13.1: SCADA?

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SCADA es el acrónimo de Control de Supervisión y Adquisición de Datos. Es un sistema computarizado que permite que un sistema de agua funcione automáticamente. Un sistema SCADA generalmente consta de tres (3) componentes básicos: instrumentación de campo, comunicaciones (telemetría) y algún tipo de equipo de control central. La instrumentación de campo medirá diversos parámetros como, flujo, velocidades de alimentación química, niveles de dosificación química, niveles de tanque, etc. Estos instrumentos luego recogerán una serie de señales y las transmitirán a través de algún tipo de dispositivo (s) de comunicación conocido como telemetría. La comunicación de telemetría puede ser señales de radio, líneas telefónicas, fibra óptica, etc. Esta información se envía a una computadora central de control típicamente ubicada en una oficina o centro de control de operaciones. Esta computadora contará con software interpretando las señales y mostrando los valores reales de los parámetros que se están midiendo. A continuación se muestra un ejemplo de una pantalla de computadora SCADA típica.

Una medida común utilizada para analizar los diversos parámetros de campo de un sistema de agua es el 4-20 miliamperios (mA). Una señal de 4-20 mA es un circuito punto a punto y se utiliza para transmitir señales desde instrumentos y sensores en el campo a un controlador. La señal analógica de 4 a 20 mA representa del 0 al 100% de alguna variable de proceso. Por ejemplo, esta variable de proceso de 0 a 100% puede ser un residuo de cloro de 0.2 a 4.0 mg/L o un nivel de tanque de 0 a 40 pies. El 0% representaría el valor más bajo permitido del proceso y 100% el más alto. Estas señales de mA se envían luego a través del sistema SCADA y se procesan en valores comprensibles como mg/L o pies, dependiendo del parámetro que se mida.

Este primer ejemplo es usar la señal de 4-20 mA para medir el nivel de agua en un tanque de almacenamiento. El tanque mide 40 pies de alto y tiene un diámetro de 30 pies (no a escala).

http://tanksindia.com/wp-content/gallery/portable-water-storage-tank/tan-potable-water-storage-tank.jpg — Figura\(\PageIndex{2}\)

Hay un par de cosas que señalar con los tanques de almacenamiento. Primero, aunque la altura del tanque es de 40 pies, el agua nunca se llena a esa altura. ¿Por qué? Porque el techo interior del tanque estaría dañado. Por lo tanto, todos los tanques de almacenamiento tienen un “desbordamiento” conectado en la parte superior del tanque hacia un lado. Lo segundo que hay que señalar es que el “fondo” o nivel cero del tanque nunca está en el fondo real del tanque. ¿Por qué? Porque nunca quieres correr un tanque vacío. Siempre hay una distancia de varios pies desde el fondo real hasta lo que se conoce como el nivel “cero”. En muchas preguntas, se mencionará el “desbordamiento” (nivel superior real) y el “fondo” (ubicación real del nivel cero).

Por lo tanto, en este ejemplo anterior ya que no hay referencia a un desbordamiento o donde se ubica el nivel cero, la señal de 4 mA representaría 0 ft y la señal de 20 mA 40 ft. Lo que esto está diciendo es que si tu medidor envía una señal de 20 mA, entonces el nivel correspondiente en pies sería de 40. De igual manera, si la señal fuera de 4 mA el nivel correspondiente sería de 0 pies.

¿Cuál esperas que sea la lectura de mA si el tanque estaba medio lleno (20 pies)?

Si inicialmente pensaste 10 mA esa sería una suposición lógica. No obstante, pensemos en esto por un minuto. Dado que la parte inferior o 0 pies está a 4 mA y la parte superior o 40 pies está a 20 mA, el lapso, o diferencia entre 4 y 20, es solo 16, no 20. Este “lapso” es un número importante a la hora de resolver estos problemas.

Ahora bien, si tu segunda conjetura fue de 8 mA esa sería una respuesta lógica también, pero también es una respuesta incorrecta. Sí, 8 es la mitad de 16, pero no estamos tratando con un lapso de 0 a 16, estamos tratando con un lapso de 4 a 20. Por lo tanto, la mitad de 16 es 8, ¡pero la distancia a mitad de camino entre 4 y 20 es 12! Cualquiera que adivinara 12 mA, échese una mano. Sea cual sea la lectura que tengas en tu medidor, debes restar el desplazamiento de 4 mA.

Una vez que entiendes esto la ecuación es bastante simple. La lectura del medidor menos el desplazamiento dividido por el lapso es igual al porcentaje del valor que se mide.

(mA (lectura) - 4mA (offset))/16 mA (span) (20 - 4) = porcentaje del parámetro que se está midiendo

Usemos el ejemplo del tanque de 40 pies para ilustrar la solución.

En un tanque de 40 pies de altura, se recolectó una lectura de 10 mA para la altura del nivel del agua en el tanque.

(10mA (lectura) - 4mA (offset)) /16 mA (span) = 6 mA/16 mA = 0.375 o 37.5% completo

Si el tanque está 37.5% lleno entonces multiplica este porcentaje por la altura total.

0.375 x 40 ft = 15 ft

Ejercicios

Se está utilizando una señal de 4-20 mA para medir el nivel de agua en un tanque de almacenamiento de agua. El tanque mide 32 pies de altura y la señal de bajo nivel se establece en 0 pies y el nivel alto en 32 pies. ¿Cuál es el nivel en el tanque con una lectura de 15 mA?
Un tanque de agua de 75 pies de altura utiliza una señal de 4-20 mA para calcular el nivel del agua. Si el nivel de 4 mA se establece a 4 pies de la parte inferior y el 20 mA se establece a 4 pies de la parte superior, ¿cuál es el nivel en el tanque con una lectura de 10 mA?
Un analizador de cloro utiliza una señal de 4-20 mA para monitorear el cloro residual. El rango de 4-20 mA es de 0.5 mg/l — 3.5 mg/L respectivamente. Si la lectura es de 6 mA, ¿cuál es el residuo correspondiente en mg/L?
Un tanque de agua mide 45 pies de altura y tiene 32 pies de agua en él. Si los puntos de ajuste de 4-20 mA están a 2 pies y 42 pies respectivamente, ¿cuál es la lectura de mA?
Un tanque de agua con un diámetro de 120 pies mide 32 pies de alto. Los puntos de ajuste de 4-20 mA son 3 pies y 29 pies respectivamente. Si la lectura del nivel actual es de 17 mA, ¿cuántos galones de agua hay en el tanque?
Una utilidad utiliza una señal de 4-20 mA para determinar el nivel en un pozo en función de las presiones. Los puntos de ajuste se basan en presiones en psi por debajo de la superficie del suelo (bgs). La señal de 20 mA se establece en 182 psi bgs y la señal de 4 mA a 10 psi bgs. Si la lectura es de 9 mA, ¿cuál es el nivel del agua en pies?
Una empresa de servicios de agua utiliza una señal de 4-20 mA para determinar las elevaciones de agua subterránea en un pozo. Los puntos de ajuste se basan en elevaciones reales por encima del nivel medio del mar (MSL). La elevación de la superficie del suelo en este pozo es de 1,180 pies y aquí es donde se establece la señal de 4 mA. La señal de 20 mA se establece en 930 pies. ¿Cuál es la elevación y los pies bgs con lectura a18 mA?
Se monitorea un sistema de inyección química con una señal de 4-20 mA. La lectura es de 14 mA a 2.45 mg/L y el punto de ajuste de 4 mA está en 0.4 mg/L. ¿Cuál es el punto de ajuste de 20 mA?