Diseño de un sistema de supervisión centralizado para las plantas de tratamiento de agua de CVG GOSH. Ciudad Guayana

Inserny, Virginia; Aboul, AMER; Cañas, José; Custodio, Ángel

La Ing. Virginia Inserny es Investigadora colaboradora con el Departamento de Electrónica de la UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz, Venezuela. Edificio de Ingeniería Eléctrica, Final Calle China, Alta Vista Sur, Telf.-Fax 58-286-9621205, correo electrónico virginiainserny@msn.com .

El Ing. Amer Aboul es Especialista de Acceso en el Dpto. de Implementación en Movistar, Av. Guayana con Calle Cuchiveros, Alta Vista, Ciudad Guayana, Venezuela. Telf. 0414-8955088, e-mail: amer.aboulhosn.ittaca@telefonica.com.ve .

El Ing. José Cañas es Investigador colaborador en el Departamento de Electrónica de la UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz, Venezuela. teléfono y fax 58-286-9621205, correo electrónico cicunexpo@gmail.com .

El Dr. Ángel Custodio es Profesor Agregado en el Dpto. de Ingeniería Electrónica del Centro de Instrumentación y Control y Coordinador Regional de Postgrado de la misma Universidad Unexpo, Puerto Ordaz, Venezuela. mismo teléfono, fax y correo electrónico.

Resumen: En la siguiente investigación se desarrolló una propuesta para la automatización de la planta de tratamiento de agua potable de C.V.G GOSH Toro Muerto, que permita aumentar la eficiencia en la producción de la planta y así brindar un mejor y más óptimo servicio a la comunidad de Puerto Ordaz. En los resultados de la investigación se muestran la elección de equipos PLC para la realización del sistema de control, así como también el cable de fibra óptica conectado en una topología tipo estrella para la comunicación de los dispositivos. Se propone además un SCADA desarrollado en Delphi como primer paso de un sistema basado en Software Libre desarrollado por la UNEXPO. La investigación se realizó mediante un estudio de tipo documental y de campo, al fundamentarse en la consulta de manuales, libros, documentos de Internet; y en la planta, teniendo que tomar medidas y muestras para conocer el funcionamiento de una planta de tratamiento de agua potable y poder compararla con el funcionamiento de una planta de tratamiento típica.

Palabras clave: Planta de Tratamiento de agua/ Sistema de supervisión centralizado/ CVG Gosh/ Ciudad Guayana.

DESIGN OF A CENTRALIZED SUPERVISION SYSTEM FOR THE WATER TREATMENT PLANTS OF CVG GOSH IN CIUDAD GUAYANA

Abstract: The following research developed a proposal for the automation of the drinking water treatment plant of C.V.G. GOSH at Toro Muerto which allows to increase the efficiency in the production of the plant and thus offer a better and most optimum service to the community of Ciudad Guayana. The results of the research show the selection of PLC equipment for the implementation of the control system, as well as the optical-fiber cable connected to a star-type topology for the communication of the devices. It also proposes a SCADA developed in Delphi as a first step of a system based on Free Software developed by the University. The research was carried out through a documentary and field type study supported by the consultation of manuals, books, Internet documents, and conducted at the plant, having to take measures and samples to become familiar with the operation of a drinking water treatment plant and be in a position to compare it with a typical treatment plant.

Keywords: Water Treatment / Ciudad Guayana / Centralized Supervision System / CVG Gosh.

Manuscrito finalizado en Ciudad Guayana el 2007/01/03, recibido el 2007/08/03, en su forma final (aceptado) el 2008/08/02.

I. INTRODUCCIÓN

En la formación de las ciudades se considera una serie de servicios para que la colectividad pueda vivir de la mejor manera posible. Entre estos servicios se encuentra el de agua potable considerada como primordial para la vida. De tal manera que en cada poblado debe existir un proceso de aducción, análisis y tratamiento de agua para que sea potable y poder ser distribuida a la comunidad.

En cuanto a Ciudad Guayana ubicada entre dos grandes ríos, el Orinoco y el Caroní, sin contar con las fuentes de aguas subterráneas, es una de las ciudades con mayor posibilidad de tener un suministro de agua potable continuo. Sin embargo, el crecimiento de la población ha generado un impacto en las plantas de tratamiento de agua existentes. Hoy en día el preciado líquido está siendo regulado, dando lugar a que distintas zonas de la región queden sin servicio de agua a determinadas horas. Esto hace necesario un aumento de la producción de agua por parte de las plantas de tratamiento, así como el óptimo funcionamiento de los equipos en sus distintas áreas.

La empresa C.V.G GOSH no tiene a su disposición soluciones tecnológicas que permiten automatizar el proceso del servicio público de abastecimiento de agua, por lo que es necesaria la implementación de un sistema que posibilite mejorar la gestión de este importante servicio.

Actualmente, en la Planta de Tratamiento de Agua Potable no existe un sistema de control automatizado para la supervisión y el monitoreo de las funciones de la planta, con el fin de asegurar su correcto funcionamiento y poder brindar información rápida y oportuna sobre las características, ubicación, estado de los componentes que conforman la red de agua potable, tanto a los usuarios como a la organización. Por estas razones se requiere un sistema de control de todas estas variables para lograr un correcto funcionamiento de la planta.

El sistema a estudiar es la planta en su totalidad, partiendo desde la captación del agua en el río, pasando por los diferentes métodos de purificación hasta llegar a la red de distribución del acueducto. Éste está constituido por el colector principal que es utilizado para la distribución de agua potable, conformado por las mallas principales de servicio de Puerto Ordaz y que distribuyen el agua procedente de las líneas expresas o de la planta de tratamiento hacia las redes menores de acueducto (destinadas al suministro en ruta del agua potable a las viviendas y demás establecimientos municipales, públicos y privados). Dichas redes matrices son los elementos sobre los cuales se mantienen las presiones básicas de servicio para el funcionamiento correcto del sistema de distribución general. La captación de agua en el río (río fuente) es fundamental, ya que conociendo las características químicas y biológicas del agua fuente, se diseñan las diversas etapas de la planta de tratamiento. El caudal de la planta se determina conociendo el consumo medio estimado a unos veinte años, y basado en el crecimiento de la ciudad.

Con el diseño y posterior implementación de este sistema de supervisión y control se pretende mejorar la calidad del servicio que presta esta empresa a la comunidad de Puerto Ordaz. El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un sistema de instrumentación y control necesario para automatizar la Planta de tratamiento de Agua Potable de CVG GOSH Planta Toro Muerto.

II. DESARROLLO

1. Materiales y métodos

Se plantea una investigación de tipo explicativa, proyectiva y descriptiva.

Es explicativa, ya que se especifica el por qué de la realización de este Proyecto, es decir, por la necesidad de automatizar las plantas de tratamiento de agua potable existentes en la zona.

Es proyectiva debido a que se intenta proponer una solución al problema que se tiene en la actualidad, diseñando un sistema de instrumentación y control que permita elevar la eficiencia de la Planta de Tratamiento de Agua de CVG GOSH Toro Muerto, basado en un estudio de tipo descriptivo. La obtención de la información o datos que posibilita conocer el sistema y su funcionamiento se realizó por medio de la observación de la dinámica de proceso, entrevistas y consulta de material escrito. No fue necesario el desarrollo de métodos estadísticos, ya que la propuesta de automatización está basada en el funcionamiento global del sistema, y por tanto, los resultados son obtenidos por pruebas empíricas.

La investigación plantea un estudio de campo y documental.

Es de campo debido a que se debe estudiar el área a automatizar para conocer todos los equipos presentes, así como su respectivo funcionamiento, para no sobredimensionar el proyecto en cuanto a los dispositivos recomendados para la automatización.

Documental, debido a que toda la información está siendo suministrada por documentos conseguidos en Internet así como manuales, reportes de investigaciones pasadas hechas por otras personas, etc.

En la presente investigación las unidades objeto de análisis son los diferentes equipos con los que cuenta la Empresa ubicados en las plantas de tratamiento, tales como: motores, bombas, tableros eléctricos, transformadores, etc.

De la información obtenida de la muestra se dan a conocer los parámetros y requerimientos necesarios para el diseño y posterior implementación del sistema de instrumentación y control a utilizar.

El área de trabajo se encuentra ubicada en Toro Muerto consistente en una Planta de Tratamiento de Agua Potable de CVG GOSH dividida en tres etapas: captación local, tratamiento y su posterior distribución (Figura 1).

La primera etapa es un proceso que consiste en la captación del agua del río realizada a través de una serie de bombas que succionan el agua del río y la envían a la planta para ser tratada.

En la etapa de tratamiento, el caudal succionado directamente del río es mezclado con cloro, cal, carbonato de calcio, hidróxido de sodio y sulfato de aluminio, para lograr la desinfección, turbidez y el aumento del pH del agua para que sea apta para el consumo humano. Luego de este proceso continúa la parte del filtrado en donde el agua pasa a través de una serie de lechos filtrantes como la antracita (carbón activado), granza y porcelana, que retienen los sólidos suspendidos que contiene el agua. Se hace necesario un conocimiento preciso, registro y control de las sustancias que se están agregando al agua para su tratamiento, pues es preciso conocer la calidad del agua que se está procesando, tomando periódicamente muestras a la salida de los filtros para determinar su calidad y así poder ejecutar las debidas acciones de control para mejorar o regular este proceso.

En la etapa de distribución existen dos maneras de realizarse: una por bombeo hacia las zonas más altas y otra por gravedad hacia las zonas más bajas. Actualmente esta etapa no está supervisada ni regulada. Ésto es un factor de suma importancia debido a que al tener un sistema bifurcado se debe garantizar que las dos direcciones estén normalizadas una con respecto a la otra, de tal manera que la planta se comporte como un sistema en el que cada una de sus partes se encuentra armónicamente relacionada con las demás.

2. Resultados

El trabajo propone instalar un sistema supervisorio para controlar las distintas operaciones de potabilización en el Acueducto de Toro Muerto Puerto Ordaz, a partir de los procesos de captación, tratamiento y distribución, involucrando la acción de arranque, parada de equipos en modo local (manual y automático) y remota, con la supervisión de las variables asociadas a cada proceso: presión, caudal, temperatura, potencia, tensión y corriente (Figura 2).

El sistema pretende supervisar desde una Sala de Control, con el empleo de dos PC y un sistema de transmisión que permita la salida de información a otras salas u oficinas. Desde esta sala se podrán visualizar, comandar, registrar las distintas operaciones que requieran los equipos.

Con esta propuesta se mejora el funcionamiento de la planta al manejar rápidamente los caudales de producción, consumo de aditivos químicos, costo energético del agua, registros de eventos tales como las paradas. El sistema debe ser modificado con relativa facilidad en caso de futuras expansiones ya que se pretende utilizar para ello dispositivos programables modulares en una red que integre los procesos de potabilización (Figura 3).

La estructura del programa implementado se muestra en la Figura 4. Los equipos son almacenados en bases de datos y archivados en grupos similares: motores, válvulas y tanques. Con el módulo de configuración de componentes se organiza el sistema en las diversas etapas del proceso de tratamiento: captación, tratamiento y distribución. El usuario tiene acceso a todas las opciones y su respectiva manipulación.

3. Discusión de resultados

El sistema a instalar tiene dos modalidades de funcionamiento: un Modo Local y un Modo Remoto. El Modo Remoto se divide en dos partes, Control Manual y Control Automático. Para la selección de estos modos se cuenta con un selector ubicado en el panel del equipo localizado en el campo. Todo el sistema de automatización tiene la misma filosofía de control y está regido por el diagrama en bloques mostrado en la Figura 5.

 

Modo Local: en este modo el operador puede realizar las acciones que se requieran desde el panel o tablero de cada equipo.

Modo Remoto: en este modo se presentan dos variantes del funcionamiento: en el control manual se efectúan los ajustes desde la sala de control por el operador presente y en el control automático los equipos funcionan dependiendo de las variables del sistema.

En el caso de la Planta de Tratamiento Toro Muerto Puerto Ordaz de CVG GOSH, los equipos a supervisar y controlar no requieren de operaciones matemáticas complejas de las variables, ya que las bombas a utilizar no necesitan de control de velocidad, ni posición de válvulas pues sólo se arrancan y detienen, en algunos sectores, por ejemplo: PT-1, Red Media 1(RM-1), Red Media 2 (RM-2), Red Superior 1 (RS-1). En los casos de captación se requiere de las acciones de arranque y parada para efectos de mantenimiento y corrección de fallas, ya que estos equipos funcionan las 24 horas. En el caso de los dosificadores cuentan con sus propios sistemas de control y en el filtrado se pueden efectuar las operaciones de lavado con diagramas de tiempo, utilizando Contra - Flujo.

Sin embargo, se pueden emplear técnicas de control más complejas en los dosificadores al realizar lazos de los distintos químicos utilizados. Empleando los mismos equipos PLC se puede anexar una tarjeta adicional para acciones de control de tal manera que se realice un lazo para el control de pH.

En la Figura 6 se muestra un plano de planta de la red propuesta diseñada.

La automatización propuesta se resume en lo siguiente:

a. Selección de controladores específicos para las áreas de potabilización y agregado de sustancias químicas. En la Tabla I se muestra la comparativa de selección.

b. Selección de Autómatas Programables en las áreas de proceso secuencial y con gran cantidad de señales, como son captación y distribución.

c. Selección de una red Ethernet como bus de campo con el fin de instalar un sistema abierto y de fácil manejo.

d. Desarrollo de un software de control y supervisión basado en Delphi, que representa un primer paso para el desarrollo de software libre para el SCADA

III. CONCLUSIONES

1. Se determinó que el medio físico más óptimo para establecer el enlace de una red de comunicaciones entre equipos es la fibra óptica, ya que sus propiedades físicas ofrecen una transmisión segura, confiable, de gran velocidad y mayor alcance de distancia sin necesidad de usar equipos repetidores.

2. Para las aplicaciones requeridas por la planta, es necesario la utilización de equipos y dispositivos con una trayectoria reconocida en el continuo mejoramiento de su tecnología, como es el caso de los PLC y de Ethernet como protocolo de comunicación.

3. Se propone un primer modelo SCADA basada en tecnología de software libre como alternativa a los diseños actuales propietarios.

IV. BIBLIOGRAFÍA

1. Rivas  Maritza, Rivero  Diomar  y otros. Sistema de Información de la Red de Agua Potable. Universidad Central de Venezuela (SRAP-UCV). Caracas, Venezuela. 2002, 248 pp.         [ Links ]

2. Ricardo  Barrios. Sistema portátil de adquisición de datos con comunicación tcp/ip. Trabajo de Grado. Unexpo  Puerto Ordaz, Venezuela, 2005, 341 pp. Volumen 12, Nº 46, marzo 2008. pp 43-48.        [ Links ]