Proyecto Palmatica

Quepos, Costa Rica

Antecedentes: Nuestro cliente es Thomas Pump Panamá, empresa dedicada al suministro, instalación y mantenimiento de bombas industriales de gran escala. Su cliente, ubicado en Quepos, Costa Rica, es Palma Tica, S.A. quien mantiene grandes expansiones de cultivos de palma para diversos usos. El área donde tienen sus cultivos se encuentra cerca de áreas montañosas. Cuando llueve fuertemente, los cultivos están expuestos a inundaciones. Por lo anterior, se han instalado varias estaciones de bombeo para achicar las áreas inundables. Estas estaciones están en sitios remotos donde no hay infraestructura de telecomunicación ni de energía. Para asegurarse que las mismas enciendan, la empresa mantiene personal dedicado, las 24 horas del día para estar pendiente de una posible inundación. Cuando el nivel del agua sube, el personal procede a trasladarse hasta las estaciones de bombeo y activan las bombas de combustión interno (diesel), esperan a que las aguas se drenen y luego las apagan.

Objetivo:

1) Establecer control automático de las bombas de manera que se activen ante la presencia de un nivel determinado de agua y se apaguen automáticamente cuando regrese el nivel de agua a un nivel determinado.

2) Poder monitorear remotamente que en efecto el nivel de agua se mantiene en un nivel aceptable y que las bombas están arrancando según su diseño.

3) Adoptar el mantenimiento predictivo en el sistema de bombeo al monitorear sus niveles de presión de aceite, temperatura del motor, estado de la batería y niveles de los tanques de combustible.

Descripción de la Solución:

Comenzamos con listar los insumos utilizados en el proyecto:

  • 4 sensores de nivel hidrostáticos (el peso de la columna de liquido arriba del sensor sumergido ejerce una presión sobre el sensor, lo cual puede traducirse en una señal eléctrica con una precisión de 0.5%. Ésta señal es la misma siempre ante determinada presión por lo que podemos saber el porcentaje de lleno del tanque de combustible o la altura del nivel de agua en la fosa). Se empleó un sensor en cada tanque de combustible y dos en la fosa de manera redundante por lo importante de tener una lectura certera del nivel del agua.
  • Dos paneles de control de bombas de combustión interna (también pueden utilizarse en plantas de generación eléctrica). Estos paneles cuentan con el cableado necesario para controlar los motores de las bombas y leer las señales de los sensores de aceite, temperatura y voltaje de la batería existentes en los motores. De esta manera reutilizamos los sensores existentes. Además, estos paneles de control tienen un puerto de comunicación que utiliza el protocolo MODBUS RTU, el cual es un estándar industrial compatible con muchas plataformas de monitoreo remoto.
  • Un “Programmable Logic Controller” (PLC) con capacidad de leer valores a través de MODBUS RTU. Es básicamente una computadora (con procesador, memoria ram, memoria de almacenaje, entradas y salidas).
  • Una cámara de video panorámica de 360 grados.
  • Un Router Industrial 4G LTE.
  • Páneles solares con 2 inversores.

La estación de bombeo cuenta con 2 bombas de combustión interna con un tanque de diesel cada una. Estas bombas están posicionadas frente a una fosa de agua que es el punto más bajo de todo el área inundable. Todo el sistema es visible a través de un sitio web donde se puede supervisar el estado de las bombas y de la fosa.

El sistema de control que implementamos mide en todo momento el nivel de diesel, el nivel de voltaje de las baterías y el nivel de la fosa de agua. Estos valores son transmitidos por red celular a un servidor en la nube y desplegados en un sitio web al que sólo tiene acceso personal autorizado.

Si el nivel de combustible en los tanques baja al 25%, el sistema envía una alerta a una cuenta de correo predefinida indicando que se debe reabastecer.

Igualmente, si el nivel de carga de las batería llega a estar cerca de un límite de control, el sistema envía la alerta para el debido reemplazo de las baterías. Es decir, las baterías aún pueden realizar la función de arrancar las bombas, pero se recomienda el reemplazo de la baterías. Una buena batería puede durar varios años sin reemplazo. En el ámbito del mantenimiento preventivo, las baterías tienden a cambiarse de manera proactiva, aún teniendo tiempo de vida. En este caso, la batería se cambia cuando esté cerca del final de su vida y a solicitud de un sistema de monitoreo.

Si el nivel de la fosa sube a más de un 10% (configurable), el PLC activa una de las dos bombas. Primero a una velocidad de calentamiento por 1 minuto y luego a una velocidad de trabajo, ambas configurables. Si los sensores de nivel detectan que el nivel de agua sigue subiendo, el PLC activa la segunda bomba con igual lógica de calentamiento y luego velocidad de trabajo. Ambas trabajan hasta que el nivel de agua regrese a la normalidad, hacen un “cooldown” y se apagan.

Mientras las bombas están en marcha, el PLC lleva un registro (datalog) del nivel de aceite y el nivel de temperatura del refrigerante. Si alguno de esos valores se sale de su rango predefinido, el sistema hace dos cosas: 1) Notifica por correo que el valor está fuera del rango para que personal de mantenimiento venga a realizar la revisión y normalización y 2) Marca esa bomba como “bajo cuidado” y ante la siguiente subida de nivel de agua, le da la preferencia de arranque a la otra bomba. Sin embargo, si una bomba no es capaz de controlar el nivel, entonces también activa la que está “bajo cuidado”.

Es importante mencionar que los niveles de control de los valores de las bombas son parametrizados de tal manera que aún la presión de aceite y la temperatura son aceptables, pero que tienden hacia un posible problema futuro. Por ende, las bombas siguen prestando servicio y le da una gavela de varios meses al personal de mantenimiento para que realice la normalización de valores sin poner en peligro la salud de las bombas. Esta estrategia evita tener que enviar mensualmente un técnico para revisar las bombas porque todos los indicadores de las mismas están siendo supervisados en todo momento. Sólo es necesario enviar un técnico cuando el sistema detecta que alguno de los valores esté fuera de su rango de control.

Conclusión:

La implementación de esta solución le ahorra a la empresa el costo de desplazamiento de personal hasta sitios remotos de bombeo tanto para el mantenimiento preventivo como para la activación de la misma ante una eventual lluvia. La implementación de una estrategia de mantenimiento predictivo ahorra hasta un 70% del costo operativo y alarga la vida de los motores.

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