieza

Tarjeta multiplexora Hub de 8 entradas de RS-232, DB9, una

salida a USB 2.0, velocidad: 50 bps, a 921.6 Kbps, marca:

Moxa, modelo 1610-8

8,580.00 8,580.00

2 pieza

hub de red industrial ethernet 10/100TX, 8 puertos RJ45, plug

and play, leds indicadores de estado y comunicación por puerto,

detección de red automática (auto-link) incluye fuente de

suministro de alimentación 120 VCA.

1,750.00 3,500.00

2 pieza

Rectificador de voltaje para Unidad Local LPU del sistema

Micromax, marca:Condor,modelo GPC80, con platina de

montaje, interruptores y conectores para substituciòn directa.

8,000.00 16,000.00

2 pieza Rectificador de voltaje con salida de 24 VCD a 3.6 Amp., 1,787.00 3,574.00

TOTAL 254,736.00

A continuación se mostrará el costo de los termopares así como del cable utilizado

para su conexión.

Tabla 5.2.- Costos de termopares.

CANTIDAD UNIDAD DESCRIPCION

COSTO

UNITARIO $

MN

COSTO

TOTAL

$ MN

44 pieza Termopar tipo K 780.00 34,320.00

20 metro Cable de extensión para termopar tipo K 80.00 1,600.00

TOTAL 35,920.00

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COSTO - BENEFICIO

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 93

5.2.- Beneficios

Con la modernización de la planta piloto de hidrodesintegración de residuales,

asumiendo una comparación contra el otro sistema de control, obtenemos

beneficios económicos, técnicos y ambientales, entre ellos destacan los

siguientes:

El sistema suministra una adquisición automática de datos. La cual

posibilita la información durante el proceso de Hidrodesulfuración de

Residuales en tiempo real. Así, los registros del proceso pasan a ser

registrados con el mínimo de intervención humana, de forma más rápida,

más precisa y con mayor fiabilidad en los datos. Además la posibilidad de

realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores (a fin de analizar

los posibles errores), gran capacidad de almacenamiento, rápido acceso a

la información y toma de decisión.

Control de variables de acuerdo al proceso.

Resultados en tiempo real, cálculos confiables y base de datos de las

pruebas.

Sistema de ayuda interactivo.

Beneficios Tangibles:

Todos los datos estarán centralizados en una base de datos.

Las mejoras a la programación se realizan en un solo lugar, evitando la

instalación en cada computadora.

Se pueden hacer informes con los datos en tiempo real.

Se evita el gasto innecesario de papel.

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RESULTADOS

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 94

CAPITULO 6: RESULTADOS

6.1.- Resultados

Se realizó una prueba, suficiente como para comprobar que los elementos a

controlar dentro del proceso funcionan correctamente, esta primera prueba fue en

modo manual arrojando las tendencias que se muestran en las Figs. 6.1, 6.2 y 6.3.

Estas tendencias son respuestas de las variables censadas por la instrumentación

de campo y son representadas gráficamente.

Figura 6.1.- Tendencias de Temperatura.

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RESULTADOS

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 95

Figura 6.2.- Tendencia de Nivel.

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RESULTADOS

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 96

Figura 6.3.- Tendencia de Presión.

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RESULTADOS

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 97

Las tendencias de temperatura, Fig. 6.1. La línea amarilla (señalizada) representa

la temperatura del reactor, donde la mínima es de 0 °C, y la máxima de 500°C,

como no es conveniente llevar la temperatura al máximo de forma rápida, por

cuestiones de seguridad para el catalizador, la temperatura se va incrementando

de manera escalada, los escalones de incremento fueron de 20°C. Y así hasta

llegar a los 60°C. Donde se iba a mantener constante durante un periodo de

tiempo. Y posteriormente seguiría incrementando. Los incrementos de

temperatura en los escalones dependen de las pruebas que se estén realizando.

Las otras líneas de colores representan las temperaturas de otros componentes,

las cuáles respondieron de la manera deseada durante la prueba.

La tendencia de nivel, Fig. 6.2. La línea verde (única) representa el nivel dentro del

Separador de Alta Presión y Alta Temperatura (SAPAT), se observa como

respondió desde un nivel bajo de 0 %, alcanzo un nivel alto de 65 % y

posteriormente se mantuvo en un nivel del 35 % de la capacidad del Separador.

La tendencia de presión, Fig. 6.3. La línea rosa (única) representa la presión

general del sistema, se puede observar que de un inicio el sistema estaba

presionado a unos 80 Kg/cm2, después de esto la presión cayo a cero, volvió a

incrementar a unos 88 Kg/cm2 y posteriormente se mantuvo en 95 Kg/cm2.

Cabe mencionar que estas pruebas fueron realizadas para obtener tendencias

(temperatura, presión y nivel) que fueran útiles para demostrar que los sensores,

transmisores y demás instrumentos de campo estuvieran trabajando de manera

correcta.

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CONCLUSIONES

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 98

CONCLUSIONES:

El objetivo general de este trabajo fue modernizar el sistema de control de la

planta piloto de hidrodesintegraciòn de residuales, y a partir de ello se

presentan las siguientes conclusiones:

Puesto que el anterior controlador era obsoleto, no contribuía para el correcto

funcionamiento de la Planta Piloto y no se obtenían beneficios, ni buenas

condiciones de operación.

Por lo tanto se hizo la implementación del controlador híbrido HC900 en la Planta

Piloto de Hidrodesintegración de Residuales del IMP, y con ello se encontraron

una serie de puntos que beneficiaron al proceso de Hidrodesintegración de

Residuales, ya que actualmente el proceso se encuentra operando de una forma

segura y bajo las condiciones de operación.

Dentro del desarrollo de este proyecto se elaboró la documentación de ingeniería

básica para la instrumentación, como lo fue el DTI en el cual se representa de

forma grafica la secuencia de equipos, las tuberías y los accesorios que

conforman el proceso de Hidrodesintegración de Residuales, además de contar

con los diagramas eléctricos los cuales sirven de gran apoyo para futuras

modificaciones o bien para consultar en posibles fallas.

Además se logro el armado de un gabinete general de control, donde se colocaron

algunos dispositivos de control, ayudando así a tener un proceso más seguro y

con cierta estética del mismo el tablero.

Anexo a esto el alambrado de la instrumentación de campo, fue realizado de tal

forma que en caso de existir una falla en los transmisores o sensores, sea fácil su

detección y reemplazo, como es desconectar el equipo dañado y conectar el

nuevo.

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CONCLUSIONES

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 99

Por otra parte la instalación y configuración del sistema de control logro que se

tuvieran una gran cantidad de beneficios como fue la adquisición de datos en

tiempo real, mejorando el control del proceso, la creación de una base de datos y

el tener un historial, el cual nos puede servir para conocer el comportamiento del

proceso y mejorar la toma de decisiones, además de que con la información

recabada es más fácil el desarrollo de reportes, también se logro tener una mayor

seguridad con la instalación del controlador y una mayor flexibilidad para

modificaciones futuras. Con modificaciones futuras nos referimos a posibles

extensiones o crecimientos dentro de la planta, esto involucra tener más

dispositivos de control, sensores, trasmisores, entre otros. Y la flexibilidad la

representa este nuevo sistema de control que nos permite adicionar todos estos

puntos nuevos en un transcurso considerablemente rápido, a diferencia del otro

sistema de control con el cual podíamos tardar hasta semanas en realizar estas

modificaciones. Pero el detalle más importante es que al realizarse estas

modificaciones en la mayoría de los casos no funcionaban y como consecuencia

implicaban periodos más largos de arranque o respuesta ante estas situaciones.

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