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ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
SISTEMA DE CONTROL PARA UNA PUVNTA DE POTABILIZACIONDE AGUA SALINA
* PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DELTÍTULO DE INGENIERO ENELECTRÓNICA Y CONTROL
CHRISTIAN FERNANDO BUENO CARRASCO
DIRECTOR: ING. OSWALDO BUITRÓN
QUITO, NOVIEMBRE 2001
DECLARACIÓN
Yo, Christian Femando Bueno Carrasco, declaro bajo juramento que el trabajo aquídescrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado ocalificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que seincluyen en este documento,
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecidopor la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normatividad institucionalvigente.
Chrisíian^emando Bueno C
t
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Christian Femando Bueno Carrasco,bajo mi supervisión.
Ing. Oswaldo Buitrón
DIRECTOR DE PROYECTO
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis Padresy a todas las persona que han permitido que
este pueda ser terminado, en especial alIng. Oswaldo Buitrón y toda su familia.
f
CONTENIDO
1. CAPITULO 1.ASPECTOS GENERALES 4
1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA A RESOL VER .....51.1.1 CONSIDERACIONES PARA PLANIFICACIÓN E IMPLEMENTACION DE UN... 6
SISTEMA1.1.1.1 ABASTECIMIENTO DE AGUA ...ó1.1.1.2 ALMACENAMIENTO DE AGUA .....71.1.1.3 CALIDAD DEL AGUA. 71.1.1.4 CALIDAD DEL AGUA. 71.1.2 CONCENTRACIONES PROMEDIO DE LOS ELEMENTOS CONTENIDOS EN...... 9
EL AGUA DE MAR1.1.3 PLANTA DE POTABÍLIZACIÓN. ,10
1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS 111.2.1 FLUJO (KG/H) 111.2.2 NIVEL (M)..........-..... -.121.2.3 TEMPERATURA (°C).. 121.2.4 PRESIÓN (ATM) 12
1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN 131.3.1 VENTAJAS EN LA UTILIZACIÓN DE LMiVIEW 14
1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL.... 151.4.1 SIMULACIÓN DE LA PLANTA 151.4.2 PROGRAMA DE CONTROL 151.4.3 PROCESAMIENTO DE SEÑALES .....161.4.3.1 PROCESAMIENTO DE SEÑALES EN ACCIONAMIENTOS 161.4.3.2 PROCESAMIENTO DE SEÑALES DE LOS SENSORES ....17
1.5 CONCLUSIONES , 17
2. CAPÍTULO 2.DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL. ...19
2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO Y ACTUACIÓN 202.1.1 SENSORES.. - 202.1.1.1 SENSOR DE FLUJO. .....202.1.1.2 SENSOR DE NIVEL. .212.1.1.3 SENSOR DE TEMPERATURA 212.1.2 ACTUADORES..... 222.1.2.1 MOTORES.............. 222.1.2.2 SOLENOIDE 222.1.2.3 EXTRACTOR ..22
2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS .......232.2.1 ENTRADAS ANALÓGICAS. 232.2.2 SALIDAS ANALÓGICAS............. .242.2.3 AUTO CALIBRACIÓN.......... ....242.2.4 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES .242.2.5 CONTADORESATEMPORIZADORES.... .....252.2.6 CONECTOR ENTRAD AS/SALID AS ., 252.2.7 CONFIGURACIÓN 26
2.2.7.1 ENTRADAS ANALÓGICAS. 262.2.7.2 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES. .292.2.7.3 ADQUISICIÓN DE DATOS.. 30
2.3 PROGRAMA DE CONTROL. .322.3.1 PRESENTACIÓN............ 332.3.2 SIMULACIÓN DE LA PLANTA 342.3.3 CONTROL EN MODO APRENDIZAJE Y MODO SUPERVISIÓN.... 372.3.3.1 CONTROL MANUAL.. .382.3.3.2 CONTROL AUTOMÁTICO........... ...39
2.4 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN. 432.4.1 SENSORES. ....432.4.2 ACTUADORES.... ...452.4.3 UNIDAD DE CONEXIONES.... 46
3. CAPITULO 3.INSTALACIÓN Y PRUEBAS... ; 48
3.1 CONSIDERACIONES PARA EL MÓNTATE............. 493.1.1 SENSORES DE TEMPERATURA. ...503.1.2 SENSOR DE FLUIO. ..513.1.3 SENSORES DE NIVEL. ....523.1.4 BOMBAS........... 523.1.5 ELECTRO - VÁLVULA ........533.1.6 EXTRACTOR.. 53
3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN EL LABORATORIO. 533.2.1 ADQUISICIÓN DE DATOS .....543.2.2 SENSORES DE TEMPERATURA. 563.2.3 SENSORDE FLUJO ..573.2.4 ACTUADORES............ 58
3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN... .....583.3.1 DATOS GENERALES.................. .......583.3.2 PRUEBAS REALIZADAS.. 60
3.4 RESULTADOS ALCANZADOS... ....61
4. CAPITULO 4.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .63
4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO. 64
4.2 CONCLUSIONES.... ......74
4.3 RECOMENDACIONES .76
5. ANEXO 1POBLACIÓN Y ACCESIBILIDAD A SERVICIOS DE AGUA POTABLE...... 78
6. ANEXO 2SENSORES Y TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS 86
7. ANEXO 3PROGRAMA DE CONTROL MANUAL DE USO...... 105
RESUMEN
Desde la década de los ochenta se marcó el inicio de la utilización masiva de las
computadoras personales, las cuales han ido expandiendo sus aplicaciones y
usos a varios campos, en especial a la ingeniería. Este crecimiento se debe, entre
otras razones, al constante mejoramiento de programas o paquetes de aplicación
y en especial a las cada vez más accesibles y mejoradas PC's. Es por esto que la
tendencia a utilizar una computadora personal para controlar un mayor numero de
dispositivos va en aumento.
Hoy en día el control computarizado es la opción más utilizada en grandes
empresas nacionales y especialmente internacionales, ya que con un numero
razonable de terminales con paquetes computacionales dedicados para cada uso
o proceso, han demostrado que se puede llegar a altos niveles de rendimiento y
producción, convirtiendo a la computadora personal en una de las herramientas
más utilizadas en los sistemas de control.
En el caso de este trabajo, se quiere demostrar que una de las maneras más
eficientes y versátiles de controlar un prototipo de planta de potabilización de
agua salina, es un sistema de control automático basado en una computadora
personal,
de la cual podemos beneficiarnos eficientemente si utilizamos un paquete
adecuado para adquisición de datos, control e instrumentación, en este caso
LabVIEW.
Un siguiente paso en la consecución del sistema de control para este prototipo es
la instrumentación del mismo, que consta de la instalación de sensores y
actuadores buscando la mayor eficiencia posible.
A través de LabVIEW se buscó dar una interface amigable para el futuro usuario
del programa de control de manera que trabajar en la planta de potabilización sea
fácil, permitiendo entender el funcionamiento tanto del programa como de la
planta.
PRESENTACIÓN.
En el presente trabajo se ha tomado como objetivo principal de desarrollo un
prototipo de planta de potabilización de agua salina. En el progreso de la
investigación del mismo se ha encontrado que el agua potable sigue siendo un
problema a gran escala en el Ecuador, esto fue un motivo más para continuar con
el esfuerzo para conseguir los objetivos propuestos. Lograr una planta eficiente, a
bajo costo y con tecnología disponible en el país puede ser una solución a corto
plazo para este problema, en especial para las comunidades de la costa
ecuatoriana.
De esta manera la planta de potabilización necesita ser automática para que sea
posible una mínima interacción con un futuro usuario y se mejore su eficiencia
permitiendo, de manera amigable, observar todos los procesos de los que consta.
Pensando en que un prototipo estará sujeto a cambios y mejoras, el sistema de
control planteado presenta versatilidad y facilidad para ser modificado, ya que de
ninguna manera este prototipo tendrá una eficiencia a nivel de ser comercializado
pero si será una base para futuros diseños e innovaciones. Esto de no quiere
decir que el sistema de control estará supeditado a la eficiencia de la planta, al
contrario este mejorara la eficiencia permitiendo ahorrar energía y tiempo. Con la
misma idea el programa de control desarrollado en LabVIEW tiene la misma
filosofía, poder ser cambiado para adaptarse a diferentes situaciones de
construcción y desarrollo de la planta.
De esta manera se presentan cuatro capítulos que abarcan las cuatro principales
fases de desarrollo del sistema de control.
El primer capitulo comprende el análisis del problema de agua potable en Ecuador
y los primeros conceptos y detalles del sistema de control.
El segundo capitulo presenta, principalmente, como se realiza el sensado,
adquisición y procesamiento de las señales. Para luego indicar con detalle como
son controlados los procesos por el programa desarrollado en LabVIEW.
En el tercer capitulo se presentan las particularidades de la instrumentación de la
plañía y las diferentes pruebas realizadas en la misma.
Para terminar tenemos el siempre necesario estudio económico junto con las
conclusiones y recomendaciones.
En los anexos se trató de profundizar en datos de la problemática del agua en el
país, en particular de los sensores y actuadores utilizados en la planta. Por último
se preparó un manual simple de utilización del programa de control y de la unidad
de acondicionamiento de señales.
CAPITULO 1.
ASPECTOS GENERALES
1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ARESOLVER.
1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS.
1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.
1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DECONTROL.
1.5 CONCLUSIONES.
CAPITULO 1.
ASPECTOS GENERALES
1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA A RESOLVER.
Existen diferencias muy marcadas en la disponibilidad del agua potable entre
las poblaciones de los distintos países, e incluso entre las regiones de un mismo
país. Es una constante, que dentro de las prioridades de cualquier población, se
encuentra el acceso al abastecimiento de agua; y a su vez como requerimiento de
líquido vital, intervienen varios parámetros que deben ser considerados, tales
como: la calidad de las fuentes, los recursos y tecnología disponibles, la variedad
de los problemas locales de salud y una serie de factores poblacionales
específicos, tales como el nivel educacional, el estado socioeconómico y las
creencias culturales. Por consiguiente, las políticas para satisfacer esta necesidad
serán tan diversas como las regiones para las cuales se establezca un programa
de abastecimiento.
Actualmente en el Ecuador existe una notable falta de agua potable que es
más severa en la región de la costa, la cual se agudiza aún más en determinadas
épocas del año. Para resolver este problema, el Departamento de Ingeniería de
Procesos y Apoyo a la Producción de la Escuela Politécnica Nacional, desarrollóf
como una posible alternativa, plantas modulares que realicen la potabilización de
agua salina, para su aplicación en los sectores rurales de la costa ecuatoriana;
para el desarrollo de dichas plantas, se decidió trabajar con un sistema de control
automático, el cuál brinda la posibilidad de realizar pruebas con flexibilidad y
poder adaptar las plantas como la solución adecuada a las diversas situaciones
que pueden presentarse en su aplicación práctica y es el propósito y principal
objetivo de este trabajo.
En el Anexo N°1 se presentan datos del Centro Panamericano de Ingeniería
Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS); las distintas tablas que ahí se
presentan con un breve comentario sustentan la prioritaria necesidad de contar
con soluciones que permitan abastecer de agua potable al sector rural de la costa
Ecuatoriana.
1.1.1 CONSIDERACIONES PARA PLANIFICACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE
UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA.1
En principio todo desarrollo que tienda a solucionar un problema social,
debe considerar los intereses de los involucrados que son quienes necesitan los
servicios; en este caso en particular, las poblaciones que tengan acceso al agua
de mar. También es importante tomar en cuenta aspectos como la cantidad y
calidad del agua, pero sólo representan algunos de los factores que establecerán
el impacto final de un determinado desarrollo. Otros factores no menos
importantes, incluyen consideraciones económicas, la tecnología disponible y la
operación del sistema.
1.1.1.1 Abastecimiento de agua.
Las poblaciones que sufren de escasez de agua, en especial la potable,
deben priorizar su uso, para lo cual se debe educar a la población y dar la
importancia del caso a la higiene; ya que de no hacerlo, conlleva un aumento del
riesgo tanto de enfermedades adquiridas en el lavado como de las transmitidas
por el agua y las diarréicas.
Las medidas para garantizar la calidad y seguridad de! abastecimiento
de agua, incluyen la selección de fuentes no contaminadas, el reemplazo de
fuentes contaminadas de agua por suministros más seguros, convenientes y
confiables; sin perder de vista que las redes de abastecimiento de agua, requieren
de tratamiento si no se puede garantizar la integridad de las tuberías.
1 Por considerarlo relevante/ este subcapítulo a tomado como referencia la información dewww.cepis.org.pe/esvvww/fulltext/aguabas/agua/agua.html (agua.pdf)
1.1.1.2 Almacenamiento de Agua.
Mediante estudios, se ha demostrado que en el almacenamiento del
agua, si se elimina o por lo menos se reduce la posibilidad de que se pueda
introducir las manos, mediante una cobertura adecuada o mediante accesos
reducidos a los recipientes, se disminuye la cantidad de coliformes fecales en el
agua almacenada (Roberts, 1994) y reduce la propagación del cólera (Deb, 1986).
1.1.1.3 La calidad del agua.
Varios estudios han demostrado que el tratamiento de agua en el hogar
puede prevenir las enfermedades. También se ha demostrado que otra manera
de prevenir las enfermedades, es hervir el agua, así sea la potable, antes de
consumirla (Blake, 1993); sin embargo, esta práctica puede resultar relativamente
costosa y potencialmente perjudicial para el ambiente; por lo que como una
alternativa, cabe destacar que un estudio realizado en el Brasil, encontró
cantidades significativamente inferiores de coliformes fecales en el agua
almacenada por las familias que usaban como desinfectante hipoclorito de sodio
en comparación con las familias que usaban placebo (Kirchhoff, 1985).
1.1.1.4 Consideraciones económicas versus tecnología disponible.
Las soluciones de gran alcance, cuya implantación implica grandes
inversiones de dinero y tiempo, como las redes de distribución entubadas, con
plantas completas de tratamiento para potabilizar el agua, generalmente requieren
una planificación de largo plazo con varias fases para su construcción y puesta
en marcha, lo que se justifica para las grandes poblaciones. Las tecnologías
apropiadas de menor costo y cuya implantación es más sencilla, pueden
proporcionar opciones de mediano y corto plazo para las poblaciones pequeñas,
las mismas que necesitan de este recurso y que se ven limitadas por los.escasos
recursos económicos para iniciar un proyecto mayor alcance.
Con el propósito de establecer si las tecnologías alternativas son
adecuadas para una determinada situación, se deben considerar varios factores
antes de realizar una inversión; dentro de los cuales se pueden citar los
siguientes:
Primero: ¿Cuánto cuesta la tecnología? ;
Segundo: ¿Cuánto cuesta capacitar al personal para operar, mantener y
reparar la tecnología? ;
Tercero: ¿Se dispone de la tecnología localmente?.
Cuarto: si no se dispone de la tecnología localmente, ¿cuáles son los
costos para el embarque y desaduanización?, ¿las partes se pueden reemplazar
fácilmente?, ¿se dispone de asistencia técnica para poder mantener o reparar el
equipo? ;
Quinto: ¿cuál es la complejidad técnica de la tecnología? ¿mediante la
práctica se puede capacitar a! personal para que pueda instalar, operar, mantener
y reparar? ;
Sexto, ¿es sostenible la tecnología?. Es decir, ¿la tecnología genera
ingresos o requiere un subsidio para operar? ; ¿son los costos iniciales, de
operación, mantenimiento y reparación/reemplazo accesibles para la población
servida y está la población dispuesta a pagar por ello?. De no ser así, la
intervención no será sostenible si no se cuenta con un subsidio permanente.
Es muy importante considerar estos factores antes de emprender
cualquier proyecto. En forma general, se puede afirmar que la disponibilidad local
aumenta el acceso, reduce los costos de distribución y aumenta la posibilidad de
mantenerla, repararla o reemplazar partes o piezas; es decir, se puede desarrollar
una variedad de tecnologías que se las puede citar como prometedoras, sus
detalles e implantación deben ser analizados con cuidado. Con esta información,
es muy importante contactar potenciales organizaciones donantes, las
comunidades beneficiarías, y todas aquellas que tienen relación con el proyecto,
para conocer sus intereses y necesidades y tomarlos en cuenta en el desarrollo
del proyecto, con la finalidad de permitir una aplicación directa y sin oposición de
los resultados que se puedan alcanzar.
1.1.2 CONCENTRACIONES PROMEDIO DE LOS ELEMENTOS CONTENIDOS EN
EL AGUA DE MAR.2
En la Tabla 1.1, se presenta el resultado de los análisis del contenido del
agua de mar, como una referencia que será de mucha utilidad para el presente
trabajo.
ELEMENTO
1, Calcio
2. Magnesio
3. Potasio
4. Sodio
5. Cloruro
6. Bromuro
7. Fluoruro
8. Dureza
9. Alcalinidad
10. Salinidad
Ca
Mg
K
Na
Cl
Br
F
mg/1/
mg/1/
11. Oxígeno Disuelto
12. pH
13. Temperatura
UNIDADES
mg/1
mg/1
mg/1
mg/1
mg/1
mg/1
mg/1
CaCO3
CaCO3
mg/1
mg/1
-
°C
AGUA DE MAR
272.23
1,044.86
352.97
8,347.31
11,712.13
26.73
0.85
4,982.53
65.33
25,150.67
5.53
6.60
24.43
Tabla 1.1
2 CEP1S-OPS-HDT 30 Potabilizador! del agua de mar por destilación solar.htm
10
1.1.3 PLANTA DE POTABILIZACIÓN.
Para definir cada uno de los procesos que necesitan instrumentarse y en
base de los cuales se realizará el diseño del control automático, en la Figura No
1.1 se presenta el diagrama de flujo que muestra las diferentes etapas de la
planta de potabilización, para luego explicar su funcionamiento.
El abastecimiento del agua de mar, agua cruda, al tanque T-1 permitirá
iniciar el proceso de potabilización, el cual tiene como primera etapa el
precalentador a gas E-1 que eleva la temperatura del agua a 60 °C, temperatura
con la que el agua es llevada por la bomba B-1 al evaporador EV-1 que es un
tanque en el que gracias a los 60 °C, un aspersor que pulveriza el agua, un
extractor de vapor y una presión menor a la atmosférica, logra separar el agua de
mar en vapor de agua pura y salmuera, este proceso se logra de manera muy
eficiente ya que la baja presión en el evaporador permite potabilizar el agua con
menos energía que los métodos convencionales. Por tanto esta parte de la planta
se puede definir como la más sensible e importante ya que es aquí donde se
realiza la potabilización propiamente dicha.
El vapor de agua pura luego pasa al condensador E-2 que consta del tubo
de salida del EV-1, el extractor de vapor y un serpentín de cobre dentro del
mismo, por el cual circula agua a temperatura ambiente, de esta manera al tener
contacto el vapor con el tubo de cobre se condensa y pasa a la pierna
barométrica. El flujo de agua a través del serpentín se controla por medio de la
bomba B-3.
La presión necesaria en el evaporador EV-1 se logra por medio de la
bomba de vacío B-2 (Figura 1.1) que conectada con la pierna barométrica
consigue el vacío necesario para que el agua se evapore, quedando claro que el
sistema que consta del evaporador, condensador y pierna barométrica se
encuentra a menor presión absoluta de 0.128 atm (1.88 psi).
En este punto es importante explicar el funcionamiento de la pierna
barométrica. Esta tiene forma de botella terminada en un embudo de material
acrílico transparente que soporta la baja presión interior; Además se encuentra a
11
más de 7.50 metros de altura con respecto a! tanque de agua pura, esto es
necesario para contrarrestar los efectos del vacío sobre el vapor y permitir a! agua
pura pasar hacia el tanque final. En otras palabras, la pierna barométrica permite
mantener el vacío en el sistema antes mencionado y a la vez que el agua ya
condensada pase ai tanque final de agua pura, completando así el proceso de
potabilización.
Por ultimo se tiene una cuarta bomba B-4 que permitirá sacar la salmuera,
que constituye el residuo del proceso de potabilización del tanque EV-1, es
necesaria esta bomba para contrarrestar el efecto de vacío y poder desalojar la
salmuera. Antes de la bomba B-4, como medida de segundad extra, se coloca
una electro - válvula V-1 que mantendrá el vacío hasta que la bomba sea
encendida.
Sobre la base del diseño de la planta que se explica en este subcapítulo se
espera tener adecuadamente definido el tipo de magnitudes con las que se va a
trabajar, la instrumentación necesaria y que estén más claros todos los procesos
que se espera funcionen automáticamente con la menor intervención del futuro
usuario.
Hay que aclarar también que, tratándose de una planta prototipo y por tanto
en desarrollo todos los materiales utilizados son provisionales.
1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS.
De acuerdo al proceso antes descrito las magnitudes que se necesitan
medir, tanto para propósitos de monitorear y optimizar la planta dentro del
proceso de la investigación previa a la implantación, así como para definir la
instrumentación final de la misma son los que se indican a continuación:
1.2.1 FLUJO (Kg/h).
Principalmente la medición de la cantidad de Kg/h de agua cruda, en
proceso o como producto final determinará; primero las dosificaciones necesarias
12
tanto del ácido sulfúrico como de la sosa cáustica elementos indispensables para
un correcto funcionamiento a largo plazo de la planta. Segundo el buen
funcionamiento de la planta en cualquier momento de su vida útil. Además, estas
mediciones en las pruebas preliminares van a servir para establecer el
rendimiento de la planta, con el propósito de poder optimizarla, a través del
mejoramiento de cada uno de los procesos.
1.2.2 NIVEL (m).
Al medir el nivel del liquido en cualquiera de los tanques de la planta, en
primer término se define una altura y luego servirá para representar un volumen;
con esto se pretende establecer los niveles que marcarán el inicio de las etapas
del proceso de manera que éstas funcionen adecuadamente y que permitan, en lo
posible, ahorro de energía. Además, el disponer de estos datos y las acciones de
control asociadas evitarán que se produzcan derrames.
1.2.3 TEMPERATURA (°C).
La temperatura es otra de las magnitudes que permitirán disponer de un
control del proceso en las distintas etapas, para el correcto funcionamiento de la
planta; en especial considerando que esta magnitud es de gran importancia en la
etapa de precalentamiento del agua, que es el inicio del proceso de evaporación
realizado por la planta.
1.2.4 PRESIÓN (Atm).
Como la temperatura, la presión es una variable muy importante, que debe
ser medida en la etapa de evaporación de la planta ya que de esta dependerá la
correcta desalineación del agua, mediciones que sólo serán realizadas en las
pruebas de la planta ya que la presión será mantenida en EV-1 por medio de un
ciclo de trabajo desarrollado por medio de estas pruebas para la bomba B-2.
13
1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.
Para obtener un control automático que responda a los requerimientos y
necesidades de la planta de potabilización por desalinización, y además que
tenga flexibilidad en su diseño, se plantea un sistema de control basado en una
micro-computadora con un programa adecuado desarrollado en base al paquete
computacional denominado LabVIEW del fabricante National Instruments
(lenguaje G para instrumentación virtual).
Un sistema de control computarizado, basado en el programa indicado, tiene
diferentes etapas que se desarrollan alrededor de la computadora, mismas que se
complementan perfectamente para cumplir con los objetivos de este trabajo.
Las etapas de un sistema computarizado que van a ser considerados en el
proceso de diseño son las siguientes:
Programa de Control (Computadora).
Adquisición de datos.
Procesamiento de señales.
Accionamientos y sensores.
En la Figura 1.2,, se presenta un esquema que explica, en forma resumida,
como van a interactuar las diferentes etapas indicadas.
Computadora
Figura 1.2
14
Un sistema de control computarizado permite variaciones en el
funcionamiento que se pueden lograr con pocos cambios en el mismo, situación
que posibilita que en poco tiempo se pueda conseguir la optimización de los
procesos que necesitan automatización como es el caso de la planta experimental
de procesamiento de agua de mar.
Además, en un sistema de control computarizado una vez definido el tipo de
sensores y actuadores a ser utilizados, el procesamiento de señales se
mantendrá constante lo que permite que los cambios de funcionamiento
dependan únicamente del programa de control o de simples cambios en la
adquisición de los datos.
1.3.1 VENTAJAS EN LA UTILIZACIÓN DE LabVIEW.
En la implantación de este tipo de control una computadora brinda la
posibilidad de utilizar diferentes lenguajes de programación, pero se escogió el
lenguaje G (LabVIEW) por diferente$ aspectos, que entre otros son los siguientes;
Por su excelente interfaz gráfica que permite la programación intuitiva y
que se obtenga en pantalla un panel de control que refleja el proceso que se está
monitoreando, por medio de sus instrumentos virtuales.
La instrumentación Virtual que permite con un mismo grupo de sensores y
actuadores, sin necesidad de cambiar el procesamiento de señales, obtener
diferentes formas de realizar el control con simples cambios en la programación.
Su simplicidad de funcionamiento de entorno, ya que una vez terminada la
programación permite manejar el flujo de la misma de manera de encontrar
errores y realizar mejoras con rapidez.
La amplia información disponible para la utilización y explotación de
LabVIEW, tanto en literatura especializada escrita, como disponible en la WEB, lo
cual facilita el incursionar en su uso y en sus opciones más avanzadas.
Y la efectividad para el desarrollo de este sistema de control y para su
implantación por medio de la adquisición de datos hizo de LabVIEW la mejor
opción, a ser aplicada en este proyecto.
15
1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL.
1.4.1 SIMULACIÓN DE LA PLANTA.
Gracias a las prestaciones y facilidades matemáticas que ofrece el lenguaje
G, es posible desarrollar una simulación de la planta de potabilización en tiempo
real, que difiere principalmente de un programa de control en no tener la
programación necesaria para utilizar la interface de adquisición de datos y control.%
La simulación tiene como objetivo definir los ciclos y secuencia de
funcionamiento más adecuados de cada etapa de la planta con lo que se
pretende que el procesamiento de señales, accionamientos y sensores funcionen
de manera que se minimice su necesidad de mantenimiento y se logre un ahorro
de energía. Además, se puede desarrollar considerando todos los aspectos del
diseño original de la planta, es decir, flujos, temperaturas, presiones y niveles
como datos matemáticos.
Al mostrar la simulación al usuario, este podrá entender el funcionamiento
de la planta, la secuencia o secuencias que cumplen todas las etapas en conjunto
* y de acuerdo a ciertas condiciones de trabajo, como pueden ser la demanda de
agua producida o falla de alguna de las etapas. Pero hay que considerar que el fin
más importante de la simulación es servir como base del sistema de control de la
planta dentro del desarrollo y como una herramienta para la optimización del
proceso.
1.4.2 PROGRAMA DE CONTROL.
£ El programa de control tendrá su origen o se fundamentará en la necesidad
de realizar la simulación de la planta y en los resultados experimentales, que se
alcancen una vez que se prueben y utilicen los sensores en las distintas etapas
del proceso. Se basará en la correcta adquisición de datos y en operaciones
matemáticas que convertirán las señales adquiridas, analógicas o digitales, en
variables que determinarán las señales necesarias de salida o control y además
que puedan ser manejadas por los indicadores virtuales de LabVIEW, Las
.% señales de control generadas por el programa, a través de la tarjeta de
16
adquisición de datos, serán interpretadas por la etapa de procesamiento de
señales que permitirá a los actuadores realizar las acciones pertinentes.
Este programa también estará dirigido, en primer lugar, a mostrar en la
pantalla de la computadora una representación de los procesos que son
controlados por el mismo, de forma que estos puedan ser visualizados de manera
de contar con una ¡nterface gráfica amigable al usuario, pero que tendrá la mínima
cantidad de controles accesibles al mismo. Además, el usuario podrá contar con
otra ¡nterface gráfica donde lo más importante será el despliegue claro de todas
las variables medidas, pudiendo controlar su desarrollo en el tiempo, ésta
¡nterface esta dirigida a realizar la supervisión de la planta.
1.4.3 PROCESAMIENTO DE SEÑALES.
El procesamiento de las señales tiene una relación directa con los sensores
y actuadores a implementarse en la planta, se definirá como la interpretación de
las señales que van a entrar o salen de la tarjeta de adquisición de datos para que
estas sean procesadas en el programa de control o realicen una acción de control
en la planta, respectivamente.
Una vez definidos los sensores y actuadores que sean necesarios para el
control computarizado, el procesamiento de señales debería mantenerse
inalterable en condiciones normales.
1.4.3.1 Procesamiento de señales en Accionamientos.
Considerando el diagrama que se presentó en la figura 1.2, se tendrá
cuatro motores de bombas como dispositivos a ser accionados.
Entre estos motores se tienen los de la bomba B-1 para control del flujo
de agua, de la bomba de vacío B-2, de la bomba B-3 que controla el agua que se
utiliza como refrigerante en E-2 junto con el extractor EX-1 y de la bomba B-4
utilizada para el desalojo de salmuera junto con la válvula V-1.
El acondicionamiento de señales para el manejo de estos motores
consistirá en convertir los niveles lógicos de las salidas digitales de la tarjeta de
adquisición de datos en comandos de encendido y apagado.
17
1.4.3.2 Procesamiento de señales de los Sensores.
Este procesamiento consistirá en acondicionar las señales entregadas
por los sensores de las magnitudes que se requiere medir en las distintas etapas
del proceso, en señales de entrada adecuadas para la tarjeta de adquisición de
datos, lo que dependerá de las señales que entregan los sensores a ser
utilizados.
1.5 CONCLUSIONES.
El Anexo N°1 presenta datos que demuestran sólidamente que el sector rural
de la costa Ecuatoriana es el primer lugar a donde deben enfocarse los
esfuerzos para desarrollar sistemas de abastecimiento de agua potable y
justifica la decisión del Departamento de Ingeniería de Procesos y Apoyo a la
Producción de orientar la planta de potabilización a este sector, así como su
sistema de control automático, para que funcione en base de agua de mar, por
ser un recurso ampliamente disponible, con lo que se pretende, en lo posible,
- mejorar las actuales condiciones de los sectores rurales de la costa lo cual es
un interés nacional.
Considerando que en las zonas donde se espera instalar las planta de
potabilización de agua salina, no se podrá contar con un operador de la
misma, el control automático permitirá a la población en general, con un
manual de operación muy fácil de entender, manejar un mínimo de
instrumentos que serán los únicos necesarios para la correcta potabilización
del agua, con lo que se logrará una mayor aceptación en e! mercado y
abaratar costos de operación, convirtiendo al usuario en fiscalizador del
proceso y en el encargado de mantener los requerimientos de combustible y
químicos de la planta.
• Como se expuso anteriormente el objetivo del diseño del sistema de control
automático de la planta de potabilización de agua de mar, es el dar a dicha
18
planta la efectividad requerida y convertirse en una herramienta para
conseguir su simplicidad; es decir, llegar a un sistema que con la mínima
intervención humana se puedan realizar adecuadamente todos los procesos
necesarios de la planta en mención.
CAPITULO 2.
DISEÑO DEL SISTEMA DECONTROL.
2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO YACTUACIÓN.
2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DEDATOS.
2.3 PROGRAMA DE CONTROL.
2.4 DESARROLLO DE LAAPLICACIÓN.
CAPITULO 2.
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL.
2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO Y ACTUACIÓN,
2.1.1 SENSORES.
De acuerdo con los requerimientos que presenta la instrumentación de
la planta de potabilización de agua de mar por desalineación y que se basa en
el diseño de la misma, se van a utilizar los sensores que se indican en los
siguientes subcapítulos.
2.1.1,1 Sensor de Flujo.
El sensor de flujo que se utilizará en la planta de potabilización es el
Omega de la serie FP8500 o FP5600, que se presenta en la Figura 2.1 a;
dispositivo que basa su funcionamiento en el principio paddlewheel de alta
resolución y bajo consumo, además este sensor es de fácil instalación con los
complementos adecuados para tubería; junto a este sensor, para obtener
señales normalizadas, se dispone del transmisor de flujo Omega FP85, que se
ilustra en la Figura 2.1 b, el mismo que es programable, basado en un
microprocesador, el cual que tiene salidas simultaneas de corriente de 4 mA a
cnble "ncJuded
1 I /MXM 1/2
oka coa *"
26./ÍÍ.Q:»;
\ /
n~,
1¡
•* —
(a) Figura 2.1 (b)
21
20 mA y de pulso a través de salidas colector - abierto con un rango de medida
desde 0.091 m/s hasta 6.096 m/s (0.3 a 20 fps), esta velocidad, dependiendo del
diámetro de la tubería, proporciona el valor del flujo. El transmisor funciona por
medio de una programación simple a través de tres teclas montadas en el mismo
y no depende de ajustes ni calibraciones.
2.1.1.2 Sensor de Nivel.
Para este propósito se utilizaran interruptores de nivel; es decir,
dispositivos que cierren o abran un contacto cuando el agua llegue a la altura
donde se encuentran montados. Los interruptores que se utilizarán para la planta
operan magnéticamente y su funcionamiento dependerá de la orientación del
flotador, con una u otra polaridad magnética, para que el interruptor se encuentre
normalmente abierto o normalmente cerrado. De acuerdo con los datos del
fabricante, eí interruptor soporta hasta 500 mA de corriente en sus terminales.
2.1.1.3 Sensor de Temperatura.
Como sensor de temperatura se utilizará el circuito integrado LM35 del
fabricante National Semiconductor, el cual entrega un voltaje, linealmente
proporcional a la temperatura en grados Celsius (Centígrados), de 10mV/°C. Sin
calibración el integrado tiene una precisión de ±% °C y ±3/4°C sobre todo el
rango. Este circuito integrado funciona con una alimentación de 4V a 30V y puede
manejar corrientes menores a 60[jA. El rango de operación del LM35 dependerá
de la configuración que se vaya a usar para las mediciones, en la Figura 2.2 se
muestra la configuración básica para mediciones desde 2 °C hasta 150 °C, dicho
rango cubre la temperatura de trabajo de la planta y es más que suficiente para
los objetivos de control de la misma, la Figura 2.2 también muestra la disposición
de los terminales del sensor.
22
Plástic Package
OUTPUTOmV-r-]D.OmV/' 'C
\M VIEW
Basic Centígrada Temperatura Sensor LM35C2 LM35DZ
(•t-2'C to +150'C)
Figura 2.2
2.1.2 ACTUAD ORES.
2.1.2.1 Motores.
Dentro de los motores que se tiene que controlar, la planta dispone de
los siguientes:
La bomba utilizada en la planta para impulsar el agua del tanque de
entrada al evaporador es CF de 1/3 Hp, 115 voltios, 5 amperios, 3400 rpm a 60
Hz, mientras que el motor de la bomba de vacfo, es un Westinghouse de 1 Hp,
115 voltios, 14.0 amperios, 1725 rpm a 60 Hz, la bomba de circulación de
refrigerante es Thakita de 200 vatios (0.268 Hp), 110 voltios, 3.1 amperios, 3460
rpm a 60hz y por último la bomba de evacuación de salmuera es SAER de 1 Hp,
110 voltios, 11.2 amperios, 3450 rpm a 60 Hz.
2.1.2.2 Solenoide.
Junto a la bomba que se le designará como 4 para la evacuación de la
salmuera, se tiene una válvula solenoide de 1/2 pulgada de marca ODE (Esino
Lario Italia) cod.400162 que funciona con 110 voltios en sus terminales, que
permitirá mantener el vacío en EV-1 hasta que la bomba 4 sea encendida.
2.1.2.3 Extractor.
Para mejorar el rendimiento de la planta se instaló un extractor CATAR
B-10, que funciona con 110 voltios, en la unión entre el tanque EV-1 y el
condensador E-2 lo cual permitió mejorar la circulación del vapor a través de éste.
23
En el Anexo 2, del presente trabajo, se puede encontrar las hojas de datos
con mayor información sobre la mayoría de sensores que se utilizarán en la planta
de potabilización.
2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
La tarjeta de adquisición de datos que constituirá el nexo entre el
procesamiento de señales y la computadora es la Lab-PC-1200 de National
Instrument.
La Lab-PC-1200 tiene entradas - salidas multifunción con muestreo de 100
kS/s, entradas analógicas distribuidas en 8 canales simples o 4 canales'
diferenciales. Además, esta tarjeta tiene la capacidad de activación digital, tres
contadores/temporizadores (counter/timers) de 16 bits 8Mhz, dos salidas
analógicas, 24 líneas digitales de entrada - salida y es 100% compatible con
LabVIEW, ya que es del mismo fabricante.
2.2.1 ENTRADAS ANALÓGICAS.
Como se mencionó anteriormente las entradas analógicas pueden ser
utilizadas como 8 simples o 4 diferenciales con resolución de 12 bits en la
conversión analógica - digital. El rango de voltaje es programable a través de
software con variación de O a 10 V para las entradas unipolares y de -5 a 5 V para
las entradas bipolares. También se puede seleccionar la ganancia requerida, a
través de software, en factores de 1, 2, 5, 10, 20, 50 O 100.
Para el barrido de múltiples canales, el muestreo máximo es de 83.3 kS/s
con una ganancia de 1.
La adquisición de datos con este tipo de tarjeta puede realizarse de tres
modos diferentes, a saber:
1. Adquisición continua de un canal.
2. Adquisición de múltiples canales con barrido continuo.
3. Adquisición de múltiples canales con barrido a intervalos con resolución
de 1|js.
24
Otra característica importante de esta tarjeta, es que dispone de dos
modos de activación, los mismos que son: preactivación y postactivación.
En el modo de preactivación la tarjeta recolecta muestras hasta que una
señal es recibida en la entrada externa, reservada para este propósito, y luego
continua recolectando un numero de muestras especifico.
En el modo de postactivación, la tarjeta recolecta un número de muestras
específico luego de haber recibido una señal externa.
2.2.2 SALIDAS ANALÓGICAS.
La Lab-PC-1200 tiene dos convertidores Digital - Analógicos con doble
buffer y resolución de 12 bits, los cuales están conectados a dos canales
analógicos de salida. Estos dos canales se pueden configurar
independientemente a través de software para funcionamiento unipolar (O a 10V)
o bipolar(-5 a 5 V). La resolución de 12 bits de los convertidores es de 2.44 mV en
ambas polaridades.
2.2.3 AUTO CALIBRACIÓN.
Las entradas y salidas analógicas de la tarjeta Lab-PC-1200 tienen
circuitos de auto calibración para corregir la ganancia y el error por offset. Se
puede usar las constantes de calibración guardadas de fábrica o guardar
constantes adicionales para diferentes condiciones de operación en la sección
modificable de la EEPROM de la tarjeta.
2.2.4 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES.
Los 24 canales digitales de entrada - salida son de características TTL y
están configurados como tres pórticos de 8 bits que pueden funcionar en modos
de entrada, salida, bidireccional o handshaking. Las salidas digitales pueden
entregar 2.5 mA en cada canal.
25
2.2.5 CONTADORES/TEMPORIZADORES.
La Lab-PC-1200 usa dos circuitos integrados 82C53; cada uno de los
cuales contiene tres contadores/temporizadores independientes de 16 bits.
El primer 82C53 está dedicado a temporizar los convertidores A/D y D/A.
Los tres contadores del segundo 82C53 están disponibles para funciones de
propósito general, como salidas de reloj, pulsos de salida y conteo de eventos. De
estos tres contadores, uno puede ser requerido para temporización de las
entradas o salidas analógicas, y otro tiene una fuente de señales de reloj con una
frecuencia 20 MHz.
2.2.6 CONECTOR ENTRAD AS/SALID AS.
El conector de la tarjeta de adquisición de datos
tiene 50 pines, los cuales se detallan a continuación de
manera muy breve y se muestra su ubicación física en la
figura 2.3.
ACH1 - ACH7 son los ocho canales analógicos
que pueden ser configurados como canales simples o
canales diferenciales, la referencia básica de estos
canales depende del modo en el que son utilizados.
DACOOUT y DAC1OUT, son las dos salidas
analógicas referidas a la referencia analógica (AGND).
EXUPDATE, EXTCONV Y EXTTRIG son líneas
de características TTL a través de las cuales se puede
controlar externamente las entradas y salidas
analógicas.
ACílÜ
ACM2
ACH4
AT.H6
AiSENSF/AIGHD
AGND
ÜGND
nvin\fft!iRW
PBl
PHJ
Ptlf»
PB7
PCI
PC3PC&
PC?
EXTUPÜfttt'
QUTBO
OUTB1
CLKBl
CWBZ
-5V
1
3
b
/
9
11
13
15
I/
~Í9~
21
23
2b
21
•¿9
31
33
35
37
39
41
C
í5
•IV
49
2
4
5
a1U
12
H
Ib
ID
10"
27.
24
20
2.1
30
32
3^3G
3a-10
•12
4Í
4G
•IB
50
ACHÍ
rtCH3
rtCHh
ACHÍ
UACDOUr
DAClOUÍ
[W
li\
fAJ
RTíSrúaPB2
PBJ
PBS
peoK'¿
PC¿
PCfi
EX FT RIO
cxrcofr/Gf^BO
GflTBl
OUT92
CLKB2
DGND
rigura2.3
CLKB1 - CLKB2, GATBO -GATB2 y OUTBO - OUTB2 son señales de reloj,
compuertas, y salidas de los contadores disponibles para el usuario.
PAO - PA7, PBO - PB7, PCO - PC7, corresponden a los tres canales
digitales de entrada - salida de 8 bits.
Las características de cada uno de estos pines se desarrollarán en los
26
siguientes subcapitulos, para una mejor compresión, de acuerdo a la necesidad
de su utilización.
2.2.7 CONFIGURACIÓN.
En lo que se refiere a la configuración de la tarjeta de adquisición de datos
se debe aclarar que para las señales de los sensores de temperatura y flujo se
utilizará las entradas analógicas, de la tarjeta ya referida Lab-PC-1200; es decir,
para ios sensores de nivel las entradas digitales, para motores y solenoide se
utilizarán las salidas digitales, por tanto es de estas entradas y salidas de las que
se detallará la configuración.
2,2.7,1 Entradas Analógicas.
En cada encendido de la computadora o reinício del software (reset), las
entradas analógicas de la Lab-PC-1200 se configuran con un rango de ±5 V
(bipolar), esta configuración predeterminada puede no ser la necesaria en una
aplicación específica, en la tabla 2.1 se presenta todas las posibles
configuraciones para estas entradas.
Parámetro
Polaridad
Modo
Configuración
Bipolar ±5 V (condición de reset)
Unipolar O a 10 V
Referido con entradas simples (RSE)
(condición de reset)
No referido con entradas simples (NRSE)
Diferencial (DIFF)
TABLA 2.1
La configuración, tanto las entradas como las salidas analógicas, se
realiza por medio del software de instalación de la tarjeta de adquisición de datos.
El rango de las entradas analógicas en modo RSE o NRSE es de O a 10
V y en modo diferencial es -5 a +5 V, si se selecciona este último los -5 V
27
corresponden a F800 hex (-2048 decimal) y +5 V corresponden a 7FF hex (2047
decimal). Si se selecciona el modo unipolar, O V corresponden a O hex y +10 V
corresponden a FFF hex (4095 decimal).
Para entender mejor el funcionamiento de cada modo de las entradas
analógicas a continuación se describe cada una de ellas.
RSE.- Este modo provee de ocho canales de entrada simples con el
terminal negativo del amplificador de instrumentación referido a la tierra analógica,
este modo es condición de reset.
La utilización de este modo significa que todas las señales de entrada
están referidas a una tierra común, que es proporcionada por la tarjeta de
adquisición de datos, este modo es útil para medir señales flotantes sin tierra
común.
Con este modo, la tarjeta de adquisición de datos, puede monitorear
ocho diferentes canales de entrada, se debe aclarar que el pin de retorno de las
señales es AISENSE/AIGND (analóg input ground).
NRSE.- Este modo también provee ocho canales de entrada simples
pero con el terminal negativo del amplificador de instrumentación conectado al pin
AISENSE/AIGND, no provee una tierra para las señales y se considera que la
referencia de las señales de entrada es externa, en este caso todas las señales
de entrada están referidas a un mismo voltaje de modo - común, el cual es
flotante con respecto a la tierra analógica de ía tarjeta. Este voltaje de modo -
común es subsecuentemente restado por el amplificador de instrumentación de
entrada. Esta configuración es útil para medir señales ya referidas a tierra.
DIFF.- El modo diferencial provee cuatro canales de entrada
diferenciales con el terminal positivo del amplificador de instrumentación en los
canales simples pares (O, 2, 4, 6) y el terminal negativo en los canales simples
impares (1, 3, 5, 7), respectivamente, de esta manera se debe escoger (os 4
canales diferenciales en pares (0,1), (2,3), (4,5) y (6,7) y como punto común o
referencia se tiene al pin AGND.
En lo que se refiere a las conexiones tomando en cuenta, la figura 2.3, a
las entradas analógicas les corresponde los pines del 1 al 8 y al pin 9 le
corresponde AISENSE/AIGND. Se puede usar este último pin para una conexión
general de tierra en la tarjeta de adquisición de datos en modo RSE o una vía de
retorno para el modo NRSE.
El pin 11, AGND, es el camino de retorno para la corriente de señales
diferenciales.
Los pines del 1 al 8 están conectados al multiplexer de entrada a través
de resistencias de 4.7kü. Los pines 2, 4, 6, 8 también están conectados a otro
multiplexer de entrada en el caso de utilizar el modo diferencial.
Los rangos para las entradas analógicas con sus posibles selecciones
de ganancia con funcionamiento en modo de entradas simples se muestran en la
Tabla 2.2.
Ganancia
1
2
5
10
20
50
100
Rango de Entrada
0 a 9.9975S V
0 a 4.99878 V
0 a 1 .99951 V
0 a 999.756 rnV
0 a 499.877 m V
Oa 199.951 m V
0 a 99.975 m V
TABLA 2.2
Figura 2.4
Amplificador de Instrumentación
29
La conexión de las entradas analógicas dependerá de la configuración
que se escoja para el funcionamiento de la tarjeta y del tipo de señales que se
utilicen. Se puede usar el amplificador de instrumentación de la Lab-PC-1200, que
se muestra en la Figura 2.4, con las diferentes configuraciones.
Este amplificador establece una ganancia, en oposición a voltajes de
modo común y alta impedancia de entrada a ías señales analógicas que entran a
la tarjeta de adquisición de datos. La conexión a los terminales positivo y negativo
del amplificador se realiza a través de ios multiplexers de entrada de la tarjeta.
Todas las señales deben ser referidas a un punto común, sea en la
fuente de las señales o en la tarjeta de adquisición de datos. Si se tiene una señal
flotante, se debe usar una conexión referida a tierra en la tarjeta. Si se tiene una
señal referida a tierra, se debe usar una conexión no referida en la tarjeta.
2.2.7.2 Entradas - Salidas Digitales.
Los pines del 13 al 37 de la Lab-PC-1200 corresponden a las entradas -
salidas digitales. En esta tarjeta las entradas - salidas digitales utilizan el circuito
integrado 82C55A, el cual es una interface de propósito general que contiene 24
pines de entrada - salida programables. Estos pines representan los tres pórticos
de 8 bits, PA, PB y PC del 82C55A, que se encuentran representados en la figura
2.3. El pin 13 es la tierra digital (DGND) para los tres pórticos y para la fuente
adicional de 5 V que es el pin 49 de la tarjeta de adquisición de datos.
Las especificaciones lógicas y rangos para entradas - salidas digitales,
detallados en la Tabla 2.3, se aplican a los tres pórticos, todos los voltajes deben
estar referidos a la tierra digital de la tarjeta (DGND).
Las señales asignadas al pórtico C (PC) dependen del modo en el cual
el 82C55C está programado. En modo O, el pórtico C es considerado como dos
pórticos de entrada - salida de 4 bits cada uno. En los modos 1 y 2, el pórtico C es
usado para señales de estado y handshaking con dos o tres bits de entrada -
salida. Para las necesidades del proyecto el modo O es el recomendado.
30
Tabla 2.3 Especificaciones Lógicas y Rangos.
Rango máximo de voltaje
Rango de voltaje de entrada
para 0 lógico
Rango de voltaje de entrada
para 1 lógico
Rango de voltaje de salida
para 0 lógico
Rango de voltaje de salida
para 1 lógico
Corriente de fuga en la entrada
-0.5 V a 5.5 V con respecto a DGND
-0.3 V min
2.2Vmin
-
3.7 V min
-1 pA min
0.8 V max
5.3 Vmax
0.4 V max
-
1 pA max
2.2.7.3 Adquisición de Datos.
En este subcapítulo se referiere como adquisición de datos a una
secuencia de conversiones analógico - digitales temporizadas. La tarjeta 1200
puede realizar esta operación en una de tres modos; modo controlado, modo
libre y barrido a intervalos. Además estos modos se pueden realizar en un único
canal o en múltiples canales.
Los tiempos que rigen la adquisición de datos pueden tener dos
orígenes, el primero es el circuito interno de la tarjeta y el segundo pueden ser
señales de reloj generadas externamente. Estos modos de temporización son
totalmente configurares por software.
La adquisición de datos puede ser iniciada externamente a través del pin
EXTTRIG o por software y la adquisición es terminada internamente por el
contador A1 del integrado 82C53, el cual cuenta el número total de muestras
tomadas en el modo controlado o a través de software en el modo libre.
El modo que se utilizará en la planta es el barrido a intervalos, éste
utiliza dos contadores, el un contador temporiza los intervalos de barrido y un
segundo contador temporiza el intervalo entre muestras. LabVIEW solo soporta,
en este modo de adquisición, funcionamiento con múltiples canales.
Debido a que este modo permite especificar que tan frecuentemente los
31
barridos se ejecutan es útil para aplicaciones, como la presente, en las cuales se
necesita muestrear señales a intervalos regulares pero relativamente
infrecuentes. De esta manera si queremos hacer un muestreo del canal 1, esperar
12 us, muestrear el canal O y luego repetir este proceso cada 65 ms, debemos
definir la operación de la siguiente manera:
Canal de inicio: chl (de esta manera se define la secuencia de
barrido como "ch1, chO")
Intervalo entre muestras: 12 us
Intervalo de escanneo: 65 ms
El primer canal no será muestreado hasta que no pase un intervalo entre
muestras. Tomando en cuenta que el tiempo de conversión analógico - digital es
de 10 us, entonces e! intervalo entre muestras debe ser por lo menos este tiempo
para asegurar un funcionamiento correcto.
La tarjeta 1200 ejecuta la adquisición de datos escaneando de manera
consecutiva una secuencia de canales analógicos de entrada en orden
descendente y aplicando la misma ganancia a todos los canales de la secuencia.
De esta manera si ei canal 3 es escogido como el de inicio la secuencia
se desarrollará de la siguiente manera:
ch3, ch2, chl, ch3, ch2, chl, ch3, ch2, chl,
El número de muestras por segundo para la adquisición de datos con
barrido a intervalos y de múltiples canales se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 2.4 Máximo número de muestras por segundo
Ganancia
1
2,5,10
20
50
100
Muestras por segundo
90 kS/s
77 kS/s
66.6 kS/s
37 kS/s
16.6kS/s
Para los datos presentados en la tabla se asume que los niveles de
voltaje de todos los canales incluidos en la secuencia de barrido están dentro de
los rangos dados para cada ganancia (Tabla 2.2) y son manejados por fuentes
con salidas de baja impedancia.
2.3 PROGRAMA DE CONTROL.
En este subcapítulo se detallan los conceptos ya expuestos en el capítulo 1
dando una idea exacta de lo que el programa de control realiza.
El lenguaje utilizado en el desarrollo del programa de control es el G, que
esencialmente es un lenguaje gráfico, el cual LabVIEW combina con un .panel
frontal en el que se ubican los instrumentos virtuales que forman la interface
gráfica con la que eí usuario se relacionará. La Figura 2.5 presenta la
programación correspondiente a la adquisición de datos del Programa de Control
en modo Supervisión, que recibe las señales enviadas por el sensor de flujo, el
sensor de temperatura en E-1 y el sensor de temperatura en EV-1 y muestra
como son procesadas. La Figura 2.5 también muestra parte del panel frontal
donde se puede ver uno de los graficadores virtuales correspondiente a la
temperatura en EV-1.
Graficador Virtual
jwgH^
Programación en lenguaje G
Figura 2.5
33
Como se puede ver la programación con LabVIEW tiene dos partes, la
interface gráfica o panel frontal donde colocamos los controles, indicadores y
demás instrumentos virtuales que se utilizaran en un programa, para luego en el
diagrama de programación en G determinar la relación de cada elemento del
panel frontal, entre sí y con otros elementos propios de dicho diagrama.
La programación en lenguaje G, como se puede ver, resulta intuitiva pero
puede llegar a ser también muy complicada.
El programa de control desarrollado para la planta de potabiiización de agua
salina se divide en un programa de presentación y tres subprogramas, los cuales
se detallan a continuación:
2.3.1 PRESENTACIÓN.
La presentación del programa de control contendrá una breve explicación
del mismo y un menú, Figura 2,6, en el que se controla la ejecución de los tres
subprogramas, dando la opción, en el caso de los dos modos de control, de
escoger funcionamiento manual o automático.
-• "•• .-'-• .^-r'v.-.'MODO DEFUNCIONAMIENTOÍ '--'y-\.. •"'• -:': -\ SlMULAaÓN DE LA PLANTA
CONTROL MODO SUPERVISIÓN
•i AUTOMÁTICO
Menú del Programa de Presentación
Figura 2.6
Los subprogramas sólo podrán ser ejecutados uno a la vez por medio de la
presentación y al terminar regresarán a la misma pudiendo salir y cerrar LabViEW
por medio de un botón de salida.
El diagrama de flujo de la Figura 2.7 muestra la relación de los tres
subprogramas con la presentación.
34
Selección del Modode Funcionamiento
En el caso de un Modode Control
SeleccionarAutomático o Manual
Salir del Programade Presentación y de
LabVIEW
Ejecutar Modo deFuncionamiento
seleccionado
Presentación
Diagrama de Flujo
Figura 2.7
Se debe aclarar que en cualquiera de los modos de control manual se debe
tener cuidado con su operación ya que está pensado para probar la planta y
necesita de la constante atención del usuario.
2.3.2 SIMULACIÓN DE'LA PLANTA.
Este subprograma, también señalado anteriormente, tiene como principal
objetivo dar una ¡dea clara de los alcances de la planta de potabilización de agua
salina, de las magnitudes físicas sensadas y controladas por este programa. Esta
simulación, a través de un entorno gráfico ilustrativo (Figura 2,8) muestra la planta
funcionando con varias ventajas como son:
35
4 tiempos de simulación seleccionares desde un menú, que muestran el
funcionamiento de la planta en tiempo real o en tiempo acelerando 10,
100 O 1000 veces el tiempo real, a conveniencia del usuario, con lo que
se puede observar el comportamiento de la planta luego de horas en
pocos segundos (Figura 2,8 a).
Otra ventaja de la simulación es poder pausarla o reiniciarla cuando sea
necesario con lo que se asegura una entera comprensión del
funcionamiento de.la planta (Figura 2.8 b).
Además se puede simular un consumo aleatorio del agua pura producida
lo que representa un uso real de la planta. Así también se pueden
representar variaciones de todos los flujos de la planta, provocar
diferentes situaciones en la planta simulada y permitir temporizar
diferentes procesos de la planta (Figura 2.8 c).
(-—--;—i - , ímOtrSODÍ'KiWHS' " ' i--?_3f. '-!' ' '• ; K^usinw.
Interface Gráfica de la Simulación de la Planta
Figura 2.8
De esta manera se permitirá al futuro usuario de este programa de control
un primer acercamiento y una rápida familiarización con ios dos siguientes
subprogramas.
La operación de la simulación de la planta, una vez ejecutada desde el
36
programa de presentación, se inicia presionando la tecla Enter o haciendo clic en
el botón "Play" pudiendo ver como el tanque EV-1 empieza a vaciarse hasta una
presión de 0.7 atm para luego dar paso al encendido de la B-1 con lo que el
proceso simulado de potabilización comienza mostrando las diferentes etapas de
la planta en funcionamiento.
Además, la simulación puede ser pausada con el mismo botón "Píay" de la
simulación o con la tecla Enter, también puede ser detenida y cerrada con el
botón "Stop".
La base de funcionamiento de la simulación son operaciones matemáticas
como sumas o restas que se reflejan, por ejemplo, en el llenado y vaciado de uno
de los dos tanques, en la generación de los tiempos de funcionamiento y en la
simulación del consumo de agua.
La Figura 2.9 presenta el diagrama de flujo de la simulación.
Simulación deextracción de aire de
EV-1
Simulación del procesonormal de
potabilización
Simulación
Figura 2.9
Regresara laPresentación
37
2.3.3 CONTROL EN MODO APRENDIZAJE Y MODO SUPERVISIÓN.
Como su nombre ya lo explica, con estos dos modos se puede realizar el
control automático o manual de la Planta. El objetivo principal de este trabajo es el
desarrollo de un control automático pero se vio la necesidad de dar la alternativa
manual, sobre todo para casos de pruebas y calibración tanto de los sensores
como de la tarjeta de adquisición de datos.
Ambos modos pueden desempeñar las mismas acciones de control tanto
automáticas como manuales, siendo la interface gráfica la gran diferencia entre
los dos.
Todo el sistema de control fue concebido para que el posible usuario pueda
familiarizarse con el mismo de manera gradual, empezando con la simulación de
la planta para luego seguir con el control en modo aprendizaje, el cual tiene una
representación gráfica de la planta muy parecida a la de la simulación permitiendo
al usuario controlar la planta basándose en lo aprendido de la simulación. A
continuación se muestra la Figura 2.10 con la ¡nterface gráfica del control, en
modo aprendizaje.
PUríTA DC POT.MXUZACIQN1
Figura 2.10
El control en modo supervisión está dirigido a mostrar de manera más
detallada el desarrollo de las variables medidas en la planta dando mayor
importancia a éstas y haciendo notorio algún cambio en el comportamiento de la
planta.
38
De esta manera se presenta una ¡nterface que pudiera ser usada a nivel
industrial para supervisar una planta de la que se conocen bien sus procesos y
partes, en la que lo importante es ver el desarrollo de cada medición. La figura
2.11 presenta la ¡nterface gráfica del control en modo supervisión.
Figura 2.11
2.3.3.1 Control Manual.
Al utilizar cualquiera de los dos modos de control manualmente se
tendrá acceso a los cuatro actuadores de la planta pudiendo prenderlos o
apagarlos a voluntad del usuario, el cual deberá tener siempre en cuenta los
avisos y situaciones indicadas en las interfaces gráficas de los programas de
control que normalmente se manifestarán con intermitencias y textos en el cuadro
de estado (Figuras 2.10 y 2.11) que detallará, en orden jerárquico, el problema o
advertencia de la planta. En otras palabras, el control manual dará avisos y
advertencias que el usuario deberá interpretar para prender o apagar el actuador
indicado para que el control funcione, pero las advertencias no deberán ser
necesarias si se sigue con atención todos los indicadores virtuales de cada
programa, ya que éstos permiten monitorear continuamente el estado de la
planta.
La Figura 2.12 presenta el diagrama de flujo del control en manual.
39
Adquisición de lasseñales de los
sensores.
Comparación de los datosadquiridos con límitesmáximos y mínimos,
determinación de avisosen el cuadro de estado.
Apagar de todoslos actuadores de
la planta
Manipulación de[os controles de
los actuadores dela planta por parte
del usuario.
Envío de lasseñales de controla los actuadores
de la planta.
Regresar a laPresentación
Diagrama de Flujo, Control Manual.
La Figura 2.12
2.3.3.2 Control Automático.
Por otro lado el control automático de la planta se comportará de la
siguiente manera.
Al iniciar en cualquiera de los dos modos de control Automático, el
programa primeramente verifica el estado de los sensores de nivel
40
en los tanques de agua cruda, agua pura y evaporación]
Por medio de la medición de flujo entre el precalentador de agua E-1
y el evaporador EV-1, se podrá tener una lectura constante del agua
que puede ser purificada, dato que luego se contrastará con la
cantidad de agua final obtenida en el tanque de agua pura para tener
una idea clara del rendimiento de la planta. Además esta medición
ayudará a estimar la cantidad de agua que se queda como residuo
en EV-1.
El programa de control también registra las dos mediciones de
temperatura de la planta, una en el precalentador de agua E-1 y otra
en el evaporador EV-1. Estas dos mediciones permitirán observar el
desarrollo de la planta, dar avisos de sobre - temperatura al usuario
y marcarán el momento adecuado de prendido de los actuadores.
Se debe tener claro que el flujo de agua entregado por la bomba B-1
prende y apaga el precalentador E-1, por lo que la medición de la
temperatura en este último es de gran importancia para el
funcionamiento de la planta.
- Para que el control automático funcione de manera correcta se ha
definido el siguiente ciclo de trabajo dividido en dos partes.
Primero la planta deberá prenderse desde cero, en este caso a la bomba
B-2 le lleva 7 minutos y medio lograr la presión de 0.7 atm en EV-1, a los
6 minutos de funcionamiento de B-2, B-1 se enciende, permaneciendo
encendidas ambas hasta que B-2 completa 20 minutos de trabajo, al
cabo de lo cual se apaga. B-1 permanece encendida por el tiempo
restante para completar también 20 minutos de funcionamiento. Cada
bomba cumplidos los 20 minutos permanece apagadas por 10 minutos
en los cuales la planta sigue evaporando gracias al calor y presión
almacenados en EV-1.
Una vez cumplida esta primera fase de arranque, el programa de control
pasa a una segunda fase en la que el ciclo de trabajo se reduce a 10
minutos de encendido y 10 minutos de apagado. Este ciclo se
mantendrá durante el funcionamiento de la planta.
En el caso de la bomba B-3 y el extractor de vapor que trabajan en
conjunto, será la temperatura en EV-2 la que controle su funcionamiento,
encendiendo ambos dispositivos una vez alcanzada la temperatura de
I* 35 °C dentro del evaporador.
B-4 funcionará de acuerdo a la necesidad de la planta de evacuar la
salmuera residuo del proceso.
Definido el ciclo de trabajo, a continuación se detallan las diferentes
condiciones que se deben cumplir para el encendido de los actuadores.
Bomba de Entrada B-1
$
Para el correcto funcionamiento de B-1 deberá haber suficiente agua
en el tanque de agua cruda para evitar que la bomba se decebe y
sufra daños.
En E-1 la temperatura deberá ser menor a los 75 °C, de esta manera
se evita peligrosos sobre - calentamientos.
En EV-1 la temperatura deberá ser menor a los 45 °C de ambiente
interno, también para evitar sobre - calentamientos.
Si el nivel de salmuera en EV-1 llega a un máximo marcado por el
&• sensor de nivel interno, B-1 se apagará mientras B-4 está
encendida.
Deberá haber espacio para almacenar más agua en el tanque de
agua pura T-2.
Y finalmente B-1 deberá cumplir el ciclo de trabaja antes definido.
Bomba de Vacío B-2
B-2 también se apagará en presencia de una temperatura mayor a
los 45 °C en EV-1, considerando posibles sobre - calentamientos.
Principalmente B-2 deberá cumplir con el ciclo de trabajo planteado.
Además B-4 deberá estar apagada para que B-2 pueda ser
encendida
Bomba B-3 y Extractor de Vapor
Como se explicó anteriormente estos dos dispositivos trabajarán
juntos ya que el extractor permite al vapor tener contacto con el
condensador, y es B-3 la que pone en circulación el agua para
enfriar e! vapor. De esta manera queda claro porque ambos
dispositivos se prenderán con una temperatura de 35 °C en EV-1.
Bomba B-4 y Válvula V-1
Para que B-4 junto con V-1 pueda sacar la salmuera en contra del
vacío generado por B-2, ésta deberá estar apagada.
Gracias al sensor de flujo se puede estimar la cantidad de galones
de residuo que se encuentran en EV-1 y si un valor máximo es
superado, B-4 será encendida.
Si la salmuera llega a un valor máximo marcado por el sensor de
nivel interno, B-4 también se enciende.
Finalmente se debe aclarar que el orden en el que se listó los
actuadores es el mismo orden de jerarquía para su funcionamiento.
La Figura 2.13 presenta el diagrama de flujo del control en automático.
43
Adquisición de lasseñales de los
sensores.
Comparación de los datosadquiridos con limitesmáximos y mínimos,
determinación de avisosen el cuadro de estado.
Apagar todos losactuadore
s de laplanta
Ejecución de lasecuencia de
ControlAutomático.
Envío de lasseñales de controla los actuadores
de la planta.
Regresar a laPresentación
Diagrama de Flujo, Control Automático.
La Figura 2.13
2.4 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN.
2.4.1 SENSORES.
Para la adquisición de las señales generadas por los sensores se utilizarán
las entradas analógicas de la Lab-PC-1200 en modo diferencial, de manera que el
canal analógico O consta del pin 1 como terminal positivo y del pin 2 como
44
negativo. En este canal se conectará la primera señal para la medición de
temperatura correspondiente al precalentador E-l. En el canal 1 (pines 3(+), 4(-))
la segunda señal para la medición de temperatura y en el canal 2 (pines 5(+), 6(-))
la señal para la medición de flujo.
En el caso de los sensores de temperatura se tiene la conexión mostrada
en la Figura 2.14.
15ví
LM35 -Vo C H M
^= GNDCHM
Figura 2.14
Rccorder
1-5 VDC
V"
(\ -ü
l-.ji • .,
,", '£ I ""
Ti
-1 FP85^ 1.''..'^ f__
' — • — "BD 41 " ,CD 41 **
Figura 2.15
La conexión del sensor de flujo a la tarjeta de adquisición de datos es la
recomendada por el fabricante del sensor '"Omega FP85 y corresponde a la
mostrada en la Figura 2.15.
Para los sensores de nivel, que entregan una señal digital, se utilizará los 3
primeros pines del pórtico digital B; es decir, PBO (pin22)¡ PB1 (pin23), PB2 (pin
24 y como referencia DGND (pin13), serán conectados de la forma que se indica
en la Figura 2.16.
+5V
Sv/itch*
PB
13
DGND
Figura 2.16
Los 5 V de polarización para el nivel lógico alto los suministra la propia
tarjeta de adquisición de datos con el pin 49 y la resistencia para limitar la
45
corriente es de 2 KQ, donde se sabe que la corriente máxima que genera la
tarjeta de adquisición de datos es de 2.5 mA, de esta manera tenemos:
R = 5V = 2QOOn2.5mA
2.4.2 AGUJADORES.
Para controlar el encendido y apagado de las cuatro bombas de las que
consta la planta, la electro - válvula y el extractor, se utiliza semiconductores de
potencia, estos son los E491B Mitsubishi Electric Corporation de Japón los cuales
tienen entrada aislada con opto acoplador que soporta un rango de 3-1OV, y tiene
una salida con triac mejorado que puede trabajar con motores de hasta 120
Voltios a 15 Amperios nominales, en la Figura 2.17 mostramos e! tipo de conexión
de estos dispositivos.
De esta manera conectando los cuatro primeros canales del pórtico A de la
tarjeta de adquisición a los terminales positivos del opto - acoplador de cada uno
de los E491B y la referencia digital DGND (pin13) a los terminales negativos de
los mismos, se logra completo control sobre la conexión de las fases de cada
actuador sin necesidad de circuitos extras (Figura 2.17).
£491BMitsubishi Electric
Corporation
o oO
Motor
\H ^
FASE
Figura 2.17
46
Para el correcto funcionamiento de estos contactores de estado sólido, en
vista a la magnitud de corriente y por tanto al calor que deben disipar, se los ha
colocado en un disipador de calor con pasta conductora térmica NTE303 de por
medio.
2.4.3 UNIDAD DE CONEXIONES.
Tomando en cuenta la necesidad de construir una unidad donde puedan
realizarse en forma confiable todas las conexiones necesarias, y que de esta
forma se convierta en enlace entre la computadora y la planta, se construyó una
caja con el soporte necesario tanto para los disipadores junto con los contactores
de estado sólido, para las salidas de potencia y para las entradas de los sensores.
En la Figura 2.18 se muestra un esquema de la fachada de la unidad de
conexiones.
w-isv n i» i? 11
© © @II 0)1 I? OUl© <§
Vista Frontal
Figura 2.18
Conexión para la tarjeta de adquisiciónde datos
Vista lateral
47
De esta manera cumpliendo con las conexiones antes descritas para
instalar los sensores y actuadores, esta unidad permitirá una fácil utilización dei
prototipo de la planta de potabilización de agua salina junto con su programa de
control. Como ya queda claro teniendo la parte de acoplamiento de señales
definida, tanto la planta como el programa de control brindarán la flexibilidad
necesaria para futuros cambios y mejoras.
CAPITULO 3.
INSTALACIÓN Y PRUEBAS.
3.1 CONSIDERACIONES PARA ELMONTAJE.
3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTOEN EL LABORATORIO.
3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DEPOTABILIZAC1ÓN.
3.4 RESULTADOS ALCANZADOS.
49
CAPITULO 3.
INSTALACIÓN Y PRUEBAS.
3.1 CONSIDERACIONES PARA EL MONTAJE.
El trabajo con la planta de potabilización de agua salina presentó, en forma
general, algunas dificultades que deben ser tomadas en cuenta para un adecuado
funcionamiento de la planta, la más importante, en el montaje de los sensores y
actuadores, fue la presión existente en el sistema formado por el tanque
evaporador EV-1, el condensador E-2 y la pierna barométrica, la cual, como ya se
explicó en el capítulo anterior, es de 0.128 atmósferas de presión absoluta de
vacío, cuando la planta se encuentra en pleno funcionamiento. Esta presión de
vacío tiene la fuerza suficiente para elevar el nivel del agua dentro de la manguera
de salida, que conecta la pierna barométrica con el tanque de agua pura T-2, una
altura de más 7 metros, situación que fue observada en el laboratorio en las
diferentes pruebas hechas con la planta, razón por la cual la altura necesaria
entre la pierna barométrica y el tanque de agua pura está definida como siete
metros y medio. Esta presión obligó a tener mucho cuidado en el montaje de los
sensores y actuadores que realizaban alguna acción sobre el tanque de
evaporación EV-1, ya que cualquier ruptura en los sellos alrededor de éste
significó la pérdida de vacío.
Otra consideración importante del trabajo con la planta de potabilización es
la obvia presencia del agua y del vapor, por lo que se procuró realizar el cableado
eléctrico, desde los sensores a la unidad de conexiones en forma aérea, para
evitar en lo posible el contacto del agua con los cables. El abundante vapor
presente en el tanque de evaporación determinó que se deba tener especiales
cuidados con los sensores ubicados dentro del mismo y en especial en la
conexión con el condensador.
50
Tomando en- cuenta estas consideraciones generales de montaje, a
continuación se presenta un mayor detalle de la forma como se consiguió la
instalación de los distintos componentes involucrados en la planta, para obtener
su automatización.
3.1.1 SENSORES DE TEMPERATURA.
La primera consideración en la utilización del LM35 es la necesidad de
poner en contacto la carcaza del sensor con la superficie en la cual se mide la
temperatura.
El primer sensor de temperatura fue instalado en una de las paredes del
precalentador E-1, junto a uno de los tubos para circulación de agua. El sensor
se sujeta con silicona, aislando los contactos del sensor de la pared de aluminio
con un zócalo para circuitos integrados especialmente adecuado, el mismo que a
su vez se utilizó para la conexión entre el sensor y el cableado del sistema de
control.
Las pruebas realizadas en operación de la planta, mostraron una muy
buena precisión en las medidas realizadas con este sensor.
El segundo sensor de temperatura se instaló dentro del tanque de
evaporación EV-1, este sensor presentó mayor problema en su montaje, la
solución se encontró modificando un perno de 3/4 de pulgada, dimensiones de
una de las conexiones existentes en el tanque de evaporación, cortando la rosca
del mismo en la mitad y realizando un perforación a lo largo del eje de su
circunferencia, la cual se agrandó en la cabeza del perno para poder conseguir
que pasen los cables y además el sellado exterior con silicona los
correspondientes cables del sensor, la finura 3.1 ilustra de mejor manera lo antes
descrito.
Lm35 Cableado Sellado de! Cableado
Figura 3.1
51
De esta forma se mide la temperatura ambiente dentro del tanque EV-1, ya
que el sensor, a! no estar en contacto con el tanque, puede medir directamente la
temperatura del vapor circundante, cabe aclarar que el montaje del sensor se
realizó junto al tubo de salida del vapor de EV-1. Para evitar corto circuitos con los
terminales del sensor, también se colocó sillcona entre y alrededor de ellos,
observando que el vapor no tenga contacto directo con ésta se envolvió teflon
sobre la misma, dejando descubierta solo la carcaza de! sensor.
En las pruebas realizadas el montaje probó ser efectivo, sellando los cables
correctamente pero permitiendo al sensor realizar su trabajo, un ejemplo de estas
pruebas se muestra en la tabla 3.1.
3.1.2 SENSOR DE FLUJO.
E! sensor flujo se montó de acuerdo a especificaciones del fabricante junto
al transmisor FP85, con la diferencia que el complemento de tubería fue de
fabricación casera, el montaje se ilustra en la Figura 3.2.
'
Transmisor
Sensor dentrodel complemento detubería
.. .Complemento detubería
Figura 3.2
•f O 5S ÍO TJ 100 125 150 173 ?00 72¡•C -19 -4 10 24 38 » te 73 Íl 107
Figura 3.3
Además en el montaje se tomó en cuenta las gráficas de rangos presión
manométrica - temperatura, proporcionadas por el fabricante Omega, de la serie
de sensores FP-5100, FP-5300 y FP-8500, también el mismo fabricante
proporciona tablas para tubería pvc de 0.5 a 1.5 pulgadas, las cuales
presentamos a continuación en la Figura 3.3.
Como se puede observar en dichas figuras, se tiene un limite de 90 °C el
cual tratamos de no sobre pasar al poner como tope, en la temperatura del agua
que sale de E-1, 75 °C. La presión que se marca en las gráficas corresponde a la
del fluido del que mide el flujo el sensor y el rango también es respetado en la
planta.
3.1.3 SENSORES DE NIVEL.
Para el caso de los sensores de nivel, se procuró instalarlos de manera que
cumpliendo su objetivo sea posible desmontarlos con facilidad tanto de los
tanques como del cableado de la planta, dando flexibilidad para cambios o
movimientos de los mismos.
3.1.4 BOMBAS.
Con respecto a consideraciones para el montaje de las bombas utilizadas
en la planta, a excepción de la bomba de vacío, tenemos como lo más importante
procurar que la bomba esté bien cebada, ya que la instalación de las mismas no
conlleva ninguna consideración especial o problema. Bajo esta condición, la
bomba B-3 que desaloja la salmuera residuo de la planta, presentó un problema
con el alto vacío del tanque de evaporación EV-1. Al abrir la electro - válvula junto
con la bomba B-3, el vacío en EV-1 introducía toda el agua al interior del mismo
impidiendo que la bomba funcione correctamente, problema que se solucionó con
una válvula que permite el flujo en un solo sentido, en el de salida de la salmuera
y no permite que ésta regrese al tanque.
53
En lo que respecta a la bomba de vacío, como ya se mencionó antes, para
que ésta funcione de manera eficiente todo el sistema que opera a baja presión
debe estar completamente sellado, evitando cualquier entrada de aire. Esto se
logró casi completamente, pero cabe anotar que existe una pérdida mínima de
vacío que se contrarrestó con el ciclo de trabajo definido para la bomba.
3.1.5 ELECTRO - VÁLVULA.
En el caso de la electro - válvula, que controla el desalojo de salmuera, se
consideró las presiones en cada uno de los extremos de la misma, ya que como
en la mayoría de dispositivos de este tipo, el extremo de origen del fluido debe
tener una presión mayor que la del extremo puesto, caso contrario el solenoide no
es capaz de abrir la válvula por si solo. Esta importante consideración funcionó en
sentido contrario en la planta, ya que la presión del tanque EV-1 es menor que la
atmosférica pero es el origen de la salmuera, esto llevó a instalar la válvula en
sentido contrario al flujo normal de desalojo de la salmuera. Esto resultó efectivo y
permitió en las pruebas sacar el agua residuo de EV-1 sin perder el vacío.
3.1.6 EXTRACTOR.
El extractor que se instaló en la planta ayudó a mejorar el rendimiento de la
planta en gran medida pero presentó problemas con el sellado del vacío por su
situación en la misma y a pesar de su forma cilindrica entró holgadamente en el
tubo de salida de EV-1, creando una mala conexión provocando que los sellos de
silicona y pega especial tengan que ser renovados en varias ocasiones.
3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN EL LABORATORIO.
En las pruebas realizadas en el laboratorio se encontró las siguientes
condiciones de funcionamiento, las mismas que son muy importantes de ser
tomadas en cuenta a fin de conseguir una operación segura: '
54
- Los sensores de flujo y temperatura no pueden compartir una misma
fuente, ya que en las pruebas realizadas se notó una distorsión de las
medidas de temperatura en el momento de conectarse el sensor de flujo,
por lo que se prefirió utilizar fuentes distintas.
- Se definió el voltaje de trabajo de los sensores en 15 voltios como el más
apropiado, ya que, por ejemplo, las variaciones de corriente dei sensor de
flujo producían fluctuaciones de voltaje en la fuente DC de alimentación,
mientras que en los sensores de temperatura este es el voltaje medio del
rango permitido.
3,2.1 ADQUISICIÓN DE DATOS.
En las pruebas realizadas con la adquisición de señales analógicas de
entrada se determinó que debido a que las distancias de cableado son mayores a
un metro y las señales de voltaje de los sensores de temperatura son menores a
1 voltio (0.9 Voltios a 90 °C), el mejor modo de funcionamiento de la tarjeta de
adquisición de datos es el diferencial.
Las señales analógicas entran al programa de control como número
determinado de datos muestreados por segundo, valor que se define por la
programación. En diferentes pruebas se pudo observar que el número de
muestras por segundo afectaba en gran medida la rapidez de desempeño del
programa, tomando en cuenta que la computadora personal utilizada para el
control automático es modelo 486 de 66 Mhz, por lo que después de dichas
pruebas se definió el numero de muestras como 600 por segundo pero con un
tope máximo de muestras por cada canal de 1000, entonces, el programa de
control realiza la adquisición de señales analógicas a una velocidad de 600 por
segundo pero no más de 1000 muestras por ciclo.
Debido a que la adquisición de datos funciona por muéstreos, las señales
que ingresan al programa de control en el tiempo, en el caso de los sensores de
temperatura, tienen la forma mostrada en la Figura 3.4, por lo que fue necesario
filtrar estas señales. Esto presentó una situación interesante ya que el rango de
interés varía con el nivel de voltaje entregado por el sensor.
V
Rango de Interés -T
Equivalente DC
55
AAAV\J i
t1
/lAft" uValor filtrado ypromediado
<
Figura 3.4
Para solucionar el problema del muestreo se implemento un filtro con los
V.l.'s (Instrumentos Virtuales) de LabVIEW, que primero, saca el equivalente DC
de la señal de la Figura 3.4, a este equivalente se suma un valor para conseguir el
limite inferior del rango de interés y un segundo valor mayor para el limite superior
del mismo rango. Con estos límites por programación se toma los valores de
interés con los que se calcula el promedio de los mismos y el resultado es
utilizado para los fines del programa de control. Para aclarar un poco más estas
ideas se presenta la Figura 3.5.
E! proceso de determinación de este filtro fue resultado de varias pruebas y
calibraciones del mismo comparando cada valor filtrado de entrada al programa
de control con el voltaje medido en los termínales de la tarjeta de adquisición de
datos, consiguiendo un error mínimo entre las dos lecturas. De esta manera se
asegura que el error del sensor en las mediciones es el determinado por el
fabricante (Anexo 2).
En el caso de las entradas digitales que corresponden a los sensores de
nivel, antes de la instalación de éstos, se probó su funcionamiento individual con
LabVIEW determinando que la mejor manera de trabajar en conjunto con las
mismas es adquiriendo los datos por pórtico y no por líneas, de esta manera el
programa podía funcionar mucho más rápido y eficiente. Esta diferencia aunque
sutil resultó importante en la programación dando un mejor funcionamiento final
en las pruebas.
La figura 3.5 muestra la utilización de los VI (Instrumentos Virtuales) para
lograr el filtro antes descrito en el caso de las señales enviadas por el sensor de
flujo.
56
nitlULT FT
(..lüíí C3 ii U,
B 1±> JH*— ' U- -* f - f
i
^x
HíKín í]f=4.787xv-5.03 f• 2; -
,
'j- j T.Trrr-r::- r. v- ;.- ,
Adquisición de los datos del sensor de Flujo.
Figura 3.5
3.2.2 SENSORES DE TEMPERATURA.
En lo que se refiere a los sensores de temperatura, conociendo su salida
lineal de 10 mV por °C, las pruebas se realizaron comparando valores, como se
indicó en lo referente a la adquisición de datos y con un termómetro de laboratorio
de marca COMARK modelo KM-12, que a pesar de tener una diferente área de
contacto con las superficies de prueba, se pudo comparar los valores y encontrar
errores máximos de 1.5 °C entre éste y el LM35. Este error se considera
despreciable para los objetivos de control de este proyecto y adecuado para un
seguimiento de parte un usuario sobre la planta. A continuación presentamos un
ejemplo de las pruebas realizadas en la Tabla 3.1.
Tabla 3.1
Mediciones
Termómetro
Comark °C
20,5
19,3
24,6
22,4
Voltaje en
el LM35
21,2
20,5
23,7
22,8
Error%
3,4
6,2
3,7
1,8
57
3.2.3 SENSOR DE FLUJO.
La salida del sensor de flujo es un rango de corriente de 4 a 20 mA, pero
gracias a la configuración definida en el capítulo 2 con una resistencia de 250 Q,
la señal recibida por la tarjeta de adquisición de datos es de 1 a 5 voltios.
Vm = 4mA * 250O = 1V Vm = 20mA * 2500. = 5V
Las pruebas realizadas sobre esta señal llevaron a calcular una regresión
lineal con los datos obtenidos de las mismas. E! resultado de este cálculo es la
siguiente ecuación:
Flujo( V) = 4.787xV-5.092 •minuto
Ecuación 1.
Esta ecuación se aplica luego del filtro de muesíreo antes mencionado y el
resultado de la misma es el utilizado en el programa de control.
Tabla 3.1
Datos de las pruebas realizadas con el Sensor de Flujo FP85
Valor medido en
voltios
1,06
1,35
1,39
1,43
1,48
1,57
1,67
1,68
Galones por minuto
indicados por el sensor
0,00
1,38
1,55
1,75
2,00
2,43
2,89
. 2,96
Galones por minuto
calculados
-0,02
1,37
1,56
1,75
1,99
2,42
2,90
2,95
Error
0,02
0,01
-0,01
0,00
0,01
0,01
-0,01
0,01
Las pruebas realizadas con el sensor de flujo también permitieron calibrar
los límites superior e inferior del mencionado filtro de muestreo, luego de lo cual
también se realizó la comparación del voltaje de entrada a la tarjeta de
58
adquisición de datos y la lectura interna del programa de control obteniéndose
buenos resultados.
La Tabla 3.1 presenta los valores originales de las pruebas, los valores
calculados con la ecuación 1 y el cálculo del error.
3.2.4 ACTUADORES.
Con las salidas digitales, correspondientes a los actuadores de la planta,
las pruebas también mostraron que la mejor forma de generar las señales de
control es por pórtico. Se pudo comprobar que las líneas independientes al
trabajar juntas provocaban errores que causaban un funcionamiento intermitente
en las bombas. Además, la programación con respecto a las salidas digitales
requirió de un amplio estudio de ejemplos existentes en LabVIEW, ya que en caso
de no programar correctamente se forzó al programa a configurar las salidas
digitales en cada ciclo de trabajo lo que genera que el estado digital alto sea
intermitente.
3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN.
3.3.1 DATOS GENERALES.
Para entender el funcionamiento de la planta, en especial del tanque de
evaporación, a continuación presentamos los cálculos teóricos del funcionamiento
termodinámico del sistema.
La presión atmosférica en Quito, donde se realizaron la totalidad de las
pruebas, es de 0.72 atm, la temperatura del agua cuando entra en el tanque de
evaporación se considerara 60°C y una entalpia h = 108 (btu/lb) , en la práctica
llega a ser un valor alrededor de 65°C, la presión manométrica de vacío debe ser
de 450 mmHg ( 8.7 psi, 0.592 atm), por tanto la presión absoluta dentro del
tanque es de;
Pa = 10.58 - 8.7 = 1.88psi = 0.128atm
59
A esta presión absoluta de vacío la temperatura de saturación de vapor es
de 51 °C y considerando estos dos datos de tablas tenemos:
hg = 1115.3 Btu/lb Entalpia del vapor
hf = 92.0 Btu/lb Entalpia del agua
vg = 183.26 pie3/ib Volumen especifico del vapor
vf = 0.01622 pie3/lb Volumen especifico de! agua
Con estos datos se puede calcular "x" como el grado de pureza del vapor,
que es la cantidad de vapor que se encuentra en la zona de coexistencia líquido -
vapor.
h-hf 108-92 nnH/-c , cco/x = . = o.0156 => 1.56%
hgf 1115.3-92
Con este dato podemos calcular el valor teórico máximo de vapor
producido "X";
X = O 0156 Ib vapor 2.2 Ib agua 1Kg 4lt gal Ib vaporIb agua de entrada 1Kg It 1gal min min
donde los dos galones por minuto corresponden al flujo de entrada promedio al
tanque de evaporación.
Finalmente calculamos el volumen teórico de vapor que idealmente la
planta es capaz de producir:
lb
min Ib pies min
Este valor de 122.92 cm3/min o ml/min será el valor base para el calculo del
rendimiento de la planta; ya que si la planta produce esta cantidad tendría el
100% de eficiencia.
60
3.3.2 PRUEBAS REALIZADAS.
Un primer grupo de pruebas se realizaron con la pierna barométrica a una
altura de 6.50 metros, con presiones de vacío manométrica de alrededor de
430mmHg, con el agua a una temperatura promedio de 63 ° C y con un flujo de
entrada al tanque de evaporación de 2.2 galones por minuto promedio,
consiguiendo un rendimiento muy bajo de 12 mi de agua purificada por minuto. El
rendimiento porcentual conseguido en estas pruebas se calcula a continuación:
-.100 = 9.76%.122.92
Para solucionar el bajo rendimiento de [a planta, se instaló el extractor de
vapor, luego de lo cual la planta fue probada bajo los siguientes parámetros:
Una presión de vacío de 450 a 490 mmHg con la pierna barométrica a ¡a
misma altura de 6.50 metros, con un flujo de entrada al tanque de evaporación de
1,13 galones por minuto y con el agua a una temperatura de 65 °C,
Además la planta operó en dos fases:
Primero, manteniendo 15 minutos con entrada constante de agua al tanque
de evaporación, es decir, con B-1 prendida constantemente por 15 minutos.
Segundo, 15 minutos sin entrada de agua al tanque de evaporación
aprovechando el agua todavía presente dentro del mismo.
Luego de estos 30 minutos de funcionamiento en dos fases se consiguió
purificar 600 mi de agua con un rendimiento igual a:
600o n
%E = 30 .100= .100 = 16.265%122.96 122.96
61
Finalmente se realizó un tercer grupo de pruebas con 'los siguientes
parámetros;
Una presión manométrica de 510mmHg, con una temperatura del agua de
65°C, con un flujo de entrada de 2 galones por minuto y con la pierna barométrica
a más de 7.50 metros, lo que permitió trabajar con la planta a una presión de
vacío mayor.
En esta prueba se mantuvo trabajando la planta por 10 minutos continuos
consiguiendo 700ml de agua purificada, nuevamente calculando el rendimiento
tenemos:
700
%E= 10 .100= 7° .100 = 56.93%122.96 122.96
Como queda claro la mayor altura de la pierna barométrica conjuntamente
con el extractor de vapor, consiguieron mejorar notablemente el rendimiento de la
planta, marcando el camino de las modificaciones necesarias sobre la misma.
Las diferentes pruebas permitieron encontrar fallas en la instalación de las
tuberías, sellados de vacío y cantidad de flujo a través del precalentador E-1 que
determinaba la temperatura de salida.
Junto con el mejoramiento del rendimiento de la planta las pruebas
mostraron que en el funcionamiento de la misma dependía mucho de la oportuna
operación de cada una de sus partes, como se explica en el capítulo 2 se procuró
que cada actuador cumpla con un número de requisitos para su funcionamiento.
Solo después de estas pruebas se logró determinar los ciclos de trabajo más
adecuados para el programa de control, los que también se presenta en el
62
capítulo 2, además de encontrar las temperaturas y flujos nominales de operación
que permitieron definir los limites superiores e inferiores máximos de la planta.
De esta manera se consiguió los parámetros necesarios para completar el
funcionamiento del programa de control que junto con la planta de potabilización
con un extractor y una pierna barométrica más alta se logró los rendimientos
antes presentados.
CAPITULO 4.
CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES.
4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO.
4.2 CONCLUSIONES.
4.3 RECOMENDACIONES.
64
CAPITULO 4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO.
Para iniciar el estudio económico, presentamos la Tabla 4.1 en la que se ha
listado todos los componentes utilizados para la construcción de [a planta de
potabilización de agua salina.
Tabla 4.1
Elementos Presentes en la Planta de Potabilización de Agua Salina
Elemento
Aspersor
Bomba CF (verde)
Bomba de vacío
Westinghouse
Bomba SAER (plateada)
Bomba Thakita (refrigerante)
Bushíngs
Cable gemelo awg 12
Cable gemelo awg 16
Cable gemelo awg 22
Caja unidad de Conexiones
Calentador de agua Spelndid
Cilindro de gas
Codos
Codos
Características
Metálico
1/3 hp1 1 5 V 5 A 3400 rpm 60 Hz
1Hp 115 V 14.0 A 1725rpm 60 Hz
iHp 1lOV11.2A3450rpm60 Hz
200 W 1 1 0 V 3.1 A 3460 rpm 60hz
lOTrtros 14 quemadores
1/2 Pulgada
4 Pulgadas
Contactores estado sólido Mitsubishi
Disipador
Estructuras de tubo
Extractor CATAR B-10 110V60HZ
Valor/Unidad
1.00
40.00
2000.00
134.00
200.00
0.26
0.55
0.42
0.35
20.00
150.00
25+2
0.44
1.73
17.00
20.00
30+25
27.80
Cantidad
1
1
1
1
1
1
1m
15m
35m
1
1
1
10
2
4
2
2
1
Valor Total
1.00
40.00
2000.00
134.00
200.00
0.26
0.55
6.30
12.25
20.00
150.00
27.00
4.40
3.46
68.00
40.00
110.00
27.80
65
Filtro (bomba de vacío)
Filtro Festo (bomba de vacío)
Impreso
Manguera
NTE303
Neplos
Pega acero
Pierna Barométrica
Plugs
Plugs macho
Sensor de Flujo Omega FP85
Sensor de nivel magnético
Sensor de temperatura LM35
Silicona
T's
Tanque de evaporación
Tanques Normales
Teflon
Tomas dobles
Tomas simples
Tubo de cobre
Tubo PVC 1/2"
Tubo pvc de 4 "
Unidad de conexiones (caja)
Válvula de Globo
230ps¡
plástica
Pasta conductora térmica
1/2 Pulgada
Acrílico + manguera
1/2 Pulgada
diámetro 1m ancho 1.5 m
5 galones
110V60HZ
10.00
50.00
2.00
0.35
2.50
0.43
2.35
25.00
0.20
0.20
196.00
20.00
2.80
1.50
0.52
800.00
5.00
0.25
1.35
1.35
0.99
2.38
60.80
0.92
1
1
1
20m
1
9
4
1
13
10
1
3
2
1
2
1
3
24
2
2
6m
3m
1
7
10.00
50.00
2.00
7.00
2.50
3.87
9.40
25.00
2.60
2.00
196.00
60.00
5.60
1.50
1.04
800.00
15.00
6.00
2.70
2.70
20,00
5.91
7.13
60,80
6.44
TOTAL 4150.21
Teniendo claro el costo de la planta presentamos el estudio económico
considerando una venta anual de 20 plantas y en la Tabla 4.2 un resumen de
costos y gastos.
66
Tabla 4.2
RESUMEN DE COSTOS Y GASTOS
Miles de Dólares
PERIODO: 2 3 4 5 6
COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCIÓN
Mano de obra directa
Materiales directos
Sub total
6,00
84,50
90,50
6,00
84,50
90,50
6,00
84,50
90,50
6,00
84,50
90,50
6,00
84,50
90,50
COSTOS INDIRECTOS DE
PRODUCCIÓN
Costos que representan
desembolso;
Mano de obra indirecta
Suministros y servicios
Mantenimiento y seguros
Parcial
5,42
0,51
0,01
5,95
Costos que no representan desembolso:
Depreciaciones
Amortizaciones
Subtoíal
GASTOS DE VENTAS
Gastos que representan
desembolso:
Movilización y viáticos
Parcial
Subtotal
TOTAL
1,92
0,53
8,40
0,72
0,72
0,72
99,62
5,42
0,51
0,01
5,95
1,92
0,53
8,40
0,72
0,72
0,72
99,62
5,42
0,51
0,01
5,95
1,92
0,53
8,40
0,72
0,72
0,72
99,62
5,42
0,51
0,01
5,95
1,92
0,53
8,40
0,72
0,72
0,72
99,62
5,42
0,51
0,01
5,95
1,92
0,53
8,40
0,72
0,72
0,72
99,62
En esta tabla el rubro más importante son los 5420 dólares anuales gastados en
el sueldo de un jefe de proyecto, luego tenemos el costo de la mano de obra
directa que son los sueldos del personal que arman las plantas. Queda claro que
el costo de las veinte plantas es de 84500 dólares.
Tabla 4.3
Ingresos Proyectados
Miles de dólares
67
PRODUCTOS
Producto 1
Unidades en
producción
Producción por unidad
Producción bruta total
Producción neta total
Precios mercado local
Precios mercado
extemo
Ventas mercado local
Ventas mercado
extemo
Total ingresos
X
X
Dólares
2
1,00
20,00
20,00
20,00
5.915,2
9
0,00
118,31
0,00
118,31
3
1,00
20,00
20,00
20,00
5.915,29
0,00
118,31
0,00
118,31
4
1,00
20,00
20,00
20,00
5.915,29
0,00
118,31
0,00
118,31
5
1,00
20,00
20,00
20,00
5.915,29
0,00
118,31
0,00
118,31
6
1,00
20,00
20,00
20,00
5.915,29
0,00
118,31
0,00
118,31
La Tabla 4.3 ha sido elaborada considerando un mercado netamente
nacional con un precio por planta de 5.915,29 dólares.
En la Tabla 4.4 se presenta el estado de pérdidas y ganancias proyectado a
cinco años donde el año uno es el invertido en desarrollo de la planta. El costo
total de venta que se calcula de la tabla anterior es de 99620 dólares menos 720
que nos da 98900 dólares de costo total, para definir un precio de venta
consideramos en 40 % de ganancia. Esta tabla también muestra que el 83.6% del
costo de ventas son los materiales utilizados en la planta, finalmente el dato de
ventas netas y capital social indican que por cada dólar en ventas hay una
ganancia de 10 centavos, mientras que por cada dólar invertido se producen 49
centavos, respectivamente.
Tab
la 4
.4E
ST
AD
O D
E P
ER
DID
AS
Y G
AN
AN
CIA
S P
RO
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sob
re:
Ven
tas
Net
asC
apita
l Soc
ial
Res
erva
leg
al
2
MO
NT
O
118,
398
,9
19,4 0,7
0,0
18,7 2,5
0,0
0,0
16,2 2,4
13,7 1,2
12,6
% 100,
083
,6
16,4 0,6
0,0
15,8 2,1
0,0
0,0
13,7 2,0
11,6 1,0
10,6
3
MO
NT
O
118,
398
,9
19,4 0,7
0,0
18,7 2,5
0,0
0,0
16,2 2,4
13,7 1,2
12,6
% 100,
083
,6
16,4 0,6
0,0
15,8 2,1
0,0
0,0
13,7 2,0
11,6 1,0
10,6
4
MO
NT
O
118,
398
,9
19,4 0,7
0,0
18,7 2,5
0,0
0,0
16,2 2,4
13,7 1,2
12,6
% 100,
083
,6
16,4 0,6
0,0
15,8 2,1
0,0
0,0
13,7 2,0
11,6 1,0
10,6
5
MO
NT
O
118,
398
,9
19,4 0,7
0,0
18,7 2,5
0,0
0,0
16,2 2,4
13,7 1,2
12,6
% 100,
083
,6
16,4 0,6
0,0
15,8
2,1
0,0
0,0
13,7 2,0
11,6 1,0
10,6
6
MO
NT
O
118,
398
,9
19,4 0,7
0,0
18,7 2,5
0,0
0,0
16,2 2,4
13,7 1,2
12,6
% 100,
083
,6
16,4 0,6
0,0
15,8 2,1
0,0
0,0
13,7 2,0
11,6 1,0
10,6
10,6
%49
,2%
1,3
10,6
%49
,2%
1,3
10,6
%49
,2%
1,3
10,6
%49
,2%
1,3
10,6
%49
,2%
1,3
69
En ta Tabla 4.5 que corresponde al flujo de caja muestra que los flujos
generacjos por el proyecto en los 5 años permitirán operar al mismo, requiriendo
1900 dólares semanales para continuar con dicha operación.
Es importante tener en cuenta que el proyecto tiene una inversión inicial de
39500 dólares, Tabla 4.5 Flujo Operacional, de los cuales el 40% es
recomendable financiarlo con un préstamo a largo plazo, con el criterio de no
arriesgar el dinero de los inversionistas por completo, pero manteniendo la
inversión o el proyecto bajo el control de estos inversionistas.
Tabla 4.5
Flujo de Caja Proyectado
Miles de Dólares
A. INGRESOS OPERACIONALES
Recuperación por ventas
Parcial
B. EGRESOS
OPERACIONALES
Pago a proveedores
Mano de obra directa e imprevistos
Mano de obra indirecta
Gastos de ventas
Pago del impuesto a la renta
(1%)
Parcial
C. FLUJO OPERACIONAL (A
-B)
D. INGRESOS NO OPERACIONALES
Créditos a contratarse a largo plazo
Aportes de capital (efectivo
subproyecto)
PREOP
• 0,000,00
0,0
0,4
0,4
(0,4)
14,0
25,5
2
118,3
118,3
85,0
6,0
5,4
0,7
1,2
98,4
20,0
0,0
0,0
3
118,3
118,3
85,0
6,0
5,4
0,7
1,2
98,4
20,0
0,0. 0,0
4
118,3
118,3
85,0
6,0
5,4
0,7
1,2
98,4
20,0
0,0
5
118,3
118,3
85,0
6,0
5,4
0,7
1,2
98,4
20,0
0,0
6
118,3
118,3
85,0
6,0
5,4
0,7
1,2
98,4
20,0
0,0
70
Parcial
E. EGRESOS NO OPERACIONALES
Pago de intereses
Pago participación de
utilidades
Pago de impuesto a la renta
Activos diferidos
Parcial
F. FLUJO NO OPERAC10NAL (D-E)
G. FLUJO NETO GENERADO (C+F)
H. SALDO INICIAL DE CAJA
1. SALDO FINAL DE CAJA (G+H)
REQUERIMIENTOS DE CAJA
39,5
0,4
2,6
37,6
1,9
1,5
0,0
1,5
NECESIDADES EFECTIVO (CRÉDITO
CORTO PUXZO)
0,0
2,5
0,0
1.2
2,5
(2,5)
17,4
1,5
18,9
1,9
0,0
0,0
2,5
2,4
1,2
4,9
(4,9)
15,0
18,9
33,9
1,9
0,0
0,0
2,5
2,4
1,2
4,9
(4,9)
15,0
33,9
48,9
1,9
0,0
0,0
2,5
2,4
1,2
4,9
(4,9)
15,0
48,9
63,9
1,9
0,0
0,0
2,5
2,4
1,2
4,9
(4,9)
15,0
63,9
78,9
1,9
0,0
A continuación se presenta en la Tabla 4.6 el balance general del proyecto
Tabla 4.6
Balance General Proyectado
Miles de Dólares
ACTIVO CORRIENTE
Caja y bancos
TOTAL ACTIVOS CORRIENTES
ACTIVOS FIJOS
Terreno y construcciones
Equipo electrónico
Maquinaria de ensamble
Desarrollo de planta
Muebles y enseres
Saldos
iniciales
0,00,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
PREOP.
1,5
1,5
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
2
18,9
18,9
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
3
33,9
33,9
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
4
48,9
48,9
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
5
63,9
63,9
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
6
78,9
78,9
22,0
1,2
1,5
9,6
0,7
71
Subtotal
Activos fijos reexpresados
(-) depreciaciones
TOTAL ACTIVOS FIJOS NETOS
ACTIVO DIFERIDO
Amortización acumulada
TOTAL ACTIVO DIFERIDO NETO
OTROS ACTIVOS
TOTAL DE ACTIVOS
PASIVO CORRIENTE
Gastos acumulados por
pagar
TOTAL DE PASIVOS CORRIENTES
PASIVO LARGO PLAZO (BCOS-
PROVEEDOR)
TOTAL DE PASIVOS
PATRIMONIO
Capital social pagado
Reserva legal
Utilidad (pérdida) retenida
Utilidad (pérdida) neta
TOTAL DE PATRIMONIO
TOTAL DE PASIVO Y PATRIMONIO
COMPROBACIÓN
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0(0,0)
(0,0)
(0,0)
0,00
35,0
35,0
35,0
2,6
2,6
39,1
(0,4)
(0,4)
14,0
13,6
25,5
0,0
0,0(0,0)
25,5
39,1
0,00
35,0
35,0
1,9
33,1
2,6
0,5
2,1
54,1
2,0
2,0
14,0
16,0
25,5
0,0
(0,0)
12,6
38,1
54,1
0,00
35,0
35,0
3,8
31,2
2,6
1,1
1,6
66,7
2,0
2,0
14,0
16,0
25,5
1,3
11,3
12,6
50,6
66,7
0,00
35,0
35,0
5,8
29,2
2,6
1,6
1,1
79,2
2,0
2,0
14,0
16,0
25,5
2,5
22,6
12,6
63,2
79,2
0,00
35,0
35,0
7,7
2/,3
2,tí
2,1
0,5
91,8
2,0
2,0
14,0
16,0
25,5
3,8
33,9
12,6
75,7
91,8
0,00
35,0
35,0
9,6
25,4
2,6
2,6
0,0
104,3
2,0
2,0
14,0
16,0
25,5
5,0
45,2
12,6
88,3
104,3
0,00
En el Tabla 4.7 se muestra claramente que de la inversión de 39500 dólares
en 64.6 % corresponde al Patrimonio de [os inversionistas y 35.4 % corresponde a
la deuda a largo plazo, el punto de equilibrio es el valor que indica que las ventas
generadas deberán ser por lo menos 39.1% de la inversión inicial para no generar
pérdidas.
Tabla 4.7
índices Financieros
Miles de Dólares
INVERSIÓN
TOTAL
APALANCAMIE
NTO
RENTABILIDAD
BENEFICIO
NACIONAL
ANO
5
US$ MILES
PATRIMONIO/ INVERSIÓN
DEUDA /INVERSIÓN
TIRF
ÍNDICES
39,5
64,6%
35,4%
40,2%
UTILIDAD NETA / PATRIMONIO
UTILIDAD NETA / VENTAS
VALOR ACTUAL NETO
FINANCIERO
PERIODO DE
RECUPERACIÓN (AÑOS)
PUNTO DE EQUILIBRIO
COEF. BENEFICIO/
COSTO
INVENTARIOS
CORRIENTE
32,7
2,3
1,1
/ ACTIVO
ÍNDICE DE SOLVENCIA
ÍNDICE DE LIQUIDEZ
TOTAL SUELDOS Y
SALARIOS
VALOR AGREGADO
COSTO DE
OPORTUNIDAD
11,4
30,1
12,0%
2
49,2%
10,6%
39,1%
0,0%
9,3
9,3
3
49,2%
10,6%
39,1%
0,0%
16,7
16,7
4
49,2%
10,6%
39,1%
0,0%
24,1
24,1
5
49,2%
10,6%
39,1%
0,0%
31,5
31,5
73
El análisis de la sensibilidad muestra los efectos financieros si se varia
ciertos índices en +5% y - 5%, mostrando ei peligro o no de invertir en este
proyecto.
Análisis de Sensibilidad
TASAS DE INTERÉS L/P
MONEDA LOCAL
18,9%
18,0%
17,1%
TIRI
61,58%
63,24%
64,85%
PRODUCTIVIDAD
105,0%
100,0%
95,0%
TIRF
54,32%
40,20%
26,02%
VAN
49,22
32,71
16,20
COSTO DE MANO DE
OBRA
105,0%
100,0%
95,0%
TIRF
39,52%
40,20%
40,87%
VAN
31,93
32,71
33,49
COSTO DE MATERIA
PRIMA
105,0%
100,0%
95,0%
TIRF
29,71%
40,20%
50,74%
VAN
20,58
32,71
44,84
PRECIO DE VENTA
(LOCAL)
105,0%
100,0%
95,0%
TIRF
54,32%
40,20%
26,02%
VAN
49,22
32,71
16,20
INVERSIÓN FIJA
105,0%
100,0%
95,0%
TIRF
37,94%
40,20%
42,62%
VAN
31,15
32,71
34,27
Luego de presentar este estudio se demuestra que el proyecto es rentable y
se recomienda la inversión de los capitales necesarios, para continuar
desarrollando la planta de potabilización de agua salina.
74
4.2 CONCLUSIONES.
Es necesaria una solución a corto y mediano plazo para el problema de agua
potable en las poblaciones de la costa del país, y un proyecto de esta
naturaleza, mejorando lo realizado hasta este punto, es una excelente
opción, ya que al utilizar tecnologías, materiales y mano de obra disponibles
en el país, podríamos conseguir un muy buen producto para beneficio
propio.
La utilización de LabVIEWcomo herramienta de desarrollo demostró ser una
decisión acertada, principalmente por su instrumentación virtual, excelentes
recursos matemáticos, recursos para adquisición de datos y variadas
funciones. Además su lenguaje gráfico de programación (Lenguaje G)
resulta muy intuitivo para un ingeniero electrónico especialmente de la
carrera de control.
La utilización de los relés de estado sólido Mitsubishi simplificó en gran
medida el hardware y el cableado necesario para en control de los
actuadores de la planta, demostrando ser excelentes en el control de
potencia a 120 voltios 15 amperios. Su aporte al sistema de control es muy
importante.
La unidad de conexiones permitió centralizar el cableado de toda la planta,
de manera que pueda ser supervisado el funcionamiento de todo el
hardware del sistema de control, convirtiéndose en parte fundamental de
este último.
A pesar del buen desempeño del sistema de control el rendimiento máximo
conseguido con la planta de potabilización es de 56.93%, el cual no es
suficiente para pensar en una comercialización de este prototipo, pero si es
un muy buen comienzo para desarrollar una planta más eficiente basada en
los resultados de éste.
75
El rendimiento actual de la planta no podrá ser mejorado sin modificar la
misma, en especial en el tanque de evaporación, ya que las pruebas
mostraron que se produce vapor en grandes cantidades pero la recolección
de éste es el proceso que falla. Estas modificaciones necesarias no
representan un cambio significativo en el sistema de control.
Las pruebas realizadas demostraron que la instalación del extractor como
uno de los actuadores de la planta y como parte del sistema de control,
mejoró notablemente el rendimiento de la planta de 16.26% al 56,93%. El
extractor resolvió en parte el problema de recolección del vapor existente
dentro del tanque de evaporación, proceso que en futuros diseños deberá
mejorarse.
El sistema de control, principalmente, organiza el funcionamiento de la
planta tomando como referencia las señales recibidas por los sensores,
permitiendo que los ciclos de trabajo se cumplan, mejorando su eficiencia.
Además evita que el proceso de potabilización pase a límites extremos de su
funcionamiento, indicando en cada caso el problema que subsisten en la
planta en ese momento. Además al fijar un ciclo de trabajo para los
actuadores de la planta se regulariza el consumo de energía eléctrica
ahorrando energía y se impide que los motores funcionen continuamente lo
que normalmente genera el calentamiento de los mismos.
Como conclusión final se debe decir que se cumplió e! objetivo final de este
trabajo, un sistema de control que permita a una planta de potabilización,
con todos los procesos necesarios, funcionar automáticamente, pero,
además el sistema de control también da la posibilidad de aprender de la
planta y de si mismo, pudiendo realizar pruebas manuales sobre la mismaj
todo esto gracias al programa desarrollado en LabVIEW.
Dadas las condiciones y características de los lugares donde se instalarán
las plantas de agua por desalineación del agua de mar, los controles y
76
operación general deberán ser muy simples; es decir, las plantas
comerciales, de ninguna manera, se basaran en el control mediante un PC.
Es importante destacar que el objetivo de este trabajo, es poner a
disposición de los diseñadores de la planta comercial, una herramienta que
les permita contar con datos y la posibilidad cierta de modificaciones,
tendientes a conseguir la optimización de la planta.
4.3 RECOMENDACIONES.
En una futura planta se recomienda la utilización de un control de razón para
dosificar ácido sulfúrico (H2S03) para ablandar el agua de mar de sus
componentes más pesados (ver Tabla 1.1), para garantizar agua con un pH
neutro o ligeramente básico también se deberá dosificar sosacaústica
(NaOH) y por último para dosificar en el tanque de agua pura, el hipoclorito
de sodio. Esto evitará futuros recubrimientos en las tuberías de la planta,
proporcionará agua con pH neutro y mantendrá el agua pura por más
tiempo, respectivamente. El control de razón es una técnica de control muy
común en los procesos industriales, el la cual se supone que se deben
mezclar dos corrientes de líquidos, A y B, en cierta proporción o razón, R,
esto es, R=B/A.
El control de razón se podría realizar con unas bombas especiales de
dosificación, en las que conociendo su flujo de salida se desarrollaría un
control para que dentro de un ciclo de trabajo éstas entreguen una
dosificación acorde con el flujo de entrada del agua de mar manteniendo una
solución en valores fijos.
En lo que respecta al tanque de evaporación se debe cambiar su forma o,
como otra alternativa, construir más salidas de vapor en la parte superior de
la misma, lo que llevará a mejorar ostensiblemente el sistema de
condensación de la planta actual, presentando en este último caso la
77
necesidad de aumentar extractores para el vapor.
El programa de control desarrollado en LabVIEW está pensado para que el
usuario pueda familiarizarse con él por etapas y es por eso que se
recomienda revisar estas tres etapas empezando con la simulación de la
planta, luego con el programa de control en modo aprendizaje y finalmente
con el control en modo supervisión.
Es importante que se siga con el proceso de mejoramiento de la planta de
potabilización de agua, para que ésta llegue con alta eficiencia y bajo costo
con el propósito de que efectivamente se 'pueda convertir en una solución
para la falta de agua potable en el Ecuador, ya que de no ser así el trabajo
realizado en este proyecto no verá uno de sus objetivos finales cumplido.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Lab - PC - 1200/AI User Manual; June 1996 Edition; National Instruments
Corporation.
- Ingeniería de Control Moderno; Cuarta Edición; Karsuhiko Ogata.
- Control de Razón; Control Automático de Procesos; Smith y Corripio.
- Tablas de Vapor
The Eléctrica! Research Asociatíon 1970; Primera publicación en español
México, D.F. 1970.
- www.cepis.org.pe/eswww/fulltext/aguabas/agua/agua.html (agua.pdf).
- CEPIS-OPS-HDT 30 Potabiüzación del agua de mar por destilación solar.htm.
- http://www.cepis.org.pe/eswww/doctemas/aguaabas.html.
- www.omega,com/ppt/pptsc.asp?ref=FP85A.
- http://ni.com/
- http://www.national.com/
A N E X O 1.
A 1.1 DATOS DE POBLACIÓN.
Al .2 USOS Y CONSUMO DE AGUA.
A 1.3 COBERTURA Y ACCESO A LOSSERVICIOS DE AGUA.
A 1.4 CONDICIONES ACTUALESDEL SECTOR.
79
ANEXO 1.
POBLACIÓN Y ACCESIBILIDAD
A SERVICIOS DE AGUA POTABLE.
Los datos presentados en este Anexo fueron obtenidos del Centro Panamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.
(CEPiS, www.cepis.ops-oms.org/eswww/fulltext/anaiisis/ecuador).
Al.l DATOS DE POBLACIÓN.
La mayoría de la población ecuatoriana se concentra en ia región costera y
en ios valles interandinos, siendo (as zonas montañosas y las selvas orientales las
menos pobladas.
Los datos de población que se exponen en el presente documento están
tomados del Informe del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC),
correspondientes a los resultados del V Censo de Población y IV de Vivienda
realizados en 1990.
En la Tabla A1.1 se presenta la distribución urbana y rural de la población
por regiones.
Distribución de la población ecuatoriana/1990
(cifras en miles de habitan tes)
Sierra
Costa
Oriente
Insular
Total
Urbana i
2.393,9 I
3.178,6 \7
7,2
5.683,6
%
42,12
55,93
1,82
0,13
100,0
Rural
2.284,3 i
1.935,8 |
358,7 1
1,8 \6 !
% i
49,87 i
42,26 |
7,83 ;
0,04 !
100,0 ;
Total
4.679,4
5.113,6 .
462,2 ;
9,0
10.264,20
% '
45,59 >
49,82 :
4,5
0,09
100,0
Población urbana: 55,4%
Población rural: 44,6%
TABLA A1.1.
80
En e! censo, se considera población urbana al conjunto de habitantes
empadronados en el núcleo urbano de las capitales de provincia y en las
cabeceras cantonales.
Como se puede ver en la tabla A1.1. la población rural de la costa es el
18,86% del total de habitantes del país pero el 42,26% de los habitantes de la
costa.
A1.2 USOS Y CONSUMO DE AGUA.
El uso consuntivo del agua para abastecimiento doméstico, industrial y de
regadío ha sido cuantificado mediante el estudio de sistemas hidrográficos
(cuencas).
El porcentaje de usos con relación a la disponibilidad total de agua
consumida ha sido definido en dos grupos: uso agrícola o regadío y uso unificado
doméstico-industrial; la unificación de este último se debe a que las industrias y el
comercio nacionales se ubican generalmente dentro de las ciudades y el servicio
de agua es tomado de las redes de distribución de las mismas.
Dado el equilibrio del recurso hídrico en las diferentes regiones, existe un
análisis genera! del país. Se toman indicadores para el año 2005 porque no
existen estudios para el presente decenio.
Agua consumida 41.539,9 HIWYaño = 100,0%
Uso doméstico, industrial 1.333,1 HM3/año =3,2%
y comercial
Uso agrícola (regadío) 40.206,8 HM3/año = 96,8%
Total recursos hídricos 432.000,0 HM3/año = 100,0%
Total agua consumida 41.539,9 HfWYaño = 9,62%
Para la obtención de demandas deseables, se han utilizado las dotaciones
estándar establecidas por el IEOS que permiten obtener los resultados en
HrrWaño y en litros/hab/día. Además, se ha evaluado el potencial futuro de
81
regadíos dei país considerando la aptitud de los suelos para su transformación en
regadío.
Al.3 COBERTURA Y ACCESO A LOS
SERVICIOS DE AGUA.
Las condiciones para la atención de [os requerimientos de servicios de
infraestructura sanitaria en las zonas urbana y rural del país al año 1990 fueron
las siguientes:
Acceso al servicio de agua
(porcentajes)
Zona
Urbana \l i
Conexión
doméstica
73,7
31,2
Fácil acceso '
4,6 i
8,2 ;
Sin acceso al
sistema formal
21,7
60,6
TABLA Al .2.
El porcentaje de población sin acceso a servicios básicos de
infraestructura, como se muestra en la tabla A1.2., es muy elevado, exigiendo la
toma de decisiones que permitan superar el déficit actual y las demandas futuras.
En la tabla A1.3 se presentan datos adicionales de los sistemas rurales de
abastecimiento de agua potable, la región de la costa es la que menos tiene
acceso a los sistemas actualmente utilizados en comparación al número de
habitantes.
Sis
tem
as r
ural
es d
e ab
aste
cim
ient
o de
agu
a po
tabl
e: c
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ción
y f
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N°
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itan
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N°
540.
176
298.
602
46.3
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:
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Hab
itan
tes
4.35
7.58
74.
762.
512
430.
778
8.34
79.
559.
224
2.22
7.78
32.
957.
885
96.2
736.
806
5.28
8.74
7
2.12
9.80
41.
804.
627
334.
505
1.54
14.
270.
477
Pob
laci
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rvid
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Tot
al
Hab
itan
tes
J %
1.99
6.63
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0.03
570
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f6.
674
:
4.14
3.59
6 !
89,6
70,0
73,0
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78,3
Con
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Hab
itan
tes
1.93
2.68
11.
892.
421
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457
3.89
8.22
5
%
•86,
864
,069
,294
,973
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Hab
itan
tes
63.9
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7.61
43.
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217
245.
371
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1020
.346 97
349.
723
% 11 4 5 6 8 ;
TA
BLA
A1.
10.
CO
83
Sistemas rurales de abastecimiento de agua potable: tratamiento
Región
Sierra :
Costa
Oriente :
Total :
%
N° total
Sistemas
726
126
89
941
100
Componentes de tratamiento
N° de sistemas
Aereadores
27
3
1
31
3,3
Sedimentación
45
4
12 j
61 \5
Filtración
Lenta
71
14
13
98
10,4
Dinámica .
11 •
2
4 i
17 ;
1,8 !
Desinfección
715
118
88
921
97,9
TABLAA1.4.
Como se puede ver en la tabla A1.4. en abastecimientos por tratamiento
nuevamente la costa ecuatoriana es la que cuenta con menos sistemas, siempre
tomando en cuenta [a población.
Población servida con agua potable
(porcentajes)
Sector j
. . .Urbano
Rural
Conexión
Domiciliaría
73,7
31,1
Fácil \o :
4,6
8,2 :
Total I
;
78,3 j
39,3 !
TABLA A1.5.
Las regiones principales del país son la Sierra y la Costa, en las que se
concentra 95,4% de la población; la Costa tiene un déficit más elevado en el
suministro de los servicios.
84
Población servida con agua potable
(porcentajes)
Región !
Sierra •
Costa i
Conexión domiciliaria :.
65,8
• 46,5
Fácil acceso
7,2
5,4
Total
73,0 :
51,9
TABLA A1.6.
Si se analizan la tabla A1.6., en las zonas urbanas y rurales, se tiene
menores coberturas en la Costa; a su vez, es grande la diferencia en la cobertura
a los sectores rurales.
Población urbana servida
(porcentajes)
Región ;-_..„. ,_.. __ „„. — .4
Sierra i¡
Costai
Conexión domiciliaria
86,8
64,0
Fácil acceso
2,9
6,0
Total
89,6 :
70,0
TABLAA1.7.
Población rural servida
(porcentajes)
Región
Sierra
Costa
Conexión domiciliaria
44,0
17,9
Fácil acceso
11,7
4,4
Total
55,7 i
22,3
TABLA A1.8,
En las dos ultimas Tablas se puede ver las grandes diferencias entre los
sectores rurales y urbanos en el país, quedando clara la situación del sector rural
de la costa con tan solo 22,3% de la población servida.
85
Cobertura de agua potable
(Población total)
Región :
Sierra
Costa
Oriente \r
Total
Población total
:
Habitantes
4.357.587
4.762.512
430.778
8.347
9.559.224 |
%
45,6 :
49,8
4,5 ;
0,1 ;100,0 :
i
Población servida !
Total
Habitantes "
3.1S2.757 [
2.473.257 \0 j
7.410 1
5.822.564 \ '
73,0 i
51,9 -¡
36,9 ;
8878 ;
60,9 :
Conexión ;
domiciliaria \s
2.869.436
2.215.733
135.205 :
7.096
5.227.470 :
%
65,8
46,5 j
31,4 j
35,0 j
54,7 j
Fácil acceso \s
313.321
257.524
23.935
314
595.094
% ;
7,2 |
5,4 \6 i
3,8 j
6,2 j
TABLA A1.9.
Como resumen total se presentan tanto la tabla A1.9. y la tabla A1.10. con
datos comparados nacionalmente donde nuevamente se puede ver que el sector
rural de la costa es el más necesitado.
A1.4 CONDICIONES ACTUALES
DEL SECTOR.
De lo expuesto en los literales anteriores y a través del análisis técnico
realizado sobre recursos hídricos, se puede señalar las siguientes características
generales de gestión en el sector:
- Los niveles de servicio en las áreas urbanas no se han
incrementado en la última década; el atraso sigue siendo elevado
frente a las metas propuestas;
- Se han incrementado significativamente los servicios en la área
rural en la última década; sin embargo, el déficit actual de 61% en
agua potable y 69% en disposición en excretas es alarmante;
- Las coberturas en la Sierra son significativamente más altas que
en otras regiones del país;
- Las ciudades de la Sierra tienen mejores condiciones de
infraestructura sanitaria que las de la Costa y Oriente. Las
condiciones sanitarias de la ciudad de Guayaquil, la de mayor
población del país, son alarmantes.
Fuente de información: www.cepis.ops-oms.org/eswww/fulltext/analisis/ecuador
En conclusión se han tomado en cuenta estos datos como referencia sobre
la situación actual del sector rural de la costa ecuatoriana, considerando
que en la ultima década por situaciones como las creadas por la corriente
del niño y otros factores gubernamentales los porcentajes presentados no
han cambiado en gran medida y son base valida para cumplir los objetivos
de este trabajo de investigación.
A N E X O 2.
A2.1 SENSORES.
A2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
87
A N E X O 2 .
A2.1 SENSORES.
SÍGNAL CONDITIONERS ANDFLOW SENSORS ce
FP85A Series
$371Basic Unit
^ Front Panel Programmingand Scaling
v* Alphanumeric ProgramDisplay
V Both Rate and TotalIndication Standard
¡s NEMA-4X/!PG5 Front Face^ Suítable for
Panel MountingThe FP85A microprocessor-basedsignal cqnditioner provides theultímate in system flexibílity andconvenience, with simultaneous4-20 mA and open collector pulseoutputs. The FP85A can be¡ntegrally mounted to FP8500 seríespaddíewheel sensors utilizíng anFP85NM or FP85DM integralmounting kit. The FP85A can alsobe remotely mounted, eitheron apanel (front mounted, utilizing theincluded captive self-tapping screwsto thread into the panel wall) or on apipe, wall, or tank with a universalmounting kit. The FP85A can beremotely used with the OMEGA**FP-5100, FP-5200, FP-5300,FP-3-1500, andFP-6000paddlewheel flow sensors.The three front keys control allprograrnrning and scalíng of theFP85A — there are no pots to tweakor interna! adjustments to make.Simply enter the K-factor, and theFP85A displays rate withfield-adjustabfe decimal point, mAoutput valué, total (field selectabiefor resettable or non-resettableoperation), and the date of the lastreprogramming. The 8-digitalphanurnericLCD shows everyprogram step in clear language,allowing display in any engineeringuniís and timebase ¡n seconds,minutes, hours, or days. A specialpushbutton sequence permits entryinto the programming, thusproviding security againstunauthorized reprogramming. TheFP85A also has a 4.00 mA or a20.00 mA output calibration signalfor scaling remote readout devices.The front panel of the FP85A israted NEMA-4X/IP65, and thecaptive silicone gasket ensuresmoisture resistance in all mountingconfigura tions.
¿
Shown SmallerThan Actual Síze
SPECIF1CATIONSEnclosure: NEMA-4X (1P65) glass-filledpolypropylene, with silicone rubber{captive} gasket and 8-32 self-tappingblack oxide (captive) screwsDisplay: 8-digil aiphanumeríc dot maírix
Display Ranges: Fíow, 0.01 to 9999.units; 8-digit totalDisplay Accuracy: ±0.1 % of reading±0.03% of lotal readingSensor Accuracy: ±0.2 fpsLoop Resolution: ±5 microampsLoop Accuracy: ±5 mA
To Oróer (Specify Model No.) " ' "" ,* ' ' ''.Modd No. Pnce Description - . - - -Sígnal Condítioning Module . 'FP35A $371Sensors for integral rrmounting hardware)FP8501FP8502FP8503FP8504
216
232
427
448
Programmable module with 4-20 mA and pulse outputs
lounting (requíres FP85NM or FPS5DM integral , . t , ;:
Accuracy =±0.1 fps • - . - . • . . . - . . • ,;., . . , . -. , . ' , ' . ' . " ; • • ; •
y? to 4" pipe, polypropylene body/titaníum shan
5" to 8" pipe, polypropylene body/titanium shaft
W to 4" pipe, PVDF body/Hastelloy C shaft
Ví1 to 4" pipe, all PVDF material
For al¡-p!astic units with PVDF shan, add suffíx ~-AP~ to sensor model numberand add $45 to pnce.Model No. Price . Description ' . ' • • •••• •-' • . • • ' - :":.-•
Integral mounting kit, for mountíng on top of FP85XX sensors .••'-.--•'" ;,'-.;i:-\"'v-¿'.'-
FP85NM
FP85DM
. $46
46
Integra! mountíng withK" NPT conduit ports ' ••
Same as FP85NM, with PG13.5threaded DIN conduit portsUniversal mounting kit, for remote mounting on pipé or wall ' V/, r'-" ' •'•?**.'.• V
FP85UNM
FP85UDM
46
46
Universal mountíng with >f NPT conduit portsSame as DP85UNM, with PG13.5 Ihreaded DIN conduit ports
Comes with complete operator's manual.Orderíng Exampfe: FP85A, signa! conditíoning module with 4-20 mA and pulse outputs,plus FP85Q1A, paddlewheel flow sensor forWor 4" pipe with a polypmpylens body, plusFPB5NM, integra! mounting kit with '/T NPT conduit porí, $371 + 216 + 46 = 5633. Fittingrequired; see pages F-63 and F-64.
F-45
With Símultaneous Frequency and 4-20 mA Outputs
INSTALLATION STYLES(PIPE INSTALLATION FITTINGS ARE FOUND ON PACES F-63 AND F-64)
Panel mount Pipe mourt
SensorWetted Parts:FP8501 A, FP8502A: body: glass-filled polypropylene;shaft: títanium (PVDF optíonal); rotor: PVDFFP8503A: body and rotor: PVDF; shaft Hastelloy C(PVDF optional}
Loop Power:2-wire mode: 17 to 30 Vdc @ 20 mA max3-wire mode: 17 to 30 Vdc @ 68 mA maxCurren! Output: 4 to 20 mA, 2-wireLoop Impedance: 50 0 max. @ 10 Vdc; 100 O max.@ 12 Vdc; 1000 Umax. @ 30 Vdc
FP8500 SenesFiow Sensor
FP85U UniversalMounting Kit conduit ports (2)
FPS5
FP85N/D ;.IntegralMounüng Kit
Integralsensor
. FPB502
Wall mount Integral
Pulse Output: Sensor frequency, optically ísolatedopen-collector transistor, max. current sink 10 mAFrequency Range: 0.5 lo 500 Hz. max.,scalable from 0.01 to 9999 engineering unltsResponse Time: Loop: 100 ms; Display; 1 secOperating Ambient: -15 to 70DC (5 to 158°F)Storage Temp.: -15 to 80°C {5° to 176°F)Shippíng Wt: 0.5 kg (1 Ib) for each itern
Dimensions in mm (in)
30 Vdc
Flow Transmítter
"Top
107(4.2)
107(4.2)
Bottom-Captiva 8-3259lf-tappíng
(4) ' '
-Captivesi! icón e rubber
•:.gasket ., . " •
rSpring-typeterminal.connectors
Side
F-46
OMEGA FP85A Flow Transmitter Instructions90
CAUTION!Rernove power lo unil before wiríng inpul and oulpui conneclions.
1. Loop/System Power Connections
1.1 2-Wire operatíon (For OMEGA FP-5200, FP-5300, FP-6000, FP-850X flow sensors).
A. Ground reíerenced PLC with intemal transminer power supply
PLC4-20 mA Input FP85A
B. Power connection far display use only
Powcisupply FP85A
C. 1 to 5 VDC recorder (Cl), 4 to 20 mA indicóte* (C2), or giound referenced PLC (C3J conneclions wilhout mtemal transmiuer power supply
Recorder1-5 VDC
IndícatorPowersupply Fuse1'
1/BA
4-2U mA
©
^CH(gncí)
CH -
Powersupply
24VDC'
Puse' '+ 1/8A
_[-""~
PLC4-20 mA Input
2500 T
_ , PowerCH • supply(gnd)
CH -
1/GA
rFPB5A
tD 'ED tL:D -CD í
-F
.
+
-
*-20mA
17-30V*
Grv]
f RelGí to máximum loop impedance specif¡canon for mínimum opeíanng voliage lequiraments (secnon 10).* * 1 /8A (use recomrnended (customer supplieü)
1.2 3-Wíre operation [íoi OMEGA FP-2541 llow sansors). ítiis winng is raquired lor powered llow sonsos thai consume morn tlian 1.5 mA DC cunen!.
A. Ground reforcnced PLC with interna] tronsmnier powei supply
PLC4-20 mA Input FPSSA
B. DilfGremial mput PtC with intemal iranamitíGr power supply
FP85A
-i- 1 /4A-O — ^^ i
* — — .......... —
O ""
r,CH
1 —-(-
ffi_'to"EM> 'CD t
_^
h
-
4.30 mA
^T-SW '
Cm
C. 1 to 5 VDC recordeí (Cl) and 4 to 20 mA indicalor (C2) Connections whhoui intemal iransmitleípower supply
Indica tor4 -20 mA^ , C H -
Powersupply
FP85A
D. Power connection íor displny use anly
Powcfsupply FP85A
"Reíer to máximum loop impedance specíficalion for mínimum operaiing voltage requirements (sectian 10)."*!/'! A fuse recommended (customer supplied).
2. Compatible Sensor Connections
2.1 2-WÍre Operation (scc. 1 .T)
FP85A
OMEGA Flow Sensors:
FP8501AFP8502AFP8503A
FP51QO.FP-5200.FP-5300,FP-5000.FPB501A
2.2 3-WIre Operation (scc. 1.2)
FP85A
^ ^]
Frequency In
Sensor Power
Gnd
Frequency In
1
^
OMEGA Flow Sensor:
RedBlack
ShldFP-2541
3. Pulse Output Wiring
FP85A
Pulse Gnd
Pulse Out
ShldRed
Receivínginstrument
FP85A
Gnd. OlherInput instrument
91
4. Installatíon Optíons
4.1 Standard Panel Mount• Panel culout template/inslruclions {included).
4.3 Optíonal FP85NM Integral Mounting Krt• NPT and DIN conduil port kils available.• Cornpalible wilh FP850X flow sensors (only).• Flovv sensor and fitting purchased separalely (see seclion 9).
r
V•
w~ — wlÜH Instrument
panel
4.2 Optional FP85UNM Universal Mounting Kit• NPT and DIN conduil port kils availoble (see section 4.3).• See secíion 9 for ordering oplions.
_iConduit porís
Panel Panel
UJ
Conduit Port Options
DIN Ports NPT Ports
A-J^o °,-A^°"jf* VNT
Blind holtís/ l-I Kr^Rfor DIN conduitconnectors (8) PG13.5 mutric
ihroadud conduiiports (2)
1/2 in. NPÍihrüJdud conduitpons (2)
5. FUNCTIONS
VIEW
CALÍBRATE
Press &hold for
access:
OPTIONS
053
6. VIEW (example)
OChoose:
.r r m- 1 1 * .1
32 . 57gpr'iflow rale
2sH3RLxÍ000 Q
L lPlM^MÍi S
Resetíoble total
2s-oo TotalL5Q990114
Permanenl total
16.4@ nflLoop output
01-12-95Last cal.
, . . .rrl.A i
Change:
OPT10NS =fiD O _ i *-i \- í f
1 . B Press andHvb, hold 2s
2. 00000000
To exit wilhoutchanges:
ras^V^quick
^ / press
Save:
OPTIONS = S
Rst:— —1. Press keys in
sequence
mssm2.Resei? >
(3 Press andH«VS hold 2s
3. 00y00M00
r
7. CALÍBRATE (example)
A.
c.
D.
G.
H.
pniL-'nu' Press keys in sequence ¡TI [TI fT] fr~| to
continué:
Totalizar-CD—-CS—K-total>¿Kt299^3 Kt.29943^,
Totalizer K factor [TirRíTl
4 nfi= xtjyBMM.n,4 mA
setpointOutpiít
20 nfl= >L¡Outpui
-IS—GE}-.LastCal>[itasi calibración
To reiurn loVI£W:
press
02-09-99 01-12-9.5
To restore original valué:
guickpress
Reiurn ioVIEW beforeremoví ngpower
yMenú Functions A - H:A. Sülticis display contrast: 4 lB. Süts ílow uniís tafitn) and limebase (gpm). Flow units label: Aa • Zz. O - 9;
Timtíbase oplions: s=suconds, m^minutes, h=hours, d=days (timebaseeffects flow display and 4 10 20 mA ouiput)
C. Sets flow Kfactor: 000.01 to 99999. (see tuchnicat notes LxilowJD. Sel totalizar units: For label purposus onlyE. Stíts toializer K-factor: 000.01 to 99999. (sea technical notes below)F. Seis 4 mA setpoint (4 mA and 20 mA setpoints are reversible]G. Seis 20 mA setpoirnH, Seis user defincd date
Technical notes:Flow and loralizer K-factors are independent of each olher. These K-faclorerepresent ihe numbíjr of pulses generaled by trie flow sensor for eachengineering unit measured (published in flov/ sensor manual).
8. OPTIONS (example)92
'- "~ 1 • Press keys in sequence fTi (T] [TI fr 1 locontinué:
OChoose:
rrirt
Totallzer
Displayaverging
Decií'ial>[¡Flow display
Outpul-s— ra—fldo20nfl>G
Ouipui
To return toVIEW
V / press
Change:
n Look : o$~\k :pf f^^ l-l1' — ""
rjfiyg: loi/fiug: hi'low= -c=700 ms fjyq ; n-f-f'hi= t-3 s ' - • .-otf=100ms fT] [Tj
-r,
pft^ftF'wh H^/tPiohDecimalposion (T] [?1
D 4,9£( rofi "3,98 nfi4 mA __ _adittíi UJ UG
3.29,00. nfl 29,02 finr 20 mA p—, p—,
adjiíst L=J LÍ-J
To restoro original valuó.
pj1/}>~ qu¡c.k\ press
Save:
-
CBpfW
Press &ho!d
Reiurn toViEW beforernmovínc]powcir
r
Menú Funclions A - E:A. Selacis toializer reset opiions: Loch on («nahltís) or lock off (disablus) thu
VIEW menú totalizar reseí securiiy codu fuaturi; (R5T: -- ).B. Selects display averaging: off = lOOms, low= T=700ms, ¡ii= T=3s (also
aíreos 4 to 20 mA output).C. Selücts display decimal. to .....D. Adjuas 4 mA output: 3.9 to 4.1 mA (overrides 4.00 mA faciory caübration}E. Adjusts 20 mA ouput: 19.3 lo 21.0 mA (ovürrides 20.00 mA factory
caübration)
9. Accessoríes Oder no.
FP85UNMFP85UDMFP85NM
FPS5DMFP850T
FP8502FP8503FP85CHAFP8502AFP8503A
Descriptíon
Universal mounting kit, NPT portsUniversal mounting kit, DIN portsIntegral sensor mounting kil, NPT porísIntegral sensor mounting kit, DIN portsIntegral sensor, 0.5 to 4 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 5 to 8 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pin
Integral sensor, 0.5 to 4 inch pipe • PVDF body & Hastelloy C rotor pinIntegral sensor, 0.5 to 4 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 5 lo 8 tnch pipe • Polypropyiene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 0.5 lo 4 inch pipe - PVDF body & Hastelloy C rotor pin
10. Specifícations93
General Dala. Compaiible Sensors:9
Display Accuracy:
Enclosure:• Raling:• Maierial:• Gasket:• Screws:
Display:• Type:• lipdale rale:• Contrast:• Rangas:
FP-8501, FP-5300, FP-5100. FP-6000. andFP-5200 Series (contad engineering foraddilional compatible sensors).Flow, ±0.1 % of readingTotalizers, ±0.03% of reading
NEMA 4X/1P65Glass-filled polypropyleneSilicone rubber (captive)8-32, self-tapping {caplive)
8-digii alphanumeric dol malrixFlow=1s. Totalizers=lOO mSVariableFlow, 0.01 lo 9999.Reseltable/permanent iotalteers, O to99999999Loop curren!. 3.90 lo 21.00 mA
Dimensions:
JT£ O MEGA
FP85A HowTransmitier
EES
EnvíronmentalOperaling temperatura:Storage temperalure:Relative humidity:
- !5 to70 D C(5 to158°F ]-15 lo80°C(5 to176 a F)O to 95%, non-condensing
107 mrn(4.2 ¡n.
(front vievv)
30mm(1.2 in.)
107 mm(4.2!n.)
Agency Approuals• CE• Manufacturad under ISO 9001
Electrícal Datarrequcncy range:Loop/System powar:
Sensor power:
•fLoop:• Impedance:
• Accuracy:• Resolution:• Updale rale:
Outpuls:• Current:• Pulse outpul:
0.5 Hz lo 500 Hz{2-wiro moda) 1 7 to 30 VDC @ 20 mA max.(3-wire moda) 1 7 lo 30 VDC @ 68 ni A max.(2-wire modt¡) 5 VDC @ 1.5 mA mnx{3-wirt! mode) 5 VDC @ 20 mA max
1 Hmax. @ 17 VDC.300 n max. @ 24 VDC.600 n max. @ 30 VDC±0.050 mASHAlOOms
4 lo 20 mA {adjuslable & reversible)Sensor írequency. optically isolaledopen-colleclor transistor, max. currení sink10rnA@30VDC
36mm(1.4 in.)
(side view)
11. Troubleshooting
Display Message
OUERAgpn
K=@error
2s- Chec-k -iU Setup-2s
Cause
1) Input frequency too high2) Display overrange3) Display timebase loo large
K-Faclor cannot be zero
Memory corrupted
Soiulion
1) Reduce ¡nput írequency.2) Move display decimal to right in OPTIONS menú.3} Change display timebase (H.M.S.D) to smaller valué
{e.g.LPH to LPM).
Change K-Factor to a non-zero valué.
Press 1 i lo reslore normal operaíion. Setlings will revert loTactory default. Recalibration ¡s required.
94
November 2000
National Semiconductor
LM35
Precisión Centigrade Temperature SensorsGeneral DescriptionThe LM35 series are precisión integrated-círcuit temperaturasensors, whose output vollage ¡s linearly proportional to theCelsíus (Centigrade) lemperature. The LM35 íhus has anadvantage over linear temperature sensors calibrated ¡n
Kelvín, as the user 3s not required to subtract a largeconstant voltage from its output to obtain convenient Centi-grade scaling; The LM35 does not require any exlernalcalibratíon or trimming lo provide íypical accuracies of ±VTCat room temperature and ±y4*C over a full -55 to -MSQ'Ctemperature range. Low cost is assured by trimming andcalibratíon at the wafer level. The LM35's low output imped-ance, linear outpuí, and precise ínherent calibratíon make¡nterfacing to readout or control circuitry especially easy. Ucan be used with single power suppües, or wííh plus andminus supplies. As U draws only 60 uA írom its supply, U hasvery low self-heating, less than 0.1 'C in still air. The LM35 israled to opérate overa -55' to +150'C temperature range,while the LM35C ís raled for a -40" to +110'C range (-10"with Improved accuracy). The LM35 series Ís available pack-
aged in hermetic TO-46 Iransistor packages, while IheLM35C, LM35CA, and LM35D are also available in theplástic TO-92 Iransisíor package. The LM35D is also avail-able in an 8-lead surface mounl small oulline package and aplaslic TO-220 package.
Features» Calibrated direcíly in ' Celsius (Centigrade)« Linear* 10.0 mV/'C scale factor« 0.5'C accuracy guaranteeable (at +25'C)• Rated for full -55' to +150'C range• Suítable for remote appücalions• Low cost due to wafer-level trimming• Opérales from 4 to 30 volís« Less than 60 pA currení drain• Low self-healing, 0.08'C ¡n slill air• Nonlinearity only ±1/TC typical• Low impedance oulput, 0,1 n for 1 mA load
ooen"O"TICDn
O<D
(Q—EoíQ.CD
O)
3T303— \3
CD
O)
C/3
o-(fí
Typical Applications-i-Vi
VOLII
OUTPUT
FIGURE 1. Basic Centigrade Temperatura Sensor(+2*Cto-M50'C)
Choose R] = -Vs/50 pA
V 0uT=-t-l,50Q mV at -t-150'C= +250 mV at +25'C= -550 mV at -55"C
FIGURE 2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor
© 200Q Nallonal Semiconductor Corporation DS005516 wvAv.nailonal.com
95
Connection Diagrams
TO-46Metal Can Package*
SO-8Small Ouiline Molded Package
-N.C.
-H.C.
-N.C.BOTTDM VIEW
DS005516-1
'Case is conneded lo negativa pin (GND)
Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH orLM35DH
See NS Package Number H03H
TO-92Plástic Package
N.C.—
GHD —
N.C. = No Connection
Top ViewOrder Number LM35DM
See NS Package Number M08A
TO-220Plástic Package*
Order Number LM35CZ,LM35CAZorLM35DZ
See NS Package Number Z03A
OLM
35 DT
L V
'Tab is connected lo Iha negativo pin [GND).Note: The LW3SDT pinout is dilfefent than the disconlinued LM35DP.
Order Number LM35DTSee NS Package Number TA03F
www.national.com
96
Absoluta Máximum Ratings (Note 10)If MÍIitary/Aerospace specified devíces are required,please contactthe National Semiconductor Sales Office/Dístríbirtors for availabiüty and specificaíions.
Supply Vollage +35V to -0.2VOutpu t Voltage +6V to -1 .OVOutput Current 10 mAS tora ge Temp.;
TCM6 Package, ~60'C to +180'CTO-92 Package, -60'C to +15Q'CSO-8 Package, -65'C to +150*CTO-220 Package, -65'C to +150'C
Lead Temp.:TO-46 Package,
(Soldering, 10 seconds) 300"C
Electrical Characteristics(Noles 1, 6)
TO-92 and TO-220 Package,(Soldering, 10 seconds) 260'C
SO Package (Note 12)Vapor Phase (60 seconds) 215'CInfrared (15 seconds) 220'C
ESD Susceptibiliíy (Note 11) 2500VSpecified Operatíng Temperature Range: TMIN to T WAX
(Note 2)LM35, LM35A -55*C lo +150'CLM35C, LM35CA -40-C to +110*CLM35D O'Clo+100'C
Parameter
Accuracy
(Note 7)
Nonlínearity
(Note 8)
Sensor Gain
(A vera ge Slope)
Load Regulation(Note 3) 0<IL£1 mA
Line Regulation
(Note 3)
Quiescent Current
(Note 9)
Change of
Quiescenl Current
(Note 3)
Temperature
CoefficíenL ofQuiescent Current
Mínimum Temperature
for Rated Accuracy
Long Term Stability
Condftions
TA=+25'C
TA=-10'C
' A= ' MAX
TA=TMIN
~ MIN^ 1 A-~MAX
' MIN^I AsTMAX
TA=+25'C
T MIN- 1 A^TMAXTA=+25'C
4VáV S<30V
Vs=-f5V,+25'CVS=-Í-5V
VS=+30V,+25'C
VS=+30V
4V£VS£30V, +25'C
4VSV S£30V
In circuit of
Figure 1, IL=0
T J=TMAX. for
1000 hours
LM35A
Typical
±0.2
±0.3
±0.4
±0.4±0.18
-t-10.0
±0.4±0.5
±0.01
±0.02
56
105
56.2105.5
0.2
0.5
+0.39
+ 1.5
±0.08
Tested
Limrt
(Note 4)
±0.5
±1.0
±1.0
+9.9,
+10.1
±1.0
±0.05
67
68
1.0
DesignLímit
(Note 5)
±0.35
±3.0
±0.1
131
133
2.0
+0.5
+2.0
LM35CA
Typical
±0.2
±0.3±0.4
±0.4±0.15
+10.0
±0.4±0.5
±0.01
±0.02
56
91
56.291.5
0.2
0.5
+0.39
+1.5
±0.08
Tested
Limrt
(Note 4)
±0.5
±1.0
±1.0
±0.05
67
68
1.0
Design
Limit
(Note 5)
±1.0
±1.5±0.3
+9.9,
+10.1
±3.0
±0.1
114
116
2.0
+0.5
+2.0
Units
(Max.)
'C
"C
'C
'C
'C
mV/'C
mV/mA
mV/mA
mV/V
mV/V
MA
MA
MA
MA
MA
MA
uA/'C
'C
'C
CJCJi
www. na tí onal.com
97
Electrical Characteristics(Notes 1, 6)
Parameter
Accuracy,
LM35, LM35C
(Note 7)
Accuracy, LM35D
(Noíe 7)
Nonlinearity
(Note 8)
Sensor Gain
(Average Slope)
Load Regulation
(Note 3) 0<IL£1 mA
Lina Regulaíion
(Nole 3)
Quiescent Current
(Note 9}
Change of
Quiescenl Current
(Note 3)
Temperature
Coefficienl oí
Quiescent Current
Mínimum Temperaíure
for Ra!ed Accuracy
Long Term Slabilily
Conditions
TA=+25'C
TA«-10'C
T A="^"MAX
T A= I WIN
T A=+25'C
I A= I MAX
TA="^MIN
T MIN-TA¿TMAX
T MiN-TAáTMAX
TA=+25'C
T MIN- ' A-"^WAx
TA=+25'C
4V<V S£30V
V S=+5V, +25'C
VS=+5V
V S=+30V, +25'C
V S=+30V
4V£VSS30V, +25'C
4VáV SS30V
In circuit of
Figure 1, |L=0
Tj-TMAX,for
1000 hours
LM35
Typtcal
±0.4
±0.5
±0.8
±0.8
±0.3
+10.0
±0.4
±0.5
±0,01
±0.02
56
105
56.2
105.5
0.2
0.5
+0.39
+1.5
±0.08
Tested
Lim'rt
(Note 4)
±1.0
±1.5
+9.8,
+10.2
±2.0
±0.1
80
82
2.0
Design
Límit
(Note 5)
±1.5
±0.5
±5.0
±0.2
158
161
3.0
+0.7
+2.0
LM35C, LM35D
Typical
±0.4
±0.5
±0.8
±0.8
+0.6
±0.9
±0.9
±0.2
+10.0
+0.4
±0.5
±0.01
±0.02
56
91
56.2
91.5
0.2
0.5
+0.39
+1.5
±0.08
Tesíed
Limit
(Note 4)
±1.0
±1.5
±2.0
±0.1
80
82
2.0
Design
Limií
(Note 5}
±1.5
±1.5
±2.0
±2.0
±2.0
±0.5
+9.8,
+10.2
±5.0
±0.2
138
141
3.0
+0.7
+2.0
Units
(Max.)
"C
'C
'C
'C
•c•c•c'C
mV/'C
mV/mA
mV/mA
mV/V
mV/V
pA
MA
uA
pA
pA
pA
uA/'C
'C
'C
Note 1: Unless olherwise noled, these specificalions apply: -55'CáTjS+lSO'C íar the LM35 and LM35A: -40'£Tj£+110'C for Ihe LM3SC and LM35CA; and0"íTjá+1QQ*C for Ihe LM35D. V5=+5Vdc and li.oAD=5n PA, in the circuit oí Figure 2. These specificalions also apply from +2'C lo TMAJÍ in the circuít of Figure 1.Specifications in boldface apply over Ihe full raled temperature range,
Note 2: Thermal resislance of the TO-46 package is 400'C/W, ¡unction to ambienl, and 24'C/W junction to case, Therma! resisíance of (he TO-92 package ¡s180'CAV junclion to ambienl. Thermal resistance of Ihe srnall outline molded package is 220'CAV ¡unction to ambíenL Thermal resístante of the TO-220 packageis 90'CAV junction lo ambienl For additional thermal resistance information see table in the Applications section.
Note 3: Regulaíion is measured al constan! junction tempefBlure, using putee festíng witíi a low duty cycle. Changes in oulpul due to heating effects can becomputed by multiplying the ntemal díssipatfon by the thermal resislance.
Note 4: Tested Limits are guaranleed and 1CO% tesled ín production.
Note 5: Design Limits are guaranteed (but not 100% prcduction tested) over tba índicated temperature and supply voltage ranges. These limíts are noí used tocalcúlate outgoing quality levéis,
Note 6: Specífícations In boldface apply over the MI rated temperature range,
Note 7: Accuracy Is defirted as the error between the output voltage and 10mv/"C limes the devlce's case lemperature, al specifíed condilions of vohage, current,and lemperature (expressed In *C).
Note 6; Nonlínearity is deííned as the deviel'ion of the output-voltage-versus^mperature curve from the best-fit straight Une, over the devica's rated temperaturerange.
Note 9: Quiescent current is defined Ín the circuit of Figure 1.
Note 10: Absolute Máximum Ratings Indícate limitsbeyond whtch damage to the devíce may occur. DC and AC eléctrica! specifications do not apply whenoperatingthe device beyond ils rated operalíng conditions. See Note 1.
Note 11: Human body mode . 100 pF discharged through a 1.5 Ríl resistor.
Note 12; See AN-450 "Suríace Níounting Wethods and Theír Eflect on Product Reliablity" or the section titled 'Surface Ntount" found ¡n a current NationalSemiconductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mounl devices.
www.natiofiat.com
98
Typicai Performance Characteristics
Thermal Resisíance Thermal Time ConstantJunction to Air
S (L1 V¡2 iec V
S 100 —
-
, T D-4fi
^•= ^«S -~~.rf
0 400 BOO 1200 1GOO 20
AIR VELOCITY (FPM)
DEOOÍJ516
Thermal Response ¡nStirred Oil Bath
:* 1DO
3 80
¿ 60•x.
ot-
o
. I7^i
X
t
X"0-J
xX
I -
^TQ-92
.•"''
-20 I ' ' ' ' ' ' '
0 2 4 6
TIME [SECÓNOS]
DSQOaMS
Quiescent Currentvs. Temperature(In Circuit of Figure 2.)
ZOO | , , 1 , 1 , , i 1
160 -
es
5 100 -CJ
•3 80 -a
60 •*y X
XX
Xf
x,
w 30t-
§ 20o
1 10
^=0 ' ' — ' — 1 — ' ' — ' — '• — ' — '
0 400 800 1200 1600 20
00 AIR VELOC1TY (FPM)
DS0065I6
•25
Mínimum SupplyVoitage vs. Temperature
4.Z
„ 4.0—
g 3.6o 3.4
0-
S 3.0
2.aZ.5
a
Accurac(Guaraní
2.Ü
_ I-5
£ 1.Ü
« 0
1-0.5
-1.5
-2.0
.
^^
p^f^TYPlCAL
Tí PICAL- — V-
Ü5^y4ñYr^TYPICAL
_ _ .
i r *' i
-
f5 -25 25 75 12S TJ
TEMPERATURE (°C)
DEOOMIfl-
/ vs. Temperatureeed)
T-£***^^í^*^Tj^tf"^ t<^-r^ —
-75 -25 25 75 1Z5 175 TEMP
TEMPERATURE («CJ
DS006616-31
1LM35
.'uiltíif*1'
^-¿^T
^"
^T^SS^
^Tr™riXr— r^fn] LM35
Thermalin Still A
120
? 100
3 BO;»
< M
S 40CD
S 20
I o
-26
Quíescetvs. Temp(In Círcu
15a
140
1 120
S IDOIC
I 80
S 60CJ
¡2 40
0 20
5 0
a
Accurac(Guarant
2 5
2.0
cr 1.5
te 1.0o
2-0.5
|-1.0
£-1.5
Responser
y/i^rs*
2 4 6 B
TIME (MINUTES)
OSOW6 16-27
it Currenteraíuret of Figure 1.)
Xx x
J?X
75 -ZS 25 75 1Z5 175
TEMPÉHATURH ['CJ
DSOOSSIfiCO
/ vs. Temperatureeed)
L
' [ '
^ [ i j 1
'1 1
,'
^>'TÍPICA
^t^1(
1
-LM35D-
ÍLM33C-
LM35CA
fv1 !
ILMaSCA"
LM35C-1 l
~LM35D~I I
5 75 125 175 -75 -25 ?5 75 125 175
ÍRATURE(°C) TEHPEMTUH£(-C)
DEOC65 18-32 DS0065)fW3
CJCJ1
www.nalional.com
99
A2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
Low-Cost Multifunction 1/0 -100 kS/s, 12-Bit, 8 Analoq Inputs* *j i
100
E03U.OO
1200 FamilyPCI-1200DAQCard-1200Lab-PC-1200Lab-PC-1200AI . 'DAQPad-1200
Analog Inputs8 single-ended, 4 differential channelslOOkS/ssamplíngrate • ".'12-bit resolulion
Analog Output(not FOT Ub-PC-1200AI)2 channels, 12-bít fBsolutlon
Digital iyo24 (5 V/TTL) Unes in S-bit ports
Counter/TímersThree, T6-bit resolution
TríggeringDigital
Dríver SoftwareNI-DAQ
Windows 2000/NT/9xMac OS"..: .. ..*not for ail hardware, • . •referió page 192 i .
Application SoftwareLabVIEVV . . .
• LabW¡ndows/CVICo mp one n tWorksVirtualBench 'MeasureBridgeVlEWLookout
Calibration Certifícate Included!(refer ta paga 216)
eAOCcícFttSO • HBíSsseBsíSFH
Make sure you consíder our
new low-cost 12-bit E Series
producís - referto page 239.
Bus
PCI. PCMCIA. ISA. Parallel Pon
Analog
Inputs
B SE/<1 DI
Resolutton
12 bits
SarnplírKj
Rale
IDOkS/s
Input
Ranqo
up lo rS V
Analog
OutputS
2'
Resolutíon
12 bits'
Output
Rata
ns/s1
Output
Range
»5V
Digital
1/0
2*(
Counter/
Timéis
3. 16-bii
Triqqers
Digital
O"CJ
Table 1. 1200 FamNy Channel, Speed, and Resolution Specifícatlons frofCT to page 314 íor more detailed spocíficalions)
OvervíewTho 1200 Family dcviccs are low-cost, multifunction I/O devices
with up to 100 kS/s, 12-bit performance on 8 single-ended or
4 difíorential analog inpuís. The 1200 Family features digital
íriggering capability; three 16-bit, 8 MHz counter/timers; two
12-bít analog oulputs; and 24 digital I/O unes. The 1200A! does
not include the two analog outputs.
HardwareAnalog InputThe 1200 Family has eight single-ended or 4 differential 12-bit
analog input channels. The voltage input range ís software
programmable for 0-10 V (unipolar] or ±5 V (bipolar). A
software-programmable gain amplifier has gain selections of
1,2, 5.10, 20, 50. orí 00.
The single-channel sampling rate of the ADC ís 100 kS/s. The
PCI, DAQCard, and Lab-PC versions can sustain this rate, but the
DAQPad cannot. The sustainable data transferrate toa standard
PC parallel port Ís 25 kS/s (depending on your computar). If you
need an externa! solution with faster sampling, consider
the DAQPad-6020E for USB, (100 kS/s, page 241) and the
DAQPad-6070E for IEEE 1394 (1.25 MS/s, page 226). When
scanning múltiple channels, the máximum sampling rate for all
1200 family producís is 83.3 kS/s al a gain of 1.
Data acquisiüon wiih ihe 1200 Family devicos ¡s availablo in
three modos: 1) continuous acquisiüon of a single channel.
2) multichannel acquisition with continuous scanning, or
3) multichannel acquisition with ¡nterval scanning with a
resolulion of 1 ps.
The 1200 Family devices nave two
hardware triggering modes - pretrigger
mode and posttrígger mode. In pretrigger
mode, the device collects samples until a
trigger is received at the extemal trigger input.
and then continúes to collect a specified
number of samples. In posttrigger mode, the
device coliects a specified number of samples
afterit receives a trigger.
Analog OutputThe 1200 Family has two double-buffered
12-bit DACs that are connected to
two analog output channels. You can
independently configure each channel
through software for unipolar (0-10 V) or
bipolar (±5 V) operation. The resolution of
the 1 2-bít DAC is 2.44 mV in both polarities.
ACIK!
ACHZ
ACIM
ACIIti
/ISEIíSE/AIGNU
f-C.HO
DCND
BM
RU
W5
ff.1
PB1
PB3
pesFB7
PCI
PC3
PC5
PC?
tXTWDAIt'
CUIBO
coretCLKB1
GflBZ
-5V
1
3
S
7
9
11
13
15
1719
Zl
2Z252125
3133
35
37
39
•M
-13
1S
1?
49
2
1
6
a10
12
H
IB
IB
20
222426n30
K3*3638
40
«
44
18
«
50
ACIUADU
ACH5
ACHÍ
DACOüUT
DAClOtíT
W3
»Z
FM
r^oroa
PKPB-1
PB6
peopezPC4
PC6
EXTTR1G
EXTCCMV
cmocamOUIBI
CL:<fl2
OCHO
Figure 1 . 1 2OO Famífy
I/O Connector
250 National Instruments ^^^ '»'-'»=":"^^=^»^-=-Tel: (512) 794-0100 • Fax: (512) 683-9300 • [email protected] • www.nl.com
101
Low-Cost Multifunction I/O -100 kS/s, 12-Bit, 8 Analog Inputs
Figure 2. 1200 Family Hardware Block Diagram
Self-Calíbration
The analog inputs and ouEputs of the 1200 Family have self-calibration circuito/ {o corred for gain and offset errors. You can
use the permanently-stored factory calibration constants or store
additional sets of constante for different operaling condilions ¡n
the user-modifiable section of an EEPROM on the device.
Digital I/O
íhe 1200 Family devices have 24 digital I/O lines that are 5
V/ÍTL compatible and confígurable as threñ 8-bit ports for input,
output. bidirectional, or handshaklng modes. The digital output
porls of the 1200 series can sink 2.5 mA on each une.
Counter/TImerThe 1200 Family uses two 82C53 counter/timer integrated
circuits, each coníaining threo independent 16-bit counter/timers.One 82C53 ¡s dodicated for A/D and D/A timing. The three
counters on the other 82C53 are available for general time-relatedfunctions, such as clocJí output, pulse oulpul, and evcnt
counting. Of Lhese three counters. one may be required for
timing of analog I/O, and one has a built-in 20 MHz source dock.
1/0 ComedorThe I/O connector is a 50-pin male ribbon cable connector
diagrammed ¡n Figure 1. ACH <0..7> are eight anaJog inputchannels. DACOOUT and DAC1 OUí are íhe two analog output
channels. EXUPDATE, EXTCONV and F.XTTR1G are TTL linesthrough which you can externally control analog I/O.
CLKB<1..2>, GATB<0..2>( and OUTB<0..2> are the dock, gate,and output of the user-avallable counters. PA<0..7>, PB<0..7>,
and PC<0..7> are the three 8-bit digital I/O ports.
DAQPad-1200 Parallel Port InterfaceThe DAQPad-1200 includes a 1 m parallel port cable with two
25-pin D-Sub connectors. The DAQPad-1200 rear panel includes
two parallef port connecíors, Port A for connection to the PC
parallel port, and Port B. for transparent pass-through
connection to any other standard parallel port device.
DAQPad-1200 Power
The DAQPad-1200 is powered by any 9 to 42 VDC source. With
the AC adapter unit included, you can power the DAQPad-1200
from any standard 120 VAC or 230 VAC source.
The optlonal BP-1 rechargeable battery pack ¡s the same size
as the DAQPad-1200 and powers it for n hours. The charger unitincluded with the BP-1 is not CE certifíed.
BNC and Breadboard Accessories
The BNC-2081 accessory has labeled BNC connections for theanalog signáis of the 1200 Family. The SC-2071 and SC-2072 are
breadboard accessories with labeled and numbered screwtermináis, respectively; the 1200 device must be in single-ended
mode to use the SC-2071.
""%£r Makesureyou consider ournewlow-cost E Series•S^—iii-' producís-referto page 239.
Ordering Information1200 Family
PCM200andNI-DAQfor
Windows 2000/NT/9x 777386-01
Mac OS 777097-01
DAQCard-1200 and NI-DAQ forWindows 2000/NF/9x 777087-01
Mac OS 777087-02Lab-PC-1200 777227-01Lab-PC-1200AI 777292-01
DAQPad-1200 fof Paraltel Pon with AC adapter
U.S. 120 VAC...,. 776895-01
Universal Euro 240 VAC 776895-31United Kingdom 240 VAC '....776895-06
Incfudes NI-DAQ for Wndows 2ÍXXVMT/9x on CD unfess orhembe ncted
Setípages 192 iind 210 /cr more ctetaib.
BP-1 rechargeable battery pack with charger
120 VAC 776896-01240 VAC 776896-31BNC-2081............ ;.... ; ;.776599-90
SC-2071 t , 776358-91
SC-2072 .776358-92
Example ConfígurationsFVTÍÍJ12CO
12COAI
DAQBoinlPCI-1200
DAQOd.12CGLab-PC-1200UI>PC-12COAI
DAQPad-1200
Cable {paqe 297} •NB1 (18052 -10)
PR50-50r(18a7D9-Dl)NB1 (18052400)NB1 (IBOSZMO)NB1 (150524-10)
Accessorf f paqe 292]CB-50LP (777101-01)
CB-5DLP (777101-01)C8-50LP (777101-01)CB-SOLP (777101-01)CB-SOLP (777101-01}
oo-ncu3
cu
o.Q
For more detoited cabje ancí occessory optícns, re/ef to'pages 28S-299,
:¡:i National Instruments 251Tel; (512) 794-0100 • Fax: (512J 683-9300 • ¡[email protected] • www.ni.com
Specífications
102.
Erau.oo
co
o*xra
O
iÍ¿SH£&ih
•|»grnsíK!¡:«:5Í:H
•¡••«u-;;-í¡H:HÍí;;í-
ííí«:;
1::::H
Tllese specifeations are typícal al 25 "C un'ess otherwtse stated.
Analog (nputInput Characteristics VNumber oí chonnefs ..,.'... ' 8 single-e.nded, or 4 differentíal.
. software selectab'eType of ADC , ~. SuccessJve appraxímalKWiResotutian ..i 12.bit5.1 ín 4.096Máximum sampllna, rate . •
PCI. DAQCard, Lab-PC,: , „.... .100 fcS/sDAQPad , '. 100 kS/s'to flr~O: 25 kS/s Eo PC wilti
standard Centronics pon
InputsignelraiKjes
Caín(Software SelecUble)
125102050100
Range(SoftwareSdectable)
BipolaríSV
12.5V±1V
±500 mVi250 mV±100 mV±50 mV
UnipolarO to lOVOloSVOlo2V0101 V
0 [o 500 rnV0 lo 200 mV0 lo ICO mV
Input coupüixj— DCMawmum worUng voliage
[s'cjtiíil * corraion modo) ln difeentiiJ cr NRS£ mode. (he negotiw
(bpotor) or -5 to 2 V (unipolar) oí ACNDe*cept íor iha DAQC.urd-12CO. wlHS'tí rtitívaVits tifft 16 V (bipolar) cnd -6 to 2 V(unipobr). llití pos-tivü input shoutíremnin witílin -5 V |Q ti O V of AGND. Far(luí DAQCard-1200 Vi RSE moctó. tho
input signa! «fiícncna to AGND shau'dramoVí withín ¿5 V(b'ppol«0 cvOla 10 V(unipolar).
OvavcJtnc/í protcctiocíPCI. DAQCard. üiü-PC j-,35 Vpowsiedon. ,t25 V powered ofTDAQPad i-)2Vpaworcdon, *15 Vpowerod al)
InptitsprotcCtRd ACH<0..7>
PCIDAQCordInfrPCDAQPad
Dala iransfersPCI, Lat>PC ........ -.,..DAQCard, DAQPod
DMAmodesPCI ......................Ub-PC ................
Transfef CharactensticsRdalive occurocy. ._ ..........
DNL
Mo mfesíng codes..Orftet error
4.096 samplfs
1.024samplcs512satnp!es2,048 sompies
DMA. fntearupts. pfogrammed I/OInterrupts, programmed I/O
Scatter-gatfierSiogltí transfer
AvaHabte
±0.5 LS8 tyf¿ca\.±1.5 tSB max undliheredti LSB mox
12b'ts. guaranteed
Error
Pregain
Postgain
After caltbrationBofore calibrationAfter callbration
Befcre calibration
PCI, DAQCanJ, Lab-PC
iTQpVmax±20mVmax
±1 mV max±200 mV max
DAQPad
±5 jíV maxi15 mV max±360 pV max±150 mV max
Goiti error (rdfltíve (o caSbrotton fAfter caJibrsl'on -BefbrecaÜbratton
Amp I i fT er Characted stfcs
Input biüs cunentPCI, DAQCard, Lab-PCDAQPad
Input otfset curreni
±2%ofrea<íngma)c
±1COpAi200pAilCOpA
Input impedatv:!» . .Normal poweredon ICQGOin paraKel witti SO pF
Poweredoíf..._ 4.7JornalOverfcnd... 1.7 kQm'n
CMRR v
Djnarm'c CharacteristicsBandvvidtn fanall slqnai -3
Galnlio 10
2050100
PCI. DAQCard, Lat>-PC
250 kH¡150KHZ60 kH/
30 KHi
DAQPad
400 kHz200 kHz80 kH/
40 kHztime (cr futl-scate sleo
Caín1
2101020
50ICO
Accuracy ±0.024% (±1 LCB)PCI, Lab-PC
VS tvpícal/iis mas10/1413/16
15/1927/3460/80
DAQCard[is typical/iis max
-y 10-/1012/15
25/3060/80
DAQPadgs max
2525
252560
Syitcm nofca (¡ncludino, qunntUailon oror] fn LSf ^
Caínlio 50
100
PCI, DAQCanf, Ub-PCDítiief Off
0.30.5
DítherOn0.50.7
DAQPadDithercm
0.30.6
D'rther Dn
0.60.8
StabiÜtyRecommctxied wnrm-upi¡nit¡.
jtlOOfiV/'C
HOppm/'C)50ppm/'C
Analog Output owtror Lab'PC-i200Ai)Outpot Characteristies
DNL
Monotonicity
Offset errorAfttifcaiírnfonBefcre calibratían
Goin error (rdotive to iniernal reference)
iferod. muitíplyíngtnlfirruptó. ryogfflmmid I/O
rO 25 LSB íypcu!. ±0.50 L50 max
j0.50l.Se lypteoí, ±1.0 LSB max(DAQCarci)10.25 LSB tyffal ±0.75 LSB maxiO.50 LS8 typtoJí. ¿0.9a LSB max(DAQCord)12 bits, guarantijed
i0.2 mVmax; i0.5 mVma* for DAQCard1 50 mV rrajjc ±75 mV max fot DAQCoíd
Before aiílbratiotl
Voltage OutputRanges , ,.Output coupling
. Otilpul impedance
Cucrenidrive...
Prctedíon
0.02% ofreMing mox (DAQCartí)±l%cf read'ngmax±2% of reedVig msx (DAQCnrd)
0 [o 10 V i5 V software sefedobteDC . .O.E Q typical0.5 O typtajl fDAQCard)±2 mA1 mA max per channe! (DAQCard)Short tírcuíi to ground80 mA mcmentary short-creu't prctectionto ground (DAQCard}
314 National Instruments ^™™K^-—<^—-^Tel: (512) 794-0100 - Fax: (512) 683-9300 • ¡[email protected] • www.ni.com
103
Specifications
1200 Family (cont/nued)Power-on state
PCI, DAQCord. baWC , - OVDAQPod..t; ........ „.:..._ O V blpolar'móde, 5 V unipolar mode
Dynamic CharacteristicsSettfing time to fu»-scnte range (FSRJ
PCI, Lab-PC.- 5 \is toi! LS8DAQCard ., ,.,„ 20^510*1 LSBDAGPod.. ,..:.; .6psto±l LSB
StabílrtyOifect temperatura coefficieot
PCI. DAQCafd. Ub-PC : *50 j¡V/*CDAQPad ; „ ±80 uV/"C
Gañí temperatura coeffioentPCI, DAQCard, Lab-PC ..... „... ±3Qppm/'CDAQPad.., ±10ppm/'C
Digital I/ONumber cf channeís.. 24 I/O (three 8-bít ports; uses the
82C55A PPIJ
Dígita! kxjc tevfiteLevelInpuiíowvaltageInput hÍQh voltaqcQutputlowvoIugeO^Outpul high voltagc (ID
< - 2.5 mA)u-2.5mA)
... 5V/TTL
Mínimum-0.3 V2.2 V
3.7 V
Máximum0.8 V5.3 V0.4 V
HanastiiiJting....Powcr-on sintc „
Dotntronsfnrs..
Timíng 1/0Number d chutineís..
ResatulionCompitíbHfty ...
Bnsecbck «voiVibVíBns« cbrJt occtiracyMaámum source írequencyMínimumsouitM pulse dufation..Mínimum Qaie putea dijrotíon .Digital tocj'c luvefe
2 wire, 2 por tsInput•O 5 lo 5.5 V powfired on.•iO.5 V powtíiod ofíInttüTUptü. programmed I/O
3 counlL-r/tfmcrs (u«s two 82C53 STCs)•0.5 Vio 5.5 Vpowtíreooa iO.S V;pOvv«Wl Ofí16 bus5 V/TTl, counfer guie and dock inputs arepuifed up wiih 100 MI onboard resístors2MHz
8MHz60 ns50 ns
LevelInpuilowvoliageInpLit hiahvoluiQeOulput bwvoltage(\* 2.1 mAfor PCI, Ub-PC)Oom = -1 mA for DAQCard, DAQPad)Oulput híghvoltage(1 » 0.92 mA for PCI, Lab-PC)('«A - 1 mA for OAQCard, DAQPad)
Mínimum-0.3 V2.2 V
3.7 V
Máximum0.8 V5.3 V
Q.45V
Data transfer,. ,*„ .„ , ,.,. .. ..u....u .... jntefrupB, programmed I/O
Digital TriggerCompírtibHJty ....... , .......................................... 5 V/T7LResponse.. ........ .,. ......... ................... _. RísVig edgePutee wrdtti ......... ....;....„...„„.„;„., ............. ... 50 re mn
Bus Inte rf a cePCI ...... ......... ,. — ,..¿ ..... ; — '.; ..................... Moster, síuveDAQCairi, Lsb-PC. DAQPad...;!.,' ................ Siove
Power Requírements^5 VDC (±5%)
PCI .................... i ....................................... 425 mADAQCard ........................................... ...... 150 mA. 50 mALub-PC ................................................... 185 mAUb-PC-1200AI ..... i .......... ......................... 150mA ' .
+ 12 VDCDAQPüd ............ . ............................... . ..... 250 mA •
Power avallobttí at I/O connector. .................. * 4.65 tu >5.25 V. 400 mA fused->5 VDC, 500 mA pAQCaid)
PtiysicalD-mensfens
PCI, Ub-PC .......... _ ........ ...................... 1 7.5 x 10.G on (6 9 by 4.2 In )DAQCaíd .................................................. [>pc U PC CardDAQPnd .................................................. 1^.5by21-3by3.8cm
{5.8byQ4byl5¡n)Ufeíght
DAQPod.'.... .......... . .............................. 0.77kg(1.71b]t/Oconnectors..^ .................. . ......... . . . . 50-p'nrrmtaPoralleport connector
Type ................................... 2 /emakí 25 pin D-Sub. £PP urxJ SPP
NiOO~ncu
. Throughpul ........................................... 18Qfcbyius/i(EPP), ^1 VbytcVs (CwHronca)
Environment:.pperotíng temperature ................................. Oto 50 'C, DAOCurd dxiuld not excutid
; 50 'CwrA; Vi PCMCIA MntStQ'fugeteíTiperíitLire... ............................ . -20 lo 70 'CRtíative hüin'dity .................... ..... 5% lo 9
BP-1 RechargeableBatteryPackOutput-... ............... '. ............................... 12VDC.3.2AÍ1'.Run.iflie v/ith DAQPad ........................... „. 5 ti teoded ai 350 mA from +5 V 1/0;
1 1 ti untoadod,.. ........................ „ ................. 1 4.6 by 21 .3 by 3.8 cm
(SBt¡y8..ibyl Sin.)........................................ 1 .92 Jig (4.2 Ib)
Certifícations and Complíancesr
CE Mark Complíance Cí
^The charger incfuded whh the BP-1 fs not CE compüant.
oO)
sri>oJQ
o=3
^7n«!rrw»»íf:
315
Tel: (512) 794-0100 • Fax: ¡512) 683-9300 • [email protected] • www.nt.com
A N E X O S .
MANUAL DE USO.
PROGRAMA DE CONTROL
PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA SALINA.
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A N E X O S .
PROGRAMA DE CONTROL
PLANTA DE POTAB1LIZACIÓN DE AGUA SALINA.
MANUAL DE USO.
A3.1 INTRODUCCIÓN.
El manual de uso que se presenta a continuación, corresponde a un
programa de control automático desarrollado para funcionar con la planta de
potabilización de agua salina construida por el departamento de Ingeniería de
Procesos y Apoyo a la Industria de la Escuela Politécnica Nacional.
El programa de control esta diseñado para funcionar entres niveles: una
simulación, para familiarizare con los procesos y funcionamiento de la planta, un
control que puede ser automático o manual concebido para el aprendizaje con la
planta y un control automático o manual para la supervisión de la planta. Es tos
modos serán detallados posteriormente.
A3.2 CONCEPTOS GENERALES.
El programa de control de la Planta de Potabilización de Agua Salina, esta
desarrollado en LabVIEW y necesita de este programa para funcionar, consta de
dos archivos: un primero con titulo "Programa de control.vi" de tipo "LabVIEW
instrument", un segundo con titulo "PDC.IIb" de tipo "LabVIEW VI Library", Figura
A3.1, esta librería contiene tres programas más que son ejecutables a través del
primero.
Los tres archivos dentro de la librería de LabVIEW corresponden a los tres
niveles de funcionamientos del programa de control.
106
Nombtc '.TamañoI Tipo
J.Pjogiarna de Cooltd
IPOC
100KB UbVIEW Irwhumenl
L«WIEWVI Llxaiy
Jü
Figura A3.1
La librería de LabVIEW contiene los siguientes: La simulación de la planta
en e] archivo " SimulaciónDEF.vi", el control en modo aprendizaje en el archivo
"CAMPREN.vi" y el control en modo supervisión en el archivo "Csuper.vi", como
se muestra en la siguiente Figura A3.2.
^ FDCJb
ElCAMPflEMVI
tas,TJ¿.Wni.r.
QKKSO áa VI b opw:
Figura A3.2
El archivo "Programa de control" es una presentación del programa en sí yiel que permite ejecutar ordenadamente los otros tres subprogramas o modos de
funcionamiento, la Figura A3.3 presenta un diagrama de flujo con la relación entre
los programas.
Este programa de presentación permite escoger el modo de
funcionamiento y en e! caso de los dos modos de control, definir si funcionaran
automáticamente o manualmente
107
Presentación
Simulación Control modoAorendizaie
Control modoSuoervisión
Automático
Figura A3.3
A3.3 FUNCIONAMIENTO.
A3.3.1 PRESENTACIÓN.
Ejecutando el archivo "Programa de control.vi" se inicia la utilización del
mismo con su presentación, que es el vinculo del usuario con los diferentes
modos de funcionamiento del programa.
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALPLANTA ÜK POTABILIZACTÓW DE AGUA SALINA
PROGRAMA DE CONTROL
^¿/J&$^ ' :-'*l'
-i'--. -•^•f». --•-ri-.-i1'- - , - . — .->»-. ,<™«-j«,-«.'-.«iii-.r j->- «.tifitfecwr.Can una. trrannoo pareoao aja.aa te wmJoo
Figura A3.4
108
La Figura A3.4 muestra la pantalla correspondiente a la presentación. En
esta encontramos el menú principal que lleva por título "MODO DE
FUNCIONAMIENTO", es de este menú que se puede escoger el modo deseado y
en el caso de los modos de control aparece otro menú con el cual se puede
escoger el funcionamiento automático o manual. Claramente se puede encontrar
el botón de inicio, el cuál ejecuta el modo escogido abriendo exclusivamente uno
a la vez en una nueva ventana, en el caso de escoger un modo de control en
funcionamiento manual, el botón de inicio despliega la siguiente advertencia,
Figura A3.5.
•'•ADVERTEMCIA: ELCQNTRGL'MANUAL.''.:ESTÁDISEflAOaPABAPRUEBASY-- •:
NECESITA DE LA CONSTANTES;. -í ATENCIÓN DELUSURIOll •*-.*--." -"- •'
-"inicio /•;•
Figura A3.5
La advertencia desplegada es clara e insta al futuro usuario de este
programa a cumplirla y permite a continuación iniciar el programa a través de
esta.
Finalmente el botón de salida, luego de cualquier utilización del programa
de control, cierra la presentación y LabVIEW por completo.
A3.3.2 SIMULACIÓN.
La simulación de la planta tiene como objetivo principal dar una idea clara
de los alcances de la planta de potabilización de agua salina, de las magnitudes
físicas sensadas y controladas por este programa. Esta simulación, a través de un
entorno gráfico ilustrativo, que se presenta en la Figura A3.6, muestra la planta
funcionando con varias ventajas como son:
4 tiempos de simulación seleccionares desde un menú, que muestran el
funcionamiento de la planta en tiempo real o en tiempo acelerando 10,
100 O 1000 veces el tiempo real, a conveniencia del usuario, con lo que
109
se puede observar el comportamiento de la planta luego de horas en
pocos segundos (Figura A3.6 a).
Otra ventaja de la simulación es poder, a través de los controles de
funcionamiento claramente dispuestos en la parte baja de la simulación,
pausarla o resetearla cuando sea necesario con lo que aseguramos una
entera comprensión del funcionamiento de la planta (Figura A3.6 b).
Además se puede simular un consumo aleatorio del agua pura producida
lo que representa un uso real de la planta. Así también se pueden
representar variaciones de todos los flujos de la planta, provocar
diferentes situaciones en la planta simulada y permitir temporizar
diferentes procesos de la planta todo esto con los controles digitales de
toda la planta (Figura A3.6 c).
Interface Gráfica de la Simulación de la Planta
Figura A3.6
La operación de la simulación de la planta, una vez iniciada desde el
programa de presentación, empieza presionando la tecla Enter o haciendo clic en
el botón "Play" pudiendo ver corno el tanque EV-1 empieza a vaciarse hasta una
presión de 0.7 Atm para luego dar paso al encendido de la B-1 con lo que el
proceso simulado de potabilización comienza observando las diferentes etapas de
110
la planta en funcionamiento.
Además la simulación puede ser pausada con el mismo botón "Play" de la
simulación o con la tecla Enter, también puede ser detenida y cerrada con el
botón "Stop".
A3.3.3 MODO DE CONTROL AUTOMÁTICO.
Los dos modos de control funcionan de manera igual tanto en automático
como en manual y lo que les diferencia es la interface gráfica con el usuario.
Presentamos a continuación la interface gráfica del modo de control en
Aprendizaje en automático, Figura A3.7, y la interface del modo de supervisión en
manual, Figura A3.8.
POf/TA DEPOTAIMUZAaoH
Figura A3.7
Programa de Control Modo Aprendizaje en Automático
Debe quedar claro que el cuadro de controles de los dos modos son
iguales y tienen el mismo numero de controles.
Como se puede ver en la Figura A3.7, el control automático se reduce a
tres botones:
Inicio.
Este permite iniciar el funcionamiento de la planta con todos sus procesos
sin necesidad de ninguna intervención extra por parte del usuario.
111
Stop.
Como su nombre lo indica, este botón detiene el funcionamiento de todos
los actuadores de la planta.
Salir.
Este botón también detiene los actuadores de la planta, pero a su vez
despliega un cuadro de comentario que permite decidir el salir y cerrar el
programa o no.
Para conocer los procesos de la planta se recomienda ejecutar la
simulación de la misma.
Por otro lado el programa de control muestra las lecturas de tres sensores
de nivel, dos sensores de temperatura y un sensor de flujo. Controla cuatro
bombas, una electro - válvula y un extractor. Todo esto se expresa gráficamente
en el programa de control dependiendo del modo de funcionamiento que se
escoja.
A3.3.4 MODO DE CONTROL MANUAL.
Figura A3.8
Programa de Control Modo Supervisión en Manual
V
112
En primer lugar se debe aclarar que los botones Stop y Salir realizan las
misma funciones que en automático y como se muestra en las Figuras A3.7 y
A3.8.
La principal diferencia con el control automático es que en manual el
botón de inicio se cambia por cuatro interruptores virtuales que controlan los seis
actuadores de la planta, teniendo absoluto control sobre ellos.
Además tenemos en automático y manual el cuadro de Texto de Estado
que permite dar avisos al usuario de situaciones de funcionamiento de la planta.
Finalmente se presenta un esquema de la Planta de Potabilización de Agua
Salina que controla este programa para hacer más entendible la magnitud de la
misma, Figura A3.9.
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