Autores: Arellano Miguel, Tomás Ramos, Rondón Hermes, Speranza Armando/ Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas(CIES).FIIIDT.
A través de un convenio de cooperación técnica entre la Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología (Fundacite-Miranda), la Fundación Instituto de Ingeniería para Investigación y Desarrollo Tecnológico (FIIIDT) y la Escuela Técnica Agropecuaria Cimarrón Miguel Gerónimo Guacamaya (ETA) se acordó realizar un diagnóstico de la situación actual del sistema hidráulico para distribución de agua potable en la ETA Cimarrón.
Ubicada en una zona adyacente a Capaya – Municipio Acevedo, Caucagua – Edo. Miranda y siendo además una obra culminada en el 2.010 y re-inaugurada en el año 2.012, cuenta con 90 hectáreas (900.000 m^2) aproximadamente para el desarrollo de las actividades de formación académica y agropecuaria.
Cuenta con 7.900 m^2 de infraestructuras y son espacios utilizados para formación académica desde educación inicial hasta sexto año de bachillerato, con capacidad para 600 estudiantes, y áreas destinadas para aulas de clases, laboratorios, residencias estudiantiles, oficinas, sala de informática, cocina, comedor, biblioteca, entre otros.
En los espacios destinados para la actividad agropecuaria, se encuentra orientada tanto al cultivo del campo como a la crianza de animales.
La tensión de servicio (Corpoelec) es trifásica 3~220V/60Hz por medio de un banco de transformadores 3x100kVA. Posee además de un Motor-Generador (Planta Eléctrica) con capacidad de 150 kVA y un ATS (Automatic Transfer Switch ó arranque automático por fallo de red) en caso de interrupción del servicio de distribución de electricidad por parte de Corpoelec.
Para el desarrollo de las actividades académicas y agropecuarias requieren del funcionamiento de dos sistemas hidráulicos para distribución de agua como se describen a continuación:
- Sistema hidráulico 1: dos tanques subterráneos independientes (60.000 L c/u), dos electrobombas (3~220V/60Hz – 20Hp) y un tablero de control.
- Sistema hidráulico 2: un tanque subterráneo de 100.000 L aproximadamente, dos electrobombas (3~220V/60Hz – 7.5Hp) y un tablero de control.
Desde una tubería matriz (Hidrocapital) se surte agua directamente a los tres tanques subterráneos y por medio de los sistemas hidráulicos antes mencionado se hace la distribución interna, ambos sistemas fueron diseñados para operar durante la jornada escolar, sí y solo sí se cuenta con el servicio de distribución de electricidad y así garantizar el suministro de agua a las distintas áreas a presión constante.
La configuración para estos tipos de sistemas hidráulicos (figura 3) es la de operar con una electrobomba a la vez alternando ambas, por medio del variador de frecuencia y por medio de un sensor de presión con salida analógica se mantiene la presión constante durante la distribución de agua.
Desde la instalación y puesta en operación presentó problemas de funcionamiento en modo automático, la activación en modo manual no es recomendable ya que las electrobombas están sobredimensionadas y la presión ejercida en la red de distribución es elevada, en esta condición en una oportunidad ocasionó fracturas en tuberías.
Configuración Modo-Manual
La directiva de la Escuela Técnica Agropecuaria Cimarrón al no contar con personal técnico especializado para solventar la falla, solicitó apoyo técnico inicialmente a Hidrocapital. El tablero de control fue modificado incluyendo algunos parámetros de configuración del variador de frecuencia sin lograr la puesta en operación en modo automático.
La señal de realimentación del sensor/transmisor de presión fue suprimida en la lógica de control donde este dispositivo es usado para medir la presión en tiempo real en la tubería de distribución, a su vez la finalidad es usarla como señal de control de velocidad en función de la demanda y parada en caso de exceder los límites admisibles y así evitar riesgos en el personal de operación.
Consecuencia de averías en algunos de los componentes del tablero de control, procedieron a la reestructuración del cableado de control y potencia inicial para lograr la puesta en operación en modo manual.
Figura 6. Estado inicial del sistema hidráulico 1. Fuente propia
Fue realizado una adecuación del tablero y de la lógica de control ajustando manualmente la velocidad desde el panel de control local (LCP, Local Control Panel) del variador de frecuencia, manteniendo de esta forma la velocidad constante, sin embargo la presión en la red de tuberías bajo esta condición de velocidad constante es dependiente de la demanda, siendo estos parámetros inversamente proporcionales y desfavorable donde la carga es variable durante el día.
Configuración Modo-Automático
En vista de la carencia de documentación técnica, se procedió a la desincorporación de todos los componentes de ambos tableros de control y se realizó despiece de los mismos para un mantenimiento mayor, a su vez una re-ingeniería del cableado y software de control del variador de frecuencia.
Figura 7. Desincorporación de tablero
Fue incorporado nuevamente la señal de control asociada al transmisor de presión y el cableado estructurado como se muestra en el esquema a continuación
El contacto (NA: Normalmente abierto) conectado al pin 18 del variador de frecuencia es la señal de encendido de la electrobomba la cual depende de: la lógica cableada del supervisor trifásico de tensión, el sensor de nivel de los tanques de almacenamiento de agua, los selectores en el panel frontal del tablero de control.
El potenciómetro conectado en los pines 50,53 y 55 del variador de frecuencia es donde se ajustará la consigna de la presión deseada por el operador para garantizar ese valor de presión constante.
El sensor/transmisor de presión mide la presión en la tubería de distribución y la señal es realimentada al variador de frecuencia a través del pin 54 del variador de frecuencia.
Puesta en operación
Posterior a la adecuación de los tableros de control y acondicionamiento de los cuartos de electrobombas (figura 6)
Se realizó el protocolo de pruebas del sistema hidráulico basado en el esquema de control PID a lazo cerrado (figura X)
Donde “ysp” es la presión de consigna y “y” la presión obtenida, siendo esta medida a través del sensor/transmisor de presión colocado en la tubería de distribución.
Ante variaciones importantes en la demanda de agua, el tiempo de estabilización del sistema a la presión de consigna es de 3 segundos aproximadamente.
Inducción de operación y mantenimiento
Finalizado el protocolo de pruebas satisfactorias, con el personal que labora en la ETA se realizó la fase de inducción de operación y mantenimiento de los componentes de los sistemas hidráulicos.
Posteriormente y como paso final se realizó la puesta a punto y entrega final del sistema al Presidente de Fundacite-Miranda (José Félix Uzcátegui), Directora de la ETA Cimarrón Miguel Gerónimo Guacamaya (María Bastidas) y personal de mantenimiento.
PROPUESTA
La distribución de agua en la Escuela Técnica Agropecuaria se hace a través de la activación de dos sistemas hidráulicos, uno para las infraestructuras del colegio y el segundo para las actividades agropecuarias. Estos se surten desde tanques subterráneos y del cual es imprescindible el suministro de energía eléctrica para su funcionamiento.
La calidad del servicio de distribución de electricidad es deficiente en la zona lo que hace depender en gran medida la puesta en operación del Motor-Generador existente, sin embargo a su vez es necesario contar con combustible y que el mismo se encuentre en óptimas condiciones para un buen desempeño.
En conversaciones con personal de Fundacite-Miranda y la ETA, el equipo técnico de la FIIID, planteó la elaboración de un proyecto para la colocación de un sistema hidroneumático o de un tanque elevado de gran capacidad (figura 10).
Ambas opciones permiten minimizar el consumo de energía eléctrica y reducen el tiempo de operación de las electrobombas lo que hace el sistema más eficiente ante la mala calidad del servicio de distribución de electricidad.
Referencias
[1] Google Maps. (2020). Municipio Acevedo, Caucagua – Edo. Miranda. Recuperado de: https://goo.gl/maps/4r5vr2HWmPnrGYVb8
[2] Escuela Técnica Agropecuaria Miguel Gerónimo Guacamaya. (2020). Recuperado de: https://es-la.facebook.com/miguelgeronimoguacamaya.eta
[3] Danfoss. Guía de diseño del convertidor de frecuencia VLT ® AQUA. 2005
[4] Karl J. Astrom, Tore Hagglund. Control PID Avanzado. Prentice Hall. 2009
[5] 3D Warehouse. (2020). Tanques Elevado. Recuperado de
[6] Hidroneumáticos – Grupo Maper. (2020). Hidroneumáticos. Recuperado de
Contactos: tomasenriqueramosmesa@gmail.com, ma.arellanob@gmail.com, elimongi05@gmail.com