martes, 29 de mayo de 2007

Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)

El Sistema esta basado en el control de temperatura de un horno de retención Nº 08 el cual posee un tanque de gas que suministra el gas para la combustión y otro tanque de gas auxiliar que suministra al tanque principal cuando los niveles de presión han descendido. Estos flujos de gases son controlados por válvulas de control según las necesidades de la variación de la temperatura del horno.

Diagrama de Tuberías & Instrumentación (DT&I)

La propuesta esta basada en un control del horno mediante PLC; el cual maneja principalmente la temperatura, unido a esta existen dos variables principales, la temperatura y el flujo de gas que alimenta al horno. El quemador es calentado por sistema de combustión a gas, es necesario que por características de este proceso, este flujo de gas sea controlado por una válvula de control neumático que es manejada por el controlador PID, según necesidades de la variación de la temperatura del horno. Los instrumentos son conectados por medio de una red de comunicación - controlador al Computador principal, y se presenta en la pantalla las mediciones y condiciones del proceso.

El transmisor de temperatura manda una señal analógica de 4 a 20 mA al controlador PID y este a su vez manda una señal digital al sistema de control y supervisión por computadora. El controlador en función de la señal que recibe y el set point fijado a 850 °C, incide sobre la válvula de control, el cual permite mayor o menor restricción del flujo de gas al horno.

Por otro lado, la estación de gas, se le instala un transmisor inteligente de presión que manda constantemente señales al sistema centralizado y controla el flujo de gas existente.

Criterios de Diseño

Códigos, Estándares y Normas

Para designar y representar los diferentes elementos de que consta la obra, se han adoptado las normas de la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA), concretamente la Norma ISA-S5.1-1984, que es prácticamente un estándar de facto en las industrias y que además facilita la asignación de códigos y la simbología para los accionamientos, instrumentos de medida y control, y sistemas auxiliares. Con esta norma, se obtiene una etiqueta identificadora denominada TAG, que consta de dos partes: la primera formada por letras, en mayúsculas y hasta un número de 4, que identifica la funcionalidad; la segunda, formada por números que identifican el sistema, circuito o bucle donde se ubica el elemento. También se empleo las norma ISA-S5.3-1983. El objetivo de esta norma es documentar los instrumentos formados por ordenadores, controladores programables, mini ordenadores y sistemas a microprocesador que disponen de control compartido, visualización compartida y otras características de interfase. Los símbolos representan la interfase con los equipos anteriores de la instrumentación de campo, de la instrumentación de la sala de control y de otros tipos de hardware. Para representar estructuras de símbolos se emplea la norma ISA-S5-5-1985.


Descripción del Proyecto

El proyecto consta de un sistema de control del horno mediante un plc, donde lo principal a controlar es la temperatura de este, sustituyendo el actual por equipos eficientes como: un controlador de temperatura PID, transmisor inteligente de presión diferencial, sensores de temperatura, nivel y presión, y unas electroválvulas. Estos equipos de control se comunicaran por una línea de comunicación del tipo estandarizada o por interfases de comunicaciones propietarias (diseñadas por el fabricante) mediante supervisión grafica, que sirve para la adquisición de datos y el monitoreo del proceso, esto brindara la automatización y el control integral del horno.

Los principales componente para el sistema de automatización del horno de retención se pueden agrupar en tres subsistemas:

* Subsistemas de potencia

* Subsistema de control

* Subsistema de seguridad.

El subsistema de potencia esta dimensionado para los requerimientos de corriente y voltaje de los elementos eléctricos pertenecientes al horno de retención #08 la selección de todos los componentes tales como contactores, breakers y transformadores bien ubicados dentro del armario de potencia.

Para el subsistema de control, el concepto utilizado fue sustitución de la antigua lógica cableada por un sistema lógica programada. Como elemento principal de la lógica programada se eligió un autómata programable de la gama media perteneciente a la familia S7 de Siemens AG. Estos equipos presentan un hardware de alta confiabilidad y durabilidad. Adicionalmente tienen funcionalidades que le permiten comunicarse con el exterior e varios protocolos (Profibus, TCP/IP, Ethernet Industrial, etc), mediante el modulo apropiado , lo que permite fácilmente conectarlo a un sistema de supervisión. De esta forma se logra una perfecta integración entre el sistema de control distribuido, y Scada que sustituirá al MOD300.

En el caso del subsistema de seguridad o control de llama (“flame safeguard system”), se seleccionaron equipos Honeywell debido a que tanto su hardware como su software están debidamente certificados por las normas internacionales NFPA de seguridad industrial para quemadores. Los equipos de la serie RM7800 están especialmente diseñados para la aplicación de control de llama, tendiendo arquitectura cerrada y programas fijos. Su modo de funcionamiento esta comprobado por las miles de instalaciones industriales de petróleo y gas en donde cumplen con esta función.


Servicios Disponibles

La Empresa dispone de todos los equipos y materiales necesarios para la puesta en marcha del proyecto. Además de la asesoría técnica de cierto personal en dicha empresa en relación con los equipos y su ubicación en caso que se encuentre en otras áreas de acceso prohibido. En las cercanías del horno se tiene una infraestructura de fácil acceso que brindan: Internet, electricidad, agua y gas. Esto permite un mejor desarrollo del proyecto al momento de implementarlo y también en el instante que se desee realizar un mantenimiento o reparación.


Localización y Características del sitio de la obra.

La Planta CVG VENALUM ubicada en Puerto Ordaz- Estado Bolívar, es la mayor de Latinoamérica, con una capacidad instalada de 430.000 toneladas de aluminio al año.

La empresa se encarga de la producción del aluminio, utilizando como materia prima la alúmina, criolita y aditivos químicos (fluoruro de calcio, litio y magnesio). Este proceso de producir aluminio se realiza en celdas electrolíticas.

Dentro del proceso de producción de la planta industrial, existen mecanismos de alimentación que desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la misma, los cuales son: la Planta de Carbón, Planta de Colada, Planta de Reducción e instalaciones auxiliares.

La empresa cuenta con un área suficiente para su infraestructura actual y para desarrollar aun más su capacidad en el futuro.


Divisiones de la Empresa

AREA TOTAL

1.455.634,78 M2

Área Techada

233.000 m2 (Edificio Industrial)

Área Construida

14.808 m2 (Edificio Administrativo)

Áreas Verdes

40 Hectáreas

Carreteras

10 Km.

Fuente: Manual de Inducción de C.V.G. VENALUM

El horno de retención #08 esta ubicado en el área de Colada donde el aluminio líquido obtenido en las salas de celdas es trasegado y trasladado en crisoles a dicha área, donde se elaboran los productos terminados. El aluminio se vierte en los hornos retención y se le agregan, si es requerido por los clientes, los aleantes que necesitan algunos productos.

Cada horno de retención determina la colada de una forma específica: lingotes de 10 Kg. con capacidad nominal de 20.100 t/año., lingotes de 22 Kg. con capacidad de 250.000 t/año, lingotes de 680 Kg. con capacidad de 100.000 t/año, cilindros con capacidad para 85.000 t/año. y metal liquido. Concluido este proceso el aluminio esta listo para la venta a los mercados nacionales e internacionales.


Especificaciones Particulares

Sistema de Unidades

El sistema de unidades empleado para este propósito es el Sistema Internacional de Unidades.


Criterios para selección de

a. Instrumentos de Presión y Temperatura

· Transmisor Inteligente.

· Señales entre 4-20 mA.

b. Válvulas

· Del tipo de Control Neumático

· Dos Vías.

c. Sensor

· Termocupla.

· Termistor.

· Pt-100.

· Rangos de temperaturas (750 °C -1600 °C).

d. Sistema de Control

· Control Temperatura.

· Control Flujo.

· Del tipo PID.



Indice Preliminar de Instrumentos

En esta sección se explicara al detalle cada uno de los instrumentos y equipos presentes en el sistema de control en una tabla que muestra; el tag, número de lazo, descripción y tipo de señal del equipo.

Especificaciones Generales de los Instrumentos

Hojas de Datos de Equipos

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Cálculo y Dimensionamiento de Equipos

1.- Controlador de temperatura PID

Este controlador debe recibir el valor del proceso (PV) y por medio de su algoritmo de control lo ajusta al set point deseado (SV) (850ºC).

Rate: 000.0 to 399.9 sec, Reset: 0 to 3999 sec, Cycle Time: 1 to 199 seconds; set to 0 for on/off operations, Gain: 0.5 to 100% of span; setpoints 1 or 2, Damping: 0000 to 0008

K=5, Ti=0,003seg, Td=0,0008seg.

Ramp to Setpoint: 00.00 to 99.59 (HH:MM), or off

Dimensiones: Gabinete 1/2 DIN (48 x 96 mm). Estará situado en un tablero cercano al horno de recepción con medidas de 0.80 x 0.60 cm.


2.- Transmisor Inteligente de Presión Diferencial

Configuración: El operador debe programarlo de tal manera que este sea capaz de leer valores entre 0-20 bar. Este es el rasgo de variación de presion del proceso.

Dimensiones:

80 x 120 x 60 (3.15 x 4.72 x 2.36) mm.

Ubicado entre la estación de suministro de gas y el Rsview32. .

3.- Transmisor de temperatura programable

Debe aceptar los sensores de temperatura más comunes. El transmisor puede ser programado por el usuario seleccionando rangos establecidos o si se requiere vía PC.

Rango del sensor -200 to +850ºC.

Span mínimo1,25ºC.

Dimensiones:

90 x 99 x 18.5mm.

Ubicado entre el controlador PID y el quemador interno del horno de recepción.

4.- Panel del operador de monitoreo constante y PC unida al proceso

Las especificaciones recomendadas para computadora. Son: Memoria RAM de 128 MB, Tarjeta de sonido de 16 bits, Tarjeta de video 3D con resolución de 1024 x 768 y colores de 16 bits compatible con DirectX 7, 1 GB de espacio libre en el disco duro, Microsoft Internet Explorer 5 o superior, Conexión de banda ancha a Internet, Windows 2000 o otra versión superior, Procesador Pentium III a 500 MHz o equivalente. Una vez instalada la computadora anteriormente definida en el área de instrumentación y control, se podrá obtener un monitoreo constante del proceso.

5.- Convertidor electroneumatico

La entrada al convertidor es una señal eléctrica de corriente continua de 4 a 20 mA y salida una señal neumática normalizada de 0,2 a 8 bar.

Dimensiones:

113 x 35 x 118 mm.

6.- Termocuplas

Por ser un horno sometido a altas temperaturas se requiere una termocupla K calibrada para trabajos de entre 600 a 900ºC.

Dimensiones:

Largo de una 12" incluyendo 1/2" para el tubo de rosca.