martes, 24 de abril de 2007

Sistema de Medición y Control de Caudal

Planteamiento Del Problema


En la industria moderna cada vez es necesaria la utilización de un sistema de instrumentación y control para la medición de los distintos parámetros que intervienen en un proceso de fabricación o transformación industrial. De manera que el conocimiento acerca del funcionamiento de los instrumentos de medición y control, y del papel que cada uno desempeña dentro de un proceso, es fundamental para todos aquellos profesionales y técnicos que laboran dentro de este campo.

Una de las variables mas usadas en la industria es el caudal, para su medición se emplea una amplia gama de sensores e instrumentos. Estas numerosas técnicas de medición se seleccionan de acuerdo con las características del proceso y según los requerimientos técnicos exigidos por cada empresa.


La Planta de tratamiento de aguas residuales los Olivos fue elaborada para recibir un caudal máximo de 690 litros por segundo, aunque especialmente en época de lluvias se han llegado a registrar hasta 2400 litros por segundo, pues una buena porción de este tipo de agua, además de algunos vertientes del sector industrial, se recogen a través de redes cloacales.


La Planta no esta en capacidad de procesar mas de 690 litros por segundo, por consiguiente se ve obligada a descargar directamente a una laguna de estabilización todo el caudal excedente de la capacidad máxima permitida, sin ningún tipo de remoción de toda la carga orgánica no tratada previamente originando de esta manera malos olores y contaminación del rió Caroní.

En el siguiente diagrama de bloque se puede observar el proceso de trabajo actualmente de la Planta de Tratamiento de aguas residual "Los Olivos"






Objetivo General

Proponer un sistema de control de caudal para la mejora en el proceso de distribución y canalización de la Planta de tratamiento de aguas servidas Los Olivos.

Objetivos Específicos

  • Analizar el estado actual de la planta de tratamiento de aguas servidas los objetivos.
  • Estudiar los parámetros, factores y condiciones de la planta para la elección adecuada de los equipos de instrumentación.
  • Diseñar el sistema de medición del caudal en la tubería receptora.
  • Plantear el sistema de control y las acciones a tomar según la respuesta del sistema.
  • Comprobar la funcionalidad del sistema diseñado usando un software de simulación.
  • Realizar un estudio de las soluciones dadas por otros países a la misma problemática.

Marco Referencial

  • Bahia de Panamá

En la ciudad de Panamá, cerca de 300 mil personas viven en casas cuyas descargas de los sanitarios y del resto de aguas servidas que genera un hogar van a dar a desagües improvisados que llegan a zanjas o quebradas y, de allí, a los ríos de la ciudad.

Las tuberías de los barrios residenciales también arrojan las aguas servidas a los ríos. Algunas industrias y restaurantes, los grandes centros comerciales y un buen número de elegantes edificios arrojan sin cesar sus desperdicios –sin ninguna clase de tratamiento para disminuir la contaminación a esos mismos ríos. Gracias a semejante concierto de descarga de aguas negras, cada río y quebrada de la ciudad es una cloaca a cielo abierto. Y al final, todos los días, los ríos y las tuberías cumplen fielmente su tarea: arrojan las aguas residuales a la bahía de Panamá.



El proyecto es en esencia recolectar, transportar y tratar las aguas negras, la ejecución incluye instalar tuberías (llamadas redes sanitarias) a las que se conectarán los desagües sanitarios de las casas de las comunidades, en algunos sectores de la ciudad se mejorarán o rehabilitarán las colectoras existentes para ampliar su capacidad de transportar las aguas negras de los barrios residenciales. Se instalarán tuberías más grandes (llamadas colectoras) que correrán paralelas a los ríos, para recolectar las aguas que las redes sanitarias, actuales y futuras, vierten a ellos. De ese modo, las aguas negras no caerán más a los ríos. Es decir, en esa área de la ciudad, en la que viven aproximadamente 800 mil personas, tendremos un alcantarillado que funcionará bajo normas de calidad adecuadas.

Todas las tuberías estarán conectadas a un sistema que combinará la fuerza de gravedad y la impulsión para transportar las aguas negras. En un tramo, las aguas correrán por un túnel y en otro, se utilizarán estaciones de bombeo. Finalmente, las aguas llegarán a una planta de tratamiento que se construirá en Juan Díaz y, de allí, se verterán al mar sin causar contaminación, así se permitirá la recuperación de la bahía. El costo total de la obra se ha fijado en 365 millones de balboas.


  • Colapso del colector Marcavelica en Perú:

La ciudad de Lima-Perú, se enfrento al problema de derrame de aguas servidas en la Av. Marcavelica como consecuencia del colapso del colector que pasa por el lugar. En el cruce de las avenidas, la cantidad de aguas servidas es mucho mayor al que puede tolerar, tornando la zona insoportable para los moradores de las casas aledañas.



Una de las soluciones planteadas fue la de usar en forma restringida el servicio de agua, para no recargar el sistema de alcantarillado mientras se trata de normalizar el servicio en esta zona con los trabajos de rehabilitación del colector.

Víctor Ponce Zerteño, gerente general de la empresa EPS GRAU, dijo que solamente se cambiarán los tubos en las zonas dañadas del colector. La ruptura de los tubos se da porque el dren se encuentra atorado a consecuencia de la tierra acumulada por las averías anteriores. A esto se suma la alta presión de aguas servidas que soporta el colector.




Solución planteada por la empresa

En vista de lo grave de esta problemática que por lo pronto no se le halla solución inmediata, la empresa encargada de la planta adoptó una decisión al diseñar un by-pass o sistema de desvío de excedentes, que contradictoriamente traslada y deposita en los rápidos del Cachamay los caudales que exceden los 690 litros por segundo.

Allí, adonde se produce la descarga, hay una estructura de dispersión hidráulica que permite aprovechar al máximo el natural poder purificador de los rápidos, pues cuando el agua cae de un nivel a otro, absorbe rápidamente el oxígeno, y éste funciona como un comburente de la materia orgánica que cae al cuerpo de agua sin tratamiento alguno.

Soluciones propuestas por el Grupo

Entre las propuestas de una posible solución a la temática tenemos:

  • La instalación de un sensor de caudal en la tubería de agua bruta que sea capaz de enviar una señal a un PLC que tome la decisión de enviar el caudal excedente a unos tanques que alberguen aproximadamente la cantidad máxima de litros de agua que se hayan registrado en los días más lluviosos en la zona, con la finalidad de procesarla posteriormente.

  • La instalación de un sensor de caudal en la tubería de agua bruta que sea capaz de enviar una señal a un PLC que tome la decisión de enviar el caudal excedente a una piscina especial para el almacenamiento de aguas residuales, solo cuando el caudal de la tubería de impulsión supere el limite de caudal que soporta.


A continuación se les mostrara una tabla con las ventajas y desventajas de las posibles soluciones:



Ambas propuestas son interesantes, pues son perfectamente ejecutables. Sin embargo, desde el punto de vista de costos, la primera alternativa presentada no es la mas idónea, pues el gasto de los tanques y la disponibilidad de conseguirlos justo con la capacidad de litros necesarios y sumando a esto la instalación de una nueva red de tuberías y el uso de al menos n instrumentos de medición por n tanques colocados, vuelve la propuesta costosa.

Lo más conveniente sería la construcción de la piscina o laguna como se les suela llamar para procesar las aguas que no eran tratadas por cuestiones de capacidad propios de la planta, pues se estaría implementando un solo sistema automatizado, que estaría formado aproximadamente por dos sensores niveles, uno de caudal y un PLC, además de las tuberías y el trabajo subterráneo que implicaría la creación de la piscina, lo cual dismuniye los costos en comparación con la primera opción planteada.