AUTOMATIZACIÓN DE UN BANCO DE PÉRDIDAS DE CARGA E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SCADA PARA EL LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS

Abstract

El control de los procesos industriales mediante la automatización con sistemas SCADA-HMI resulta ser cada vez más común e imprescindible. Es por ello que desarrollar laboratorios que posibiliten la interacción del alumno con estos sistemas es de gran importancia para su aprendizaje.El Laboratorio de Termofluidos del Departamento de Ingeniería Mecánica tiene instalado un banco de pérdida de carga, que es un sistema de tuberías y accesorios en el que se mide la pérdida de energía de un fluido. El objetivo principal de este trabajo es automatizar el banco de pérdida de carga mediante la incorporación de un sistema de control, supervisión y adquisición de datos (SCADA, Supervisor Control And Data Acquisition) y el desarrollo de una interfaz gráfica o interfaz hombre máquina (HMI, Human Machine Interface).Primero se definen algunos conceptos previos de sistemas SCADA-HMI y se dan a conocer algunos bancos de pérdidas de carga automatizados en la industria.Posteriormente, se describe cada uno de los componentes del banco de pérdida de carga instalado en el laboratorio y se establecen las zonas críticas de medición. Estas zonas son aquellas donde se realizan mediciones de diferencia de presión en el sistema: dos válvulas de compuerta, coplas de reducción de 1 a 1/2 [in] y de 1 a 3/4 [in] dispuestas como reducción y expansión, además de una cañería de cobre, galvanizada y una tubería de PVC.La metodología de selección de instrumentación de medición consiste en realizar cálculos de diferencias de presiones en las zonas críticas de medición, a partir de las cuales se elaboran tablas de diferencia de presión, caudal y número de Reynolds y se determinan los rangos de medición dependiendo de lo que se va a medir y de la resolución del instrumento.Luego de la selección e instalación de la instrumentación, se describe el modo de funcionamiento de las conexiones eléctricas con el autómata programable y se da a conocer la interfaz gráfica desarrollada.Además, se establece que los sensores de presión y caudal necesitan ser calibrados, esto porque las condiciones iniciales de calibración son en base a escenarios estandarizados, con un fluido que es generalmente diferente al fluido del proceso y una relación lineal ideal dada por el fabricante. Obtenidos los valores de diferencia de presión y caudal corregidos, se compara con la teoría. Los resultados muestran que el factor de fricción para la cañería de cobre y tubería de PVC es mayor a lo expresado en el diagrama de Moody, además, poseen una mayor rugosidad relativa. En cambio, en la cañería galvanizada el factor de fricción y la rugosidad relativa son menores. Para el caso de las válvulas de compuerta y coplas de reducción hay una gran diferencia entre las constantes de pérdidas de carga calculadas y teóricas.Finalmente, se concluye que el sistema SCADA-HMI implementado es versátil y accesible, debido a que la estructura de la interfaz desarrollada es sencilla y de fácil manipulación. La manera en que trata la información es rápida y eficiente, por lo que permite desplegar en tiempo real la información entregada por la instrumentación.The control of industrial processes through automation with SCADA-HMI systems is becoming increasingly common and essential. It is for this reason that develop laboratories that make possible the interaction of the student with these systems takes a great importance for his learning.The Thermofluidics Laboratory of the Mechanical Engineering Department has installed a pressure loss bank, which is a system of pipes and accessories in which the energy loss of a fluid is measured. The main objective of this work is to automate the pressure loss bank by incorporating a Supervisor Control And Data Acquisition system (SCADA) and the development of a graphical interface or Human Machine Interface (HMI).First, some previous concepts of SCADA-HMI systems are defined and some automated load loss banks in the industry are disclosed.Subsequently, each one of the components of the pressure loss bank installed in the laboratory is described and critical measurement zones are established. These zones are those where pressure difference is measured in the system: two gate valves, reduction couplings from 1 to 1/2 [in] and from 1 to 3/4 [in] arranged as reduction and expansion, also a copper pipe, galvanized and a PVC pipe.The measurement instrumentation selection methodology consists of calculating pressure differences in the critical measurement zones, from which pressure difference, flow rate and Reynolds number tables are elaborated and the measurement ranges are determined depending of what is going to be measured and the resolution of the instrument.After the selection and installation of the instrumentation, the mode of operation of the electrical connections with the programmable automaton is described and the developed graphic interface is disclosed.In addition, it is established that the pressure and flow sensors need to be calibrated, because the initial calibration conditions are based on standardized situations, with a fluid that is generally different from the process fluid and an ideal linear relationship given by the manufacturer. Once the corrected pressure difference and flow values are obtained, it is compared with the theory. The results indicate that the friction factor for cooper and PVC pipes is higher than the one expressed in the Moody diagram, also they have a higher relative roughness. On the other hand, in the galvanized pipe the friction factor and the relative roughness are lower. In the case of gate valves and reduction couplings, there is an important) difference between the calculated and theoretical pressure loss constants.Finally, it is concluded that the SCADA-HMI system implemented is versatile and accessible, because the structure of the interface developed is simple and easy to manipulate. The way in which it treats information is fast and efficient, so it allows to visualize in real time the information delivered by the instrumentation.