INGENIERÍA DE AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FILTRADO Y RETROLAVADO DE FILTROS EN LA PLANTA DE AGUA

POTABLE EN CARBONES DE CERREJÓN LIMITED

ELIANA FERNANDA CORDERO BAUTISTA

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO MECÀNICA, MECATRÓNICA E INDUSTRIAL

INGENIERÍA MECATRÓNICA 2010

INGENIERÍA DE AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE

FILTRADO Y RETROLAVADO DE FILTROS EN LA PLANTA DE AGUA POTABLE EN CARBONES DE CERREJÓN LIMITED

ELIANA FERNANDA CORDERO BAUTISTA

CÓDIGO: 1.094.248.787 Elianac89@hotmail.com

Anteproyecto presentado como requisito para optar al título de INGENIERO EN MECATRÓNICA

Director: DURVVIN ALEXIS ROZO IBAÑEZ

Ingeniero Electrónico E-mail: durwinrozo@hotmail.com

Asesor técnico de la empresa: LUIS JAVIER OSORIO

Ingeniero Mecánico Supervisor de Entrenamiento Técnico

Capital Humano de Cerrejón E-mail: luis.osorio@cerrejoncoal.com

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENTO MECÀNICA, MECATRÓNICA E INDUSTRIAL INGENIERÍA MECATRÓNICA

2010

CONTENIDO

INTRODUCCION

1. TITULO: INGENIERÍA DE AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FILTRADO Y RETROLAVADO DE FILTROS EN LA PLANTA DE AGUA POTABLE EN CARBONES DE CERREJÓN LIMITED 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.3 OBJETIVOS

1.4 JUSTIFICACION

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

1.5.1 Alcances

1.5.2 Limitaciones

2. MARCO TEÓRICO

2.1 BASES TEÓRICAS: FILTROS A PRESION DE DOBLE MATERIAL

FILTRANTE

3. DISEÑO METODOLÓGICO

3.1 TIPO DE ESTUDIO

3.2 MÉTODO

3.3 RECOLECCION DE INFORMACIÓN

3.3.1 Fuentes Primarias

3.3.2 Fuentes Secundarias

3.3.3 Fases del Proyecto

4. RECURSOS

4.1 HUMANOS

4.2 INSTITUCIONALES

4.3 LOGÍSTICOS

4.4 FINANCIEROS

5. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

Con este anteproyecto se plantea la propuesta de proyecto: formulación del problema, objetivos, alcance, limitaciones, recursos, metodología de trabajo y cronograma para la optimización del proceso de filtrado de agua y retrolavado de filtros de la planta de tratamiento de agua potable en Carbones del Cerrejón Limited. La propuesta está orientada al diseño teórico de la automatización del sistema de filtros de la planta. El estudio busca dar respuesta a la necesidad que tiene Cerrejón de actualizar

sus sistemas de control en la planta de agua. Este proyecto se enfocará al

subproceso de filtrado y retrolavado de filtro, con los fines de disminuir

consumo de energía, facilitar respuesta de control, mejorar los tiempos de

operación y facilitar el desarrollo de una interfaz HMI del proceso.

Para cumplir con este propósito se realizará el estudio del proceso conociendo

que actualmente hay un sistema de control on-off operando a base de

contactores o relés, se determinará la estrategia de control, se seleccionará el

controlador y la instrumentación involucrada y se llevarán a cabo las

simulaciones del sistema en el software adecuado desarrollando una interfaz

para la supervisión del proceso. Para de esta forma optimizar el sistema de

control que opera en el proceso de filtrado.

El proyecto corresponde a satisfacer la necesidad de contribuir con la actualización de las tecnologías involucradas en la automatización actual de los sistemas que conforman todo el proceso de filtrado y retrolavado de filtros de la planta de agua de la mina. La importancia de este trabajo radica en generar soluciones para la optimización de los procesos más relevantes en la planta de agua de Cerrejón, además de ser requisito para optar por el título de ingeniería en mecatrónica y ser una experiencia de soporte no solo profesional sino personal.

1. TITULO: INGENIERÍA DE AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FILTRADO Y RETROLAVADO DE FILTROS EN LA PLANTA DE AGUA

POTABLE EN CARBONES DE CERREJÓN LIMITED

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Actualmente el funcionamiento de la planta de agua de Carbones el Cerrejón Limited tiene como fuerte característica la eficiente y eficaz producción de agua potable en la región comprendida. Se conoce que con el paso de los años el nivel de producción de la mina ha aumentado y tal aumento conlleva a exigencias en actualización de las tecnologías involucradas en cada uno de los sistemas de operación de la mina, actualmente la planta de agua carece en algunos de sus procesos de tal actualización, por ende es relevante tomar cartas en el asunto y una de las grandes alternativas planteadas para solucionar tal problemática es el rediseño de estrategias de control industrial para la optimización de los sistemas que conforman el proceso de potabilización del agua en la planta. El desarrollo de estrategias de control permite no solo mejorar la ejecución de las tareas sino también monitorear constantemente la ejecución de las mismas y actuar adecuadamente en caso de que alguna de ellas falle o que la variable a controlar no tenga el valor deseado. De esta forma se plantea el estudio de los sistemas que conforman la planta de agua para el posterior diseño del método de optimización de unos de los sistemas fundamentales de la planta y de esta forma aumentar la producción, hacer mas eficientes los procesos involucrados y el consumo de energía en la planta de agua de carbones el Cerrejón Limited. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Se conoce que en la planta de agua de Carbones de Cerrejón Limited, específicamente en el sistema de filtrado pese a que se cuenta con un sistema de automatización del proceso, con el avance de los años no se ha actualizado la instrumentación, ni la tecnología involucrada en el proceso. El proyecto se encamina a la optimización del sistema de control del proceso de filtrado, que actualmente es on-off y opera con numerosos relés y temporizadores, con el fin de reducir espacio y costos energéticos, para posteriormente hacer una supervisión del proceso en un ordenador. El sistema de filtrado constituye un proceso importante, ya que retiene los sólidos presentes en el agua además de incluir el proceso de retro lavado de los filtros. 1.3 OBJETIVOS. Objetivo General.

Diseñar de la ingeniería de automatización de los procesos de filtrado y retrolavado de filtros en la planta de agua potable en carbones de cerrejón

Objetivos Específicos

Definir las variables más relevantes a controlar en el proceso de filtrado de

la planta de agua.

Determinar la estrategia de control para el proceso de filtrado.

Determinar la estrategia de control para el proceso de retrolavado.

Desarrollar la ingeniería de detalle del sistema de automatización.

Desarrollar la programación del PLC, para un fácil manejo e interpretación

del proceso por parte del operario.

Desarrollar una interfaz hombre máquina amigable al usuario para la

supervisión del proceso.

Validar la ingeniería de automatización diseñada.

1.4 JUSTIFICACIÓN Carbones del Cerrejón Limited está compitiendo en el mercado Asiático con países que tienen una ventaja geografía enorme frente a Colombia y como estrategia de mercado pretende disminuir los precios en la producción apelando a el conocimiento requerido por la industria para operar efectivamente, es decir, eficaz y eficientemente de manera que su productividad y sus costos mantengan a la operación como una de las más eficientes en el mercado global el cual está plasmado en estándares que guían la gestión de procesos, la gestión de procedimientos y la gestión de calidad del producto; teniendo en cuenta que para ello es imprescindible la actualización tecnológica de cada uno de los sistemas de operación de la mina, por ende la planta de agua no es una excepción.

Se proyecta diseñar la optimización en la automatización del sistema de filtrado de la planta de agua, con el fin de aportar tecnológicamente a los procesos involucrados en la potabilización del agua frente a la notable exigencia de la automatización de los procesos para satisfacer la creciente demanda de agua potable de la mina; con el desarrollo de sistemas de control retroalimentados o completamente automatizados, se optimizan los procesos que intervienen en la producción de agua potable de la planta. La fusión de las empresas El Cerrejón Zona Norte y Carbones del Cerrejón en una sola empresa "Carbones del Cerrejón LLC", incremento la población del campamento al inicio del año 2003, y adicionalmente el incremento de las metas de producción y exportación de carbón se evidencia la necesidad de aumentar la producción de agua tanto para consumo humano como industrial y por ende la productividad de la planta. Por tanto, se hace necesaria la optimización de la producción y operación de la planta de tratamiento. Se pretende con el desarrollo de este proyecto aplicar y dar provecho a los conocimientos adquiridos durante los periodos de estudio del programa de ingeniería Mecatrónica y aportar soluciones a la problemática en cuestión descrita anteriormente. 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.5.1 Alcances. Como se trata del diseño de la optimización del sistema de control de un sistema relevante de la planta de agua del Cerrejón el proyecto culminará cuando se haya documentado y simulado adecuadamente la estrategia de control diseñada y se halla elaborado un reporte que contenga el presupuesto de los elementos y equipo a emplear para la ejecución del proyecto. 1.5.2 Limitaciones. Se debe tener en cuenta que el proyecto para su implantación física requiere de inversión, Cerrejón exige que se haga el estudio técnico y de costo-beneficio, por lo que el proyecto como trabajo de grado se limita a la elaboración intelectual del mismo. Posteriormente se continuará con la fase de implantación del mismo.

2. MARCO TEÓRICO Para la elaboración del marco teórico presentado a continuación se llevó a cabo el respectivo estudio del manual técnico de la planta de agua1. En el cual se encuentra información detallada del proceso de potabilización del agua y de la planta de agua de la mina. DESCRIPCION DE LA PLANTA DE AGUA El agua es extraída por una tubería de aducción desde una batería de 15 pozos los cuales utilizan bombas sumergibles marca grondfos de 17.5 caballos de fuerza. Como una segunda alternativa de captación esta la bocatoma calaguala, que utiliza una barcaza. El agua es llevada hasta la planta de agua y como primer tratamiento pasa por un aireador de cuatro bandejas o cuatro etapas que tiene como objetivo liberar el Fe, Mg, Mn, Ca,Na que contiene el agua, luego dependiendo de la turbiedad con que venga el agua se le da el tratamiento, si es baja pasa al tanque de retención donde se da la sedimentación de las partículas minerales mencionadas, y si la turbiedad es alta se hace una pre coagulación con sulfato férrico antes de ingresar al tanque de retención de aquí pasa al reservorio que tiene una capacidad de 4 000 000 de galones. Del reservorio se saca agua para el sistema contra incendio ( bombas rojas B 236 ), agua industrial ( bombas azul oscuro 222 a,b,c,d ), y el agua cruda para potabilizar que es tirada por 2 bombas ( bombas azul rey 235 a,b ) de 435 gal/min, esta agua entra al precipitador (CL 230) que tiene flujo ascendente, donde se da el proceso de ablandamiento mediante la adicción de químicos a la entrada del precipitador, los cuales son el sulfato férrico a concentración del 3% y dosis de 0-10 ppm dependiendo de la turbiedad, la cal que se controla con el pHmetro en el cuarto de control manteniendo un pH de 10-10.2 y los polielectrolitos a concentración del 1% que se agregan en la mezcla lenta a max 1 ppm. La dosificación es continua y depende de la cantidad de agua que se vaya a tratar. Para el control del lavado de los lodos cuentan con un contador que cada 100 gal emite una señal que se transmite en conteo empezando desde cero hasta llegar a 40 cuando esto pasa se activa una válvula neumática para dar paso al lavado de los lodos. Existe otro contador que regula la adicción de químicos, cada 4000 gal que ingresen al precipitador, este emite la señal y al llegar a 40 pulsaciones se indica la adicción de químicos para el control de los ppm. Estos mecanismos en el momento no se encuentran en funcionamiento.

El agua que sale del precipitador es llevada a un tanque de aguas claras (CL 240) este tanque regula el flujo que ingresa al precipitador mediante una válvula neumática, es decir cuando el tanque CL 240 tiene el nivel bajo se acciona la válvula abriéndose completamente para aumentar el flujo de ingreso al precipitador y a medida que va llenándose el tanque se va cerrando la válvula hasta que el nivel del tanque se recupere, volviendo así el flujo homogéneo. La figura 1 permite visualizar el proceso completo de tratamiento de agua potable de la planta de agua de la mina. Figura 1. Diagrama de procesos de la planta de tratamiento de agua potable

Manual de operación de la planta de agua de Carbones del Cerrejón Limited Del tanque de aguas clarificada el agua es conducida por dos bombas hasta el sistema de filtración de la permutit que son tres filtros a presión cada uno con una carrera de filtración de 140 kgal/dia y existe un cuarto filtro que en el momento está fuera de servicio de marca unial. S.A. Después del sistema de filtración se corrige el pH agregándole ácido sulfúrico y después pasa a los microfiltros (filtros

de cartucho) de aquí pasa a la adicción de cloro, y antes de enviarla al tanque de contacto TK 211 por medio de las bombas (azul clara 212 a,b,c ) se le agrega polifosfato ( anticorrosivo ) en el punto de bombeo al TK 211, para de aquí ser distribuida a las respectivos áreas. Tabla 1. Promedio de producción y consumo de agua mina 2002

PROMEDIO PRODUCCION Y CONSUMO AGUA MINA 2002

m3/mes m3/dia m3/h m3/min Lt/s

Agua cruda extraida 82689 2756.3 114 1.91 31.8

Agua procesada 53015 1767.1 73.6 1.22 20.3

Consumo agua potable

48260 1608.6 67 1.11 18.5

Manual de operación de la planta de agua de la mina Para enfocar el diseño teórico del sistema automatizado que optimiza el actual proceso de filtrado de la planta se hace necesario el respectivo estudio de los manuales técnicos para conocer el actual funcionamiento de los equipos que operan en la planta, en el manual técnico de Degremont2. 2.1 BASES TEÓRICAS: FILTROS A PRESION DE DOBLE MATERIAL FILTRANTE El sistema consiste en tres depósitos filtrantes, que contienen arena y antracita, un tanque de almacenamiento de agua de retrolavado, dos bombas de retrolavado, sopladores de aire, controles e instrumentación. El sistema de filtración trata agua ablandada que viene del tanque de agua clarificada. 2.1.1 Función La función primaria de los filtros a presión de doble material filtrante es remover los sólidos suspendidos del efluente del precipitador. Aunque la mayoría de los sólidos se decantan en el precipitador, pequeñas cantidades de sólidos permanecen en el efluente del precipitador que viene del tanque de agua clarificada.

2.1.2 Descripción del proceso La figura 2.1 es un plano de flujo simplificado para los filtros de doble material filtrante. El agua ablandada es transferida del tanque de agua clarificada (TK-240), a través de la bomba PU-230 A o B, a las entradas de los tres depósitos filtrantes. Figura 2.1 Plano de flujo simplificado para filtros de doble material filtrante

Manual técnico de la planta de agua El agua entra por la parte superior de los depósitos, baja a través del lecho filtrante y sale por la parte inferior del depósito. El doble material filtrante del lecho atrapa los sólidos suspendidos y los retiene hasta que el lecho filtrante es retrolavado. El lecho filtrante consiste de 12 pulgadas (305 mm) de antracita, sobrepuestas a 24 pulgadas (610 mm) de arena fina. Aunque las partículas de antracita son más grandes que las partículas de arena, la antracita permanece sobre la arena porque tiene un peso específico menor y se decanta mas lentamente que la arena. El tener una capa de material más grueso en primer lugar, permite una más profunda penetración en el lecho de los sólidos suspendidos del agua que entra, en lugar de que esos sólidos taponen las primeras pulgadas cercanas a la superficie. Esto facilita a los filtros operar a ratas de flujo mayores y durantes periodos más largos antes de necesitar retrolavado. La mayoría de los sólidos que entran son

removidos por la capa de antracita, y la capa de arena fina actúa como una pulidora que remueve cualquier sólido fino remanente o cualquier sólido que se haya abierto paso a través de la capa superior. A medida que los sólidos van siendo atrapados en los materiales filtrantes, las vías que permiten pasar el agua comienzan a bloquearse. El agua pasa a través de las aberturas restantes que permanecen en los materiales filtrantes a velocidades mayores, y se va desarrollando un incremento diferencial en la presión de entrada y salida del filtro. Si esto continua, el agua que pasa a través de los materiales filtrantes comenzara a arrastrar los sólidos atrapados allí, y estos sólidos comenzaran a abrirse paso en el efluente del filtro. Antes de llegar a este punto, los materiales filtrantes deben ser retrolavados para evitar el paso de los sólidos en el efluente. El retrolavado de los materiales filtrantes consta de cuatro pasos: drenaje hacia abajo, arrastre por aire, retrolavado y enjuague. El deposito filtrante es sacado de servicio y se le deja drenar a seis pulgadas de la parte superior de los materiales filtrantes. Se sopla aire a través de los materiales filtrantes para aflojar los sólidos removidos durante la filtración. Se hace entrar, entonces agua de retrolavado al filtro y esta fluye saliendo por la parte superior, limpiando el sistema de los sólidos filtrados. Finalmente, los materiales se enjuagan antes de volver a ponerlos en servicio. 2.1.3 Bases de diseño Tabla 2.1 Hoja de información de los filtros a presión de doble material filtrante

DEPOSITOS DE FILTROS

Número de unidades 3

Dimensiones: Diámetro 96 pulgadas (8 pies)

Altura: lado recto 60 pulgadas (5 pies)

Desagüe inferior Doble bandeja con coladores de acero inoxidable

Numero de coladores 49

Revestimiento del deposito Plastisol

MATERIALES FILTRANTES

Tipo Antracita Arena

Profundidad 1 pie 2 pies

Tamaño efectivo, mm 0.6 – 0.79 0.45 – 0.6

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE RETROLAVADO

Diámetro 144 pulgadas (12 pies)

Altura total 144 pulgadas (12 pies)

Capacidad (basada en la bomba apagada a bajo nivel)

8.812 galones (33 m^3)

Revestimiento del tanque Alquitrán epoxico

Manual técnico de la planta de agua de la mina.

Descripción física La tabla 2.1 resume la información física en la unidad filtrante; la figura 2.2 muestra una sección transversal de un depósito de filtro típico y destaca los componentes principales. Hay tres depósitos cilíndricos de acero, cada uno con ocho pies de diámetro y cinco pies de altura. Para prevenir la corrosión, cada depósito está revestido con plastisol (recubrimiento de plástico). Figura 2.2 Sección transversal del depósito filtrante típico

Manual técnico de la planta de agua de Carbones de Cerrejón Limited

Calidades de diseño del agua de entrada y del agua de salida Los filtros de doble material filtrante deben producir un efluente con una turbidez menor a 0.5 NUT y un índice de densidad de limo (IDL) menor a 10. Para que los

filtros produzcan tal efluente, la alimentación del filtro (efluente del precipitador), debe tener una turbidez menor de 10 NUT (número de unidades de transferencia). Mayores niveles de turbidez en camino hacia los filtros darán como resultado la necesidad de retrolavados más frecuentes, periodos de operación más cortos y un rendimiento menor. En la parte inferior de cada depósito hay un sistema de desagüe inferior de doble bandeja con coladores de acero inoxidable para retener el doble material filtrante. También localizados en la parte inferior de cada deposito, sobre el desagüe inferior, hay una rejilla de distribución de aire para suministrar este en forma uniforme durante el periodo de arrastre por aire. Sostenidos por el desagüe inferior se encuentran dos pies de arena fina y un pie de antracita, la tabla 2.2 permite conocer los parámetros de operación de diseño. Dos ventanas de inspección están localizadas en la parte media superior de cada depósito de filtro, para permitir la observación visual del doble material filtrante durante los diversos modos de operación. Durante los pasos de filtración y enjuague, la parte superior del doble material filtrante es visible a través de la ventana inferior. Durante el retrolavado, los medios filtrantes son visibles también en la ventana superior. Tabla 2.2 Parámetros de operación de diseño

Flujo de diseño (por deposito) 140 gpm (32.8 m3/hr)

Operación Semi automática o manual

Flujo de arrastre por aire 150 scfm (4.t26 m3/min)

Flujo de retrolavado 750 gpm (170m3/hr)

Maxima presión de operación 75 psi

Máxima temperatura de operación 100 F (38 C)

Máxima presión diferencial 10 psi

Adición química Puede añadirse electrolito

Manual técnico de la planta de agua de la mina Basados en las ratas de flujos arriba indicadas, la máxima rata de filtración con un retrolavado del depósito de filtro es 4.2 gpm/ft2 y la máxima rata de retrolavado es 14.9 gpm/ft2. 2.1.4 Controles E Instrumentación

Válvulas de control

Cada depósito de filtro tiene siete válvulas de control para controlar el flujo de agua y aire durante los diversos modos de operación. La numeración de las válvulas identifica el depósito de filtro en particular y la válvula de control. El prefijo de cada designación identifica el depósito de filtro en particular, así: FV1 - Deposito filtrante F-230 FV2 – Deposito filtrante F-231 FV3 – Deposito filtrante F-232 Mirando a los filtros desde el tanque de agua clarificada, los depósitos esta numerados de izquierda a derecha. Las designaciones de las válvulas identifican la función de cada válvula: F1 – Válvula de admisión o de entrada F2 – Válvula de entrada para retrolavado F3 – Válvula de salida o de descarga F4 – Válvula de salida para enjuague F5 – Válvula de salida para retrolavado F7 – Válvula de entrada de aire F11 – Válvula de drenaje Como ejemplos, FV1-F2 designa la válvula de entrada para retrolavado en el filtro 1 (F-230), y FV3-F7 designa la válvula de entrada de aire en el filtro 3 (F-232). Las válvulas pueden ser operadas (abiertas o cerradas) manualmente desde la casilla de control de la válvula de filtro o, cuando el operador inicia un retrolavado en el cuarto de control, ellas operaran automáticamente en la secuencia apropiada.

Instrumentación de campo Los más importantes instrumentos de campo en la unidad de filtro son el indicador de presión diferencial (PDI-2115), a través de los cabezales de entrada y de salida de los filtros y el analizador de turbidez (AE/AI-2132 A/B) en el efluente del filtro. Las alarmas asociadas con estos indicadores señalan la necesidad de iniciar el retrolavado del filtro. Los indicadores de flujo (FI-2116/2119/2122) se han dispuesto en la entrada de cada depósito y los indicadores de presión en la entrada (PI-2117/2120/2123) y salida (PI-2118/2121/2124) de cada depósito.

Interfaz con el tablero de control En el tablero de control de la PTAM Permutit, el operador puede ver el estado de la operación de la planta. Con respecto a los filtros de presión, el tablero de control tiene interruptores de mano para prender o apagar las bombas de transferencia del agua clarificada (PU-230 A/B), las bombas de agua de retrolavado (PU-234 A/B) y los sopladores de aire (BL-230 A/B). El tablero grafico presenta luces

indicadoras para mostrar si estas bombas y sopladores están prendidos o apagados: luces indicadoras también muestras si las válvulas de control del filtro para cada depósito filtrante están abiertas o cerradas. Se han provisto los filtros de cronómetros para ajustar la duración del desagüe inferior, retrolavado de arrastre de aire y periodos de enjuague. También se han provisto switches para control de la energía e inicio de la secuencia de retrolavado. Los indicadores de alarma iluminan en el anunciador cuando hay bajo nivel en el tanque de retrolavado LAL-2130, alta presión diferencial del filtro (PDAH-2115) y alta turbidez del efluente del filtro (AAH-2132C). Tabla 2.3 Modos de operación de los filtros

PERIODO FLUJO MAXIMO

DURACION VALVULAS DE FLUJO ABIERTAS

FUENTE DESCARGA

Filtracion 140 gpm Depende de: 1. Presion diferencial 2. Calidad del efluente

FV-FI y FV-F3

TK-240 a través de PU-230 A o B

Filtros de micrón y desvio

Desague Inferior

Por gravedad

Cuando se necesite

PSV-F y FV-FII

Agua en los filtros

Alcantarillado

Arrastre por aire

150 scfm 3-5 minutos FV-F5 y FV-F7

BL-230 A o B

Atmosfera

Retrolavado 750 gpm 10 minutos FV-F2 y FV-F5

TK-247 a través de PU-234 A o B

Alcantarillado

Enjuague 140gpm 5 minutos FV-FI y FV-F4

TK-240 a través de PU-230 A o B

Alcantarillado

Manual técnico de la planta de agua de la mina A medida que continúa el periodo de filtración, más y más sólidos son retenidos en las capas filtrantes y la presión en la entrada del filtro aumenta, creando una mayor presión diferencial a través del filtro. Normalmente, cuando la presión diferencial alcanza 10 psi (o si la calidad del efluente se deteriora primero) se debe iniciar el retrolavado, comenzando con el filtro que ha estado en servicio por más tiempo. Si los indicadores de presión de las líneas de entrada y salida del filtro de

un depósito que ha estado en servicio un tiempo menor, muestran una diferencia mayor, este depósito debe ser retrolavado primero. Figura 2.3a. Posiciones de las válvulas de los filtros durante el periodo de filtración

Manual técnico de la planta de agua de la mina

FV- F1 – Válvula de admisión o de entrada FV- F2 – Válvula de entrada para retrolavado FV- F3 – Válvula de salida o de descarga FV- F4 – Válvula de salida para enjuague FV- F5 – Válvula de salida para retrolavado FV- F7 – Válvula de entrada de aire FV- F11 – Válvula de drenaje De todas maneras, cada depósito debe ser retrolavado una vez cada 24 horas, aun si la calidad del efluente es buena y la presión diferencial permanece inferior a 10 psi.

Drenaje inferior El primer paso de la secuencia de retrolavado es drenar parcialmente el filtro. Cuando el operador inicia la secuencia de retrolavado, las válvulas de control de flujo de entrada y salida (FV-FI y FV-F3) se cierran; la válvula de vacío/alivio de presión (PSV-F), en la parte superior de cada depósito, y la válvula de desagüe inferior (FV-F11) abren automáticamente. El agua sale del filtro al alcantarillado, quedando cerca de seis pulgadas de agua sobre la parte superior del medio filtrante, de manera que el paso de arrastre por aire agite libremente el doble material filtrante. Figura 2.3b. Posiciones de las válvulas de los filtros durante el periodo de drenaje inferior

Manual de mantenimiento técnico de la planta de agua

Arrastre por aire Cuando el cronometro del desagüe inferior llega al final del intervalo, se completa un circuito para comenzar entonces el cronometro de arrastre por aire. La válvula de desagüe inferior (FV-F11) se cierra y la válvula de entrada de aire (FV-F7) se abre. Una rejilla de aire en la parte inferior del depósito distribuye aire en forma uniforme a través del doble material filtrante. El efecto de arrastre afloja los sólidos

atrapados allí. El flujo de aire, indicado en el rotámetro FI-2169, debe ser aproximadamente 150 sofá. Figura 2.3c. Posiciones de las válvulas de los filtros durante el periodo de arrastre por aire

Manual técnico de la planta de agua

Retrolavado Al final del periodo de arrastre por aire, el cronometro de la bomba de retrolavado arranca, la válvula de entrada de aire FV-F7 cierra y las válvulas de entrada y salida del retrolavado (FV-F2 y FV-F5) abren. El agua de retrolavado del tanque TK-247 entra por la parte inferior del depósito del filtro y sube a través del doble material filtrante, arrastrando los sólidos aflojados durante el arrastre por aire. La rata de flujo del retrolavado debe ser 750 rpm (máximo) y es indicado por el (indicador de flujo) FI-2127, localizado en la línea de entrada de retrolavado cerca al TK-247. El lavado del doble material filtrante puede ser observado a través de las dos ventanas de vidrio en cada depósito. El agua de retrolavado sale por la parte superior del depósito y descarga en el alcantarillado. El agua sucia de

retrolavado debe ser inspeccionada para asegurar que el material filtrante no está saliendo del depósito. El periodo de retrolavado debe ser de unos 10 minutos. Figura 2.3d. Posiciones de las válvulas de los filtros durante el periodo de retrolavado

Manual técnico de la planta de agua

Enjuague Cuando se ha completado el retrolavado, arranca el cronometro del enjuague. Durante el enjuague el filtro opera de manera similar a la filtración, excepto que el agua sale hacia el alcantarillado en lugar de ir a los filtros micrón. Las válvulas de flujo de entrada y de salida del retrolavado (FV-F2 y FV-F5) cierran, y la válvula de entrada y la válvula de salida de enjuague (FV-F1 y FV-F4) abren (ver figura 2.3e). La etapa de enjuago remueve el agua de retrolavado que viene del depósito y redistribuye el doble material filtrante para filtración. La parte superior de la capa de antracita debería verse a través de la ventanilla de vidrio inferior. La rata de flujo indicada por FI-2116, 2116, 2119 o 2122, deberá ser la misma que utilizada durante la filtración (por ejemplo, 140 gpm máximo). El operador debe abrir el respiradero una vez a la semana durante la etapa del enjuague para asegurarse de que no queda aire en el depósito.

Cinco minutos deben ser suficientes para la etapa de enjuague. La calidad del agua drenada al alcantarillado, al término del periodo de enjuague, debe ser típico de la calidad del efluente del filtro. Figura 2.3e. Posiciones de las válvulas de los filtros durante el periodo de enjuague

Manual técnico de la planta de agua

3. DISEÑO METODOLÓGICO

Es importante resaltar cada una de las consideraciones metódicas que se van a tener en cuenta para el desarrollo del proyecto, por ende se despliega a continuación los detalles del diseño metodológico. 3.1 TIPO DE ESTUDIO Según el planteamiento del problema y las consideraciones propuestas en los objetivos, el tipo de estudio seleccionado es aplicativo, ya que este proyecto se fundamenta en aplicar bases teóricas, en donde se tendrá como resultado un diseño, es decir, un documento, basado en la aplicación de teorías aprendidas en el transcurso de la carrera. 3.2 MÉTODO El método que se va a llevar a cabo es el método analógico o comparativo ya que los datos particulares que se presentan permiten establecer comparaciones que llevan a una conclusión por semejanza. Durante el desarrollo del proyecto se van a tener en cuenta constantes visitas a la planta, citas con técnicos, instructores y analistas de la planta par recolectar la suficiente información requerida para el adecuado diseño de la estrategia de control, luego determinar las variables físicas a controlar, seguido de diseñar el controlador, luego seleccionar los instrumentos necesarios para el funcionamiento del sistema a controlar, seguido del diseño de un software que va a permitir supervisar el proceso finalizando con un reporte que contenga un presupuesto de los elementos y equipos a emplear para la ejecución del proyecto. 3.3 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Se investigan las normas aplicadas en la industria local, como aspecto fundamental para el desarrollo del proyecto. Las fuentes de información pueden ser: 3.3.1 Fuente primaria. Textos especializados, planos y manuales de la planta, realizar entrevistas con profesionales en la rama en la que se va a desarrollar el proyecto. Se pretende investigar una numerosa cantidad de publicaciones afines para deducir que método de control es el más propicio a diseñar. Además consultar con los instrumentistas de la planta el estado actual de los elementos que conforman el sistema a controlar.

3.3.2 Fuentes secundarias. Industria local, Internet, Bibliografía asociada al tema. Se va a consultar el extenso material existente en biblioteca y web para profundizar antecedentes y métodos de diseños del control es sistemas que actúen de forma similar o procesos que contengan algo en común al estudiado. 3.3.3 Fases del proyecto. El proyecto se desarrollará siguiendo las siguientes fases:.

Preliminares. Búsqueda de la información, incluyendo investigaciones, tesis, artículos, libros, revistas y páginas web, de la cual se tendrá suficiente material de apoyo para seleccionar el diseño a implementar.

Evaluación del diseño. Con apoyo en el material recolectado se determinara el tipo de proceso a analizar, por su viabilidad en implementación, control y efectividad. Una vez estudiado el proceso se analizan las variables físicas que se van a controlar para que dicho proceso cumpla sus funciones básicas de operación, luego se determina el tipo de sistema que se va a emplear para controlar el proceso, seguido del análisis requerido para seleccionar el tipo de controlador que se va a utilizar.

Desarrollo del proyecto. Una vez seleccionado el proceso, sistema de control y el tipo de controlador, se diseña intelectualmente los requerimientos de los elementos necesarios para la conformación del sistema al controlar especificando la instrumentación requerida para que el sistema de control cumpla su función final, además del posterior desarrollo del software de supervisión finalizando con la elaboración un reporte que contenga un presupuesto de los elementos y equipos a emplear para la ejecución del proyecto.

Prueba del Modelo. Una vez diseñada la estrategia y elaborado el reporte se evalúan los resultados y se analiza la viabilidad del proyecto.

Fase final. Se analizan las condiciones del sistema para determinar si el objetivo ha sido alcanzado y mediante el análisis de resultados demostrar que se ha cumplido con el objetivo general del proyecto.

4. RECURSOS 4.1 HUMANOS Autor del Proyecto: ELIANA FERNANDA CORDERO BAUTISTA CÓDIGO: 1.094.248.787 Estudiante de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad de Pamplona. Director del Proyecto: DURVVIN ALEXIS ROZO Ingeniero Electrónico, profesor de la Universidad de Pamplona. Asesor técnico de la empresa: LUIS JAVIER OSORIO Ingeniero Mecánico Supervisor de Entrenamiento Técnico Capital Humano de Cerrejón 4.2 INSTITUCIONALES Universidad de Pamplona y Carbones del Cerrejón Limited 4.3 LOGÍSTICOS Se acudirá al uso de material bibliográfico de libros, tesis, artículos, revistas, páginas Web, el acceso al material bibliográfico se encuentra en la universidad, en la empresa donde se lleva a cabo la práctica y en la Web. Además de que se acudirá semanalmente a la planta y se mantendrá contacto periódico con el instructor, el instrumentistas y el analista de la planta de agua. 4.4 FINANCIEROS Recursos destinados a la elaboración del anteproyecto, como papelería, transporte, material de seguridad para tener acceso a la planta, material para la captura de información como cámara etc. Para el desarrollo del proyecto se espera contar con los siguientes recursos:

Para la etapa inicial del proyecto es indispensable:

- Ordenador con alta capacidad, Portátil con procesador de 32 bits en adelante y sistema operativo que soporte plataformas adecuadas para emplear el software de simulación.

- Acceso ilimitado a Internet mediante el empleo del servicio de Internet modem inalámbrico.

- Elementos de seguridad para ingresar a la planta: botas, casco, gafas. - Material para la captura de información como cámara.

5. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

SEMANAS / ACTIVIDADES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Estudio del proceso de potabilización de agua de carbones el Cerrejón Limited

Estudio del proceso de filtrado y retrolavado de filtros de la planta

Definir las variables involucradas en el proceso a controlar

Cálculos pertinentes al control del proceso

Selección del tipo de sistema de control y del tipo de controlador a emplear

Diseño del controlador y simulación virtual del mismo

Diseño y especificación de la instrumentación involucrada en el sistema de control

Elaboración del programa del controlador lógico programable que va a sustituir los contactores del sistema de filtrado actual

Desarrollo del software de interfaz hombre-máquina del proceso

Elaboración del presupuesto para la evaluación del proyecto

Desarrollo del informe final

BIBLIOGRAFÍA

1. Manual de operación de la Planta de Agua de Carbones del Cerrejón Limited

2. DEGREMONT. Manual técnico del agua. Cuarta edición, Bilbao, España,

1979.

3. OPERATING AND MAINTENANCE MANUAL. The Permutit Company. INC New Jersey, USA.