Diseño de sistemas Scada para sistemas oleohidraulicos – Perú (página 2)

Enviado por José Steven Zegarra Sosa

Partes: 1, 2

Según Negron (2006), Proviene de las siglas
Supervisory Control and Data Adquisition (Supervisión,
Control y Adquisición de Datos), son aplicaciones de
software diseñadas con la finalidad de controlar y
supervisar procesos a distancia. Se basan en la
adquisición de datos de procesos remotos.

Este tipo de sistema es diseñado para funcionar
sobre ordenadores en el control de producción,
proporcionando comunicación con los dispositivos de campo
(controladores autónomos, autómatas programables,
etc.) y controlando el proceso de forma automática desde
una computadora.

Además, envía la información
generada en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del
mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa,
es decir, que permite la participación de otras
áreas, como por ejemplo: control de calidad,
supervisión, mantenimiento, etc.

Las tareas de supervisión y control generalmente
están más relacionadas con el software SCADA, en
él, el operador puede visualizar en la pantalla del
computador cada una de las estaciones remotas que conforman el
sistema, los estados de éstas, las situaciones de alarma y
tomar acciones físicas sobre algún equipo
lejano.

Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y
están diseñados para dar al operador de planta la
posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Un término clave en la definición, al que
muchas veces no se le da adecuada atención, es el de
supervisión, que significa que un operador humano es el
que al final tiene la última decisión sobre
operaciones, usualmente críticas de una planta
industrial.

Componentes de un sistema scada

Se pueden ubicar a los componentes de un SCADA en dos
grupos principales:

Hardware.
Software.

Hardware

Un sistema SCADA necesita ciertos componentes inherentes
de hardware en su sistema para poder tratar y gestionar la
información captada:

Unidad terminal maestra (MTU).
Unidad remota de telemetría (RTU).
Red de comunicación.
Instrumentación de campo.
Unidad terminal maestra (MTU)

La MTU

Es el computador principal del sistema, el cual
supervisa y recoge la Información del resto de las
subestaciones; soporta una interfaz
hombre-máquina.

El sistema SCADA más sencillo es el compuesto por
un único computador, el cual es la MTU que supervisa toda
la estación.

Unidad remota de telemetría
(RTU)

Una RTU es un dispositivo instalado en una localidad
remota del sistema, está encargado de recopilar datos para
luego ser transmitidos hacia la MTU.

Esta unidad está provista de canales de entrada
para detección o medición de las variables de un
proceso y de canales de salida para control o activación
de alarmas y un puerto de comunicaciones; físicamente
estos computadores son tipo armarios de control.

Una tendencia actual es la de dotar a los Controladores
Lógicos Programables (PLC"s) la capacidad de funcionar
como RTU.

Red de comunicación

El sistema de comunicación es el encargado de la
transferencia de información entre la planta y la
arquitectura hardware que soporta el sistema SCADA, puede ser
construida con cables o puede ser inalámbrica, haciendo
uso de cualquier protocolo industrial existente en el mercado,
como por ejemplo; CANbus, Fieldbus, Modbus, etc.

Instrumentación de campo

Los instrumentos de campo están constituidos por
todos aquellos dispositivos que permiten tanto realizar la
automatización o control del sistema (PLC"s, controladores
de procesos industriales, y actuadores en general) y son los
encargados de la captación de información del
sistema.

Software

Es un programa que permite construir la
interfaz humano -máquina (HMI, Human Machine Interface),
debe ser capaz de restringir el acceso de las personas al sistema
y generar señales de alarma en caso de fallas.

Permite el campo, como entre los niveles de
supervisión, niveles gerenciales y administrativos.
Algunos muy utilizados son: INTOUCH, WINCC, LabVIEW.

MEDIDORES DE FLUJO.

Según Negrón (2006), La medición de
flujo constituye tal vez, el eje de más alto porcentaje en
cuanto a medición de variables industriales se refiere.
Ninguna otra variable tiene la importancia de ésta, ya que
sin las mediciones de flujo, sería imposible el balance de
materiales, el control de calidad y aún la
operación de procesos continuos.

Básicamente, existen dos formas de medir el
flujo: el caudal y el flujo total. El caudal es la cantidad de
fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento
dado. El flujo total es la cantidad de fluido que pasa por un
punto determinado durante un periodo de tiempo específico.
Dentro de los métodos empleados para medir caudal
tenemos:

Medición por Presión
Diferencial.
Medidores de Área Variable.
Medidores Magnéticos.
Medidor a Turbina.
Medidor de Vórtice.
Medidores de Flujo Total.

Medición por presión
diferencial

Utiliza dispositivos que originan una presión
diferencial debido al paso de un fluido por una
restricción. La razón de hacer esto, es que el
caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia
de presiones entre dos puntos, antes y después de la
restricción.

Presentan una reducción de la sección de
paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su
velocidad, lo que origina un aumento de su energía
cinética y, por consiguiente, su presión tiende a
disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el
principio de conservación de la energía.

Entre los medidores de presión diferencial se
destacan:

• Placas orificio.

• Tubos Ventura.

• Tubos Pitot.

Medidores de área variable.

Se distinguen de los anteriores en que en aquellos
existe una variación de presión, mientras el
área permanece constante. Aquí sin embargo, lo que
permanece constante es la presión diferencial, gracias a
la suficiente variación del área.

Uno de estos es el rotámetro, el cual consta de
un tubo cónico vertical que encierra un flotador;
éste, dependiendo del caudal, toma una posición en
el tubo que aumenta o disminuye el tamaño del área
y así mantiene la presión constante. Una escala
graduada dentro del tubo, estará calibrada en unidades de
presión y así tener una lectura directa de la
misma.

Los rotámetros se pueden fabricar con tubos de
vidrio, metal y plástico. Estos dos últimos se
utilizan cuando el fluido es muy corrosivo o muy oscuro para
permitir la colocación de una escala interna.

En esos casos se usa un seguidor magnético
relacionado a un imán colocado en el flotador interno y
así transmitir mecánicamente la variación
del caudal a un indicador.

Medidores magnéticos

Utilizan la ley de inducción de Faraday, que
establece que cuando una corriente pasa por un conductor y existe
un campo magnético en dirección transversal al
mismo, se crea un potencial eléctrico proporcional a la
corriente.

En la aplicación para medir caudal, se coloca un
tubo aislado eléctricamente con un par de electrodos
montados a ambos lados del tubo y rasantes con el
fluido.

Unas bobinas eléctricas se colocan alrededor del
tubo de modo tal de generar un campo magnético en un plano
perpendicular al eje del cuerpo, cuyo voltaje de salida es
proporcional a la velocidad promedio del fluido; no interesa si
este es laminar o turbulento. Además, es independiente de
la viscosidad, densidad, temperatura y presión.

Si bien es cierto, se requiere que el fluido tenga
cierta conductividad mínima, la señal de salida no
varía con el aumento de la conductividad, lo cual es una
ventaja. En aplicaciones en donde es necesario medir flujo de
masa, se puede lograr esto midiendo la densidad del fluido y
multiplicando las dos señales.

Medidores de turbina

Un instrumento de este tipo se compone de una rueda de
turbina de precisión, montada en cojinetes de una
porción de tubería, y una bobina
electromagnética colocada en la pared de la
tubería, causa el giro de la turbina a una velocidad que
varía directamente con el caudal del fluido de proceso. La
interrupción del campo magnético, con cada paso de
cada hoja de la turbina produce un pulso eléctrico. La
frecuencia de estos pulsos determina la velocidad del
fluido.

Medidores de vórtice

La forma de medición es parecida a la de la
turbina. Sin embargo, aquí un dispositivo fijo a la
entrada de la tubería similar a una hélice, genera
un movimiento rotatorio al fluido. Otro dispositivo, se encarga
posteriormente de restablecer el caudal original al fluido. La
oscilación de éste en el punto de medición,
es proporcional al caudal. Estas oscilaciones producen
variaciones de temperatura en un sensor colocado en el
área, variaciones que luego se convierten en pulsos de
voltaje que son amplificados, filtrados y transformados en ondas
cuadradas para ser luego ingresados a un contador
electrónico.

Medidores de flujo total

Dentro de este tipo de dispositivos se tienen los
denominados medidores de desplazamiento positivo, los cuales,
separan la corriente de flujo en incrementos volumétricos
individuales y cuentan dichos incrementos. Los medidores son
fabricados de modo tal que cada instrumento volumétrico es
conocido en forma precisa y la suma de estos incrementos da una
medida muy aproximada del volumen total que pasa a través
del medidor. La mayoría de los medidores de desplazamiento
positivo son de tipo mecánicos y usados principalmente
para medir cantidades totales del fluido a ser transferido y a
menudo se asocian a otros dispositivos para lograr acciones de
indicación, registro o control. Entre los más
utilizados, figuran los de disco oscilante, pistón
oscilante, cicloidal, oval, birotor, etc.

Características y ventajas

Se van a tomar en cuenta las características y
ventajas de los medidores de flujo de desplazamiento positivo
más indicados para dicha aplicación.

Los medidores de desplazamiento positivo miden la
cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el
flujo en volúmenes separados y sumando los
volúmenes que pasan a través del medidor. En cada
medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:

Cámara, que se encuentra llena de
fluido.
Desplazador, que bajo la acción del fluido
circulando, transfiere el fluido desde el final de una
cámara la siguiente.
Mecanismo (indicar o registrar), conectado al
desplazador, que cuenta el número de veces que el
desplazador se mueve de una parte a otra en la cámara
de trabajo.

Diferentes tipos de medidores para líquidos se
considerarán:

Medidores de tipo pistón: Utilizado en
líquidos de baja densidad.
Medidores de paletas deslizantes: Usado en
líquidos de baja a mediana densidad y flujos de 2 a
460 GPM.
Medidores de engranaje: Empleado en líquidos
de alta densidad corrosivos.

MANÓMETROS DIGITALES.

Según WIKA (2012) El manómetro digital
permite la medición y visualización de los valores
de presión en un mismo instrumento. Este dispositivo
combina la precisión de la tecnología de
medición digital y la sencillez de un instrumento
analógico.

Modelo CPG500

El CPG500 brinda una precisión del 0,25 % del
valor final de escala en siete rangos de medida de
presión. Los resultados pueden visualizarse en una de las
cinco unidades estándar.

Su velocidad de exploración con una frecuencia de
100 mediciones por segundo, el CPG500 posee una enorme velocidad
de medición. De esa manera pueden registrase picos y
caídas de presión veloces. El indicador
gráfico de barras integrado en la pantalla, con
función de indicador de seguimiento y valores picos
MÍN/ MÁX, permite un análisis efectivo del
punto de medición.

Para prolongar la vida útil de las pilas, el
CPG500 cuenta con una función de apagado
automático. Con la función ZERO, el valor de
visualización se puede poner a cero tan solo con pulsar un
botón. Una función de filtro conmutable estabiliza
presiones de fuerte fluctuación y permite una fácil
lectura de la presión.

Servicio de calibración y
mantenimiento
Laboratorios de medición y
regulación
Control de calidad

CONTROLADORES LÓGICO
PROGRAMABLE.

Según Negrón (2006), El Controlador
Lógico Programable (PLC) es un dispositivo
electrónico con una memoria programable para almacenar
instrucciones e implementar funciones específicas. Consta
de un procesador de 4 elementos principales:

a. Unidad central de procesamiento
(CPU)
b. Memoria
c. Suministro de energía
d. Interface de entrada y salida
(I/O).

Un controlador lógico programable es una
computadora cuyo hardware y software ha sido diseñado,
fabricado y adaptado para la optimización del control de
procesos industriales.

El PLC como toda computadora está basado en una
Unidad Central de Procesamiento (CPU). Este aparato utiliza un
módulo de memoria programable para el almacenamiento
interno de instrucciones empleadas para implementar funciones
específicas tales como operaciones lógicas,
aritméticas, temporizaciones, secuencias, conteo y control
de procesos a través de módulos de entrada y salida
tipo digital o analógico.

El PLC es capaz de escalar las variables
analógicas del proceso, captadas a través de su
módulo analógico y las variables pulso a
través de su módulo tipo pulso. El equipo es
preciso, estable, y de operación continua, con capacidad
de comunicación para funciones de programación,
re-configuración, diagnóstico, transmisión y
recepción de datos a través del protocolo de
comunicación industrial comercial. Cuenta con capacidad
para trabajar en conjunto con Interfaces Hombre
Máquina.

Características

Permite controlar procesos en el campo
(Planta).
Contiene funciones pre-programadas como parte de su
lenguaje (lista de instrucciones, escalera o "ladder",
lenguaje literal o bloques de función)
Permite el acceso a la memoria de entradas y salidas
(I/O).
Permite la verificación y diagnóstico
de errores.
Puede ser supervisado.
Empaquetado apropiado para ambientes
industriales.
Utilizable en una amplia variedad de necesidades de
control.

Ventajas

Son robustos y están diseñados para
resistir vibraciones, temperatura, humedad y
ruido.
Es muy fácil programarlos, así como
entender el lenguaje de programación. La
programación consiste en operaciones de lógica
y de programación.

Existe en realidad una gran gama de equipos llamados
PLC"s en el mercado: desde los llamados micro PLC, con capacidad
de manejo de menos de 50 puntos, todos discretos, y sin
ningún tipo de redundancia; hasta PLC"s con capacidad de
500 o más puntos analógicos y discretos, de
ejecutar lazos (PID) proporcional integral derivativo, monitoreo
de variables analógicas, matemáticas relativamente
complejas, y alguna redundancia.

Hipótesis

HIPÓTESIS
GENERAL.

Se podrá mejorar la calidad en los sistemas
oleohidráulicos mediante el diseño del software de
mantenimiento para de los equipos de servicio de Pozos
Petroleros"

HIPÓTESIS
ESPECIFICAS.

Con el análisis y la determinación de
los problemas del sistema hidráulico se podrá
mejorar la calidad de los Equipos de servicio de Pozo
mediante el diseño del software de
mantenimiento
Con el análisis y selección de la
instrumentación industrial se podrá mejorar la
calidad de los Equipos de servicio de Pozo mediante el
diseño del software de mantenimiento
Con el diseñar el programa de mantenimiento
se podrá mejorar la calidad de los Equipos de servicio
de Pozo mediante el diseño del software de
mantenimiento.

IDENTIFICACIÓN Y
OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES.

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Identificación y
operacionalización de las variables. Tabla
1.6.

Metodología

TIPO DE INVESTIGACIÓN.

Según la intervención del investigador
será Experimental.

Según la planificación de la toma de datos por
ser planeado será prospectivo.

Según la cantidad de ocasiones que se mide la variable
de estudio será longitudinal.

Según el número de variables de interés,
y al tener una sola variable de estudio que es la disponibilidad
será a investigación de tipo Descriptivo, en
razón que está basado en la descripción de
las partes necesarias para el diseño de un software de
mantenimiento mediante un sistema SCADA para mejorar la
disponibilidad de los Equipos de Pozo.

EL MODELO TEORICO.

Se utilizará el método empírico –
analítico que caracteriza a la ciencias descriptivas y
dentro de estos al método de observación
científica, la predicción e identificación
de las relaciones que existen entre la presión y caudal de
los Equipos de Pozo, lo que nos permitirá extraer
generalizaciones significativas que contribuyan al conocimiento
de diseñar un Software de mantenimiento mediante un
sistema SCADA.

EL DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.

Asume un diseño no experimental de tipo longitudinal,
pues busca la solución puntual de un problema que se
presenta actualmente.

METODOS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE LA
INFORMACIÓN.

El método de recolección de datos será
utilizando los formatos de Reporte de fallas del Equipo,
inspección de partes hidráulicas de los equipos y
Programa de control de mantenimiento de los equipos, que nos
permita conocer el funcionamiento de los Equipos de pozo, y los
elementos necesarios para la realización del diseño
del Software de mantenimiento mediante un sistema SCADA.

TIPOS Y TÉCNICAS DE MUESTREO.

La técnica que realizare es el método de la
observación y recolección de datos.

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Técnicas de Instrumentos: Tabla
1.7

METODOS DE ANALISIS DE DATOS.

Luego de realizado el trabajo de campo se procederá a
la limpieza de datos, seriación de instrumentos. Se
procederá a tabular los datos y a elaborar los cuadros
estadísticos. Los resultados obtenidos serán
organizados en cuadros y gráficos para su mejor
análisis. Se utilizara la "t" de Student como
método estadístico para la verificación de
las hipótesis.

Cronograma de
actividades

Monografias.com

Cronograma de actividades. Tabla
1.8.

Diagrama de Gantt

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Tabla 2.8.

Monografias.com

Tabla 3.8.

Continuación del
Cuadro

Monografias.com

Tabla 4.8.

Monografias.com

Tabla 5.8.

Presupuesto

RECURSOS HUMANOS.

Se dispondrá del asesor del proyecto, así
como la ejecución del anteproyecto por el
autor.

RECURSOS MATERIALES.

Documentos necesarios para la ejecución del
proyecto (solicitudes, consentimiento informado, fichas de
recolección de datos).

Biblioteca personal del autor y equipo
informático para la búsqueda online de
información.

RECURSOS FINANCIEROS.

El trabajo de investigación será
financiado con recursos propios del autor.

El presupuesto se ha desagregado en los rubros
siguientes:

Monografias.com

Presupuesto. Tabla 1.9.

Bibliografía

Libro con autor

Jiménez, D. (1968). Manual del
operador petrolero. Perú: Primera
Edición

Libros en versión
electrónica.

De Jovanny Rafael, D. (2007).
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[Versión Scribd]. Recuperado de
http://es.scribd.com/doc/106369973/-JRD-Modulo-Electrohidraulica-Students-pdf-

De Mendiburu Díaz, H. (2008).
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[Versión Galeon]. Recuperado
de

http://www.galeon.com/hamd/pdf/scada.pdf

Artículos

Manómetros digitales. (s.f.).
Manómetros Modelo CPG500. Hoja técnica de
Wika.com.ar. Recuperado de
http://www.wika.com.ar/upload/DS_CT0901_es_es_46902.pdf

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Informe técnico

Duran, C. H. (2 000), Manual de Equipos
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FARR C. (Ed.). (2000). Tenazas
hidráulicas de potencia (Informe Núm.1)
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Tesis

Negron Nima, D. (2006). Sistema de
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Petroperú. (Tesis de grado)

Universidad Nacional de Piura,
Piura.

Escobar león, J. (2012).
Diseño de un sistema automático para el llenado
y pesado de harina en sacos de 50 kg para el proceso de harina de
pescado. (Tesis de grado)

Universidad Nacional de Piura,
Piura.

Tesis en la Web

Hernández Cevallos, M; Ledesma
Marcalla, D (2010). Desarrollo de un sistema scada para la
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Flores Roldán, M. (2004).
Guía para el control de contaminación de un
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grado, Universidad De San Carlos De Guatemala). Recuperado de
http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0418_M.pdf