AUTOMATIC SYSTEM OF WASTEWATER PUMPING

SISTEMA AUTOMATICO DE BOMBEO DE AGUAS SERVIDAS

AUTOMATIC SYSTEM OF WASTEWATER PUMPING

Kilmer Gutiérrez Marín

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Coclé

kilmer.gutierrez@utp.ac.pa

remlik16@gmail.com

Estudiantes colaboradores: Héctor Arrocha y Omar Sánchez.

 

Resumen: Los estudiantes Kilmer Gutiérrez, Héctor Arrocha y Omar Sánchez han desarrollado una maqueta para la simulación de un sistema automático de bombeo de aguas servidas. Consiste en el control automático del nivel del agua dentro de un tanque principal de almacenamiento. Consta también de un tanque auxiliar de emergencia.

Se utilizan sensores de nivel que envían señales de entrada al PLC (Micrologix 1100), y de esta manera el PLC da las indicaciones para activar las bombas y proceder con la evacuación del agua dentro del tanque para mantenerlo a un nivel seguro y evitar el desbordamiento.

Palabras claves: PLC, diagrama escalera, sensor de nivel, entradas digitales. 

Abstract: students Kilmer Gutierrez, Héctor Arrocha and Omar Sánchez have developed a model for simulate an automatic system of wastewater pumping. Is an automatic control of water level in a main tank. Also have an auxiliary emergency tank.

Level sensors send input signals to PLC (MicroLogix 1100), and thus the PLC gives the instructions to activate pumps and proceed with the evacuation of the water in the tank to keep a safe level and prevent overflow.

Key words: PLC, ladder diagram, level switch, digital inputs.

Objetivo General:  

• Diseñar e implementar un sistema de bombeo automático de aguas servidas utilizando PLC para el control del nivel de estas aguas en el tanque.

Objetivo Específicos:

• Diseñar un programa para controlar las bombas que vacían el tanque.

• Transferir el programa al PLC para llevar a cabo el control del sistema de bombeo.

• Diseñar y construir el circuito eléctrico. Armar la maqueta a escala para su presentación. 

 

Introducción: una planta de bombeo o estación de bombeo se define como el conjunto de equipos mecánicos y eléctricos cuya misión es elevar el agua, sea esta de agua potable o de aguas negras, desde una cota inferior a una cota superior y movilizarla hacia otra estación de bombeo o un destino final.

La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III adC, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII adC. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo.

Figura 1. Primera bomba descrita por Arquímedes.

 

Metodología: el sistema de bombeo de agua servida está formado por un tanque principal, un tanque auxiliar, sensores de nivel, electroválvulas, bombas y alarma.  El tanque principal recibe por gravedad el agua residual de una urbanización cercana.  Consiste de dos bombas en el tanque principal de manera que su operación sea en forma de relevo y si fuese necesario en operación conjunta. El tanque principal cuenta con cuatro sensores que se describen a continuación:

  

Figura 2. Dibujo de la ubicación de sensores y bombas.

S1: Nivel bajo: detiene la bomba que esté en operación cuando el nivel del agua desciende a su nivel.

S2: Nivel Medio: A su primera activación debe arrancar la bomba N°1 (B1); a la segunda activación debe arrancar la bomba N°2 (B2), y luego debe continuar el mismo ciclo de operación.

S3: Nivel Alto: cuando el agua llega a este nivel, ambas bombas deben operar en conjunto para desalojar el agua antes que llegue al nivel de emergencia.

S4: Sensor de emergencia: abre la electroválvula que drena por gravedad el exceso de agua al tanque auxiliar ubicado a un costado del tanque principal y la desactiva cuando dicho sensor se desactiva. También debe activar una alarma que se mantiene operando mientras el agua vuelva a bajar hasta desactivar el sensor de nivel alto.

S5: Nivel alto del tanque auxiliar: activa la bomba N°3 para desalojar el agua de dicho tanque.

S6: Nivel bajo del tanque auxiliar: desactiva la bomba N°3 cuando el agua baja a su nivel.

Figura 3. Colocación de sensores en tanque principal.

Sabiendo el funcionamiento que se quiere obtener del proyecto se empieza a diseñar el programa que ejecutara todas las órdenes. A través de diagrama escalera se van creando las entradas para los sensores y las salidas para las bombas y electroválvula. Se utiliza también contadores y temporizadores para desarrollar el programa. Finalmente se logra obtener el programa deseado y ya simulado para varias situaciones que se podrían dar en cuanto a los niveles de agua en el tanque.

Posteriormente se diseña y arma el circuito eléctrico. Se Etiqueta y conecta cada uno de los sensores, bombas y electroválvulas a sus respectivas entradas y salidas, en el PLC, asignadas en la programación.

Figura 4. Ensamblaje de bomba y sensores en tanque auxiliar.

Figura 5. Pruebas de funcionamiento.

Materiales y dispositivos utilizados: los sensores utilizados son conocidos como interruptores de nivel o "level switch", en inglés. Se pueden utilizar en estado N.O. o N.C. dependiendo del propósito para el cual se vallan a utilizar. Funcionan a un voltaje de 0 - 120 V AC/DC y corriente de 1 A.

Las bombas se utilizan en lavadoras y trabajan perfectamente en este proyecto. Funcionan a un voltaje de 120 V AC y potencia de 30W. Las electroválvulas igualmente funcionan a 120 V AC.

El PLC Micrologix 1100 fue proporcionado por la Universidad Tecnológica de Panamá. Funciona a 120/240 V AC. Consta de 10 entradas digitales de 120 V AC y 6 salidas digitales (relays), todas individualmente asiladas.

Los tanques, tuberías, goma y cableado fueron obtenidas del comercio local.

Resultados: el proyecto se desarrolló de manera rápida, gracias a los conocimientos previos acerca de programación del PLC Micrologix 1100. Surgieron errores de funcionamiento, principalmente por la lógica de la programación, pero se fueron corrigiendo durante las distintas pruebas realizadas.

Como se esperaba el PLC ejecutó cada una de las instrucciones, de manera que cumplió con el funcionamiento. Los sensores y bombas se fueron activando y de una manera automatizada, sin intervención humana, se controlaron los niveles de agua en los tanques evitando así el desbordamiento de los mismos.

Cabe destacar que se adquirieron nuevos conocimientos en cuanto a la programación de diagrama escalera y las ventajas que nos permite utilizar el PLC Micrologix 1100.

Concluciones: se comprobó que se puede hacer que un sistema sea totalmente automático, de manera que pueda tomar decisiones propias según la situación a la que es expuesta. Esto ayuda significativamente al ser humano, que en nuestro avance tecnológico cada día se busca automatizar las cosas para comodidad de él.

Implementando sistemas como estos en nuestras comunidades colaborarían con la disminución o eliminación de muchos problemas de desbordamientos de aguas servidas. En nuestro proyecto solo se presentó una de las partes que comprende un sistema más complejo de una planta de tratamiento de aguas residuales.

El desarrollo de esta experiencia llenó las expectativas de funcionamiento pero consideramos se puede mejorar, implementar nuevas ideas y realizar un proyecto a una escala mayor, como simular el proceso de una planta de tratamientos de aguas residuales.

Referencias:

1. Documento: “QUIZ N°2”, documento de donde se extrajo el proyecto, suministrado por el profesor Carlos Marín. 
2. Documento: “Manual basico de micrologix 1100”, utilizacion y conexión del PLC.
3. Documento “Juego de Instrucciones_SLC500_MicroLogix_1000”, toda la informacion aserca de la programacion, utilizando el programa RSLogix 500.

Anexo: para detallar mejor el funcionamiento del proyecto hacemos uso del siguiente video explicado por el estudiante Kilmer Gutiérrez: