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Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingenier´ıa Mecánica y Eléctrica
Ingenier´ıa en Control y Automatización
Academia de Electrónica
Control de una planta de tratamiento de agua
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
P R E S E N T A N
Diego Delgadillo Garc´ıa
Valent´ın Gaytan Cruz
Asesor Técnico: Prof. M. en C. Félix Alberto Calzada Guzmán
Asesor Metodológico: Prof. Ing. Zósimo Ismael Bautista Bautista
México D. F. a 23 de abril de 2012

Índice general
1. Tratamiento de lodos 1
1.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Por qué y para qué se tratan los lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3. Caracter´ısticas de los lodos residuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4. Alternativas de tratamiento de lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5. Estabilización del lodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5.1. Procesos f´ısicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5.2. Procesos qu´ımicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5.3. Procesos biológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5.4. Procesos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6. Resumen del cap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2. Control y automatización de procesos 14
2.1. El sistema de control de procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.1. Control por retroalimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.2. Control por acción precalculada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.3. Control en cascada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.4. Control de relación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.5. Control selectivo (override) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.6. Control de rango dividido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2. Clases de automatización y sus caracter´ısticas . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1. Automatización fija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2. Automatización programable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.3. Automatización flexible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.4. Automatización integrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3. El autómata programable (PLC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1. Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2. Lenguajes y sistemas de programación . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.3. Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.4. Criterios de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.5. Velocidad de respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.6. Selección de un autómata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
i

Tesis Control de una planta de tratamiento de agua ii
3. Descripción del sistema 29
3.1. Equipos y caracter´ısticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.1. Clarificador de placas inclinadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.2. Clarificadores DAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.3. Desnatador de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.4. Espesador de lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.5. Filtro prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.6. Polimixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.7. Filtros multimedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.8. PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.9. HMI (PanelView 1000e Touch Screen) . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2. Descripción de las etapas de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3. Programa del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4. Resultados y conclusiones 62
4.1. Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.2. HMI (PanelBuilder) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.3. Wonderware InTouch HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Bibliograf´ıa 76
A. DTI 77
Ingenier´ıa en Control y Automatización I.P.N. Academia de Electrónica

Índice de figuras
1.1. Operaciones de tratamiento de lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2. Caracter´ısticas de espesamiento por lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1. Diagrama a bloques de control por retroalimentación . . . . . . . . . . . . . 15
2.2. Diagrama a bloques de control por acción precalculada . . . . . . . . . . . . 16
2.3. Diagrama a bloques del control en cascada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4. Control de relación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5. Diagrama a bloques del control selectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6. Diagrama a bloques del control de rango dividido . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7. Arquitectura del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.8. Programación en escalera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.9. Programación con compuertas lógicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.10. Programación por diagrama funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.11. Programación por diagrama de flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.12. Programación por GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.13. Programación mediante lenguaje booleano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.14. Programación por lista de instrucciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.15. Programación por lenguajes de alto nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.16. Criterios de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1. Clarificador de placas inclinadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2. Clarificador DAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3. Desnatador de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4. Espesador de lodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5. Filtro prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6. Polimixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.7. Filtros multimedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.8. Tablero de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.9. CCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1. Menu principal de la HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.2. Pantalla HMI: Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.3. Pantalla HMI: Clarificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.4. Pantalla HMI: Filtro prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.5. Pantalla HMI: Polimixer’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6. Pantalla HMI: Tanque de aire disuelto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
iii

Tesis Control de una planta de tratamiento de agua iv
4.7. Pantalla HMI: Hidróxido de sodio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.8. Pantalla HMI: Estado de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.9. Wonderware: Hidrociclones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.10. Wonderware: Alimentación de hidrociclones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.11. Wonderware: Fosa de agua tratada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.12. Wonderware: Fosa de ecualización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.13. Wonderware: Clarificador DAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.14. Wonderware: Neutralización y clarificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.15. Wonderware: Filtros arena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Objetivo y justificación
Objetivo general
Realizar el control de una planta de tratamiento agua.
Objetivos particulares
- Realización del programa de PLC para Procesador Controllogix 5561.
- Carga, comisionamiento y depuración de Programa de PLC.
- Puesta en Marcha de Programa de PLC
Justificación
Este proyecto se justifica como una aportación al estudio teórico del trata-
miento de aguas, desde el punto ambiental y de sustentabilidad, ya que el agua
proveniente de las plantas contienen microorganismos patógenos.
v

Tesis Control de una planta de tratamiento de agua vi
Planteamiento del problema
Se trata de un caso de estudio real, la cual es una empresa que cuenta con una
planta de tratamiento de agua, debido a que sus procesos generan lodos; el dise˜no
de la planta de tratamiento de agua fue realizado por otra empresa, con la cual se
colaboro durante un determinado tiempo, tal empresa brindo la oportunidad de
poder estar trabajando en el control de dicho proceso, en conjunto con ingenieros
expertos en la materia.

1
Tratamiento de lodos
Objetivo general del cap´ıtulo:
En este cap´ıtulo se desea dar una breve introducción a los lodos industriales
provenientes del tratamiento de aguas; as´ı como estudiar los diferentes tipos de
tratamientos existentes, para determinar el más óptimo en el proceso de estudio.
1

Tesis Control de una planta de tratamiento de agua 2
1.1. Introducción
Durante la depuración de un caudal de agua residual, se generan diversos residuos entre
los cuales se encuentran los lodos. Los tipos de lodos y su composición dependen directamente
de los procesos involucrados en el sistema de tratamiento de las aguas residuales. Es as´ı que
en los tratamientos que consideran un proceso biológico se generan biosólidos.
En general el manejo de los lodos es complejo debido a diversas razones, entre ellas su alto
contenido de humedad. En particular los biosólidos presentan además, la dificultad de estar
constituidos principalmente de materia orgánica la cual se descompone fácilmente generando
malos olores si es que no es sometido a tratamiento.
En la práctica, en la mayor´ıa de las plantas de tratamiento que generan lodos se procede
a un tratamiento de deshidratación mecánica, después del cual estos son llevados a un lugar
determinado para su disposición final, EDCCC 5
.
Los principales constituyentes del agua residual eliminados en las plantas de tratamiento
incluyen basuras, arena, espumas y lodo. El lodo extra´ıdo y producido en las operaciones y
procesos de tratamiento de las aguas residuales generalmente suele ser un l´ıquido o liquido-
semisólido con gran contenido en solidos entre el 0.25 y el 12 % en peso. El lodo es, por
mucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos. Su tratamiento y
evacuación es, probablemente, el problema más complejo al que se enfrentan los ingenieros
sanitarios. El lodo está formado principalmente por las sustancias responsables del carácter
desagradable de las aguas residuales no tratadas. La fracción del lodo a evacuar, generada
en el tratamiento biológico del agua residual, está compuesta principalmente de materia
orgánica, y solo una pequeña parte del lodo está compuesta por materia sólida.
Los lodos separados en el sedimentador primario y aquellos producidos en el tratamiento
biológico deben ser estabilizados, espesados y desinfectados antes de ser retirados del sitio de
tratamiento. A continuación se analizan procesos para reducir el contenido de agua y materia
orgánica del lodo, y se utilizan además para acondicionar el fango para su reutilización o
evacuación final.
1.2. Por qué y para qué se tratan los lodos
Los lodos de desecho del proceso de tratamiento de aguas residuales, son una mezcla de
sólidos en suspensión de las aguas, estos constituyen grandes volúmenes, humedad conside-
rable, olor desagradable, y su contenido de microorganismos patógenos sirven de alimento
para cierta fauna nociva.
Los lodos de agua residual tienen que ser tratados, por su alto contenido de agentes
dañinos, que ponen en riesgo todo el sistema de tratamiento si estos son almacenados por
largos periodos de tiempo. As´ı también porque su humedad evita su manejo apropiado para
llevarlo a disposición.

El tratamiento de lodos se realiza para eliminar la humedad presente en este, su mal olor
y desagradable apariencia, para eliminar o controlar la generación de elementos peligrosos,
y para disponer de el en sitios permitidos, y evitar la proliferación de contaminantes en el
suelo, Mar´ıa Angélica Garc´ıa Zarza 4
.
1.3. Caracter´ısticas de los lodos residuales
Las caracter´ısticas de estos lodos residuales podrán variar debido a la frecuencia de bom-
beo, al origen de los lodos (domésticos e industriales) y al contenido de los nutrientes de
alimentos. Es por eso que se utilizan otros parámetros f´ısicos, qu´ımicos y microbiológicos
para caracterizar los lodos, los cuales son importantes para el tratamiento de los biosólidos
y su depósito final.
a) Caracter´ısticas f´ısicas de los lodos
Sólidos totales (ST)
Una caracter´ıstica de los lodos es la relación entre el contenido de solido y el volumen de
lodo. La concentración de sólidos es medida y expresada como mg/L o como porcentaje de
sólidos. El procedimiento para determinar la concentración de sólidos emplea el secado de un
volumen de sólidos a 103◦
C ± 10◦
C. Los sólidos totales son la suma de los sólidos volátiles
(SV) y f´ısicos (SF).Luis Antonio López Escobar 2
Sólidos volátiles (SV)
Los sólidos volátiles son ampliamente usados en el tratamiento y manejo de lodos como una
medida para determinar la cantidad de materia orgánica (combustible) en los biosólidos. Se
determina mediante la ignición de sólidos secos a 550◦
C en una mufla durante media hora.
b) Caracter´ısticas qu´ımicas de los lodos
Las caracter´ısticas qu´ımicas de un lodo definen las necesidades de tratamiento, deposito
final y su posible utilización. La composición qu´ımica de los biosólidos varia dependiendo
de su origen y métodos de tratamiento. Como resultado de los procesos de tratamiento, los
elementos qu´ımicos contaminantes de influente pasan a formar parte de los lodos ya sea por
precipitación en forma de sulfuros, oxido, bicarbonatos; por absorción; por quelacion con
compuestos orgánicos; o por partición entre la fase liquida durante el proceso de separación
de los solidos, Girovich, M.J. 1
.
1.4. Alternativas de tratamiento de lodos
Los lodos son sometidos a tratamiento por diversas razones, entre ellas la necesidad de
reducir su volumen para optimizar el espacio disponible para su disposición, mejorar las
caracter´ısticas mecánicas o mejorar sus caracter´ısticas fisicoqu´ımicas para su aprovechamiento
posterior.

Los lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales se caracterizan por
su alto contenido de agua, lo que les otorga a su vez un volumen importante favoreciendo a
sus pobres caracter´ısticas mecánicas (las que dificultan su manejo y disposición final). Por
esta razón su tratamiento consiste básicamente en la reducción de su volumen mediante la
eliminación de su contenido en agua.
Los tipos de procesos en el tratamiento de lodos pueden agruparse en cuatro categor´ıas,
las cuales se detallan en la figura 1.1
- Procesos f´ısicos: destinados a la separación, reducción de volumen y peso de los lodos.
- Procesos qu´ımicos: adición de qu´ımicos para modificar las caracter´ısticas de los lodos.
- Procesos biológicos: aplicación de biomasa para la estabilización de lodos.
- Procesos térmicos: destinados a la destrucción y detoxificación de lodos.
Figura 1.1: Operaciones de tratamiento de lodos
El agua contenida en los lodos puede clasificarse en libre, capilar, coloidal e intracelular.
El agua libre se puede eliminar fácilmente mediante procesos f´ısicos como el espesamiento
por gravedad, mientras que la humedad capilar y coloidal puede eliminarse aplicando fuerzas
mecánicas. El resto del agua puede eliminarse después de romper la estructura celular, ya
sea por métodos biológicos (compostaje), qu´ımicos (oxidación húmeda) o térmicos (secado
térmico, incineración).
1.5. Estabilización del lodo
La estabilización del lodo se lleva a cabo principalmente para:
- Reducir la presencia de patógenos.
- Eliminar los olores desagradables.
- Reducir o eliminar su potencial de putrefacción.

La supervivencia de microorganismos patógenos y la proliferación de olores en el lodo se
producen cuando se permite que los microorganismos se desarrollen sobre la fracción orgánica
del mismo.
Los medios de estabilización más eficaces para eliminar el desarrollo de estas condiciones
son: la reducción biológica del contenido de materia volátil; la oxidación qu´ımica de la materia
volátil; la adición de agentes qu´ımicos para hacer el lodo inadecuado para la supervivencia de
microorganismos y la aplicación de calor con el objetivo de desinfectar o esterilizar el lodo.
Las técnicas de estabilización de lodos más recurridas son: la digestión anaerobia, la
digestión aerobia, la estabilización con cal, el tratamiento qu´ımico, y el compostaje, Alejandro
Mauricio Hammeken Arana 3
.
Es importante conocer las caracter´ısticas de los lodos que se van a tratar, con la finalidad
de establecer el nivel adecuado de tratamiento para disponer de los mismos, as´ı como de su
origen y volumen.
La generación del lodo no es un proceso continuo, var´ıa según el tipo de planta y su método
de operación, las caracter´ısticas dependen del origen de los lodos, del tiempo transcurrido
desde su producción y del tipo de proceso al que fue sometido, la cantidad de los lodos
depende de los diversos procesos utilizados para tratar el agua residual.
Estos procesos pueden llevar a cabo la remoción de agua o la estabilización del contenido
inorgánico de los lodos residuales.
La digestión, incineración y oxidación húmeda, son usados para el tratamiento de la
materia orgánica en el lodo; la concentración, acondicionamiento, deshidratación y secado
persigue la remoción de la humedad, Mar´ıa Angélica Garc´ıa Zarza 4
.
1.5.1. Procesos f´ısicos
Espesamiento
El espesado es un procedimiento que se emplea para aumentar la fracción solida del lodo
de desecho mediante la reducción de la fracción liquida del mismo.
La reducción del volumen de lodo es muy beneficiosa para los procesos de tratamiento
subsecuentes tanto por la capacidad de tanques y equipos necesarios como por la cantidad de
reactivos qu´ımicos necesarios para el acondicionamiento del lodo, y por la cantidad de calor
necesario para los digestores. La reducción del volumen permite reducir tamaños de tuber´ıas,
bombas y tanques digestores.
Decantación
La decantación de agua se realiza en los decantadores de manto de lodos, cuyo principio de
funcionamiento es mantener el manto de lodos en suspensión por medio de la extracción de

aire de la campana de vac´ıo y la descarga del volumen de agua acumulado en la campana de
vacio durante la extracción. Esta operación hace que el manto de lodos esté en movimiento
en sentido vertical es decir de arriba hacia abajo; esto es producido por el sistema ventilador-
válvulas de puesta a la atmósfera.
Flotación
Existen algunas variantes de este proceso, aunque la flotación por aire disuelto es la más
utilizada. En este proceso, se introduce aire en una solución que se mantiene a una presión
determinada. Cuando se despresuriza la solución, el aire disuelto se libera en forma de bur-
bujas finamente divididas que arrastran el lodo hasta la superficie, en donde es recogido con
un desnatador. Este proceso resulta muy efectivo para el tratamiento de cultivo biológico en
suspensión, por ejemplo para lodos activados, aunque también puede ser empleado para el
tratamiento de otros lodos, Alejandro Mauricio Hammeken Arana 3
.
Centrifugación
Se utiliza tanto para espesar lodos como para deshidratarlos, su aplicación para el espesado se
limita al espesado de lodos activados. Este proceso implica la sedimentación de las part´ıculas
de lodo bajo la influencia de fuerzas centrifugas, Alejandro Mauricio Hammeken Arana 3
.
En la figura 1.2 se muestran usos y aplicaciones de los distintos tipos de espesamiento de
lodos
Figura 1.2: Caracter´ısticas de espesamiento por lodos

Desaguado
El desaguado es una operación intermediaria entre el espesamiento y el secado. A través
del desaguado se logra una disminución de la humedad de un promedio de 50 a 80 %
Filtración
Proceso de separar un sólido suspendido (como un precipitado) del l´ıquido en el que está sus-
pendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el l´ıquido puede penetrar
fácilmente.
En los procesos de filtración se emplean cuatro tipos de material filtrante: filtros granulares
como arena o carbón triturado, láminas filtrantes de papel o filtros trenzados de tejidos y
redes de alambre, filtros r´ıgidos como los formados al quemar ladrillos o arcilla (barro) a baja
temperatura, y filtros compuestos de membranas semipermeables o penetrables como las
animales. Este último tipo de filtros se usan para la separación de sólidos dispersos mediante
diálisis.
Secado
El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro l´ıquido de un
material sólido con el fin de reducir el contenido de l´ıquido residual hasta un valor acepta-
blemente bajo. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones.
Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre s´ı por la meto-
dolog´ıa seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una
solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; también puede ser por elimi-
nación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción del contenido de l´ıquido en
un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas.
Evaporación
Proceso por el cual el agua se transforma en vapor. La velocidad se expresa en lámina de
agua, medida como agua l´ıquida, removida de una superficie determinada por unidad de
tiempo (generalmente cent´ımetros por d´ıa, mes o año).
Prensado
El prensado es un método mediante el cual se aplican grandes presiones mecánicas a los
lodos, para la eliminación del agua, esto se logra a través de filtros prensa.
1.5.2. Procesos qu´ımicos
Acondicionamiento
El acondicionamiento del lodo, es realizado con el propósito de mejorar las caracter´ısticas
de deshidratación. Los métodos utilizados son: el uso de sustancias qu´ımicas y tratamiento
por calor.

El acondicionamiento qu´ımico, persigue la coagulación de los sólidos y la liberación del
agua absorbida en estos, con el empleo de productos qu´ımicos tales como: cloruro férrico,
cal, alumbre, ácido sulfúrico, sulfato ferroso y pol´ımeros orgánicos, que modifican el valor del
PH, hasta el punto en que las part´ıculas más pequeñas se coagulan y el agua contenida en
ellos se separa posteriormente por deshidratación en filtros de vac´ıo o centrifugas.
El acondicionamiento por calor, es un proceso de acondicionamiento que involucra la
elevación de la temperatura en el lodo por cortos periodos de tiempo bajo presión. Con lo
que se reduce la capacidad de retención del agua en los sólidos presentes en los lodos; por
consiguiente el lodo es estabilizado, prácticamente deodorizado y fácil de deshidratar por
medio de una filtración, sin la adición de sustancias qu´ımicas, Mar´ıa Angélica Garc´ıa Zarza
4
.
Neutralización
Un sinnúmero de descargas industriales ocurren en condiciones de acidez o alcalinidad que
son incompatibles con las normas de descarga o con los procesos biológicos o f´ısico-qu´ımicos
posteriores. En particular, los sistemas biológicos requieren un PH entre 6.5 y 8.5 y además
producen CO2.
Para procesos biológicos, el grado de pre-neutralización requerido es una función de la
DBO (demanda bioqu´ımica de ox´ıgeno) y del contenido de alcalinidad o de acidez (capacidad
de producción o de consumo de ácido, que es distinto del PH).
Mezclar efluentes ácidos y alcalinos en un ecualizador y disponer de alguna capacidad
de retención de cargas fuertes en ácido o álcali. Si la actividad industrial del caso genera
desechos tanto ácidos como alcalinos, se deben utilizar tanto la acidez como la alcalinidad
excedentes para producir un efluente neutro.
Extracción
Proceso de disolución y separación de determinados componentes de un l´ıquido median-
te tratamiento con solventes espec´ıficos para dichos componentes. La extracción puede ser
l´ıquido-sólido o liquido-l´ıquido.
La extracción con solventes es una técnica de tratamiento que consiste en usar un solvente
(un l´ıquido capaz de disolver otra sustancia) para separar o retirar contaminantes orgánicos
peligrosos de lodos residuales, sedimentos o tierra.
El lodo residual es un material parecido al barro que se forma a partir de desechos indus-
triales o cloacales; los sedimentos son fragmentos de rocas y minerales de grano fino que se
han depositado en el fondo de una masa de agua, como un r´ıo o un lago.
La extracción con solventes no destruye los contaminantes, sino que los concentra para
que sea más fácil reciclarlos o destruirlos con otra técnica.

Cuando la tierra entra en el extractor (estanque donde la tierra contaminada se mezcla
con el solvente), se separa en tres componentes o fracciones: solvente con contaminantes
disueltos, sólidos y agua. Los distintos contaminantes se concentran en fracciones diferentes.
Oxido-reducción
En las reacciones ácido/alcalinas se produce un intercambio de iones H+
. En los procesos
electroqu´ımicos las reacciones son el resultado de un intercambio de electrones. Esto es lo
que ocurre en las reacciones de oxidación y reducción, llamadas también reacciones redox.
Estos son importantes en procesos de descontaminación en los cuales se eliminan cianuros,
cromatos y nitritos.
Estabilización
Término general que describe una transformación f´ısico-qu´ımica de un material a una
forma más estable o menos tóxica.
La materia sólida contenida en las aguas residuales crudas, comúnmente denominada
como lodo, constituye una cantidad promedio de un 0.08 % del volumen total de las aguas
crudas.
En una planta de tratamiento de aguas residuales, se debe prever la remoción o reducción
de este material y por lo tanto es indispensable seleccionar el proceso de tratamiento de la fase
sólida, capaz de permitir el manejo y disposición de estos sólidos, cumpliendo los requisitos,
directrices y normas de preservación ambiental.
Entre las tecnolog´ıas disponibles, la práctica común es la estabilización del lodo através
de la mineralización de la materia orgánica. Este proceso debe ser estimulado y condicionado
en unidades racionalmente proyectadas para procesar el material inestable.
El proceso de estabilización (reducción) tiene como objetivo principal la conversión parcial
de la materia putrescible en l´ıquidos, sólidos disueltos, subproductos gaseosos y en alguna
destrucción de los microrganismos patógenos asi como en la reducción del sólido seco del
lodo.
Solidificación
Es referida al cambio de las propiedades f´ısicas necesarias para poder producir un material
sólido, este cambio puede o no envolver también reacciones qu´ımicas entre el contaminante
aditivo.

1.5.3. Procesos biológicos
Digestión anaeróbica
La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos empleados en la estabilización
de lodos. En este proceso se propicia la degeneración de la materia orgánica contenida en el
en ausencia de ox´ıgeno molecular.
En el proceso de digestión anaerobia, la materia orgánica contenida en la mezcla de
lodos primarios y secundarios se convierte en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2)
principalmente. El proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. Los lodos
se introducen en el reactor de forma continua o intermitente, y permanecen dentro de estos
tanques durante periodos de tiempo considerables. El lodo estabilizado que se extrae del
proceso tiene un bajo contenido de materia orgánica y de microorganismos patógenos vivos,
Alejandro Mauricio Hammeken Arana 3
.
Digestión aeróbica
La digestión aerobia se emplea generalmente en plantas de tratamiento con capacidad
inferior a 20,000 m3
/d´ıa sin embargo, en algunas ocasiones se ha empleado en plantas con
mayor capacidad.
Las ventajas principales de este proceso, comparado con la digestión aerobia, son:
- Se consiguen menores concentraciones de DBO en el l´ıquido sobrante.
- Puede requerir menores costos iniciales.
- La producción de un producto final biológicamente estable, sin olores.
No obstante, sus desventajas pueden resultar significativas:
- Un mayor costo energético asociado al suministro de ox´ıgeno necesario.
- Se produce un lodo digerido de pobres caracter´ısticas para la deshidratación mecánica.
- La digestión aerobia también es muy delicada en cuanto a operaciones se refiere.
La digestión aerobia es similar al proceso de lodos activados. Conforme se agota el sumi-
nistro de subtrato disponible (alimento), los microorganismos empiezan a consumir su propio
protoplasma (respiración endógena) para obtener la energ´ıa necesaria para las reacciones de
mantenimiento celular.
El tejido celular se oxida a dióxido de carbono, amoniaco y agua por v´ıa aerobia. En
la práctica solo se puede oxidar entre el 75 y 80 % de tejido celular, puesto que el resto
está formado por componentes inertes y compuestos orgánicos no biodegradables, Alejandro
Mauricio Hammeken Arana 3
.

Compostaje
El compostaje, consiste en la descomposición aerobia de la materia orgánica contenida en
los lodos, realizada en fase sólida y tras la fermentación, siendo sus ventajas las siguientes:
- Puede ser llevada a cabo en reactores abiertos.
- La automatización es casi total.
- Se evitan los olores.
- Se puede utilizar en la agricultura.
Estabilización de lodos con cal, esta se lleva a cabo para:
- Reducir los patógenos.
- Eliminar los olores desagradables.
- Inhibir, reducir o eliminar su potencial de putrefacción.
La adición de productos qu´ımicos al lodo logra estabilizarlo y provoca hacerlo inadecuado
para la supervivencia de los microorganismos. Una de las tecnolog´ıas disponibles para la
estabilización del lodo es con cal.
El proceso de estabilización con cal, consiste en añadir cal al lodo crudo en cantidad
suficiente para alcanzar un PH de 12 o mayor, el alto PH crea un entorno que no es adecuado
para la supervivencia de los microorganismos. Por lo que el lodo no sufrirá putrefacción ni
desprenderá olores, ni construirá un peligro sanitario, en tanto que el PH se mantenga en
este nivel. Si el tratamiento con cal se realiza con un PH mayor de 12, durante un periodo
de 3 horas, se consigue una reducción de patógenos superior a la alcanzable con la digestión
anaerobia.
La estabilización con cal es un proceso muy simple, en comparación de otros procesos
estabilizadores resulta con un bajo costo de operación, y con la ventaja de usar el producto
como mejorador de suelos ácidos en la agricultura.
El grado y tipo de tratamiento para los lodos producidos por las aguas residuales, está de-
terminado por la forma de su disposición, lo cual, no consiste en localizar un sitio libre, sino
más bien, es necesario realizar un estudio del lugar, con el objeto de conocer sus propiedades
y caracter´ısticas.

1.5.4. Procesos térmicos
Incineración
Extensión natural del proceso de secado, convierte el lodo a cenizas inertes, existen 2 tipos
de incineradores: los instantáneos y los de hogar múltiple, trabajan con lodos parcialmente
deshidratados como los de filtración al vac´ıo, se alimentan al hogar superior y se secan par-
cialmente por los gases que llegan de los hogares inferiores. Estos lodos por cepillos rotatorios
se hacen bajar al siguiente hogar y as´ı sucesivamente, hasta alcanzar tal grado de sequedad
que entran en ignición y se consumen. En todos los tipos de incineradores, los gases de com-
bustión deben mantenerse a una temperatura de 675◦
C a 760◦
C, hasta la total incineración,
evitando as´ı, la presencia de olores.
Vitrificación
La vitrificación consiste en la transformación de una matriz sólida en un producto no
cristalino o amorfo, mediante el incremento de la temperatura. El producto es un material
de carácter v´ıtreo que se caracteriza por una alta estabilidad qu´ımica y mecánica, y una baja
capacidad de lixiviación.
De hecho, la vitrificación es un método de estabilización/solidificación que usa una fuente
de energ´ıa convencional para fundir suelos o residuos a temperaturas que en algunos casos
alcanzan los 2000 ◦
C
Congelamiento
Los lodos tratados por medio de un congelamiento mejoran fuertemente su filtrabili-
dad, lográndose rendimientos superiores a los obtenidos mediante el agregado de substancias
qu´ımicas.
Cristalización
Operación en el cual se enfr´ıa una solución l´ıquida o se evapora un solvente hasta el punto
en que se forman cristales sólidos de soluto. Los cristales del lodo (suspensión de sólidos en
un l´ıquido) que sale del cristalizador pueden separarse del l´ıquido por filtración o en una
centr´ıfuga.
Oxidación por aire húmedo
La oxidación por v´ıa húmeda es un proceso por medio del cual los sólidos orgánicos de un
lodo son oxidados qu´ımicamente en fase acuosa por ox´ıgeno disuelto en un reactor diseñado
especialmente a temperatura y presión elevadas.

Ceramización
Hoy en d´ıa, se puede hablar de la ceramización de materiales arcillosos como uno de los
mecanismos por los cuales se puede procurar una correcta gestión de lodos de plantas de
aguas servidas, ya que al ser utilizados como parte de las materias primas son eliminados por
la v´ıa de la reutilización o valorización.
1.6. Resumen del cap´ıtulo
A lo largo de este cap´ıtulo se estudiaron los métodos para el tratamiento de lodos, en
general este proceso se puede resumir en 9 etapas. Dependiendo de las caracter´ısticas de los
lodos puede o no pasar por estas nueve etapas, los cuales son:
- Pretratamiento
- Espesamiento
- Estabilización
- Acondicionamiento
- Desinfección
- Deshidratación
- Secado
- Reducción térmica
- Evaluación final
Los métodos analizados en este cap´ıtulo se dividieron en cuatro: f´ısicos, qu´ımicos, biológi-
cos y térmicos; en el caso estudiado solo se aplican procesos f´ısicos y qu´ımicos, ya sea utili-
zando filtros prensa, cloruro férrico e hidróxido de sodio para el acondicionamiento, tanques
de aire disuelto, floculadores y demás equipo analizado en posteriores cap´ıtulos, en donde se
detalla su funcionamiento.

2
Control y automatización de procesos
Objetivo general del cap´ıtulo
En este cap´ıtulo se estudian las diferentes arquitecturas de control y tipos de
automatización existentes, con el fin de elegir la(s) más optima(s) para nuestro
proceso; se introduce a los PLC’s, incluyendo su arquitectura y lenguajes de
programación, ya que es necesario conocer los diferentes tipos para realizar una
buena elección para el proceso a automatizar.
14

2.1. El sistema de control de procesos
El objetivo del control automático de procesos es mantener en determinado valor de
operación las variables del proceso, los procesos son de naturaleza dinámica, en ellos siempre
ocurren cambios y si no se emprenden las acciones pertinentes, las variables importantes del
proceso, es decir, aquellas que se relacionan con la seguridad, la calidad del producto y los
´ındices de producción, no cumplirán con las condiciones del diseño.CASABC 8
A continuación se estudiaran las siguientes arquitecturas de control:
- Control por retroalimentación
- Control por acción precalculada
- Control en cascada
- Control de relación
- Control selectivo
- Control de rango dividido
2.1.1. Control por retroalimentación
Es una técnica simple que compensa todas las perturbaciones. Cualquier perturbación
puede afectar a la variable controlada, cuando esta se desv´ıa del punto de control, el contro-
lador cambia su salida para que la variable regrese al punto de control. La desventaja es que
únicamente puede compensar la perturbación hasta que la variable controlada se ha desviado
del punto de control, (la perturbación se debe propagar por todo el proceso antes de que
pueda ser compensada, fig. 2.1), CASABC 8
Figura 2.1: Diagrama a bloques de control por retroalimentación
2.1.2. Control por acción precalculada
Su objetivo es medir las perturbaciones y compensarlas antes de que la variable controlada
se desvié del punto de control, si se aplica de manera correcta, la variable controlada no se
desv´ıa del punto de control, fig. 2.2.CASABC 8

Figura 2.2: Diagrama a bloques de control por acción precalculada
2.1.3. Control en cascada
Es una arquitectura de control que utiliza dos o más instrumentos de medición y control
para manipular un solo elemento final de control, y as´ı reducir las perturbaciones más im-
portantes antes de que se propaguen por todo el sistema manteniendo la variable controlada
dentro de los valores deseados.
El control en cascada es una arquitectura de múltiples lazos de control retroalimenta-
dos, donde la salida del primer controlador (Master), sirve como set point para el segundo
controlador (Slave), fig. 2.3.CASABC 8
Figura 2.3: Diagrama a bloques del control en cascada
2.1.4. Control de relación
Es una arquitectura de control que utiliza un elemento llamado multiplicador o estación
de razón, para mantener una relación constante entre dos variables y as´ı poder alcanzar el
objetivo de control. Es un sistema donde se va a controlar una variable secundaria en relación
directa a otra variable llamada primaria, fig. 2.4,CASABC 8
.
2.1.5. Control selectivo (override)
El concepto de control selectivo es una técnica por medio de la cual algunas variables
de proceso se mantienen dentro de ciertos l´ımites, generalmente por razones de protección,
econom´ıa o eficiencia del proceso.

Figura 2.4: Control de relación
Este control se implementa cuando hay más variables controladas que variables mani-
puladas, este problema se soluciona utilizando un selector para elegir la variable controlada
adecuada entre las diferentes variables controladas, fig. 2.5,CASABC 8
.
Figura 2.5: Diagrama a bloques del control selectivo
2.1.6. Control de rango dividido
Es una arquitectura de control, donde se controla una salida (variable controlada) median-
te dos o más variables de entrada (variables manipuladas), accionando dos o más elementos
finales de control de forma alternativa o simultanea dependiendo el rango donde se encuentre
la señal de control, fig. 2.6, CASABC 8
.
2.2. Clases de automatización y sus caracter´ısticas
Se suele definir la automatización como la aplicación de la tecnolog´ıa para llevar a cabo
procesos que se autocomprueban y se autocorrigen. Es, por lo tanto, una combinación de la
tecnolog´ıa mecánica, tecnolog´ıa eléctrica, la teor´ıa del control, la electrónica y los compu-
tadores para controlar los sistemas de producción, MAFA 9
.

Figura 2.6: Diagrama a bloques del control de rango dividido
En relación con el control de los procesos de fabricación, la automatización se puede
clasificar de la siguiente forma:
- Automatización fija
- Automatización programable
- Automatización flexible
- Automatización integrada
2.2.1. Automatización fija
Se entienden por automatización fija un sistema de fabricación en el que la secuencia de
las operaciones está fijada por la configuración de los equipos que lo forman.
Se caracteriza por qué:
- Está constituida por una secuencia sencilla de operaciones.
- Necesita una inversión elevada en equipos especializados.
- Posee elevados ritmos de producción.
- Es muy inflexible, en general, para acomodarse a los cambios de los productos.
2.2.2. Automatización programable
La automatización programable se identifica con los sistemas de fabricación en los que el
equipo de producción está diseñado para ser capaz de cambiar la secuencia de operaciones
a fin de adaptarse a la fabricación de productos diferentes. La secuencia de producción se
controla mediante un programa, que es un conjunto de instrucciones que se pueden cambiar
para fabricar un nuevo producto.

Se caracteriza por:
- Una gran inversión en equipos de aplicación general, como por ejemplo sistemas de
control numérico y robots.
- Se necesita cambiar el programa y la disposición f´ısica de los elementos de las máquinas
para cada lote de productos distintos.
- La existencia de un per´ıodo de preparación previo a la fabricación de cada lote de
productos distintos.
La automatización programable es adecuada para la fabricación por lotes.
2.2.3. Automatización flexible
La automatización flexible es una extensión de la automatización programable que da
como resultado sistemas de fabricación en los que no sólo se pueden cambiar los programas
sino que además se puede cambiar la relación entre los diferentes elementos que los constituyen
(robots, control numérico, bandas transportadoras, herramientas de subensamble y demás
elementos).
2.2.4. Automatización integrada
Es un sistema de fabricación que integra el diseño asistido por computador (CAD), la inge-
nier´ıa y simulación asistida por computador (CAE), la fabricación asistida por computador
(CAM) junto con la verificación, la comercialización y la distribución. La automatización
integrada suele recibir el nombre de CIM (Computer Integrated Manufacturing).
Dado que en ella se automatizan, de forma coordinada, todas las tareas que forman parte
del ciclo completo del proceso de un producto, se le conoce también por las siglas TIA (Totally
Integrated Automation).
2.3. El autómata programable (PLC)
Un autómata programable industrial es una máquina electrónica, históricamente progra-
mable por personal no informático, preparada para realizar, en ambiente industrial, automa-
tismos combinatorios y secuenciales en tiempo real.
Se trata, pues, de un ordenador pensado, tanto en los aspectos de software como de
hardware, para la automatización industrial.
2.3.1. Arquitectura
Un autómata programable consta de tres partes fundamentales: Unidad de memoria,
unidad de control y elementos de entrada y salida, fig. 2.7.

Figura 2.7: Arquitectura del PLC
Unidad de memoria
La memoria de un autómata programable sirve para almacenar el programa y los datos
del proceso. En muchos autómatas el usuario puede trabajar con la configuración de memoria
base o puede añadir más memoria (hasta un cierto l´ımite) en función de sus necesidades.
Dentro de la memoria de datos tenemos una parte fija que es la tabla de imágenes de
entradas y salidas; cuya medida viene ya definida mientras que el resto de la memoria de
datos puede ser variable en función de las necesidades de cada programa.
Unidad de control
La unidad de control, también llamada CPU Central Processing Unit (unidad la parte
inteligente del autómata). Su función es ejecutar las instrucciones, se encarga de las comuni-
caciones con los equipos de programación.
Su elemento base es el microprocesador. La capacidad de cálculo y la velocidad dependen
del número y tipo de procesadores que tenga. La ejecución del programa sigue un ciclo
llamado scan que consiste en:
1. Lee las entradas y guarda sus estados en la tabla de imágenes de entrada.
2. Hace una ejecución del programa cogiendo los datos necesarios de la tabla de entradas,
los contadores, los temporizadores, etc. y dejando lo que convenga en la tabla de salidas.
3. Copia la tabla de imágenes de salida sobre las salidas.
4. Vuelve a empezar el ciclo leyendo las entradas.
El uso de las tablas de entradas y salidas es muy importante. Si las entradas se leyeran
cada vez que se necesitan y las salidas se escribieran también cada vez, resultar´ıa que una

misma entrada que se usa más de una vez dentro de un scan de programa tendr´ıa estados
diferentes con lo que el automatismo no funciona correctamente.
El programa se va repitiendo en forma c´ıclica ya que las modificaciones que vayan apa-
reciendo en las entradas tienen que ir modificando los estados de los relés internos y las
salidas.
Elementos de entrada y salida
Los elementos de entrada y salida son los que permiten comunicar el autómata con el pro-
ceso que está controlando y con el operador. Mediante los elementos de entrada el autómata
se entera del estado en que se encuentra el proceso (posiciones, velocidades, niveles, tempe-
raturas, elementos activados, elementos desactivados, etc.) a partir de los captadores que el
diseñador ha situado para las señales que interesan. Los elementos de salida permiten que el
PLC actúe sobre el proceso (electroválvulas, motores, pilotos, etc.).
Buses de comunicación
Son el medio f´ısico a través del cual el procesador se comunica con el resto de elementos del
sistema (entradas y salidas, memoria, periféricos). Hay normalmente tres buses: direcciones,
datos y control. Cada uno de ellos está formado por un conjunto de cables, o mejor dicho un
conjunto de pistas de circuito impreso. Cada uno de los elementos conectados al bus tiene
una dirección.
El bus de direcciones es por donde el procesador env´ıa la dirección del elemento al que
quiere enviar o que quiere que le env´ıe información. Esta dirección llegará a todos los ele-
mentos pero sólo tiene que haber un elemento que se identifique.
El bus de datos es por donde todos los elementos enviarán los datos. En una escritura, el
procesador pondrá los datos que quiere que lea el elemento señalado con el bus de direcciones.
En el caso de una lectura, el procesador leerá los datos que haya puesto el elemento señalado.
El bus de datos es, por tanto, bidireccional.
El bus de control es aquel mediante el cual el procesador explica qué operación se está efec-
tuando. Las operaciones más corrientes son leer y escribir.
Sistema operativo
El sistema operativo se encarga de ejecutar las funciones del autómata, tanto si son en
tiempo real como si no. En programas sencillos se ejecutan todas las funciones dentro de un
solo ciclo. En programas más complejos nos podemos encontrar que el tiempo de ejecución sea
inaceptable. En estos casos a menudo se hace un fraccionamiento del programa en módulos
(subrutinas) de manera que no todos los módulos se ejecutan en todos los ciclos.

Se encuentran también casos en los que se ejecuta una parte de cada módulo en cada ciclo
de programa. Este método tiene serios problemas de interpretación de programas y depura-
ción y corrección de errores de los mismos. Algunos autómatas incorporan ya subrutinas de
interrupción por tiempo que permiten ejecutar algunas partes de programa cada un cierto
tiempo.
2.3.2. Lenguajes y sistemas de programación
El técnico que prepara un automatismo debe diseñar primero la lógica que éste tiene que
seguir y, una vez acabado el diseño, tiene que explicarlo al autómata a fin de que éste pueda
entenderlo y llevarlo a la práctica.
El método que use para crear el automatismo no tiene ninguna importancia mientras
después sea capaz de traducirlo a alguna forma inteligible para el autómata. Los métodos de
entrar el automatismo al autómata (lenguajes de programación) son diversos. A continuación
describimos los más comunes.
Diagrama de contactos (de escalera o ladder)
También conocido como diagrama de relés, es la forma más común de programar un
autómata. Se trata de hacer un esquema como si se tuviese que hacer un automatismo
con relés y esto se ingresa gráficamente en el software del autómata. Este lenguaje tiene la
ventaja de que los técnicos de mantenimiento están acostumbrados a dibujar circuitos lógicos
con relés. En la mayor parte de los autómatas el circuito se dibuja según el método americano
en que los s´ımbolos son diferentes y las l´ıneas lógicas van horizontales con las salidas a la
derecha, tal como se ve en la fig. 2.8.
Figura 2.8: Programación en escalera
Puertas lógicas
Consiste en hacer un esquema como si se tuviese que hacer un automatismo electrónico.
Este método tiene la ventaja de ser sencillo para aquellos que han trabajado antes con puertas
lógicas, fig. 2.9.

Figura 2.9: Programación con compuertas lógicas
Diagrama funcional
Consiste en hacer un circuito similar al de las puertas lógicas pero con bloques funcionales,
fig. 2.10.
Figura 2.10: Programación por diagrama funcional
Diagrama de flujo
Es un método parecido a los árboles de decisión que se usan también en algor´ıtmica.
Consta de cajas en forma de rombo y de rectángulo. Los rombos son preguntas con
respuesta s´ı o no y los rectángulos son acciones, fig. 2.11.
GRAFCET
El GRAFCET es un método similar a los árboles de decisión en que puede haber etapas
simultáneas (en paralelo). Antes de cada etapa hay una transición.
En el GRAFCET las etapas se representan con cuadrados, que son en l´ınea doble si se
trata de etapas iniciales. Las acciones a realizar en cada etapa se representan con rectángulos
que salen lateralmente de las etapas.

Figura 2.11: Programación por diagrama de flujo
Las l´ıneas simples son los caminos según los cuales evoluciona el automatismo y las dobles
indican que los caminos se bifurcan para dar lugar a etapas en paralelo (simultáneas). Una
rayita horizontal que cruza la l´ınea simple representa una transición. No se puede franquear
la transición hasta que no se ha cumplido la condición que se especifica en él, fig. 2.12.
Figura 2.12: Programación por GRAFCET
Lenguaje booleano
Consiste en escribir directamente las ecuaciones booleanas que representan el automatis-
mo, fig. 2.13.

Figura 2.13: Programación mediante lenguaje booleano
Lista de instrucciones
Se trata de describir las ecuaciones booleanas con una lista de instrucciones de un solo
operando. Cada autómata tiene su forma particular de hacerlo. Una podr´ıa ser la de la fig.
2.14.
Figura 2.14: Programación por lista de instrucciones
Lenguajes de alto nivel
Hay autómatas que admiten programación con lenguajes como BASIC o PASCAL con
la ventaja de que los lenguajes son muy parecidos a los que se usan en la programación de
ordenadores. En algunos autómatas el lenguaje es interpretado (no compilado) lo cual da
lugar a tiempos lentos de ejecución, fig. 2.15.
Figura 2.15: Programación por lenguajes de alto nivel
2.3.3. Clasificación
Los fabricantes han desarrollado familias de productos que comprenden equipos desde
10 entradas/salidas hasta grandes controladores capaces de gobernar hasta 10000 entra-
das/salidas con memorias de hasta 5 MB o incluso más. El campo de aplicación cubre desde el
m´ınimo nivel de automatización de una secuencia de enclavamientos hasta el control completo
de un proceso de producción continua.
Visto este gran abanico de posibilidades se hace necesario establecer unos criterios de iden-
tificación al referirnos a los diferentes tipos de autómata. Con los equipos disponibles hasta
el momento se puede hacer una clasificación atendiendo fundamentalmente a dos aspectos:

Factores cuantitativos:
- Equipos pequeños: hasta 128 E/S y memoria de 1 a 4 K
- Equipos medianos: entre 128 y 500 E/S y memoria hasta 32 K
- Equipos grandes: más de 500 E/S y memoria superior a 32 K
Factores cualitativos:
- Nivel 1: Control de variables binarias, temporizadores, contadores y registros.
- Nivel 2: Control de variables binarias y enteras, operaciones aritméticas, y comunica-
ciones a nivel elemental.
- Nivel 3: Control de variables binarias, enteras y reales (coma flotante), operaciones
aritméticas, trigonométricas, logar´ıtmicas, etc., manipulación de gran cantidad de da-
tos. Uso de E/S inteligentes y comunicaciones transparentes procesador-procesador o
en red.
Respecto a los factores cuantitativos, es necesario decir que la distinción entre equipos pe-
queños y medianos depende de los criterios de los fabricantes que pueden ser diferentes de
los datos de E/S que hemos dado. No obstante son datos comúnmente aceptados por los
principales fabricantes del sector.
2.3.4. Criterios de aplicación
A la hora de automatizar una planta o proceso encontramos diversas soluciones tecnológi-
cas que podemos resumir en la fig. 2.16.
Figura 2.16: Criterios de aplicación

Antes de decidir una tecnolog´ıa es necesario tener definidos:
- Necesidad de entradas y salidas: Es necesario definir el número y el tipo (analógicas,
digitales, codificadas, etc.).
- Necesidad de elementos auxiliares: Contadores, temporizadores, relés internos (o bies-
tables), etc.
- Necesidad de potencia de cálculo: Operaciones aritméticas y de comparación, ra´ıces
cuadradas, funciones trigonométricas, logar´ıtmicas y exponenciales, bucles PID.
- Necesidad de entradas y salidas: Necesidad de tarjetas inteligentes (control de ejes,
control de motores paso a paso, etc.
- Comunicación con operadores: Es necesario definir como tiene que ser la comunicación
con el hombre y la información a intercambiar.
- Comunicación con otros equipos de control y auxiliares (autómatas, ordenadores de
proceso, ordenadores de gestión, impresoras, etc.) indican, si procede, la jerarqu´ıa.
- Variabilidad: El proceso a controlar es previsto que evolucione con mejoras y refina-
mientos. Conviene que en cada serie de fabricación de productos se puedan introducir
modificaciones al proceso.
2.3.5. Velocidad de respuesta
La velocidad de respuesta es a menudo un condicionante importante. Los sistemas más
lentos son el electromagnético y el neumático ya que en ellos la respuesta depende de un movi-
miento en que se tienen que vencer las inercias iniciales. Los circuitos de puertas electrónicas
son los más rápidos ya que todas las entradas son tratadas simultáneamente.
Los equipos electrónicos programados son rápidos pero menos que las puertas ya que las
decisiones se van tomando una tras otra y no simultáneamente. Ordenar convenientemente
el programa, fragmentar el programa en partes con diferentes prioridades de ejecución y usar
interrupciones por tiempo son algunas de las herramientas que el programador puede usar
para conseguir el tiempo de respuesta requerido.
2.3.6. Selección de un autómata
Es conveniente disponer de fichas de los autómatas entre los que se tiene que escoger. En
cada ficha haremos constar:
- Datos de catálogo: Marca, modelo, fabricante, fecha de comercialización.
- Posibilidades del equipo: Número máximo de entradas, salidas, temporizadores, conta-
dores, entradas y salidas analógicas, contadores rápidos, etc.

- Datos de la unidad central: Tiempo de scan por 1K de programa, tipos de memoria,
complejidad de los posibles cálculos.
- Posibles ampliaciones y comunicaciones: Redes de comunicación, entradas/salidas re-
motas, modularidad.
- Programación: Lenguajes disponibles, posibilidad de programación off line, idioma.
- Criterios económicos: Precio del equipo completo y la instalación, coste de la formación
del personal, etc, OMF98 10
.
2.4. Resumen del cap´ıtulo
Como se puede observar en el análisis anterior respecto a las arquitecturas de control, no
existe una mejor que otra; ni se llega a aplicar una sola dentro de un proceso tan complejo
como el estudiado, debido a que cuenta con diversas etapas, sin embargo en la mayor´ıa del
proceso se aplica el control por retroalimentación y en cascada, en el arranque de bombas
se suele utilizar el control selectivo, y de rango dividido, el único control que no se puede
observar su aplicación en este proceso es el de acción precalculada; con lo que respecta al
tipo de automatización, para el caso de estudio en particular se optó por una automatización
integrada, ya que el proceso depende de diversas áreas de la empresa.

3
Descripción del sistema
Objetivo general del cap´ıtulo:
A lo largo de este cap´ıtulo se analizara la descripción del sistema estudiado,
las etapas de este, equipos utilizados en el diseño y elementos de control.
29

3.1. Equipos y caracter´ısticas
Para poder comprender mejor el proceso de tratamiento de lodos, es necesario contar
con el DTI, vease apéndice A, a continuación se estudiaran los equipos utilizados en dicho
proceso.
3.1.1. Clarificador de placas inclinadas
Es un equipo que por un procedimiento f´ısico separa los sólidos del agua, en un espacio de
un tercio de lo que lo hace un clarificador convencional (circular). Después de la floculación,
estos sólidos reposan en las placas inclinadas y por gravedad resbalan al fondo. Pueden ser
con fondo cónico o cil´ındrico. Su construcción es acero al carbón con recubrimientos epóxicos
internos y externos, o bien, acero inoxidable. Su capacidad va de 10 a 2,000 gpm, fig. 3.1.
Figura 3.1: Clarificador de placas inclinadas
3.1.2. Clarificadores DAF
Un influente que comúnmente es penetrado con qu´ımicos, se presuriza con aire disuelto y
se transfiere al clarificador ah´ı se libera la presión y millones de burbujas de aire son libera-
das, adhiriéndose a los sólidos suspendidos y otros contaminantes, elevándose a la superficie.
El material flotante y el sedimentado, es removido por brazos desnatadoras en la superficie
rastra en el fondo, para su desalojo. Estos sistemas son 100 % presurizados ó de recirculación.
Mezclan floculación, clarificación y engrosamiento de lodos en una sola operación. Su capa-
cidad es de 8 a 1,000 gpm. Y en sus usos comunes remueve part´ıculas suspendidas as´ı como
grasas, emulsiones, etc.
Los clarificadores DAF (Por sus siglas en inglés: Dissolved Air Flotation, es decir, Flo-
tación por Aire Disuelto) se utilizan normalmente para remover sólidos suspendidos, grasas,
aceites y part´ıculas flotantes en el agua de deshecho, fig. 3.2.

Figura 3.2: Clarificador DAF
3.1.3. Desnatador de aceite
Separa aceites solubles, recolecta el l´ıquido contaminante en un sencillo proceso de tensión
superficial y gravedad espec´ıfica. La banda sinf´ın se hace girar al estar inmersa en el l´ıquido
contaminado. El aceite flotante se adhiere a la banda, es removido por unos limpiadores y
descargado por un canal adyacente para su disposición o reuso. La capacidad va de 4 a 200
gph, fig. 3.3.
Figura 3.3: Desnatador de aceite
3.1.4. Espesador de lodos
El espesador es creado para cubrir la necesidad de reducir la cantidad de lodos, con el fin
de abatir los inconvenientes de disposición, confinamiento y manejo de materiales peligrosos.
El proceso se lleva a cabo por gravedad espec´ıfica a muy bajo costo, ya que se puede des-
cargar con una densidad del 12 % al 15 % de sólidos por peso. Mejora la eficiencia, reduce la
resistencia y afecta los costos de los procesos subsecuentes, esto al descargar lodo con una
mayor proporción de sólidos. Facilita la transportación y la disposición, es decir, reduce de
manera considerable los sólidos a manejar, as´ı como el tamaño de las bombas de lodo, la
dimensión de los filtros y el área de confinamiento, fig. 3.4.

Figura 3.4: Espesador de lodos
3.1.5. Filtro prensa
Es un separador de l´ıquidos y sólidos a través de filtración por presión. Utiliza un método
simple y confiable para lograr una alta compactación. Es capaz de comprimir y deshidratar
sólidos hasta obtener del 25 % al 60 % por peso de los lodos compactados. Tiene una capacidad
que va desde 0.5 a 300 pies cúbicos. Se fabrica en acero al carbón con recubrimiento de pintura
epóxica de alta resistencia qu´ımica o acero inoxidable. Las placas filtrantes desmontables están
hechas de polipropileno, y las mallas pueden ser de tipo selladas, no selladas o membranas
de alta resistencia. Cuenta con un sistema hidraúlico-neumático que puede ser automático o
semiautomático, fig. 3.5.
Figura 3.5: Filtro prensa
3.1.6. Polimixer
Equipo que dosifica y diluye pol´ımeros viscosos de manera automática y continua. Elimina
la mezcla manual y sus errores como mezclas contaminadas, reduce el consumo de pol´ımero
al realizar la mezcla adecuada y necesita poco mantenimiento. Su capacidad para flujos de
agua de dilución por litro de emulsión se encuentra en el rango de 10 a 1,200 gph,fig. 3.6.

Figura 3.6: Polimixer
3.1.7. Filtros multimedia
Por mucho tiempo, el elemento filtrante más común ha sido la arena, as´ı que lo importante
de este filtro es: Autolimpieza y Cero Mantenimiento. El fluido se introduce a una cama de
arena donde se obliga (por presión o gravedad) a traspasarla; mientras las impurezas y la
arena sucia van hacia el fondo, el agua filtrada va hacia la superficie. Se usa comúnmente como
pulimento en el sistema de clarificación, produce agua suficiente para reciclado o descarga.
Carece de partes movibles y permite un flujo sin interrupciones. Capacidad : 2 a 6,000 gpm,
fig. 3.7.
Figura 3.7: Filtros multimedia

3.1.8. PLC
Las plataformas Logix de Rockwell Automation proporcionan una arquitectura de control
integrada única para el control de procesos, movimiento, variadores y discreto. La arquitec-
tura integrada Logix ofrece una máquina de control, un entorno de software de programación
y compatibilidad para comunicaciones común a través de varias plataformas de hardware.
Todos los controladores Logix funcionan con un sistema operativo de multitarea y multipro-
cesamiento y admiten el mismo conjunto de instrucciones en varios lenguajes de programa-
ción. El paquete de software de programación RSLogix 5000 sirve para programar todos los
controladores Logix. Además, todos los controladores Logix se comunican a través de redes
EtherNet/IP, ControlNet y DeviceNet gracias a que incorporan la arquitectura NetLinx.
Caracter´ısticas del control logix 5561:
- Controllogix 5561, 2 MB de memoria
- Fuente de alimentación eléctrica de 10 Amp C.A.
- Chasis con 13 ranuras
- Tarjeta de comunicaciones Controllogix Ethernet/IP
- Tarjeta de comunicaciones controllogix Controlnet, medios f´ısicos redundantes
En la fig. 3.8 podemos observar el tablero de control, en el cual se encuentran montados
el PLC y la HMI.
Figura 3.8: Tablero de control
3.1.9. HMI (PanelView 1000e Touch Screen)
Para la pantalla táctil 1000e y 1400e, el tamaño m´ınimo del objeto es de 40 por 40 p´ıxeles,
los objetos se pueden colocar en cualquier lugar. En PanelBuilder, una rejilla puede ser visible
para que pueda alinear objetos de la pantalla. Células táctiles se agrupan para crear diferentes
tipos y tamaños de botones. Usted puede activar las funciones de entrada al tocar el objeto
apropiado en la terminal y se puede configurar el terminal para que suene cuando un toque
celular se presiona, fig. 3.8.

3.2. Descripción de las etapas de control
Lógica de control polimixer circuito directo
Dispositivos
Polimixer clarificador CL-01
- PSL-01CD Switch de presion de agua
- MP 01CD Dosificador de qu´ımico
- PMX 07CD Polimixer coagulante clarificador 1
- SV 32CD Válvula de entrada de alimentación de agua
Una vez habilitado el polmixer por parte del usuario (HMI) El polimixer entrara en función
cuando el flujometro del clarificador FT03CD (rango de trabajo ajustable por usuario) tenga
señal de entrada de agua, siempre que el PSL01CD detecte presión de agua, al detectar
presión activara la SV-32CD permitiendo el acceso de agua, después de 5 segundos activara
el PMX07CD.
La desactivación será por parte del usuario o la ausencia de flujo en FT03CD, o ausencia
de presión en PSL01CD
el PMX08CD.

el PMX09CD.
Fosa de Ecualizaci´on
Elementos de Control y Monitoreo
- LSH-01PL
- LSL-01PL
- LIT-01PL
- SLT-01PL
- CP-01APL
- CP-01BP
- MX-01PL
- MX-02PL
- AV-01P
- AV-02PL
- PIT-01PL
- PIT-02PL
- FE-01PL

Bombas de Fosa de Ecualización
Dos bombas verticales CP-01APL y CP-01BPL de 50 HP ,extraerán agua de la Fosa
de Ecualización para alimentar a los Flocuoladores. El arranque y variación de velocidad
seran controlados por dos VFD de la Marca Schneider Modelo Altivar 61 ubicado en el CCM
de planta de lodos.
Bomba vertical Fosa de Ecualización CP-01APL
Un trasmisor de presión a la salida de la bomba CP-01APL (PIT01PL) será escalada
en unidades de ingenier´ıa por el PLC (PI01PL).
Una falla de señal (PA01PL) será generada por el PLC si la señal analógica del trasmisor
de presión cae por debajo de 3.5 mA o sube por arriba de 21 mA. Esta alarma dentendrá la
operación de la bomba y no permitirá su arranque hasta que el fallo haya sido recogigo.
La alarma de falla de señal del trasmisor de presión a la salida de la bomba CP-01APL,
inhibirá cualquier otra alarma de presión.
Una alarma de baja presión a la salida de la bomba CP-01APL (PAL01PL) se gene-
rará despues de arrancada la bomba CP-01APL y después de un tiempo de confirmación
PAL01PLTD si la presión se encuentra por debajo de un punto de ajuste PAL01PLS.
Esta alarma detendrá la bomba CP-01APL.
Una aviso de alta presión a la salida de la bomba CP-01APL (PAH01PL) se gene-
rará si la presión se encuentra por arriba de un punto de ajuste PAH01PLS, la alarma se
reestablecerá hasta que la presión descienda por un punto de ajuste PAH01PLS .
Una alarma de alta alta presión a la salida de la bomba CP-01APL (PAHH01PL) se
generará despues de arrancada la bomba CP-01APL y después de un tiempo de confirmación
PAHH01PLTD si la presión se encuentra por arriba de un punto de ajuste PAHH01PLS.
Esta alarma detendrá la bomba CP-01APL y se restablecerá cuando la presión se encuentre
por debajo de un punto de ajuste PAHH01PLS.
Una aviso de posición desconocida de válvula manual a la salida de la bomba CP-01APL
AV-01PL (AVA01PL) se generará cuando los interruptores de posición de dicha válvula,
se encuentren activados o desactivados simultaneamente.
Bomba vertical Fosa de Ecualización CP-02APL
Un trasmisor de presión a la salida de la bomba CP-02APL (PIT02PL) será escalada
en unidades de ingenier´ıa por el PLC (PI02PL).
Una falla de señal (PA02PL) será generada por el PLC si la señal analógica del trasmisor
de presión cae por debajo de 3.5 mA o sube por arriba de 21 mA .Esta alarma dentendrá la
operación de la bomba y no permitirá su arranque hasta que el fallo haya sido recogido.

La alarma de falla se señal del trasmisor de presión a la salida de la bomba CP-02APL,
inhibirá cualquier otra alarma de presión.
Una alarma de baja presión a la salida de la bomba CP-02APL (PAL02PL) se gene-
rará después de arrancada la bomba CP-02APL y después de un tiempo de confirmación
PAL02PLTD si la presión se encuentra por debajo de un punto de ajuste PAL02PLS.
Esta alarma detendrá la bomba CP-02APL.
Una aviso de alta presión a la salida de la bomba CP-02APL (PAH02PL) se gene-
rará si la presión se encuentra por arriba de un punto de ajuste PAH02PLS, la alarma se
reestablecerá hasta que la presión descienda por un punto de ajuste PAH02PLS.
Una alarma de alta alta presión a la salida de la bomba CP-02APL (PAHH02PL) se
generará despues de arrancada la bomba CP-01APL y después de un tiempo de confirmación
PAHH02PLTD si la presión se encuentra por arriba de un punto de ajuste PAHH02PLS.
Esta alarma detendrá la bomba CP-02APL y se restablecerá cuando la presión se encuentre
por debajo de un punto de ajuste PAHH02PLS.
Una aviso de posición desconocida de válvula manual a la salida de la bomba CP-02APL
AV-02PL (AVA02PL) se generará cuando los interruptores de posición de dicha válvula,
se encuentren activados o desactivados simultaneamente.
Mezcladores Fosa de Ecualización
La Fosa de ecualización cuenta con dos mezcladores de 2.3 HP
Mezclador fosa de ecualización MX-01PL
El Mezclador de fosa de ecualización MX-01PL arrancará cuando el nivel de la fosa de
ecualización LI01PL esté por arriba de un punto de ajuste LA01HAPLS y parará cuando
el nivel se encuentre por abajo de un punto de ajuste LA01HAPLS. Un aviso LA01HAPL
será generado por el PLC cada vez el mezclador arranque por esta condición.
El Mezclador podra operarse en modo manual con un selector Manual-Automático
(MX01PLMANUAL) presente en el HMI. El arranque y paro será posible con dos botones
de arranque (MX01PLSTART) y paro (MX01PLSTOP).
Una alarma de Falla de Mezcaldor MX01-PL (MXA01PLA) será generada por el PLC
cuando el mezclador presente una falla por sobrecorriente o sobre temperatura. Esta alarma
dentendrá el mezclador y no podrá ser reestablecido hasta que la falla se solucione.
Un aviso será generado cuando el mezclador sea puesto en operación manual desde el
CCM (MXA01PLB)
En el HMI se desplegará la siguiente información relativa al funcionamiento del mezclador:

- Horas de trabajo (MX01PL WORK HOURS)
- Corriente de Fase A (MX01PL PHASE A CURRENT)
- Corriente de Fase B (MX01PL PHASE B CURRENT)
- Corriente de Fase C (MX01PL PHASE C CURRENT)
Mezclador fosa de ecualización MX-02PL
El Mezclador de fosa de ecualización MX-02PL arrancará cuando el nivel de la fosa de
ecualización LI01PL esté por arriba de un punto de ajuste LA01HBPLS y parará cuando
el nivel se encuentre por abajo de un punto de ajuste LA01HBPLR. Un aviso LA01HBPL
será generado por el PLC cada vez el mezclador arranque con esta condición.
El Mezclador podra operarse en modo manual con un selector Manual-Automatico
(MX02PLMANUAL) presente en el HMI. El arranque y paro será posible con dos botones
de arranque (MX02PLSTART) y paro (MX02PLSTOP).
Una alarma de Falla de Mezcaldor MX02-PL (MXA02PLA) será generada por el PLC
cuando el mezclador presente una falla por sobrecorriente o sobre temperatura. Esta alarma
dentendrá el mezclador y no podrá ser reestablecido hasta que la falla se solucione.
Un aviso será generado cuando el mezclador sea puesto en operación manual desde el
CCM (MXA02PLB)
En el HMI se desplegará la siguiente información relativa al funcionamiento del mezclador:
- Horas de trabajo (MX02PL WORK HOURS)
- Corriente de Fase A (MX02PL PHASE A CURRENT)
- Corriente de Fase B (MX02PL PHASE B CURRENT)
- Corriente de Fase C (MX02PL PHASE C CURRENT)
Fosa de Ecualización
La fosa de ecualización cuenta con un trasmisor de nivel LIT-01PL que será escalado en
unidades de ingenier´ıa por el PLC LI01PL.
Una alarma de alto alto nivel LA01HHPL será generada cuando el nivel de la fosa este
por arriba de un punto de ajuste LA01HHPLS y se restablecerá cuando el nivel esté por
debajo de un punto de ajuste LA01HHPLR.
Una alarma de bajo nivel LA01LPL será generada cuando el nivel de la fosa este por
abajo de un punto de ajuste LA01LPLS y se restablecerá cuando el nivel esté por arriba

de un punto de ajuste LA01LPLR. Esta alarma sacará de operación a los mezcladores
MX01-PL, MX02-PL y las bombas verticales CP01-PL y CP02-PL.
Flujo de entrada a Floculadores (FE-01PL)
El agua de la fosa extraida por las bombas CP-01APL y CP-01BPL alimenta a dos
floculadores con un flujo de trabajo de 400 m3
/hr. El flujo será medido por el trasmisor de
Flujo FE-01PL y escalado en unidades de ingenier´ıa por el PLC (FI01PL).
Al operar cualquiera de las bombas CP-01APL y CP-01BPL, el PLC generará un aviso
de bajo flujo (FAL01PLLA) si el flujo de alimentación a los fluoculadores se encuentra por
debajo de un punto de ajuste (FAL01PLLS). Una vez que el flujo se encuentre por arriba
de un punto de ajuste (FAL01PLLR) el aviso se reestablecerá.
Si la alarma de FAL01PLLA continua durante un tiempo (FAL01PLLTD) se gene-
rará una alarma que detendrá las bombas CP-01APL y CP-01BPL para protección de las
mismas.
El flujo será totalizado (FI01PLTOT) para su despliegue en el HMI. La lectura de tota-
lizado sera restablecida a cero cuando alcance los X m3
o a solicitud del operador presionando
el botón (HPB1) que para ese efecto se encontrará en el HMI.
Una alarma de falla de señal del Flujo de alimentación a los floculadores (FA01PL)
será generada por el PLC si en la entrada analógica del PLC a la cual esta conectada el
trasmisor, detecta un nivel de corriente por debajo de los 3.5 mA o por arriba de los 21.0
mA. Esta alarma inhabilitará las demas alarmas relacionadas.
Sistema de Dosificación de Cloruro Ferrico Planta de Lodos y Circuito Directo
Elementos de Control y Monitoreo
- TK-03PL Tanque de almacenamiento de Cloruro Ferrico
- LSL-03PL Interruptor de Bajo de nivel de tamque TK-03PL
- SV-37A Solenoide de Bomba Pneumática A de alimentación de Cloruro Férrico a
TK-04PL/TK-01CD
- SV-37B Solenoide de Bomba Pneumática B de alimentación de Cloruro Férrico a
TK-04PL/TK-01CD
- TK-04PL Tanque de almacenamiento de Cloruro Ferrico de Planta de Lodos
- LSHH-04PL Interruptor de Alto-Alto nivel de tanque TK-04PL
- LSH-04PL Interruptor de Alto nivel de tanque TK-04PL

- LSL-04PL Interruptor de Bajo nivel de tanque TK-04PL
- SV-10PL Válvula de alimentación de cloruro Férrico a Tamque TK-04PL
- TK-01CD Tanque de almacenamiento de Cloruro Ferrico de Planta de Lodos
- SV-41CD Válvula de alimentación de cloruro Férrico a Tamque TK-04PL
- LSHH-01PL Interruptor de Alto-Alto nivel de tanque TK-01CD
Sistema de suministro de Cloruro Férrico a Circuito directo y Planta de Lodos
El Sistema de suministro de Cloruro Férrico a Circuito directo y Planta de Lodos consta
de un Tanque de almacenamiento de Cloruro Férrico con una capacidad de 3000 Litros TK-
03PL y dos tanques de dosificación de 1000 Litros TK-01CD y TK-04PL.
Tanque de almacenamiento de Cloruro Ferrico TK-03PL
El tanque TK-03PL almacenará el cloruro ferrico y alimentará a los tanques TK-04PL
y TK-01PL cuando estos lo requieran por medio de dos bombas pneumáticas que serán
accionadas por las válvulas solenoides SV-37A y SV-37B.
Cuando se detecte nivel bajo en el tanque, es decir, cuando se active LSL-03PL, habrá ba-
jo nivel de cloruro férrico en el tanque TK-03PL, se activará una Alarma de bajo nivel de
Cloruro Férrico en el tanque TK-03PL , LAL03PL después de un tiempo de confirmación
LAL03PLTD.
Las bombas pneumáticas de alimentación de Cloruro Férrico a TK-04PL/TK-01CD
se activarán cuando se requiera cloruro férrico en TK-04PL y/o TK-01CD. Las bombas
podrán operar en los siguientes modos:
- Autómatico Alternado: Las dos bombas alternarán su funcionamiento.
- Autómatico 1 Bomba: Funcionará una de las bombas por selección del operador.
- Manual: Se activarán manualmente desde el HMI.
En ninguno de los casos las bombas funcionarán con nivel bajo, es decir, cuando esté presente
la alarma de bajo nivel LAL03PL en el tanque TK-03PL. Si las bombas se encuentran fun-
cionando cuando esta alarma ocurra, las mismas se detendrán. Si no se encuetran funcionado,
no podrán entrar en operación hasta que se haya recuperado nivel en el tanque y la alarma
LAL03PL se haya restablecido.

Tanque de Dosificación de cloruro ferrico TK-04PL Planta de lodos
El tanque TK-04PL cuenta con tres interruptores de nivel alto-alto (LSHH-04PL), alto
(LSH-04PL) y bajo (LSL-04PL).
Cuando se active LSL-04PL, habrá bajo nivel de cloruro férrico en el tanque TK-04PL
se activará una alarma de bajo nivel de cloruro férrico LAL04PL después de un tiempo de
confirmación LAL04PLTD. Esta alarma se visualizará en el HMI y solicitara al sistema de
suministro de cloruro férrico que se provea de dicho qu´ımico al tanque TK-04PL. El sistema
abrirá la válvula SV-10PL y activará una de las bombas pneumáticas de alimentación de
cloruro férrico (SV-37A, SV-37B).
Cuando se detecte nivel alto, es decir cuando LSH-04PL se active, se mostrará un aviso
de nivel alto en tanque de cloruro férrico y se detendrá el suministro de qu´ımico con lo cual
se cerrará SV-10PL y desactivará la bomba pneumática de alimentación de cloruro férrico
que esté trabajando.
En caso de falla del interruptor de nivel alto LSH-04 PL el interruptor de nivel alto-alto
LSHH-04PL, una alarma de nivel alto-alto se mostrará en el HMI y se cerrará SV-10PL
y desactivará la bomba pneumática de alimentación de cloruro férrico que esté trabajando.
Tanque de dosificación de cloruro ferrico TK-01CD circuito directo
El tanque TK-01CD cuenta con tres interruptores de nivel alto-alto (LSHH-01CD),
alto (LSH-01CD) y bajo (LSL-01CD).
El llenado del tanque TK01-CD se dara cuando el interruptor de nivel alto LSH04-PL
o el interruptor de nivel alto-altoLSHH04-PL del tanque TK-04PL esten activados y la
valvula SV-10PL este cerrada.
Cuando se active LSL-01CD, habrá bajo nivel de cloruro férrico en el tanque TK-01CD,
se activará una alarma de bajo nivel de cloruro férrico LAL01CD después de un tiempo de
confirmación LAL01CDTD. Esta alarma se visualizará en el HMI y solicitará al sistema de
suministro de cloruro férrico que se provea de dicho qu´ımico al tanque TK-01CD. El sistema
abrirá la válvula SV-41CD y activará una de las bombas pneumáticas de alimentación de
cloruro férrico (SV-37A, SV-37B).
Cuando se detecte nivel alto, es decir cuando LSH-01CD se active, se mostrará un aviso
de nivel alto en tanque de cloruro férrico y se detendrá el suministro de qu´ımico con lo cual
se cerrará SV-41CD y desactivará la(s) bomba(s) pneumática(s) de alimentación de cloruro
férrico que esté trabajando.
En caso de falla del interruptor de nivel alto LSH-01 CD el interruptor de nivel alto-alto
LSHH-01CD, una alarma de nivel alto-alto se mostrará en el HMI y se cerrará SV-41CD
y desactivará la(s) bomba(s) pneumática(s) de alimentación de cloruro férrico.

Sistema de dosificación de hidroxido de sodio a planta de lodos
Elementos de control y monitoreo
- TK-02PL Tanque de almacenamiento de Hidroxido de Sodio
- LSL-02PL Interruptor de Bajo de nivel de tamque TK-02PL
- SV-36A Solenoide de Bomba Pneumática A de alimentación de Hidroxido de Sodio a
TK-05PL
- SV-36B Solenoide de Bomba Pneumática B de alimentación de Hidroxido de Sodio a
TK-05PL
- TK-05PL Tanque de almacenamiento de Hidroxido de Sodio de Planta de Lodos
- LSHH-05PL Interruptor de Alto-Alto nivel de tanque TK-05PL
- SV-11PL Válvula de alimentación de Hidroxido de Sodio a Tanque TK-05PL
Sistema de suministro de Hidroxido de Sodio a Planta de Lodos
El Sistema de suministro de Hidroxido de Sodio a Planta de Lodos consta de un Tanque
de almacenamiento de Hidroxido de Sodio con una capacidad de 2000 Litros TK-02PL y un
tanque de dosificación de 1000 Litros TK-05PL.
Tanque de almacenamiento de Hidroxido de Sodio TK-02PL
El tanque TK-02PL almacenará el Hidroxido de Sodio y alimentará al tanques TK-
05PL cuando este lo requiera por medio de dos bombas pneumáticas que serán accionadas
por las válvulas solenoides SV-36A y SV-36B.
Cuando se detecte nivel bajo en el tanque, es decir, cuando se active LSL-05PL, habrá ba-
jo nivel de Hidroxido de Sodio en el tanque TK-02PL, se activará una Alarma de bajo nivel
de Hidroxido de Sodio en el tanque TK-02PL, LAL02PL después de un tiempo de confir-
mación LAL02PLTD.
Las Bombas Pneumáticas de alimentación de Hidroxido de Sodio a TK-05PL se activarán
cuando se requiera Hidroxido de Sodio en TK-05PL . Las bombas podrán operar en los
siguientes modos:
- Autómatico Alternado: Las dos bombas alternarán su funcionamiento.
- Autómatico 1 Bomba: Funcionará una de las bombas por selección del operador.

- Manual: Se activarán manualmente desde el HMI.
En ninguno de los casos las bombas funcionarán con nivel bajo, es decir, cuando esté presente
la alarma de bajo nivel LAL02PL en el tanque TK-02PL . Si las bombas se encuentran
funcionando cuando esta alarma ocurra, las mismas se detendrán. Si no se encuetran funcio-
nado, no podrán entrar en operación hasta que se haya recuperado nivel en el tanque y la
alarma LAL02PL se haya restablecido.
Tanque de Dosificación de Hidroxido de Sodio TK-05PL Planta de lodos
El tanque TK-05PL cuenta con tres interruptores de nivel Alto-alto (LSHH-05PL),
Alto (LSH-05PL) y bajo (LSL-05PL).
Cuando se active LSL-05PL, habrá bajo nivel de Hidroxido de sodio en el tanque TK-
05PL se activará una Alarma de bajo nivel de hidroxido de sodio LAL05PL después de
un tiempo de confirmación LAL05PLTD. Esta alarma se visualizará en el HMI y solicitara
al sistema de suministro de cloruro férrico que se provea de dicho qu´ımico al Tanque TK-
05PL. El sistema abrirá la válvula SV-11PL y activará una de las bombas pneumáticas de
alimentación de Cloruro Férrico (SV-36A, SV-36B).
Cuando se detecte nivel alto, es decir cuando LSH-05PL se active, se mostrará un aviso
de Nivel Alto en tanque de hidroxido de sodio y se detendrá el suministro de qu´ımico con
lo cual se cerrará SV-11PL y la se desactivará la bomba pneumática de alimentación de
hidroxido de sodio que esté trabajando.
En caso de falla del interruptor de nivel alto LSH-05PL el interruptor de nivel alto-alto
LSHH-05PL estara por seguridad, una alarma de nivel alto-alto se mostrará en el HMI y
se cerrará SV-11PL y la se desactivará la bomba pneumática de alimentación de hidroxido
de sodio que esté trabajando.
Planta Biologica
Elementos de control y monitoreo de la Planta Biologica
- FM-01 Filtro de arena
- FM-02 Filtro de arena
- CP-01 Bomba de succion del filtro de arena FM-01
- CP-02 Bomba de succion del filtro de arena FM-02
- BL-01 Bomba sopladora de oxigeno
- BL-02 Bomba sopladora de oxigeno
- AIT-01 Sensor quimico de cantidad de oxigeno en el contenedor

- AIT-02 Sensor quimico de cantidad de cloro en el agua
- LSH-01PB Interruptor de alto nivel en la seccion de cloro
- LSM-01PB Interruptor de medio nivel en la seccion de cloro
- LSB-01PB Interruptor de bajo nivel en la seccion de cloro
- AL-01 Alarma
Etapa de Clorificación
La etapa de clorificación cuenta con un sensor quimico AIT-02 que me detecta la cantidad
de cloro en el agua, este mandara señales al PLC para notificar sus variaciones en la medicion
de la cantidad de cloro en el agua ,se visualizara en el HMI una alarma de confirmacion de
bajo bajo nivel de cloro AALLCL01 si hay poca cantidad de cloro en el agua o una alarma
de confirmacion de alto-alto nivel de cloro AAHHCL01 si existe exceso de cloro en ella. Se
mandaran avisos en caso de que existan niveles altos de cloro AAHCL01 y nivel bajo de
cloro en el agua AALCL01.
Tiene tres interruptores de nivel alto(LSH-01PB), medio (LSM-01PB) Y el bajo
(LSB-01PB).
Cuando se active LSL-01PB, habrá bajo nivel de agua con cloro en la seccion de clo-
rificación del tanque de la planta biologica, se activará una alarma de bajo nivel de agua
con cloro LAL01PB después de un tiempo de confirmación LSL01PBTD1. Esta alarma
se visualizará en el HMI y las bombas pneumaticas de succion de filtro de arena ( CP-01 Y
CP-02 )se detendrán.
Cuando se detecte nivel medio, es decir cuando LSM-01PL se active, se mostrará un aviso
de nivel medio LAM01PB en la seccion de clorificación del tanque de la planta biologica.
En caso de activacion del interruptor de nivel alto LSH-01PB,se activará una alar-
ma de alto nivel de agua con cloro LAH01PB después de un tiempo de confirmación
LSH01PBTD1 que se mostrará en el HMI accionandose de manera inmediata las bom-
bas de succion de filtros de arena (CP-01 Y CP-02 ).
Las bombas de succion de filtro de arena trabajaran de manera que cuando el interruptor
de nivel alto LSH-01PB este accionado estas arrancaran a una frecuencia establecida de 60
o 50 Hz, pero conforme el nivel del agua con cloro baje y accione el interruptor de nivel medio
LSM-01PB la frecuencia de trabajo de las bombas bajara, cuando lleguen al interruptor de
bajo nivel LSB-01PB estas se apagaran por completo.
Solo trabajara una de las dos bombas de succion de filtros de arena (CP-01 Y CP-02),
en caso de que la bomba en funcionamiento falle, la siguiente bomba entrara en acción.

Etapa de Oxigeno
La etapa de oxigeno cuenta con un sensor AIT-01 que me detecta la cantidad de oxigeno
las secciones 1 y 2 del tanque de planta biologica, mandara una senal al PLC para notificar
las vacionriaciones de oxigeno dentro del contenedor,y se visualizara en el HMI una alarma de
confirmación de bajo nivel de oxigeno AALOXGPB despues de un tiempo de confirmacion
AT01LTD si la cantidad de oxigeno en el contenedor es baja.
Cuenta con dos bombas sopladoras la BL-01 y la BL-02 estas funcionan en base a los
datos que indique el sensor de oxigeno AIT-01.Si el sensor AIT-01 detecta un bajo nivel
de oxigeno AALOXGPB en el tanque de planta biologica, y despues de un tiempo de
confirmación AT01LTD,las bombas sopladoras BL-01 y la BL-02 se accionaran, entrando
en funcionamiento solo una de las bombas a la vez, esto como precaucion, por si la bomba
que tiene que arrancar entra en falla, se accionaria la siguiente.
Una vez que el sensor AIT-01 marque un nivel de oxigeno alto AAHOXGPB,se man-
dará un tiempo de confirmación AT01HTD y la bomba sopladora en funcionamiento se
detendrá.

3.3. Programa del PLC
En la siguiente sección del programa, se aprecia el menú principal, claramente podemos
observar que contamos con cinco subrutinas, las dos primeras son referente al mapeo o escaneo
tanto de entradas como de salidas digitales, en la siguiente tenemos lo referente a los bloques
del CCM (Cuarto de Control de Maquinas, fig. 3.9), en la cuarta subrutina se encuentra todo
lo referente a las alarmas, y la ultima es sobre el control general del proceso.
En la segunda pagina del programa podemos observar una parte del mapeo de las entradas
digitales, se utilizaron bits de simulación con el fin de realizar pruebas para verificar el
correcto funcionamiento del programa, se coloca una marca para distinguir las diferente
etapas el proceso, en la que se muestra se aprecia las entradas del filtro de arena, dichos
bits de simulación nos activan o desactivan las solenoides de las válvulas, como lo marca el
programa a la hora de cargarlo y ponerlo en marcha, es necesario sustituir estos bits por sus
entradas correspondientes. El resto de la subrutina es básicamente lo mismo, en donde por
secciones del proceso se monitorean las entradas digitales y dependiendo de esto se realiza la
apertura o cierre de válvulas.
En la siguiente pagina se muestra la parte del mapeo de las entradas digitales, de nuevo
se utilizan bits esta vez la instrucción NOP con motivos de simulación, los cuales deben
ser sustituidos por las salidas digitales correspondientes, el funcionamiento de este comando
es que cuando este habilitado como deshabilitado no realice nada, de igual forma que en la
sección anterior se realiza una separación por las partes del proceso para una fácil localización.
Figura 3.9: CCM

R00_Principal - Ladder Diagram Page 15
ACS_TAMSA_TT:MainTask:ACS_Program 15/02/2011 09:02:07 a.m.
Total number of rungs in routine: 6D:Documents and SettingsextjdlMy DocumentsACS_TAMSA_TTACS_TAMSA_TT_140211.ACD
RSLogix 5000
0 NOP
1 Jump To Subroutine
Routine Name R01_Inputs
JSR
Mapeo de Entradas
Digitales
Routine Name R02_Outputs
JSR
Mapeo de Salidas
Digitales
Routine Name R04_CCM
JSR
Bloques de CCM
Routine Name R03_Alarmas
JSR
Gestión de Alarmas
Routine Name R07_Control_General
JSR
(End)

R01_Inputs - Ladder Diagram Page 16
RSLogix 5000
Mapeo de Entradas Digitales
TO DO : SUSTITUIR BITS DE SIMULACION POR SALIDAS DIGITALES DURANTE EL
COMMISSIONING
0 NOP
Mapeo de Entradas Digitales
TO DO : SUSTITUIR BITS DE SIMULACION POR SALIDAS DIGITALES DURANTE EL
COMMISSIONING
1 /
Arreglo de Bit para
Simulación de
Programa (Sustituir
por Entradas
Digitales durante el
Commissioning)
Sim_Inputs_Bits[0]
Botón de Emergencia
ACS_PBMTT01
Entradas de Filtro de Arena SF-01TT
2 NOP
Entradas de Filtro de Arena SF-01TT
3
Arreglo de Bit para
Simulación de
Programa (Sustituir
por Entradas
Commissioning)
Sim_Inputs_Bits[1]
Válvula de Entrada a
Filtro SF-01 TT
ACS_SV01TT.Open
4
Arreglo de Bit para
Simulación de
Programa (Sustituir
por Entradas
Commissioning)
Sim_Inputs_Bits[2]
Filtro SF-01 TT
ACS_SV01TT.Close
5
Arreglo de Bit para
Simulación de
Programa (Sustituir
por Entradas
Commissioning)
Sim_Inputs_Bits[3]
Válvula de Agua de
Retrolavado de
Filtro SF-01 TT
ACS_SV02TT.Open

R02_Outputs - Ladder Diagram Page 22
RSLogix 5000
Mapeo de Salidas Digitales
TO DO : SUSTITUIR OPERADORES NOP POR SALIDAS DIGITALES DURANTE EL
COMMISSIONING
0 NOP
Mapeo de Salidas Digitales
TO DO : SUSTITUIR OPERADORES NOP POR SALIDAS DIGITALES DURANTE EL
COMMISSIONING
1
Alarma Sonora
ACS_Alarma_Sonora
NOP
Salidas de Filtro de Arena SF-01TT
2 NOP
3
Filtro SF-01 TT
ACS_SV01TT.Solenoid
NOP
4
Válvula de Agua de
Retrolavado de
Filtro SF-01 TT
ACS_SV02TT.Solenoid
NOP
5
Valvula 1 de Aire de
alimentación para
retrolavado de
Filtro SF-01TT
ACS_SV05TT.Solenoid
NOP
6
Valvula 2 de Aire de
alimentación para
retrolavado de
Filtro SF-01TT
ACS_SV06TT.Solenoid
NOP
7 NOP
8
Filtro SF-02TT
ACS_SV03TT.Solenoid
NOP

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