Proyecto Automatización y Telemetría para la Medición, Reporte y Control de los Parámetros Hidráulicos Propuesta Técnica y Económica alcanzada para:
Automatización Automatización y Telemetría para la Medición, Reporte y Control de los Parámetros Hidráulicos Contenido I.
Introducción .............................................................................................................. 3
II.
Problemática Operacional ........................................................... ............................... 4
III.
Alcance del Proyecto ........................................... ........................................................................................ ....................................................... .......... 4
IV.
Glosario de Términos .......................................... ............................................. ....................................................... .......... 5
4.1
Transmisor de Presión ....................................................................................... 5
4.2
Transmisor de Nivel Ultrasónico ......................................................................... 5
4.3
Equipo de medición de Caudal ............................................................................ 5
4.4
Tecnología GPRS ............................................................................................... 5
Automatización Automatización y Telemetría para la Medición, Reporte y Control de los Parámetros Hidráulicos Contenido I.
Introducción .............................................................................................................. 3
II.
Problemática Operacional ........................................................... ............................... 4
III.
Alcance del Proyecto ........................................... ........................................................................................ ....................................................... .......... 4
IV.
Glosario de Términos .......................................... ............................................. ....................................................... .......... 5
4.1
Transmisor de Presión ....................................................................................... 5
4.2
Transmisor de Nivel Ultrasónico ......................................................................... 5
4.3
Equipo de medición de Caudal ............................................................................ 5
4.4
Tecnología GPRS ............................................................................................... 5
Automatización Automatización y Telemetría para la Medición, Reporte y Control de los Parámetros Hidráulicos I.
Introducción
Industrias Triveca SAC es una empresa que en los últimos años ha incursionado en el desarrollo de Proyectos de Medición de Parámetros Hidráulicos, tales como: Caudal, Presión y Nivel, siendo éstos los básicos que deben controlarse para el Control y Operación del servicio de Agua Potable. Pero a medida que la tecnología va evolucionando, los requerimientos de los clientes también son más exigentes y acordes a los tiempos que estamos viviendo, tal es así que no solo es suficiente medir el parámetro, sino también, enviar la información hacia un centro de control operacional para su respectivo monitoreo en tiempo real. Para ello, es necesario contar con equipos que además de hacer las mediciones, tengan la posibilidad de integrarse a Sistema de Medición a Distancia y sobre todo, que éstos equipos sean de última generación y se tengan el soporte técnico adecuado y experimentado para cuando se encuentre en servicio. Éste punto es muy importante, tratándose de equipos que serán instalado de forma
II.
Problemática Operacional
A medida que ha ido transcurriendo el tiempo, se ha hecho evidente que los sistemas de agua potable adolecen de información en tiempo real de parámetros hidráulicos. Ésta situación genera que la operación del sistema sea aún más complicada, provocando que los costos de operación se incrementen y que la imagen institucional de la EPS se vea afectada. Es común observar las siguientes situaciones cuando los sistemas de agua potable no cuentan con equipos que permitan reportar información en tiempo real: 1. Desconocimiento sobre las condiciones operativas del sistema, cuando éste se encuentra operando y/o cuando se presentan contingencias. 2. Imposibilidad de tomar decisiones frente a situaciones diversas, contingencias o emergencias que se puedan presentar de forma intempestiva. 3. Imposibilidad de realizar acciones o medidas preventivas frente a eventos que puedan generar problemas operativos como son: rebose en reservorios, incrementos de presión por encima de los límites permisibles, reducción ó incremento de caudal, encendido o apagado de bombas, etc. 4. Altos costos operativos, debido a que la EPS debe movilizar personal para que pueda realizar las mediciones in situ y/o el tiempo que demora en determinar el problema operativo
En función a los requerimientos del cliente, el sistema puede ir integrándose en función a las necesidades que a futuro vayan generándose, de ésta forma, el sistema propuesto es considerado como Modular, es decir, puede empezar con una o dos variables y a futuro incluir otro más, llevándolo a un sistema complejo y sin ningún inconveniente para la medición y transmisión de datos.
IV. Glosario de Términos 4.1
Transmisor de Presión
Equipo diseñado para medir la presión relativa y absoluta o el nivel de líquidos y gases. Se utiliza para indicar y controlar la presión medida en el punto de montaje.
4.2
Transmisor de Nivel Ultrasónico
Equipo Diseñado para la medición de nivel, volumen y caudal de productos líquidos, tanto en canales abiertos y tanques de almacenamiento o de proceso.
4.6
Controlador Lógico Programable (PLC) El PLC (Programmable Logic Controller) ó Controlador Lógico programable, son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial. Viene a ser un hardware industrial, que se utiliza para la obtención de datos. Una vez obtenidos, los pasa a través de bus (por ejemplo por ethernet) en un servidor. Estos equipos permiten: Regular, Posicionar, Contar, Dosificar, Mandar válvulas y mucho más.
4.7
Modulo de Expansión Son módulos de expansión digital y analógica que se encargan de aumentar la capacidad de los CPU. Permiten al usuario trabajar con circuitos cerrados analógicos en un sistema de control de entradas de 0 a 10 V d.c., de o a 20 mA y hasta Pt100/Pt1000 (empleando las salidas analógicas como fuente de corriente).
V.
Descripción del Proyecto
5.1
Conceptualización
Implantadas las acciones anteriormente indicadas, será posible tomar decisiones de forma inmediata para hacer intervenciones de forma oportuna ante eventualidades que puedan surgir intempestivamente y lo más importante de todo, es que la información que se reporta se dispone en tiempo real.
5.3
Descripción del Proyecto
El presente Proyecto consiste en la instalación de equipos de medición de parámetros hidráulicos, los cuales deben contar con la tecnología apropiada para que, conjuntamente con Controladores Lógicos Programables (PLC), Módulos de Expansión para PLC y Modem GSM/GPRS, puedan enviar información vía Remota y todo ello en su conjunto sea monitorizado y controlado a través de un Software. En función a lo indicado, el proyecto plantea la siguiente estructura para su respectiva implementación: 5.3.1 a.
Medición de Parámetros Hidráulicos
Medición de Nivel de Agua en Reservorio
Descripción General
Transmisor de Nivel por Ultrasonido Especificaciones Técnicas Nombre del Equipo: SITRANS - Probe LU Marca: SIEMENS Salida: Versión HART: 4@20 mA ó PROFIBUS PA Comunicaciones: Configuración y diagnóstico remoto con SIMATIC PDM Alimentación Eléctrica: HART: 4@20 mA, 24 V DC nominal, max. 550 Ω, 30 V DC max. Aprobaciones:
b.
−
Intrínsecamente seguro, SIMATIC PDM o HARTR
−
Conversión de nivel a volumen o de nivel a caudal
Medición de Caudal / Volumen de Agua en salida de Reservorio (Línea de A ducción)
Descripción General La línea de aducción que abastece al sector de abastecimiento de la Urb. Larapa, tiene un diámetro de 150mm, el cual lleva instalado un medidor DN100 tipo Woltmann WPH marca ZENNER pre-equipado para la emisión de pulsos. Es a través de éste medidor que se requiere obtener la medición del volumen y flujo volumétrico (Caudal) de agua que sirve para el abastecimiento de agua hacia el sector indicado. Por tanto, es necesidad de la EPS contar con la información sobre la cantidad de agua con la que se abastece a éste sector y a partir de ello, determinar indicadores operativos importantes como son: dotación per-cápita, volumen no facturado, etc., así como también, conocer el comportamiento en tiempo extendido del caudal y volumen entregados a la red de distribución. Equipamiento
Aplicaciones El medidor Woltmann Horizontal WPH – ZF es muy utilizado para la medición de volumen y caudal en sistemas de agua potable, ya sea ubicado en líneas de conducción, aducción, red de distribución, estaciones de bombeo, etc. Características −
−
−
Aprobado por la Comunidad Económica Europea como Clase Metrológica B. Alta resistencia al desgaste tanto de la turbina como del pivote por el tipo de material del cual está construido. De fácil mantenimiento por contar con accesorios removibles que permiten desmontar las partes del medidor.
−
Protegido contar interferencia magnética.
−
Los pernos de la tapa superior son de acero inoxidable, evitando así que éstos se oxiden. Posición de Instalación Vertical y Horizontal, sin perder su Clase Metrológica.
Equipamiento Para realizar la medición de la presión de servicio, el equipo necesario para medir ésta variable es el siguiente. Transmisor de Presión Absoluta y Diferencial Especificaciones Técnicas Nombre del Equipo
:
SITRANS P – Serie ZD
Marca
:
SIEMENS
Salida
:
4@20 mA
Precisión de Medida
:
< 0.25% (Max. 0.5%)
Alimentación Eléctrica :
Tensión 12 @ 30 VDC
Aprobaciones
CE
:
Aplicaciones El transmisor de presión Sitrans P – ZD es utilizado para
5.3.2
Sistema de Transmisión y Recepción de Datos
Para cada uno de los puntos en donde se instalarán los equipos de medición de parámetros hidráulicos, se deberá instalar un conjunto de equipos que se encargarán de recepcionar la información registrada por el equipo de medición y ésta a su vez, ser enviada vía Remota hacia un centro de control operacional. Es en el centro de control operacional que se dispondrá de un software que se encargará de procesar toda la información que se registrará durante el proceso, así como también, visualizarla en tiempo real. De otro lado, la información que enviarán los equipos de medición podrá ser observada vía internet, con un portal web especialmente diseñado para tal efecto. Finalmente, será necesario contar con un servicio de internet de IP estático, el cual es el adecuado para la transmisión de datos. a. Equipamiento de Transmisión de Datos Independientemente del tipo de equipo de medición, cada uno de los puntos deberá estar compuesto por un Tablero Metálico, dentro del cual llevará el siguiente equipamiento:
01 Controlador Lógico Programable (PLC) – Marca : Siemens
01 Modulo de Expansión para PLC – 4 Entradas Analógicas
VI. Impactos Esperados Una vez instalado los equipos de medición de parámetros hidráulicos conjuntamente con los equipos que se encargarán de transmitir y recepcionar la información, los Impactos que se esperan alcanzar una vez puesto el sistema en marcha son: 1. Control permanente del sistema a través de la Medición de Parámetros en Tiempo Extendido. El sistema permitirá reportar información de tal forma que los operadores podrán tomar acciones inmediatas en caso de contingencias, así como también, revisar la información almacenada para poder analizarla y luego implementar acciones de mejora continua. 2. Cálculo de Indicadores de Gestión. En función al proyecto presentado, los indicadores que se podrán calcular principalmente son el de Presión Promedio y Continuidad de Servicio. Asimismo, se podrá construir gráficas en tiempo extendido para observar los valores máximos y mínimos de presión durante las 24 horas, así como también, los períodos de continuidad a los largo del día. 3. Menor gasto operativo. El sistema al ser automático requiere una cantidad mínima de personal para su control y monitoreo (Personal de Planta) y el personal que anteriormente se encargaba de hacer labores operativas, puede encargarse de desarrollar otras actividades que
VII. Costos de Inversión Generalidades Los equipos que se emplearán para la medición de los parámetros hidráulicos y su respectiva transmisión son de la marca SIEMENS. Industrias Triveca SAC. 5 se encargará del Suministro, Diseño, Instalación y Pruebas de Protocolos y Puesta en marcha. Parámetros que están incluidos en el Proyecto 1. Análisis del sistema actual. 2. Diseño del nuevo sistema de control. 3. Programación de los equipos necesarios (PLCs, PC) 4. Instalación del sistema (tableros, PLCs, cableado) 5. Capacitación del uso del sistema durante 2 días 6. Manual de usuario del sistema.
Inversión I. Equipamiento para Estación de Medición de Presión en Redes de Distribución. Ítem
Descripción
Und.
- 01 Medidor de Presión Absoluta SITRANS P – Serie ZD. - 01 Controlador Lógico Programable (PLC) – Marca : Siemens - 01 Modulo de Expansión para PLC – 4 Glb. 1 Entradas Analógicas - 01 Modem GSM/GPRS – Marca: Siemens - Accesorios diversos (Interruptor termomagnético, cables, canaletas, borneras, tubos, etc.). Costo Parcial Impuesto General las Ventas (19%)
Cant.
1
Costo de Inversión
9,300.00
9,300.00 1,767.00
Opción 2. Ítem
Descripción
Und.
- 01 Medidor de Nivel SITRANS Probe LU SIEMENS - 01 Controlador Lógico Programable (PLC) – Marca : Siemens - 01 Modulo de Expansión para PLC – 4 1 Glb. Entradas Analógicas - 01 Modem GSM/GPRS – Marca: Siemens - Accesorios diversos (Interruptor termomagnético, cables, canaletas, borneras, tubos, etc.) - Con Pantalla de Visualización Costo Parcial Impuesto General a las Ventas (19%)
Cant.
1
Costo de Inversión
16,500.00
16,500.00 3,135.00
VIII. Anexos 8.1
Fichas Técnicas
8.2
Cálculo de la Presión Promedio y Continuidad de Servicio PROCEDIMIENTO 1. SELECCIÓN DE PUNTOS DE PRESIÓN La selección de los puntos para el monitoreo de presión están directamente relacionados a su ubicación en función a las zonas altas, medias y bajas del sector operacional ó red de distribución de agua. La cantidad de puntos para el monitoreo de presiones en función de las conexiones domiciliarias es como mínimo de tres puntos de muestreo por cada mil conexiones activas de agua potable6. Esta cantidad también está en función de las zonas piezométricas del sector, una tercera parte de estos deben estar en la Zona Alta, una tercera parte en la Zona Media y una tercera parte en la Zona Baja. El siguiente gráfico explica lo indicado:
Instalados en cámaras especiales (macromedición, reguladoras de presión, válvulas, etc.). En este caso, ya debe de contar con la instalación de los accesorios del equipo de presión, es decir, válvula de purga de agua, válvula para control de ingreso de agua a manómetro o equipo de presión, accesorios varios para la instalación y conexión a tubería y manómetro.
3. DESCARGA DE INFORMACIÓN – ELABORACIÓN DE REPORTE En el caso de registro con el uso de transductores de presión y data loggers, luego de hacer un registro en período extendido de la presión de servicio
Recuperación y descarga de información a través de los software’s respectivos.
El reporte de información, debe ser alcanzada a través de un informe técnico correspondiente, en el cual se adjunten los planos, datos estadísticos importantes y gráficas comenta.
a. Diagrama de comportamiento de presiones.
5. Presión de Servicio Presión. Este término significa que el servicio de agua debe llegar a las viviendas con una presión adecuada. De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones, la presión de abastecimiento de agua potable debe encontrarse entre 10 y 50 mca. Presiones por debajo de 10 mca, además de ocasionar inconvenientes en los usuarios del servicio, afecta la calidad y puede generar problemas de contaminación en las redes de distribución. Por el contrario, presiones por encima de los 50 mca pueden ocasionar averías en las instalaciones sanitarias de los usuarios del servicio. Este valor está en función de la presión promedio ponderado, que se define a través de la siguiente ecuación:
6. Continuidad de Servicio Continuidad. Es el promedio ponderado del número de horas de servicio de agua potable que la Empresa Prestadora brinda al usuario. Este indicador varía entre 0 y 24 horas. Este término significa que el servicio de agua debe llegar en forma continua y permanente. Lo ideal es disponer de agua durante las 24 horas del día. La no continuidad o el suministro por horas, además de ocasionar inconvenientes debido a que obliga al almacenamiento intradomiciliario, afecta la calidad y puede generar problemas de contaminación en las redes de distribución. Este valor está en función de las conexiones activas y las horas promedio de servicio por sector, que se define a través de la siguiente ecuación:
8.3
Esquemas de Instalación en Campo
Instalación de Equipos en Punto de Presión
Instalación de Equipos en Reservorio
