Utilización de PLC para el Control automático en procesos industriales

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CONTEÚDO

SILVA, Dirceu Mateus da [1], SILVA, Wesley Nunes da [2], NASCIMENTOS, Daniel Junior Ferreira [3]

SILVA, Dirceu Mateus da; et.al. Utilización de PLC para el Control automático en procesos industriales. Revista científica multidisciplinaria base de conocimiento. año 03, Ed. 06, vol. 02, pp. 56-83, junio de 2018. ISSN:2448-0959

Resumen

En el proceso de lixiviación de una empresa metalúrgica de silicato, hay una línea de producción que tiene operación manual, donde los operadores de realizan todos los comandos por medio de válvulas manuales. Hubo problemas con el desperdicio de material y pérdida de ingresos en el proceso debido a la automatización y estabilidad operacional en producción. Controlar las variables que componen este proceso es una manera segura para asegurar el rendimiento de la línea de producción y asertividad en los parámetros de límites aceptables. En base a los problemas existentes en el área, este estudio presenta un control de proceso alternativo utilizando el PLC (controlador lógico programable). La importancia de hacer el monitoreo de variables de nivel, flujo, conductividad y pH es evitar residuos ocurrió con transbordos de tanques y permite la optimización de la eficiencia de la planta. Al final de la investigación son expuestos los resultados obtenidos con el sistema de instrumentación aplicado.

Palabras clave: eficiencia de procesos, instrumentos, CLP.

Introducción

Control de proceso es un campo de la ingeniería que se ha mejorado cada vez más a través de nuevas tecnologías y herramientas que pueden aplicarse en cualquier proceso de producción es simple, con el fin de garantizar una mayor productividad, optimizar el tiempo de operación de las plantas y procesos de producción creando así un mayor rendimiento.

Incluso con los grandes avances en automatización industrial, todavía hay procesos con algunos tipos de controles manuales, que no garantizan siempre la máxima eficiencia. Con el uso de instrumentos de medición y control es posible optimizar los procesos, proporcionando un funcionamiento estable y confiable, con los datos disponibles más fácilmente.

Sin embargo, este trabajo tiene como objetivo estudiar un proceso productivo aplicando los conceptos de control de procesos, instrumentación y automatización para proponer una mejora de control industrial.

En el primer capítulo son los objetivos a alcanzar con el desarrollo del trabajo y los procedimientos metodológicos utilizados durante el estudio de caso.

En el segundo capítulo analiza los conceptos sobre control de procesos, así como las acciones de control y características de los procesos industriales.

El tercer capítulo incluye una breve historia de la aparición de redes de automatización y comunicación, así como su aplicabilidad en el ambiente industrial.

En el cuarto capítulo se realiza una revisión de la literatura en algunos tipos de medidores aplicados en procesos industriales.

Capítulo cinco detrás del caso estudiar en una empresa metalúrgica, donde uno de sus procesos con operación manual, donde estaban los datos recogidos a la aplicación de control de instrumentación.

El sexto capítulo muestra las conclusiones y recomendaciones obtienen tras la realización de este estudio y por último son las referencias utilizadas para la realización de la obra y de sus anexos para el lector.

1.1 preguntar

Actualmente la planta de silicato de lixiviación de una empresa metalúrgica donde se llevó a cabo el trabajo de estudio de caso con varios pasos del proceso todavía se basa en las operaciones manuales, es decir directa intervención del operador en el país, lo que resulta en inestabilidad funcionamiento, pérdida de ingresos, además de exponer al operador un ante postura ergonómica. Búsqueda de alternativas para mejorar los controles y, en consecuencia, dar mayor rentabilidad al proceso, se pensó en la automatización de estas operaciones, así como la instalación de medición de instrumentos y equipos de control automático que eliminen el necesidad de intervención manual.

Control e instrumentación de planta de lixiviación de silicato permitirá el mantenimiento del actual nivel de suministro de zinc a través de silicato, mejorar la eficiencia de la planta y optimizar el tiempo de funcionamiento del proceso.

1.2 objetivos

1.2.1 objetivo general

Desarrollar el control a través de instrumentos de medición para ser parte del proceso de lixiviación de silicato que dosificación más exacta de controlar y optimizar el rendimiento y la producción.

1.2.2 objetivos

Los objetivos específicos del trabajo son:

  • Realizar revisión de la literatura;
  • Control de silicato lixiviación proceso a través de la lógica de programación según la información recibida por la instrumentación de campo;
  • Comparar el rendimiento del proceso antes y después del sistema de instrumentación;
  • Proporcionar un material para la profundización del tema, que podría ser objeto de futuros estudios para mejorar el proceso.

procedimientos metodológicos 1,3

La primera acción fue el estudio e investigación sobre el tema de instrumentación industrial y control de procesos donde los resúmenes y comentarios se llevaron a cabo sobre los temas. Era necesario estudiar los procesos de automatización y redes de comunicación con el fin de mejorar el conocimiento sobre los temas.

El estudio se realizó con el fin de verificar la posibilidad de aplicación en el control del proceso de lixiviación en una empresa metalúrgica, de Minas Gerais-MG de silicato. Para tal estudio se revisará un merecido proceso continuo donde los tanques son ubicados ocho tanques de concentrado de zinc.

El conocimiento del proceso ocurrió de visitas en el área de estudio de los problemas existentes, y entonces era necesario para la recogida de datos y normas junto con los ingenieros y operadores.

Con los datos necesarios para el estudio se llevaron a cabo varios estudios para proporcionar las mejores y más rentables posibles aplicaciones para este proceso comprobando que la automatización proporcionará cierta retroalimentación positiva a la empresa. Sin embargo, al final de este proyecto será posible verificar la aplicación del presente alcanzó los objetivos esperados y puede ser aplicado en el ambiente industrial.

2. Control de procesos

En los primeros días de la evolución humana, no conoce los medios de producción de energía.  Así, la energía fue proporcionada por el trabajo humano o de animales que fueron domesticados. La revolución industrial comenzó en Gran Bretaña de mid-18TH el siglo trajeron al mundo los cambios tecnológicos importantes e impactado significativamente los procesos de producción de la época, (7)

En la revolución industrial:

La Revolución Industrial comenzó en Inglaterra en el siglo de mid-18th. Caracteriza, básicamente, por la introducción de máquinas simples que han surgido para el reemplazo de la fuerza muscular por tareas mecánicas y repetitivas realizadas por el hombre. Estas actividades productivas han experimentado una evolución más rápida, dando lugar, en Inglaterra, a la era Industrial. (12)

Con el desarrollo de motores de vapor era posible transformar la energía cruda en energía mecánica, y el hombre evolucionó sus procesos cuando se utiliza con precisión el trabajo mental, que permitió el desarrollo de técnicas para el control de nuevo fuente de alimentación. Desde ese momento, la mano de obra comenzó a ser sustituido por maquinaria y equipo, la sustitución de control manual por control automático de procesos.

2.1 concepto y aplicación

Proceso es una secuencia de pasos predefinidos y equipo determinado de acuerdo con su funcionalidad, que comprende un proceso continuo de materia prima en cierta meta. Los procesos pueden ser de operación manual o automática. (2)

El control de un proceso se basa en la interacción entre los componentes y los instrumentos, de la configuración de un sistema, pueden mostrar un resultado deseable del proceso controlado. Uno puede sumar un sistema de control de proceso básicamente en lo siguiente: (8)

  1. Medir elemento detecta cambios en el proceso y proporciona una señal;
  2. Elemento de comparación: compara una señal de retroalimentación con la medida de referencia, proporcionando un comando a la siguiente etapa para corregir la diferencia detectada en comparación;
  3. REVISIÓN: recibe el comando de elemento de comparación y realiza los pasos necesarios para elaborar el producto deseado;
  4. Elemento final de control: dispositivo que actúa directamente sobre el proceso y trata de proporcionar una salida constante.

El control se aplica principalmente en industrias que requieren precisión y bajo nivel de fallas, donde el proceso se mide constantemente (de entrada) y la variable manipulada cambia por el regulador, pues afecta la proceso y el resultado final. La ventaja de contar con un proceso controlado, es que la salida es sistematizada y mantiene la calidad y la cantidad según sea necesario y también reduce el esfuerzo humano, ya que la operación requiere sólo el mental trabajo o sistémica.

2.2 feedback

El sistema de reserva federal es que establece una relación entre una comparación de salida y entrada, a través de instrumentos que realizan la medición de las variables de referencia. Este sistema utiliza la diferencia de entrada y salida como un medio para controlar el proceso. (8)

La señal proviene de la comparación entre la entrada y salida puede ser llamada una señal de error. Cuando se resta la señal de realimentación de la señal de referencia se llama feedback negativo, y cuando la señal de retroalimentación se añade a la señal de referencia se llama una regeneración positiva. (3)

diagrama de bloques 2,3

Para facilitar la identificación de cada componente de los sistemas de control, utilizando un método llamado diagrama de bloques.

Diagrama de bloques de un sistema es una representación de las funciones diseñadas para cada flujo de señal y componente. Los principales componentes de un sistema están representados por bloques y se integran a través de las líneas que indican las direcciones de flujo de señales entre los bloques. Estos diagramas se utilizan entonces para representar relaciones de dependencia entre las variables de interés para el control. (7)

tipos de control 2,4

2.4.1 control manual y Control automático

Control manual es uno que se basa enteramente en la acción de animales o humana para lograr un determinado resultado o producto. Todavía hay ese tipo de control, especialmente en compañías más pequeñas, de pequeña producción o arte.

El control automático se basa en el uso de instrumentos y el sistema que tiene un detector de error, la unidad de control y actuador, permitiendo al operador, haciendo la operación exacta y continua. James Watt fue autor del primer regulador automático con retroalimentación, un regulador que la bola fue desarrollado en 1769 y fue utilizado en procesos industriales para controlar la velocidad del motor de vapor. Como muestra la figura 1, el control era un eje mecánico y media la velocidad del motor, usando el movimiento de las esferas para que el control de la válvula de vapor, controlando así la cantidad de vapor entrando en el motor. (5)

Pesos esféricos se lanzó y alejarse del eje del regulador como la velocidad de aumento de salida de la máquina de vapor y a través de acoplamientos mecánicos, se cierra la válvula de vapor y el motor desacelera.

La figura 1 muestra la bola de Watt regulador. (5)

Figura 1 – bola de regulador de Watt. Fuente: (5).
Figura 1 – bola de regulador de Watt. Fuente: (5).

2.4.2 lazo abierto Control

En un sistema de lazo abierto, entrada del proceso es elegido según la costumbre y experiencia, sin utilizar el método de comparación, de tal manera que el resultado es la salida deseada. La salida no se modifica y acompaña los pasos de proceso solamente bajo las condiciones de operación, controles operados por base de tiempo y no por comentarios, como se muestra en la figura 2. (3)

Figura 2 – ejemplo de un sistema de control de lazo abierto. Fuente: (3).
Figura 2 – ejemplo de un sistema de control de lazo abierto. Fuente: (3).

Los elementos básicos (subsistemas) de un sistema de lazo abierto son:

  1. Elemento de control: determina qué medidas deben tomarse para controlar la entrada del sistema.
  2. Fijar el elemento: se responde a la señal de salida del elemento de control y actúa con el fin de posicionar la variable controlada al valor deseado.
  3. Proceso: es el sistema de planta que ofrece la variable a controlar.

En la figura 3 está representada un subsistema de control de lazo abierto.

Subsistema de control de lazo abierto 3 de figura. Fuente: (3).
Subsistema de control de lazo abierto 3 de figura. Fuente: (3).

2.4.3 en lazo cerrado de Control

La característica principal de un control de lazo cerrado es regeneración, que compara la salida con la entrada del proceso, donde la salida interfiere directamente en la acción de control. La salida siempre es medida y comparada con la entrada del proceso para aliviar los defectos, reducir la tasa de errores y asegurar que el resultado final es satisfactorio. Figura 4 muestra un ejemplo de un bucle cerrado. (7)

Figura 4 – diagrama de bloques de control de lazo cerrado simple. Fuente: (7).
Figura 4 – diagrama de bloques de control de lazo cerrado simple. Fuente: (7).

Los elementos básicos (subsistemas) de un sistema de lazo cerrado son:

  1. Elemento de comparación: compara el valor de referencia con el valor medido e indica el error que muestra cómo el valor de salida está faltando el valor esperado. El error es igual a la señal de referencia menos la señal medida.
  2. Elemento de control: es la acción a tomarse en caso de error.
  3. CORRECCIÓN: elemento actos con el fin de corregir el error, provocando cambios en el proceso.
  4. Proceso: es el sistema donde la variable es controlada y proporciona los datos.
  5. Elemento de medición: este elemento generalmente un signo que representa la variable controlada y proporciona una señal alimentada hacia el elemento que este elemento de comparación para comprobar si hay algún error.

Figura 5 se expone un ejemplo de bucle cerrado.

Figura 5 – sistema de control de lazo cerrado. Fuente: (3).
Figura 5 – sistema de control de lazo cerrado. Fuente: (3).

2.5 conductores de

El controlador es el elemento que, en lazo cerrado, tiene la función de recibir la señal de error y genera una salida que será la entrada para el elemento. (5)

2.5.1 acción de control ON-OFF

Es la acción de control más simple y más común, donde hay sólo dos posiciones para el elemento de control final, normalmente cerrado o normalmente abierto, independientemente de la intensidad de la desviación o error. (7)

Las principales características del control de encendido y apagado son:

  1. La solución es independiente de la intensidad de la desviación;
  2. No se soluciona el error de compensación;
  3. La ganancia es infinita;
  4. Causa oscilaciones en los procesos.

2.6 características de los procesos industriales

Proceso es una serie de pasos que evoluciona progresivamente, a través de una serie de cambios graduales en la sucesión, con el objetivo de proporcionar un producto o un resultado. (7)

2.6.1 procesos de fabricación

Continuo: En proceso continuo la meta o producto final se obtiene sin interrupciones en la fabricación, en un sistema.

Discontinuo: es conocido como proceso por lotes, que se hacen por pasos y de la insumos de materia prima puede suceder después de los ciclos.

Monovariáveis: el proceso de monovariável es uno que tiene una variable y reglamentarios influyen sólo una variable controlada.

Multivariante: proceso multivariable es aquel que tiene una influencia variable y reglamentario sobre una variable controlada. Este tipo de proceso es frecuente en medios industriales.

Inestable: Son procesos que cambian sus variables todo el tiempo, se puede variar todo el tiempo a su patrón.

Estable: tiene un control de estabilidad, que se mantiene constante, sin muchas variaciones.

3. Automatización industrial

Desde la antigüedad los seres humanos han estado tratando de hacer su vida más fácil y práctica, especialmente en actividades relacionadas con el trabajo. En el final de la edad media, causada por los enormes avances que se produjeron en el momento, pesó en esa máquina podría sustituir ciertas actividades manuales que se realizaban por los seres humanos. (10)

Las formas más tempranas del desarrollo del proceso de automatización se produjeron con la creación de equipos de control y medición eléctrica y neumática, pero la automatización ganada mayor prominencia con máquinas de control numérico en los años 50. Estas máquinas fueron hechas de las válvulas y otros componentes eléctricos que pronto fueron substituidos por transistores y circuitos integrados.

La evolución sucedió rápidamente y pronto los componentes fueron reemplazados por CNC (Control numérico de computadora) donde todos los comandos se dan a través de computadoras y así integran directamente a CAD (diseño asistido por ordenador), permitiendo una mayor rentabilidad, estandarización de producto como de diseño y agilidad en la producción, pero las máquinas tenía alto costo y ser muy frágil (10).

Con los años las CNCS fueron tomando más y más espacio y ganando mercado, principalmente en las industrias grandes y medianas, y, en la actualidad, los medios automatizados dominan el mercado y se aplican con redes de comunicación y ha estado evolucionando cada año, (10).

Automatización es todo proceso que requiere la interferencia del operador mínimo en actividades y éstas se llevan a cabo de una manera y actuar de sí mismo. La automatización es un área interdisciplinario y está vinculada directamente a la instrumentación, ya que los instrumentos de medición y control tiene una importante participación en los procesos automatizados. (11)

La figura 6 ilustra el concepto de automatización que muestra su interdisciplinariedad.

Figura 6 – automatización integral concepto. Fuente: (10).
Figura 6 – automatización integral concepto. Fuente: (10).

Actualmente la automatización no es vista sólo como una opción, sino una necesidad en las grandes empresas, porque el mercado es cada vez más competitivo y noticioso, que conduce las empresas a invertir en sistemas automatizados para ganar tiempo para actividades relacionadas con la intelectualidad y no se atascan con servicios menial.  Automatización proporciona una considerable reducción en el costo de producción, estandarización de productos, agilidad en fabricaciones, evita el desgaste de los trabajadores y ofrece confort ergonómico para todos los usuarios.

3.1 controlador lógico programable PLC

El controlador lógico programable es uno de los dispositivos de control de proceso más utilizados en las industrias. Un CLP tiene la función de una computadora programable se utiliza en sistemas de control industrial y están diseñados para sustituir las grandes salas de controles que antes de utilizar relés. (9)

El PLC fue fundado en 1968 bajo el nombre de MODICON. Este nombre fue derivado del nombre de su primer fabricante, controlador Digital Modular y su creador y el inventor era Richard Morley. La idea de Richard era construir un equipo más robusto, fiable, flexible y fácil de manejar y modificación. (1)

El primer proceso en el cual utilizaron un CLP fue en G.M., en una línea de automóviles en varias pruebas para la calibración. En el temprano 70 desarrollos muy grandes ocurrieron en tecnología de microprocesador, el PLC ganar flexibilidad e inteligencia, mejora de la interfaz con el operador y ganando capacidad aritmética computacional y comunicación de datos. Entre la capacidad de los años 1974 y 1975 ganaron memoria, control de servomecanismos, control de entradas, salidas, variables analógicas y posicionamiento. Con estos acontecimientos era ya posible aplicar los PLCs en diferentes áreas de la industria, haciendo el proceso más simple, fácil y barato, se reducen instalaciones y cableado eléctrico. (1).

3.1.1 partes de un PLC

Un PLC puede dividirse en partes, como se muestra en la figura 7, que muestra la unidad central de procesamiento CPU, sección de entrada/salida, la fuente de alimentación y el dispositivo.

Figura 7-partes de un controlador lógico programable. Fuente: (9).
Figura 7-partes de un controlador lógico programable. Fuente: (9).

Hay dos maneras de incorporar las entradas y salida del PLC: fijo y modulada. I/o, entrada/salida, fija las características de los PLCs de las pequeñas empresas, donde el procesador y la entrada-salida se montan juntas y tienen un número fijo de conexiones para entradas y salidas, como se muestra en la figura 8. (9)

Figura 8 – fija la configuración de e/s. Fuente: (9).
Figura 8 – fija la configuración de e/s. Fuente: (9).

Entrada-salida fijo tiene la ventaja de bajo costo y puede ampliarse el número de conexiones, y una desventaja es la falta de flexibilidad, porque la cantidad y tipos de entrada se establece por la unidad.

En entrada-salida modular módulos se construyen por separado y pueden ser enchufados. Este modelo consiste en un bastidor, una fuente de alimentación, un módulo de procesador, módulos de entrada/salida y una interfaz para programación y monitoreo. Los módulos y el procesador del CLP se conectan en la placa base y pueden comunicarse con todos los módulos de la parrilla. La figura 9 muestra la entrada-salida modular.

Figura 9 – la configuración de e/s modular. Fuente: (9).
Figura 9 – la configuración de e/s modular. Fuente: (9).

La fuente de alimentación proporciona energía a todos los componentes que están enchufados en el estante y, para los PLCs más grande no se utiliza para alimentar a dispositivos de campo y por una fuente de DC (corriente directa) o AC (corriente alterna). (9)

El procesador es el comando de CLP y consta de un microprocesador para la construcción de una comunicación lógica y control entre módulos y requiere una memoria para almacenar los resultados de las operaciones lógicas. La CPU es responsable de recibir las lógicas que el usuario entra en la lógica de escalera. "El programa CLP se ejecuta como parte de un proceso iterativo conocido como scan, en que la CPU lee el encendido o apagado, y después de completar los pasos en el programa ejecutan las tareas de diagnóstico y comunicación integradas" (9).

El dispositivo de programación se utiliza para insertar el programa en la memoria del procesador. El ordenador es el dispositivo utilizado para la elaboración de las lógicas, generalmente en escala y se pueden transferir al PLC vía ethernet o enlace. El programa es una serie de comandos desarrollado de acuerdo a las necesidades del usuario.

3.1.2 principio de CLP

Los PLC tienen funcionamiento secuencial haciendo un análisis de las etapas del proceso, como se muestra en la figura 10, y cuando un paso es ejecutado, los demás son inactivos. El tiempo total empleado para la ejecución del ciclo se llama reloj.

Figura 10-a ciclo de exploración del PLC. Fuente: (4).
Figura 10-a ciclo de exploración del PLC. Fuente: (4).

Cada paso se basa en:

Inicio: al principio del proceso, se verifican las condiciones de funcionamiento de la CPU, memoria, circuitos auxiliares, en los cayos, la existencia del programa introducido por el usuario, emite una advertencia y error desactiva todas las salidas.

Verificar el estado de las entradas: en este paso es leer cada entrada en el proceso de comprobación ver si alguna ocurrió.

Comparación con el programa de usuario: el CLP actualiza la imagen de salida de la memoria de la comparación con las instrucciones que el usuario entró en el programa para empezar las entradas.

Actualización: salidas las salidas se activa o desactiva según la determinación del PLC y se inicia un nuevo ciclo. (6)

4. Estudio de caso

Descripción de la compañía 4.1

El estudio de caso se llevó a cabo en una empresa metalúrgica en el estado de Minas Gerais-MG, el proceso de autoclave y la planta de ácido, que se inició entonces el proceso de expansión que, en 2001 donde elevó su capacidad de producción de 110.000 a 160.000 toneladas de zinc . La figura 11 muestra el desarrollo de la fábrica durante los años.

Figura 11: evolución de la unidad sobre los años. Fuente: archivo de la empresa.
Figura 11: evolución de la unidad sobre los años. Fuente: archivo de la empresa.

Es uno de los mayores productores mundiales de zinc, siendo líder mundial en la producción de óxido de zinc. Es el único zinc metalurgia en el mundo con la tecnología de tratamiento integrado centrado en diferentes calidades químicas. Los productos del proceso son:

  • Zinc SHG – utilizado en la industria automotriz, signos, artefactos y torres de transmisión eléctrica.
  • Zamac – se utiliza en piezas de motor del coche y la presión a presión la fundición y centrifugado.
  • Aleaciones especiales (Galfan, Zn4E, aleaciones de encargo)-utilizado en el electrochapado en General, postes de luz y transmisión eléctrica Torres.
  • Zinc polvo utilizado en pinturas y pilas alcalinas.
  • Óxido de zinc, usados en caucho, cereales, yogures, animales de alimentación y cosmética.

4.2 el proceso estudiado: silicato de lixiviación

El objeto de este estudio de caso es aplicable a silicato de lixiviación. Este paso del proceso de producción tiene la función de zinc solubles contenida en silicato de concentrado-cojinete en forma de sulfato de cinc mediante la adición de solución de ácido sulfúrico. La lixiviación de concentrado de silicato de zinc-cojinete inicialmente debe hacerse más indulgente acidez debido a las reacciones ácidas con carbonatos presentes en el concentrado y, para total de lixiviación de zinc es necesario aumento de acidez y residencia en tanques.

En la tabla 1 se muestran las reacciones químicas que ocurrieron en este paso del proceso:

Tabla 1: reacciones químicas que ocurren en el proceso de lixiviación de silicato.
Tabla 1: reacciones químicas que ocurren en el proceso de lixiviación de silicato.

El proceso consiste en una continua como se muestra en la figura 12. La continuidad consiste en 8 tanques para el proceso de lixiviación (b. 1060, b., b. 1062 1061, b. 1063, 1064, b. b. 1065, b. 1066, b. 1066A) y 1 solución tanque de ataque (TQ-192). El depósito b. 1060 recibe alimentación repuesto filtro cinc cinc, allí ocurre el proceso de lixiviación, donde el repuesto es simplemente un tanque a otro a través de canales. El flujo de energía es controlado por la válvula de control.

Para llegar al tanque b. 1066, se inserta en el ataque en la solución concentrada de zinc a través de una invalidación manual de la válvula, donde lo mismo es en residencia para la reacción suceda. Después de que el tiempo de residencia concentraremos para tanque b. 1066A, donde procede a un paso del proceso.

Figura 12-01 línea de silicato de lixiviación antes de la instalación de los instrumentos. Fuente: archivo de la empresa.
Figura 12-01 línea de silicato de lixiviación antes de la instalación de los instrumentos. Fuente: archivo de la empresa.

4.3 Análisis del problema

La calidad y la recuperación del sulfuro del cinc está conectado directamente al pH de la solución en la cal en el proceso de lixiviación. El análisis de pH de la solución, es el modo manual, donde el operador recoge muestras de la solución directamente en el proceso, cada hora y lleva al laboratorio local para llevar a cabo el análisis. Dependiendo del resultado de la muestra, es necesaria la adición de solución de ácido sulfúrico para mejorar la calidad del sulfato de cinc.

La dosificación de ácido sulfúrico (también conocido como solución de ataque) se lleva a cabo en el modo manual, donde el operario actúa directamente en el proceso de apertura y cierre de válvulas de control. Procedimientos de dosificación no son siempre fiables y precisos, esto compromete el resultado final de recuperación de zinc. Figura 13 muestra cómo se tomaron muestras para la medición del pH y de la válvula de control en el proceso.

Figura 13 – (a) operador escoger la solución de la muestra de Ph. (b) válvula de control manual de encuentra en el proceso. Fuente: archivo de la empresa.
Figura 13 – (a) operador escoger la solución de la muestra de Ph. (b) válvula de control manual de encuentra en el proceso. Fuente: archivo de la empresa.

Un problema importante en este paso es la cantidad de transferencias porque el proceso de producción se basa en el sistema de flotación, donde el sulfuro de cinc va del tanque a través de la formación de espuma. La operación de la cuenca de contención de bomba de pozo de la lixiviación de silicato tiene la operación dependiente de comando del operador, que provoca un constante trabajo de comprobación de la situación local. Figura 14 muestra la bomba de control manual en el proceso.

Figura 14 – operación bomba manual instalada en la cuenca de la contención de la lixiviación de silicato. Fuente: archivo de la empresa.
Figura 14 – operación bomba manual instalada en la cuenca de la contención de la lixiviación de silicato. Fuente: archivo de la empresa.

La estabilidad del proceso es necesaria para la calidad del producto final, cumplimiento de las especificaciones de los clientes y evitar las pérdidas durante el proceso de flotación, lo que el proceso manual no garantiza siempre. Evitando pérdidas en el proceso, es posible aumentar el rendimiento de lixiviación de planta de silicato, pueden controlar algunas variables:

  • Si el nivel del tanque se eleva hasta la transferencia, es necesario aplicar un nivel del tanque de monitoreo para prevenir el problema y evitar desperdicio en el proceso.
  • Si la dosis de ataque se realiza según los niveles de acidez de concentrados, se requiere control de pH y conductividad a los comandos de la dosificación se realizan según la variación de estas variables, evitando la pérdida de la recuperación de zinc.
  • Si la entrada de flujo de control de tanques, puede ajustar el material de entrada automáticamente según los valores y sus variaciones, así asegurando que el material esté en su rango ideal.

4.4 aplicación de control

Para evitar hubs de transbordo y aumentar la producción de silicato de lixiviación de planta, es necesaria la instalación de instrumentos de medición y control de pH, conductividad, flujo y nivel, así como válvulas de control.

Instrumentos de medición se instalaron y controlan como sigue (como se muestra en la figura 15):

  • Instalar tubería de suministro de solución flujo control de ataque, donde el registro y la transmisión con interfaz PLC/campo/PLC.
  • En todos los tanques se instalaron un circuito cerrado para accionamiento de válvula, el dispositivo se monta en el panel de control principal, esto envía una señal a través de la red a la válvula de control de aire y está conectado a los instrumentos instalados en el campo.
  • A la salida de tanques 1060 B., b. y b. 1062 1061 fueron instaladas mallas cerrados de medición de pH, que envían una señal a través de la red con el PLC para realizar el comando.
  • A la salida de los tanques b. 1063, 1064 y b. b. 1065 fueron medición de la conductividad de la concentrado de instalar mallas cerradas, que envían una señal a través de la red con el PLC para realizar el comando.
  • En el tanque b. 1066A instaló un lazo de control de nivel que se comunican con el bombeo de contención y espesante, que lleva el material a la continuidad del proceso.
  • El concentrado hace que su tiempo de residencia en los tanques 1066 b. y b. 1066A.

Todos los instrumentos fueron red Foundation Fieldbus de sistema interconectado.

Utiliza el instrumento de medición de nivel tipo ultrasónico que funciona bien en materiales viscosos que se concentran el zinc. El medidor de flujo utilizado fue del tipo electromagnético de inserción.

El medidor de pH utilizado consiste en el método de la comparación tradicional de medición y electrodo de referencia y el medidor de conductividad inductiva que tiene tratar de gran rendimiento con el material del proceso. Aplicado válvulas para sistema de modulación.

Figura 15-01 línea de silicato lixiviación después de la instalación de los instrumentos. Fuente: archivo de la empresa.
Figura 15-01 línea de silicato lixiviación después de la instalación de los instrumentos. Fuente: archivo de la empresa.

4.5 resultados

Frente a los estudios y aplicaciones, se concluye que el sistema de instrumentación y control de cal lixiviación paso proporciona mejor rendimiento en el proceso. La medición y control de la acidez asegura una lixiviación de zinc buena figura, evita la dilución de zinc en la planta si la concentración es inferior a la especificada. El control preciso del pH con parámetros para cada tanque, proporcionado una mayor recuperación de zinc y reducir el uso del ataque.

Gráficos 1 y 2 los siguientes son ejemplos de la bitácora. En ellos podemos identificar una mejora significativa en la estabilidad del proceso y la eficiencia de la planta.

Tabla 1 – diario de producción de silicato (05/01/16 a 06/01/16). Fuente: archivo de la empresa.
Tabla 1 – diario de producción de silicato (05/01/16 a 06/01/16). Fuente: archivo de la empresa.

Notas en el cuadro 1 que, en el plazo de un mes (05/01/2016 el 06/01/2016) se produjeron 14 desviaciones, una desviación estándar de 0.87 y promedio rendimiento del 97,25%. Esta era la situación antes de la instalación de instrumentación y control de la medición.

Gráfico 2 – diario de ingresos de silicato (08/01/16 a 09/01/16). Fuente: archivo de la empresa.
Gráfico 2 – diario de ingresos de silicato (08/01/16 a 09/01/16). Fuente: archivo de la empresa.

Después de instalar el sistema de instrumentación, se puede observar en el gráfico 2 que, en comparación con el período sin la instalación de instrumentos, fueron 3 desviaciones en el mismo intervalo de tiempo (08/01/2016 a 09/01/2016), la desviación estándar bajó 0,87 a 0,56 y promedio ingresos subió a 97,25% 98.07%. Hubo una mejora en la estabilidad en el proceso, porque la producción se ha mantenido en el rango esperado para un período más largo, que es una situación relevante a la producción.

Con todo, el sistema de control de proceso aplicado a la planta estudiada tuvo una ganancia del 0,82 por ciento de rendimiento, que, teniendo en cuenta el volumen de final de 151.500 producción t/año, correspondiente a 1,242.3 t/año de zinc.

El precio actual de la tonelada de zinc según la LME (London Metal Exchange) es $ $1.981,00 y el costo de producción es de ± $ $1.300,00. Teniendo en cuenta el costo de la implementación del sistema automatizado de ± $734,00.00, que se disuelve en costo aproximadamente 10,4 meses, teniendo en cuenta los ingresos estables y en el mes de referencia, haciendo factible y satisfactoria ejecución de este Sistema.

Consideraciones finales

En lo anterior con el estudio de caso, el sistema de control de proceso mediante el uso del CLP tiene influencia sobre algunos puntos relevantes para el proceso:

  • Automatización de la lixiviación de silicato;
  • Ganar ingresos en planta;
  • Reducción de los residuos en el proceso.

Con la automatización del proceso se realiza el control de la dosis de ataque en el proceso, que permite la mejor recuperación de zinc en concentrado de silicato, trayendo aumento de la producción final de zinc. La mejora de los ingresos puede comprobarse en las cartas de comparación 1 y 2, que muestra la mejora detrás de la bitácora con la evidencia del período de un mes.

La automatización también permite la comodidad del operador, usted puede ver todos los eventos de supervisión del proceso de la vía y puede ejecutar comandos, sin necesidad de asistencia directamente en el proceso, minimizando el riesgo de accidentes con el operador, una vez, fue expuesto al riesgo de ser afectadas por sustancias químicas y peligrosas.

Con el uso del PLC fue incapaz de controlar todas las variables importantes para el buen funcionamiento de la planta, con el nivel de control puede supervisar el tanque para evitar residuos en el proceso, asegurar la utilización máxima. La instrumentación permite la recolección de datos confiables, pero necesitan mantenimiento preventivo y calibraciones para su correcto funcionamiento.

Por lo tanto, el control de procesos a través de CLP permite mayor estabilidad en los procesos industriales, en el caso del proceso estudiado, hizo posible el aumento de los ingresos de silicato de lixiviación de planta, que puede diluir la inversión generada con el el proceso de instalación, lo que es viable y rentable en un corto tiempo después de la implementación.

Referencias

1. BEGA, Egidio Alberto. Instrumentación Industrial. ed 2. Rio de Janeiro: 124 P, 2006.

2. Bernardo Ferreira Nivaldo. Utilidades de proceso. São Paulo: Pruebas-jeanrenard, 2013.

3. BOLTON w. control ingeniería. traducción: Valcere Vieira Rocha e Silva. Editor: Makoron libros. São Paulo.1995.

4. BOLTON w. instrumentación y control. traducción: Vidal de Luiz Alberto de Gandhi. Editor: Hemus. São Paulo, 2002.

5. COSTA, Luiz Augusto a. Especificación de sistemas de Automatización Industrial. 1 ed. De diciembre de 2011.

6. Richard C DORF, Robert H BISHOP. modernos sistemas de control. ed 11. Editor de la LTC. Rio de Janeiro, 2009.

7. EURIPIDES, Maes. Curso de ingeniería de automatización industrial. 2007. 73 f. Monografía (especialización)-curso de Automatización Industrial, ingeniería de Eep escuela de Piracicaba, Cotip, Piracicaba, 2007.

8. Adalberto Luiz de OLIVEIRA Lima. Fundamentos de control de procesos. SENAI. Esperito Santo. 1999.

9. Alberto Luiz de OLIVEIRA Lima. Instrumentación – control Final elementos. Senai. Esperito Santo, 1999.

10. OGATA, Katsuhiko. Ingeniería de control moderna. ed 4. Editorial Pearson. São Paulo, 2010.

11. PETRUZELLA, Frank D. controladores de lógica programable. ed 4. Editorial Bookman. 2012

12. ROSARIO João Maurício. Industrial Automation. 2 ed. Baraúna editor. São Paulo, 2009.

13. RIBEIRO, Marcos Antônio. Instrumentación. ed 8. Salvador, 1999.

14. RIBEIRO, Marcos Antônio. Instrumentación y automatización al operador. 1ed. Salvador, 2002.

15. Da SILVEIRA Paulo Roberto, SANTOS, Marie e. automatización y control discreto. 9 ed., São Paulo: Editora Erica, 2010.

[1] Grado en ingeniería eléctrica – 2018 de FPM.

[2] Ingeniero eléctrico-FPM 2018.

[3] Analista de sistemas-FPM 2018.

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