IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA EL SUMINISTRO DE PETRÓLEO DE GRUPOS ELECTRÓGENOS

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1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA EL SUMINISTRO DE PETRÓLEO DE GRUPOS ELECTRÓGENOS CLAUDIO DANILO ACUÑA OYARZÚN

2 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA EL SUMINISTRO DE PETRÓLEO DE GRUPOS ELECTRÓGENOS Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero de Ejecución en Electricidad. Profesor Guía: Sr. Jorge Nagüelquin Delgado CLAUDIO DANILO ACUÑA OYARZÚN

3 ii AGRADECIMIENTOS Deseo expresar mis más sinceros agradecimientos a todas las personas y profesores que brindaron su apoyo, facilidades y consejos en el desarrollo de este trabajo. También agradecer al profesor guía Sr. Jorge Nagüelquin Delgado. En forma especial agradezco a mi esposa por la comprensión y apoyo que me ha entregado en esta etapa. Claudio Acuña Oyarzún

4 iii RESUMEN El presente trabajo de titulación aborda el tema del control diferencial de niveles, para abastecer con petróleo dos estanques diarios de grupos electrógenos a través de una bomba eléctrica, ubicados en Aeropuerto Carlos Ibáñez de Punta Arenas. Ambos estanques se alimentan a su vez, con otra bomba, desde un estanque principal. Se pretende automatizar este proceso utilizando las tecnologías disponibles a través de un autómata programable y dispositivos de automatización industrial, considerando que este proceso actualmente involucra el accionar de válvulas en forma manual y energizar también de manera secuencial, a través de una protección eléctrica el funcionamiento de las bombas de llenado. Principalmente se trabaja con sensores tipo on-off que sensan el nivel en un determinado punto para el accionar de las bombas o activar alarmas involucradas, obedeciendo a sus características de bajo costo. Por lo tanto se trata de un control de nivel entre dos puntos, uno alto y uno bajo, que es una de las aplicaciones más comunes para controlar y medir nivel utilizando elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos. Para el funcionamiento del sistema se programa un PLC Mitsubishi para que maneje las válvulas y bombas manteniendo automáticamente los niveles de los estanques diarios. Por lo anterior también se muestran las generalidades de dicho PLC y del programa SFC. Ya que involucra funcionamiento del sistema en un ambiente explosivo se aborda también el tema y las consideraciones de seguridad inherentes a los estanque de combustible o petróleo diesel.

5 iv INDICE GENERAL CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 1.1 INTRODUCCIÓN APLICACIÓN DE LA MEMORIA VISIÓN GENERAL.. 2 CAPITULO II: CONCEPTOS GENERALES DE SISTEMAS DE CONTROL 2.1 ESTRATEGIA DE CONTROL ELEMENTOS DEL CONTROL DE PROCESOS EL SENSOR (MEDICIÓN) EL CONTROLADOR EL ELEMENTO DE CONTROL FINAL EL PROCESO LAS PERTURBACIONES DEMANDA DE CARGA CAPITULO III: DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 3.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES ASPECTOS DEL ESTADO ACTUAL DEL PROCESO DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN AUTOMATIZADA AREAS FUNDAMENTALES DEL PROCESO A IMPLEMENTAR AREA I: ESTANQUE PRINCIPAL BOMBA INTERRUPTORES DE NIVEL VALVULA SOLENOIDE DE ENTRADA AREA II: BOMBA DE LLENADO

6 v BOMBA VÁLVULA SOLENOIDE ALIMENTACIÓN Nº 1 Y AREAS III Y IV: ESTANQUES DIARIOS Nº 1 Y CAPITULO IV: DETECCIÓN DE NIVEL 4.1 GENERALIDADES INTERRUPTORES PARA MEDIDA DE NIVEL CAPITULO V: REQUERIMIENTOS DE SEGURIDAD 5.1 ALCANCES TERMINOLOGÍA AMBIENTE INFLAMABLE ANCLAJE VENTEO ZONA CLASIFICADA ZONA ESTANCA DE SEGURIDAD CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD DEL PROYECTO SEGURIDAD INTRINSECA PROTECCIÓN CONTRA INTEMPERIE ESTANQUES DE COMBUSTIBLE DISTANCIA DE SEGURIDAD ZONA ESTANCA DE SEGURIDAD VENTEO PARA ESTANQUES SOBRE SUPERFICIE FUENTES DE IGNICIÓN PREVENCIÓN DE SOBRE LLENADO 25

7 vi CAPITULO VI: PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL Y PRUEBAS DE FUNCIONAMENTO 6.1 CARACTERÍSTICAS DE PLC MITSUBISHI FX1S-30MR-ES/UL PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA REQUERIMIENTOS DE ENTRADAS/SALIDAS DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA PASO A RÉGIMEN AUTOMÁTICO PASO A RÉGIMEN MANUAL GESTIÓN DE ALARMAS ELEMENTOS DE VISULIZACIÓN SIMULACIÓN DEL PROCESO EN LABORATORIO DE PLC DE LA UNIVERSIDAD Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO. 36 CAPITULO VII: CONCLUSIONES 47 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A.49 ANEXO B.53

8 1 1.1 I N T R O D U C C I Ó N En el presente trabajo de titulación se elabora un proyecto orientado a la automatización industrial, para el control de nivel. En el ámbito del control de procesos industriales toma gran importancia el control de la magnitud de nivel y especialmente en lo que respecta al control del combustible almacenado en estanques (petróleo diesel), para el control de inventarios. La tendencia es que lo anterior se lleve a cabo a través de un sistema automatizado para así eliminar las tareas repetitivas ejecutadas por el hombre. Además se debe considerar aspectos tales como la protección medioambiental y seguridad de la planta. Este sistema pretende modernizar y automatizar una actividad que actualmente se realiza en forma manual, para así contar con un sistema que opere durante las 24 horas del día prolongando el funcionamiento de la máquina eléctrica que lo requiere, que son los grupos electrógenos. Estos son unidades motrices compuestos por un motor diesel y un alternador que produce energía eléctrica secundaria trifásica a los valores nominales de frecuencia, tensión y potencia que se requieren. Estas máquinas obtienen su combustible desde un estanque interior diario, ubicado al lado del grupo electrógeno y a su vez estos se abastecen desde un estanque principal exterior, de mayor capacidad de combustible a través de una bomba eléctrica. La capacidad de estos depósitos diarios es limitada y por lo general se calcula para un tiempo de funcionamiento que sea el doble de la máxima duración prevista a requerir el uso de energía eléctrica secundaria. 1.2 APLICACIÓN DE LA MEMORIA La Dirección General de Aeronáutica Civil ha emprendido importantes iniciativas en el uso de tecnologías y modernización de sus procesos. Dentro de estos procesos se encuentra el apoyo esencial que prestan dos grupos electrógenos del Aeropuerto Carlos Ibáñez de Punta

9 2 Arenas ya que actualmente respaldan las cargas críticas del aeropuerto, generando energía eléctrica secundaria de vital importancia para las operaciones aéreas diurnas y nocturnas. El pilar fundamental para el desarrollo de este proceso de generación eléctrica secundaria es la seguridad. Para ello, en lo que se refiere a sistemas de energía secundaria (grupos electrógenos) para los servicios de: Sistemas de Ayudas Visuales Luminosas, Radares y Radioayudas del Aeropuerto, tomando en consideración las emergencias y requerimientos de funcionamiento durante cortes de energía de larga duración este sistema aporta una mayor autonomía, seguridad y eficiencia a la navegación aérea, ya que se dispone de un funcionamiento continuo sin necesidad de reponer su combustible en forma manual. 1.3 VISIÓN GENERAL El capítulo segundo muestra los conceptos básicos de sistemas de control y elementos que lo constituyen, logrando acercarnos al tema de la presente tesis. El capítulo tercero describe el actual funcionamiento del proceso con la explicación de algunos conceptos previos, incluyendo lo que se pretende con la instalación automatizada y la subdivisión de sus áreas funcionales. El capítulo cuarto presenta los sensores tipo interruptor de nivel on off, describe sus materiales de construcción y características que poseen de acuerdo a cada aplicación. El capítulo quinto muestra algunos aspectos normativos asociados a la seguridad inherente al manejo de combustibles líquidos en estanques de almacenamiento y bajo la vigilancia de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. El capítulo sexto presenta las generalidades del PLC Mitsubishi FX1S-30MR-ES/UL, su simulación en laboratorio y aspectos para el funcionamiento del sistema de control mediante PLC. El capítulo séptimo contiene las conclusiones del desarrollo de este trabajo.

10 3 2.1 ESTRATEGIA DE CONTROL. En este capítulo se presentan algunos conceptos generales de sistemas de control como marco teórico y para mejorar la comprensión de la tesis. Los sistemas de control industrial pueden ser operados como sistemas en lazo abierto o en lazo cerrado. En un sistema de control en lazo abierto, se ajusta el valor del controlador de acuerdo al valor deseado pero no hay medición del valor actual (retroalimentación). VALOR DESEADO SET POINT CONTROLADOR ON/OFF ELEMENTO CONTROL FINAL L (CARGA) PROCESO VARIABLE CONTROLADA Figura 2.1: Sistema de control en lazo abierto. Por otro lado, en un sistema en lazo cerrado o feed back se mide la salida del proceso de forma que se compare con el valor deseado y se pueda automáticamente reducir el error. Por lo tanto existe retroalimentación. CONTROLADOR L (CARGA) VALOR DESEADO SET POINT + ELEMENTO CONTROL FINAL PROCESO MEDICION VARIABLE CONTROLADA - SENSOR/ TRANSMISOR Figura 2.2: Sistema de control en lazo cerrado.

11 4 La forma de ajustar el proceso en función del error se le denomina acción de control. Las acciones de control, en el control clásico pueden ser del tipo: ON-OFF, proporcional, proporcional derivativo (PD), proporcional integral (PI), proporcional integral-derivativo (PID). En el presente sistema de control de nivel se opera bajo la filosofía de control en lazo cerrado, ya que el consumo de combustible por parte de los grupos electrógenos es muy variable. Además se incorpora una acción de control todo/nada u ON-OFF, ya que el proceso es un sistema lento, implementándose con varios switch de nivel. CONTROLADOR (PLC) L (CARGA) NIVEL DESEADO SET POINT + - ON/OFF ELEMENTO CONTROL FINAL VALVULA/ BOMBA PROCESO ESTANQUES MEDICION DE NIVEL VARIABLE CONTROLADA SENSOR DE NIVEL Figura 2.3: Sistema de control de nivel (lazo cerrado). La acción de control ON-OFF se basa en que el controlador tiene solo dos posiciones o estados. Si se compara la variable de proceso (nivel) con el valor de referencia se toma una de las dos posibles acciones dependiendo del signo del error. Aplicando lo anterior al control de nivel de un estanque, si el nivel es menor que el nivel de referencia la acción es encender la bomba y electroválvula asociada, mientras que si el nivel es mayor que el nivel de referencia la acción es apagar la bomba y electroválvula. Además se trabaja específicamente con una zona de tolerancia GAP o histérisis en la que se mantiene el estado anterior, por lo tanto se trata de un control diferencial. Este ajuste del gap o brecha diferencial depende de la posición en que se sitúan de los sensores de nivel dentro del estanque (LSH / LSL), comandando la apertura o cierre de la válvula solenoide y

12 5 partida/parada de la bomba de llenado, si se hace muy pequeña acortaría la vida útil de los dispositivos. Figura 2.4: Control diferencial on-off. 2.2 ELEMENTOS DEL CONTROL DE PROCESOS. Las partes básicas de este sistema de control incluye: el sensor (medición), el controlador, el elemento de control final (actuador), el proceso, las perturbaciones y la demanda de carga EL SENSOR (MEDICIÓN). Es la determinación de la existencia de una magnitud o variable de lo que ocurre en el proceso. Esta tarea la realiza el sensor o switch de nivel. El sensor es capaz de detectar la variable, en este caso nivel bajo observación del estanque. Este elemento debe ser resistente a un ambiente industrial agresivo.

13 EL CONTROLADOR. La tarea básica de un controlador es ajustar el estado del proceso (variable de proceso) a un valor deseado (valor de referencia). La diferencia entre ambos valores es el error, entonces el objetivo del controlador es reducir el error a cero o al mínimo. Dicha tarea la ejecuta un PLC marca Mitsubishi EL ELEMENTO DE CONTROL FINAL. Es un dispositivo de influencia en el proceso ya que finalmente efectúa la acción sobre la variable nivel dada por el controlador. En este sistema corresponde a la bomba de llenado y electroválvulas asociadas EL PROCESO. Se refiere al sistema físico o la magnitud física que se desea controlar, en este caso es un lazo de control de nivel LAS PERTURBACIONES. Variable cuya aparición puede tener una probabilidad de ocurrencia. Se puede establecer como filtraciones, fugas o derrame de combustible de los estanques, lo cual considera una variación de los niveles. El controlador es el encargado de eliminar la influencia de las perturbaciones externas en el proceso.

14 DEMANDA DE CARGA. Corresponde al consumo aleatorio de combustible por parte de los grupos electrógenos y en consecuencia la variación de los niveles de petróleo.

15 8 3.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES. En el presente capítulo se expone la visión del proceso actual, aspectos de su automatización y dispositivos correspondientes para cada área funcional. Un grupo electrógeno es un equipo compuesto por un motor impulsor, un generador de energía eléctrica (alternador) y los correspondientes equipos de control y comando. Un estanque es un recipiente destinado para el almacenamiento de combustible líquido que posee una capacidad superior a los 220 litros. Un grupo electrógeno por diseño contempla para su funcionamiento un estanque de combustible que se ubica al contigüo a éste y constituye su fuente de abastecimiento de petróleo para su uso diario, considerando generalmente una autonomía de 8 horas. A dicho depósito se le denomina estanque diario e incluye un control diferencial de nivel para recargar a su vez desde un estanque principal exterior que por razones de seguridad se instala más alejado de la instalación ya que tiene una capacidad mucho mayor de combustible. 3.2 ASPECTOS DEL ESTADO ACTUAL DEL PROCESO. Como se muestra en la figura 3.1 el proceso consiste en tres estanques. Dos estanques aéreos (estanque diarios) que alimentan con petróleo diesel a 2 grupos electrógenos ubicados en Subestación del Aeropuerto C. Ibáñez del Campo. Un grupo electrógeno es de 316 KVA (N 1) y tiene un estanque diario de 900 litros de capacidad; el otro grupo electrógeno tiene una capacidad de 330 KVA (N 2) y esta provisto con un estanque diario de 950 litros de capacidad. Los grupos electrógenos son de marca Petbow, se encuentran conectados en cascada y actualmente respaldan las cargas del Aeropuerto como Sistemas de Ayudas Visuales Luminosas y Radioayudas para la navegación aérea. El abastecimiento a estos estanques diarios se realiza mediante el accionamiento manual de válvulas y una bomba eléctrica Nº 1 monofásica de llenado a

16 9 velocidad constante de 1/4 HP rpm, desde un estanque principal de 9000 litros de capacidad del tipo cilíndrico-horizontal. También se dispone de una bomba eléctrica monofásica de 2 HP 3000 rpm Nº 2 para el llenado del estanque principal desde un camión-tanque eventualmente y cuando se requiera. Ambas bombas son accionadas directamente desde la caseta de combustible exterior a través de de la conexión y desconexión manual de sus protecciones eléctricas marca Saime Segtel de 1 x 25 A., lo que representa una tarea física que puede llevar a cometer errores humanos al rebalsar accidentalmente los estanques o por una mala maniobra de las válvulas manuales del sistema. Figura 3.1: Diagrama del proceso actual. 3.3 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN AUTOMATIZADA. El proceso corresponde a un lazo de control diferencial de nivel. Diseñado para el control de la variable física de nivel de combustible con una secuencia lógica.

17 10 Mediante un PLC Mitsubishi se lleva el mando de todo el sistema y se programa para activar o desactivar las válvulas solenoides (dos vías) y bombas eléctricas que actúan en el proceso para bombear petróleo y mantener automáticamente los niveles de los estanque diarios de los grupos electrógenos (Figura 3.2). Figura 3.2: Diagrama del proceso automatizado. Para designar y representar los diferentes elementos del proceso, se adoptan las normas de la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA), que facilita la asignación de símbolos y códigos para los instrumentos de medida y control. Con esta norma se asigna una etiqueta identificadora llamada TAG que se divide en dos partes: la primera formada por letras, en mayúsculas y hasta un número de cuatro, que identifica la funcionalidad; la segunda parte esta formada por números que identifican el circuito o sistema en el que se encuentra el elemento. En la tabla 3.1 se detallan los instrumentos y dispositivos del proceso para entregar una función clara para cada elemento.

18 11 Tabla 3.1 : Instrumentos y dispositivos del diagrama del proceso. Tag Tipo E / S Variable medida Función LASH21 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 1 LSH21 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 1 LSL21 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 1 Activa alarma sobrenivel Sensa variable bajo control Sensa variable bajo control LASL21 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 1 Activa alarma bajonivel LASH22 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 2 LSH22 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 2 LSL22 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 2 Activa alarma sobrenivel Sensa variable bajo control Sensa variable bajo control LASL22 Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 2 Activa alarma bajonivel LASH Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 3 Activa alarma sobrenivel LASL Detector de nivel E Nivel Estanque Nº 3 Activa alarma bajonivel FY21 FY22 FY02 LIC21 LIC22 V01-V06 Válvula solenoide 2 vías estanque Nº 1 Válvula solenoide 2 vías estanque Nº 2 Válvula solenoide 2 vías estanque ppal. Lazo control de nivel estanque Nº 1 (PLC) Lazo control de nivel estanque Nº 2 (PLC) Válvula 2 vías manual S S S Variables de entrada del proceso. Variables de entrada del proceso P01 Bomba Nº 1 S P02 Bomba Nº 2 S Permite/impide el paso de petróleo Permite/impide el paso de petróleo Permite/impide el paso de petróleo Controlador lazo cerrado de nivel Nº 1 Controlador lazo cerrado de nivel Nº 2 Permite/impide el paso de petróleo Llenado a estanques diarios D01, D02 Llenado a estanque principal D AREAS FUNDAMENTALES DEL PROCESO A IMPLEMENTAR. la tabla Nº 3.2. El proceso de control de nivel se divide esencialmente en cuatro áreas como lo indica

19 12 Tabla 3.2: Areas funcionales del proceso. Area funcional: Aparatos correspondientes: Estanque Principal Switch valor alto y alarma de nivel Switch valor bajo y alarma de nivel Bomba alimentación para estanque principal P02 Válvula solenoide entrada N.C. FY02 Bomba de llenado Bomba alimentación estanques diarios P01 Válvula solenoide alimentación N.C. FY21 Válvula solenoide alimentación N.C. FY22 Estanque diario Nº 1 Switch valor alto y alarma de nivel 1 Switch valor alto de nivel 1 Switch valor bajo de nivel 1 Switch valor bajo y alarma de nivel 1 Estanque diario Nº 2 Switch valor alto y alarma de nivel 2 Switch valor alto de nivel 2 Switch valor bajo de nivel 2 Switch valor bajo y alarma de nivel AREA I: ESTANQUE PRINCIPAL. Consiste en un estanque de abastecimiento cilíndrico horizontal de lts. de petróleo diesel que alimenta a dos estanques de menor capacidad o de uso diario BOMBA. Este estanque se abastece a través de la bomba de alimentación Nº 2, cuando un operador la pone en marcha en forma manual se efectúa la recarga al estanque desde un camión de transporte de combustible. La bomba se controla desde un panel de mando ubicado en la sala de control. Para que la bomba funcione rigen las siguientes condiciones de habilitación: el estanque principal no está lleno, la válvula solenoide FY02 está abierta, el paro de emergencia no está activado INTERRUPTORES DE NIVEL. Estos son dos detectores que informan sobre el nivel de llenado del estanque principal y se utilizan para el enclavamiento de las bombas del proceso. Uno ubicado en la parte superior

20 13 del estanque indica Switch valor alto y alarma de nivel, por lo cual al activarse desconecta la bomba de alimentación para el estanque principal y habilita una alarma. El otro ubicado en la parte inferior del estanque indica Switch valor bajo y alarma de nivel, con lo que desconecta la bomba de alimentación hacia los estanques diarios y activa una alarma VÁLVULA SOLENOIDE DE ENTRADA. Este dispositivo permite o impide la entrada de combustible al estanque principal o exterior. Por ser del tipo de dos vías provee una acción simple on-off. Cuando el solenoide está activo, la válvula está abierta. Cuando el solenoide está desactivado, la válvula está cerrada AREA II: BOMBA DE LLENADO. Esta bomba se encuentra designada con el número 1 y se controla en forma automática según lo programado en el autómata BOMBA. Los estanques diarios se abastecen de combustible a través de una bomba de alimentación Nº 1, cuando uno o ambos estanques lo requieren se pone en marcha en forma automática y se efectúa la recarga desde el estanque principal de combustible hasta los estanques diarios. Para que la bomba funcione rigen las siguientes condiciones de habilitación: uno o ambos estanques diarios no están llenos, la válvula solenoide FY21, FY22 o ambas están abiertas, el estanque principal no está vacío, el paro de emergencia no está activado VÁLVULA SOLENOIDE DE ALIMENTACION Nº 1 y 2. Consiste en dos dispositivos electroválvulas (FY21 y FY22) que permiten o impiden la entrada de combustible hacia los estanques diarios, seleccionando al estanque que lo solicita. Cuando el solenoide está activo, la válvula está abierta. Cuando el solenoide está desactivado, la válvula está cerrada.

21 AREAS III y IV: ESTANQUE DIARIOS Nº 1 y 2. Esta sección consiste en dos áreas. Cada área comprende un estanque diario del tipo rectangular y de abastecimiento diario para la máquina generadora. El depósito Nº 1 tiene una capacidad de 900 lts. de petróleo diesel y alimenta un grupo electrógeno de 315 KVA. El Nº 2 es de 950 lts. de combustible disponibles para las necesidades de un grupo electrógeno de 330 KVA. Ambas áreas involucran además los interruptores de nivel asociados, que detectan la presencia del combustible en el interior de los estanques.

22 GENERALIDADES. Este capítulo presenta las características principales de los sensores tipo interruptor de nivel on off. Las variaciones en las condiciones de proceso y ambientales, han originado la aparición de variados métodos y tecnologías para la detección del nivel de líquidos, entre los cuales se pueden citar: radar, ultrasonido, presión diferencial, por capacidad y conductividad, flotador, radiofrecuencia (RF), sistemas mecánicos (interruptores de nivel), sistemas de vibración, medición hidrostática. Por otro lado existen otros factores o parámetros a tomar en cuenta: precisión de la medida, características del estanque, condiciones ambientales, características del producto y requerimientos de instrumentación. Específicamente para el presente trabajo se implementa un sistema para la detección de nivel que funciona básicamente con interruptores de nivel de punto de contacto dispuestos en forma adecuada en el recipiente, depósito o estanque bajo el control. Obedeciendo a su bajo costo en forma comparativa los interruptores de nivel son bastante utilizados en instalaciones de electrobombas de llenado en los que debe detectarse los niveles del líquido en un punto y parar o poner en marcha la electrobomba o bien para proporcionar una alarma. Los interruptores de nivel son detectores/sensores de nivel on-off. Para cada estanque diario de combustible se utilizan cuatro switch individuales normalmente cerrados, situados en las alturas precisas donde se desea efectuar el control. Uno de los sensores indica el nivel mínimo y partida de la bomba de llenado, mientras que el otro se ubica a un nivel por encima de la anterior e indica máximo y parada de la bomba de llenado. Los dos sensores restantes están encargados de entregar una alarma por sobre nivel y otra alarma por bajo nivel en cada estanque, estos son situados uno en la parte superior y otro cerca del fondo del estanque respectivamente. Según la norma ISA(Sociedad Americana de Instrumentación) se asigna un tag number a cada sensor: LASH Switch valor alto y alarma de nivel, LSH Switch valor alto de nivel, LSL Switch valor bajo de nivel, LASL Switch valor bajo y alarma de nivel (FIG. 4.1).

23 INTERRUPTORES PARA MEDIDA DE NIVEL. Básicamente son switch de nivel diseñados para operación exacta y confiable en estanques y contenedores, permitiendo la señalización de niveles multipunto, conectar bombas o válvulas de descarga. La operación de estos switch generalmente pueden ser configurados como normalmente abierto (N.O.) o normalmente cerrado (N.C.). Las características que poseen son: tamaño compacto, bajo costo, larga vida útil y diseño a prueba de impactos. MARGEN NORMAL DE OPERACION Figura 4.1: Distribución típica de sensores en estanque.

24 17 Descripción de los sensores de nivel on/off: LASH= Switch valor alto y alarma nivel. LSH= Switch valor alto de nivel (control normal de parada de la bomba). LSL= Switch valor bajo de nivel (control normal de arranque de la bomba). LASL= Switch valor bajo y alarma nivel. Estos sensores se construyen en muchos estilos, tamaños y materiales. Además para que tomar en cuenta el material de construcción de estos sensores, va a depender directamente del líquido que es supervisado. En la siguiente tabla se revisan algunas aplicaciones: Tabla 4.1: Aplicaciones de sensores según su material de construcción. MATERIAL USO ACERO INOXIDABLE POLIPROPILENO (PP) LATON TEFLON POLISULFONA (PSU) POLI BUTILENTEREFTALATO (PBT) KYNAR BUNA-N (NITRILO) Para condiciones de alta temperatura, alta presión y corrosivas. Utilizado en industria de alimentos, procesos médicos y de calefacción. Para condiciones ácidas. Opción para líquidos tales como aceites lubricantes, gasolina y petróleo. Utilizado en tanques de almacenamiento de combustibles. Material aplicable para ácidos, alcalinos y procesos químicos. Resistente a detergentes ácidos y salados. También para uso continuo en agua caliente y vapor. Conveniente para usos como combustibles y sistemas hidráulicos con servicio continuo. Resistente a productos químicos y solventes. Para uso en hidrocarburos, ácidos diluidos, depósitos de gasolina y sistemas hidráulicos.

25 18 Por otro lado, estos sensores son los encargados de comandar la apertura de las electroválvulas y la marcha o parada de la bomba de llenado del proceso. Además habilitan una alarma en caso de sobrenivel o bajonivel según corresponda. En el caso de la ocurrencia de un sobrenivel en cualquiera de los dos estanques, se activa la detención de la bomba de llenado. Figura 4.2: Switch de nivel de cuatro flotadores. En la figura 4.2 se muestra un switch de flotador magnético que puede ser fabricado para especificaciones particulares tales como flange, hilo, número/diámetro de flotadores, el recorrido del flotador y las distancia total de trabajo del flotador. Se utiliza para medir nivel multipuntos de control y alarmas. Cuenta con una protección IP65. Además se puede variar los tipos de cubierta: anti-ácido o a prueba de explosión.

26 19 Figura 4.3: Switch de nivel tamaño compacto. En la figura 4.3 se presenta un switch de nivel de bajo costo y a prueba de impactos. Contiene un switch herméticamente sellado. El sensor trabaja con un imán permanente que cuando el flotador sube o baja con el nivel, el switch es activado por el imán. Figura 4.4: Switch de nivel de bajo costo. Un switch de nivel hecho de polipropileno moldeado nos muestra la figura 4.4. Está diseñado para resolver problemas de distancia y detección de nivel multipunto en estanques cerrados y abiertos. Emplea un microswitch como componente de contacto que se activa cuando el ángulo es mayor de 28º.

27 ALCANCES. En este capítulo se entregan algunos aspectos normativos asociados a la seguridad en el manejo de combustibles líquidos en estanques de almacenamiento de petróleo. El avance de la tecnología a dado lugar a una nueva problemática dentro del control de procesos: la seguridad. Cada vez que un proceso comienza a funcionar se presentan potenciales riesgos tanto para las máquinas como para el operador. En el presente capítulo se hace mención de las políticas de seguridad inherente a los estanques de combustible según el Reglamento de Seguridad para el almacenamiento de combustibles líquidos derivados del petróleo del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción con el fin de proteger a las personas y los bienes. El organismo encargado de fiscalizar el cumplimiento de la normativa vigente es la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. Las instalaciones industriales son aquellas que utilizan los combustibles para producción de calor, para procesos químicos o físicos de transformación o procesamiento sin la finalidad de su ulterior distribución como combustible. La operación de toda instalación de combustibles líquidos debe considerar sus características de diseño y las instrucciones de los fabricantes. La operación debe ser documentada mediante procedimientos escritos que permitan adoptar las medidas de seguridad pertinentes, para evitar peligros y emanación de residuos que causen daños a las instalaciones de uso público, cursos de agua, lagos o mares. La clasificación de los combustibles líquidos según su punto de inflamación, indica que el petróleo diesel se encuentra dentro la clase de peligrosidad II.

28 TERMINOLIGÍA AMBIENTE INFLAMABLE. Es aquel que contiene polvo, vapor o gas inflamable en mezcla con el aire y que puede entrar en ignición al producirse una chispa u otro agente ANCLAJE. Fundación de acero y hormigón con el peso suficiente para proporcionar una carga adecuada a un estanque lleno, impidiendo su movimiento VENTEO. Conexión existente entre la zona de gases de un estanque y el exterior, cuyo propósito es impedir que la presión o vacío se exceda en el interior del estanque ZONA CLASIFICADA. Aquella en la cual existe la presencia de vapores o gases explosivos inflamables, la cual debe ser señalizada e implementada con las medidas de seguridad que correspondan ZONA ESTANCA DE SEGURIDAD. Es aquella que circunda a un estanque, constituida por el suelo y muros de contención impermeables al combustible almacenado y cuyo propósito es contener el líquido ante un eventual derrame de combustible. 5.3 CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD DEL PROYECTO. El diseño contempla la renovación de las instalaciones por lo que debe ser ejecutada por un instalador proyectista considerando las siguientes disposiciones generales: