Tester de Verificare a Skidurilor

SPECIALIZAREA DE LICENTĂ ÎN ROBOTICĂ

Tester de verificare a skidurilor

CUPRINS

REZUMATUL LUCRĂRII DE DIPLOMA

Scopul temei propuse

Scopul acestei lucrari este de a prezenta un tester de testare a unor skiduri utlizate in domeniul extragerii petrolului.

Skidul este un sistem de pompare a solutiei de saramura in sondele de petrol cu anumita epuizare in scopul maririi debitelor de extractia a acestora.Solutia de saramura umple spatiile goale din zacamant si genereaza o presiune in zacamant, astfel incat petrolul sa poata fii extras mai usor.

Obiectivul general

Obiectivul este ca skidurile sa aibe caracteristicile impuse de tema tehnica, comportarea pe intreg domeniul de lucru si inlaturarea erorilor care pot sa apara.Testerul are rol de simulare a conditiilor impuse de proces (sonda de extractie si sursa de apa)

Obiective specifice

1.Selectia echipamentelor si senzorilor din cadrul testerului

2.. Proiectarea testerului

3. Verificarea testerului

Metodologie/Abordare/Proiectare

Proiectare testerului – circuit hidraulic

Modelarea hidraulica a skidului si testerului, folosind modul Simulink din cadrul Matlab

Proiectarea tersterului – circuit electric si automatizare folosind programul Orcad 16.2

Alegerea pompei centrifugale de alimentare a skidului

Alegerea rezistentei hidraulice variabile

Selectarea senzorilor de masura a parametrilor de proces.

Selectarea PLC-ului si un modul de extensii analogice

Alegerea surselor de alimentari pentru calculatorul de monitorizare si traductoarele de process

Construire tester

Implementarea stategiei programului de lucru al testerului

Verificarea testerului pe un skid industrial

Rezultatele majore

Proiectul a fost finalizat cu un produs industrial de testare a skidurile de pompare a solutiei de saramura in sondele de petrol partial epuizate, produs utilizat de catre producatorul de skiduri SONNEK ENGINEERING.SRL – SIBIU. Prin utilizarea testerului se certifica skidul ca functioneaza in parametrii normali, se evita erorile care pot aparea, se poate observa caracteristicile de functionare si se testeaza limitele de functionare.

Limitări ale rezultatelor (dacă este aplicabil) [Care a fost aria de studiu și dezvoltare la care s-a limitat tema și ce propuneri aveți pentru dezvoltări viitoare?]

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Implicații practice (dacă este aplicabil)

Testerul rezultat este util in verificarea skidurilor conform procedurilor de firma in scopul asigurarii calitatii. Se pot depista rapid defectele care pot apara, rezultand economii de manopera si de remediere.

Implicații de altă natură (ex. sociale, științifice: dacă este aplicabil)

Prin functionarea defectuasa a skidurilor acestea constituie o sursa potentiala de poluare a mediului prin pomparea neadecvata a solutiei saline. Prin verificarea lor cu ajutorul testerului scade probabilitatea de aparitie a unor defecte in exploatare.

Originalitatea/valoarea

Contributiile si dezvoltarea cunostintelor la acest proiect sunt pe urmatoarele directii:

– Modelarea procesului utilizand modul Simulink;

– Monitorizarea, control si achizitii de date – SCADA;

– Variante constructive pentru rezistenta hidraulica;

SUMMARY OF THE PROJECT

This section is the English translation of the „Rezumatul lucrării de diploma". Please keep the text in maximum two pages.

Project scope

The purpose of this paper is to present a tester for checking the skids USED in oil extraction. Skid is a salt water pumping oil wells with certain exhaustion in order to increase their deliverability rates. Salt water reservoir fills empty spaces and generates pressure in reservoir so that oil can be extracted more easily.

General objective

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Specific objectives

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Methodology/Approach/Design

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Major results

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Limitations of the results (if it is applicable)

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Practical implications (if it is applicable)

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Other implications (e.g. social, scientific: if it is applicable)

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

Originality/value

[Introduceți textul aici, TNR 12; line spacing: single; aliniere: justify]

REZUMATUL CAPITOLELOR

Vă rugăm să descrieți pe scurt fiecare capitol al lucrării de diploma. A nu se depăși două pagini pentru această secțiune.

[Introduceți textul aici; TNR 12, line spacing: single; aliniere: justify]

OBIECTIVUL GENERAL

Scopul acestei lucrari este de a prezenta un tester de verificare a unor skiduri utlizate in domeniul extragerii petrolului.

Skidul este un sistem de pompare a solutiei de saramura in sondele de petrol cu anumita epuizare in scopul maririi debitelor de extractia a acestora. Acest grup de pompare, de medie si inalta presiune, este montat pe o constructie metalica transportabila, montata de obicei intr-un container metallic, de unde provine numele de skid. Solutia de saramura umple spatiile goale din zacamant si genereaza o presiune in zacamant, astfel incat petrolul sa poata fii extras mai usor. Solutia de saramura avand o densitate mai mare decat a petrolului coboara la baza zacamantului, radicand petrolul la suprafata.

Obiectivul este ca skidurile sa aibe caracteristicile impuse de tema tehnica, comportarea pe intreg domeniul de lucru si inlaturarea erorilor care pot sa apara.Testerul are rol de simulare a conditiilor impuse de proces (sonda de extractie si sursa de apa).

OBIECTIVELE SPECIFICE

1.Selectia echipamentelor si senzorilor din cadrul testerului

Selectarea senzorilor de masura a parametrilor de proces.

Rolul senzorilor de masura este de a culege valorile parametrilor din proces si de a ii transmite catre automatul programabil. Senzorii se aleg cu domenii de masura care sa acopere variatia parametrilor masurati in process, iar semnalul trimis catre PLC este semnal unificat pentru senzorii analogici si semnal digital

Selectarea PLC-ului si un modul de extensii analogice

Automatul programbil se allege in functie de urmatoarele criteria:

viteza procesorului trebuie sa asigure functionarea sistemului in timp real

numarul de intrari/iesiri sa satisfaca cerintele procesului

posibilitatea de anexare a unor extensii de intrari/iesiri

modalitatea de comunicare cu un calculator prin protocoluri standardizate

sa permita stocarea datelor pentru o anumita durata

Alegerea surselor de alimentari pentru calculatorul de monitorizare si traductoarele de process

Avand la dispozitie doar reteaua electrica de 230 Vac 50Hz sursele utilizate trebuie sa asigure tensiunile 12 Vcc la un current de 1.6 A pentru alimentarea calculatorului de process si inca o sursa in comutatie de 24 Vcc la un current de 2 A pentru alimentarea traductoarelor de process.

2. Proiectarea testerului

Alegerea pompei centrifugale de alimentare a skidului

Rolul pompei centrifugale este de a asigura o anumita presiune la gura de aspiratie a pompei din skid la un debit nominal. Scopul acestei pompe este sa nu apara pe instalatie zone de cavitatie datorita depresiunii.

Alegerea rezistentei hidraulice variabile

Rezistenta hidraulica variabila din tester are rolul de a simula conditiile de transport a saramurei in sonda petroliera. Prin ingustarea sectiunii de curgere se genereaza o presiune pentru a putea testa skidurile in conditiile de functionare.

Verificarea rezistentelor mecanice ale conductelor, flanselor si a elementelor de legatura

Proiectare testerului – circuit hidraulic

Circuitul hidraulic al testerului are rolul de a simula conditiile de functionare a skidului.

3. Verificarea skidurilor cu testerul.

Verificarea are scop de a asigura beneficiarul de produs si de a asigura ca skidul corespunde cerintelor din caietul de sarcini.

Modalitatea de testare a skidurilor se face prin monitorizarea valorilor obtinute de un skid la anumite valori asigurandu-se astfel ca functioneaza in parametrii normali. In fuctie de caracteristici persoana acreditata va determina comportarea skidului si va adauga daca este cazul de note aditionale.

Partea I

Aspecte generale în contextul temei

1. INTRODUCERE

1.1. Elemente de bază privind domeniul temei de proiect

Scopul acestei lucrari este de a prezenta un tester de verificare a unor skiduri utlizate in domeniul extragerii petrolului.

Skidul este un sistem de pompare a solutiei de saramura in sondele de petrol cu anumita epuizare in scopul maririi debitelor de extractia a acestora. Acest grup de pompare, de medie si inalta presiune, este montat pe o constructie metalica transportabila, montata de obicei intr-un container metallic, de unde provine numele de skid. Solutia de saramura umple spatiile goale din zacamant si genereaza o presiune in zacamant, astfel incat petrolul sa poata fii extras mai usor. Solutia de saramura avand o densitate mai mare decat a petrolului coboara la baza zacamantului, radicand petrolul la suprafata.

Figura 1.1. Skid de pompare a solutiei de saramura in sonde [1]

Petrolul, sau țițeiul, [2] împreună cu cărbunii și gazele naturale fac parte din zăcămintele de origine biogenă care se găsesc în scoarța pământului. Petrolul, care este un amestec de hidrocarburi solide și gazoase dizolvate într-un amestec de hidrocarburi lichide, este un amestec de substanțe lipofile. Țițeiul în stare brută (nerafinat) conține peste 17 000 de substanțe organice complexe, motiv pentru care este materia primă cea mai importantă pentru industria chimică (vopsele, medicamente, materiale plastice, etc.) și producerea carburanților. Ca o curiozitate, se poate menționa că unele varietăți de țiței devin fosforescente în prezența luminii ultraviolete. Dacă zăcământul de petrol se află aproape de suprafață, exploatarea se poate realiza prin cariere de suprafață, pe când zăcămintele din profunzime sunt extrase prin sonde de petrol (foraje de adâncime). O altă modalitate de extragere a petrolului este extragerea din zăcămintele submarine cu ajutorul unor insule sau platforme de foraj, unde dificultățile de forare sunt mult mai mari. La toate procedeele de foraj se folosește un lichid de sondă cu polimeri pentru a stabiliza gaura de foraj, lichid care necesită o greutate specifică mare – pentru aceasta se adaugă baritină, lichidul de foraj trebuind să aibă o anumită viscozitate. Capul de foraj, freza, este prevăzut cu tăișuri cu vârf de diamant, iar coloana de sondă este alcătuită din țevi de oțel care se montează împreună prin înșurubare (una în alta), această coloană atingând lungimi de până la câteva mii de metri. În cazul zăcămitelor de petrol care nu se află sub presiune, această presiune se realizează prin pomparea de apă sau gaz, iar în cazul zăcămintelor cu o viscozitate ridicată se presează lichide pentru reducerea viscozității.

Pe întreaga durată de exploatare a unui zăcământ de hidrocarburi de la deschidere, punere în producție și apoi pe parcursul exploatării până la stadiul de epuizare a sa din punct de vedere energetic, pot interveni o serie de factori și de fenomene, care prin natura, frecvența și intensitatea lor, au ca efect crearea unei bariere în calea curgerii libere a fluidelor din sistemului strat – sondă în ambele sensuri

Schimbaea condițiilor naturale de echilibru în care se află rocile și fluidele conținute în zona din vecinătatea găurii de sondă. conduce la o diminuare a fluxului de fluide din strat în sondă pentru sondele de extracție și o scădere a influxului de fluide care sunt introduse din sondă în strat în cazul sondelor de injecție.

Rezistența la curgere întâmpinată de fluide în zona de strat din jurul găurii de sondă poate avea cauze multiuze multiple. Gradul de blocare al curgerii fluidelor în această zonă depinde de caracteristicile fizico-geologice ale zăcământului deschis pentru exploatare (compoziția mineralogică a rocilor colectoare, proprietățile fizice ale rocilor colectoare și ale fluidelor conținute), dar și de modul de deschidere prin foraj, respectiv de modul de punere în producție și exploatare a sondelor.

Rezultatul final al creării acestor rezistențe la curgere îl constituie pierderea parțială sau totală a capacității de producție a stratului care impune ca necesitate imediată aplicarea operațiilor specifice de intervenție în vederea diminuării deteriorărilor produse și refacerii condițiilor de curgere a fluidelor din formațiunea respectivă. „Colmatarea sondei” se manifesta prin faptul ca debiteaza un debit mai mic decat debitul anterior sau debitul sondelor invecinate.

Un skid in intelesul acestei lucrari este un grup de pompare format din una sau mai multe pompe care injecteaza apa sarata in zacamantul de petrol. Pentru a putea pompa solutia in zacamant trebuie sa asigure o anumita presiune ( zeci…sute de bari) si un anumit debit. Testerul are rolul de a asigura rezistenta hidraulica la aceste presiuni si debitul impus si de a monitoriza comportarea skidului.

[3]  O pompă cu piston este un agregat pentru transportul lichidelor și gazelor, gazele vor fi și comprimate. Un piston care se deplasează într-un cilindru efectuează în primul tact admisia prin supapa de admisie, apoi se elimină volumul admis prin supapa de evacuare.

La transportul lichidelor cu ajutorul pompelor cu piston se pot atinge presiuni foarte mari, iar volumul poate fi definit exact. Acționarea se poate face manual sau cu ajutorul a diferite motoare. O dată cu apariția pompelor centrifugale, începând cu secolul al XIX-lea, s-a schimbat și domeniul de folosire al pompelor cu piston. Astăzi acestea se folosesc îndeosebi la dozatoare, la pompele cu acționare manuală sau acolo unde sunt necesare presiuni mari.

Un bun exemplu de pompă cu piston de largă folosință e pompa de bicicletă.Dezavantajul pompei cu piston, e pulsația de transport care apare în conducte și care provoacă oscilații mecanice puternice. De aceea acolo unde sunt necesare volume mari se folosesc pompe care lucrează decalat, precum și atenuatori de presiune. La pompa cu membrană, o formă aparte a pompei cu piston, pistonul e înlocuit de o membrană. Există pompe cu membrană mecanică sau pompe cu membrană hidraulică. La cea din urmă se folosește o membrană din PTFE sau oțel. Cu pompe cu membrane hidraulice s-au realizat presiuni de până la 3500 bar.

Figura 1.2. Configuratia unei pompe cu pistoane [4]

Testerul este o instalatie care simuleaza conditiile de explare ale skidurilor si este constituit in principal dintr-o rezistenta hidraulica reglabila si sistemul de automatizare si monitorizare a instalatiei.

Figura 1.3. Instalatie de verificare a skidurilor

1.2. Repere privind dezvoltările tehnologice în domeniul temei de proiect

[2] Țițeiul era cunoscut pe teritoriul României încă din secolul I î.Hr., de când datează obiectele descoperite în cadrul cetății dacice de la Poiana (Nicorești, Galați): podoabe din smoală întărită și acoperită cu un strat subțire de argint.[1] De altfel, prima rafinărie de petrol din lume a fost construită în România, în 1856, la periferia orașului Ploiești, (în partea de sud-est, în drum spre localitatea Râfov, la nord de calea ferată Ploiești – Buzău), de către Marin Mehedințeanu, arendașul unor întinse zăcăminte de țiței pe moșia Păcureți, Prahova. Instalațiile rafinăriei erau destul de primitive, toate utilajele fiind formate din vase cilindrice din fier sau fontă, încălzite direct cu foc de lemne. Aceste utilaje au fost comandate în Germania firmei Moltrecht ce construia cazane pentru fabricarea uleiurilor din șisturi bituminoase, iar în decembrie 1856 începe construcția „fabricii de gaz” din Ploiești, pe numele lui Marin Mehedințeanu (decedat în 1861). Distileria de petrol a lui Marin Mehedințeanu, construită pe o suprafață de 4 ha și având o capacitate de lucru pe an de 2710 tone, (în medie 7,5 tone/zi), și-a început activitatea când Teodor Mehedințeanu întâmpina greutăți în aplicarea contractului semnat încă din 1856 pentru iluminarea capitalei cu „hidrocarbură și lampe”

Datorita utilizarii intense a resurselor din Romania si datorita epuizarii acestora se impune tot mai mult skidurile de stimulare a productiei. Ca o alternativa la pomparea apei sarate in zacamant este inlocuirea acesteia cu azot sub presiune, azot obtinut la fata locului din aer prin utilizarea concentratoarelor cu site moleculare (procedeul PAS). Sitele moleculare utilizate sunt zeoliti sintetici sau naturali care retin oxigenul din aer la o anumita presiune lasand azotul sa treaca, dupa ce zeolitul retine capacitatea maxima de absortie a acestuia, se regenereaza prin scaderea presiunii si eliminarea oxigenului in atmosfera. Din aceasta cauza sitele moleculare sunt formate din cel putin doua filtre, unul in functiune si celalalt in regenerare.

2. PLANIFICAREA PROIECTULUI

2.1. Problema de rezolvat

2.1.1. Selectia echipamentelor si senzorilor din cadrul testerului

2.1.2. Proiectarea testerului

2.1.3. Verificarea testerului

2.2. Metodologia de lucru

2.2.1. Traseul de parcurs

2.2.1.1. Alegerea pompei centrifugale de alimentare a skidului

Rolul pompei centrifugale este de a asigura o anumita presiune la gura de aspiratie a pompei din skid la un debit nominal. Scopul acestei pompe este sa nu apara pe instalatie zone de cavitatie datorita depresiunii.

2.2.1.2. Alegerea rezistentei hidraulice variabile

Rezistenta hidraulica variabila din tester are rolul de a simula conditiile de transport a saramurei in sonda petroliera. Prin ingustarea sectiunii de curgere se genereaza o presiune pentru a putea testa skidurile in conditiile de functionare.

2.2.1.3.Verificarea rezistentelor mecanice ale conductelor, flanselor si a elementelor de legatura.

2.2.1.4. Selectarea senzorilor de masura a parametrilor de proces.

Rolul senzorilor de masura este de a culege valorile parametrilor din proces si de a ii transmite catre automatul programabil. Senzorii se aleg cu domenii de masura care sa acopere variatia parametrilor masurati in process, iar semnalul trimis catre PLC este semnal unificat pentru senzorii analogici si semnal digital.

Din punct de vedere al modului de conectare intrările digitale pot fi de două tipuri:

drenă de curent (eng. Sink input), pentru senzori de tip NPN

sursă de curent (eng. Source input), pentru senzori de tip PNP

În cazul unei intrări de tip drenă, în starea “cuplat/închis” a senzorului, curentul circulă dinspre intrare către senzor

În cazul unei intrări de tip sursă, în starea “cuplat/închis” senzorul generează un curent ce intră în dispozitivul PLC.

Figura 1.3. Schema de conectare a senzorilor la PLC

In cazul cuplarii gresite a senzorilor poate duce la arderea circuitelor de intrare.

2.2.1.5. Selectarea PLC-ului si un modul de extensii analogice

Automatul programbil se allege in functie de urmatoarele criteria:

viteza procesorului trebuie sa asigure functionarea sistemului in timp real

numarul de intrari/iesiri sa satisfaca cerintele procesului

posibilitatea de anexare a unor extensii de intrari/iesiri

modalitatea de comunicare cu un calculator prin protocoluri standardizate

sa permita stocarea datelor pentru o anumita durata

2.2.1.6. Alegerea surselor de alimentari pentru calculatorul de monitorizare si traductoarele de process

Avand la dispozitie doar reteaua electrica de 230 Vac 50Hz sursele utilizate trebuie sa asigure tensiunile 12 Vcc la un current de 1.6 A pentru alimentarea calculatorului de process si inca o sursa in comutatie de 24 Vcc la un current de 2 A pentru alimentarea traductoarelor de process.

2.2.1.7. Proiectare testerului – circuit hidraulic

Circuitul hidraulic al testerului are rolul de a simula conditiile de functionare a skidului.

2.2.1.8. Proiectarea tersterului – circuit electric si automatizare

Circuitul electric are rol de a actionare a pompei centrifugale si de a alimenta sistemul de automatizare si monitorizare. Sistemul de automatizare are rolul de monitorizare a strategiei de functionare implementate.

2.2.1.9. Construire tester

Pentru realizarea fizica a testerului se vor parcurge urmatoarele etape:

– Aprovizionare echipamentelor si materialelor conform specificatiile proiectului

– Montarea echipamentelor electrice si a calculatorului intr-un cofret

– Verificarea functionalitatii a subansamblelor

– realizarea circuitului hidraulic ( montarea pompei centrifugale, traductoarele de masura si circuitul hydraulic )

2.2.1.11. Implementarea stategiei programului de lucru al testerului

Pe baza strategiei adoptate se va implementa procedurile de test

2.2.1.12.Verificarea testerului pe un skid industrial

Verificarea are scop de a asigura beneficiarul de produs si de a asigura ca skidul corespunde cerintelor din caietul de sarcini.

2.2.1.13. Modelarea hidraulica a skidului si testerului

Are rolul de verifica comportarea skidului in diferite conditii

2.2.1.14. Rezultate si concluzii

In urma testelor rezulta diagrame de functionare a skidurilor si identificarea posibilelor erori, moduri de remediere.

2.2.2. Teoriile, metodele și instrumentele utilizate

2.2.2.1. Pentru proiectarea circuitelor hidraulice am utizat cunostinte din mecanica fluidelor facandu-se calcule si diagramele cu ajutorul softului MATHCAD. In scopul verificarii rezultatelor obtinute pe langa testele experimentale s-a elaborat modele cu ajutorul modulului SIMULINK din cadrul programului MATLAB.

Pentru proiectarea electrica si electronica s-a utilizat cunostinte din cadrul actionarilor electrice si electronicii industriale. In proiectare s-a utilizat softul MATCAD si programul EXCEL din cadrul OFFICE. In automatizarea testerului am folosit programul Simatic pentru PLC de la Siemens respectis S7-1200 Siemens. Pentru proiectarea programului de SCADA s-a folosit programul Visu+ de la Phoenix Contact.

2.2.2.2. Verificarea testerului s-a facut la Sibiu la firma Sonnek Engineering .

2.2.3. Tehnologiile, experimentele, testele utilizate

Proiectarea schemelor electrice s-a realizat utilizant softul Orcad. Transferarea, modificarea si visualizarea in timp real a softului Simatic se realizeaza cu ajutorul unei mufe serial intre automatul programabil si un calculator portabil. Rezultatele experimentale privind comportarea testerului s-a obtinut in urma unor experimente asupra uui skid cu pompa volumetrica de tip Hamelmman- HDP 172 .

Partea a II-a

Contribuții la tema proiectului

3.1 Descrierea functionala a testerului

Asa cum s-a mai spus in lucrare skidul este de obicei o pompa volumetrica rotita de un motor electric trifazat care este alimentat printr-un convertizor de frecventa, completat cu un sitem de automatizare in scopul, functionarii optime. Tot ansamblul formeaza un sistem monobloc montat

intr-un container. Pentru testarea skidului, la iesirea hidraulica a acestuia se ataseaza testerul format dintr- o rezistenta variabila (robinet cu ac), senzori de masura a presiunii, temperaturii, automat programabil etc (vezi figura 1.4). Rolul testerului este de a verifica caracteristica hidraulica a skidului (presiune-debit).

In figura de mai jos este o schema tehnologica in care este aratat cu culoare albastra circuitul apei .

Testerul descris in lucrare este proiectat pentru un skid cu o pompa volumetrica.

Pompele sint masini hidraulice care transforma energia mecanica in energie hidraulica, facind parte din categoria generatoarelor hidraulice.

3.1.1.Pompe volumetrice

Pompe volumice (exemplu: pompele cu pistonase, cu palete culisante sau cu roti dintate) – destinate in special sistemelor de actionare hidraulice, functionind in cele mai multe cazuri cu ulei. In cazul acestor pompe transferul energetic de la pompa la lichid se realizeaza prin deplasarea periodica a unor volume de lichid variabile in timp, intre racordul de aspiratie si ce de refulare al pompei.

Pompa volumetrica (cu piston) trebuie sa asigure un debit de 24 m3/h la o presiune de 90 bari, adica 900 m:

Se calculeaza puterea hidraulica a pompei cu relatia:

(1)

Unde γ este greutatea specifica a apei;

HAPA-presiunea apei la iesirea din pompa exprimata in m cA (1 bar=9.81 mcA);

Q- debitul de apa pompat la presiunea H.

Rezulta o putere hidraulica de: PHIDRAULICA= 60 kW.

Randamentul unei pompe volumetrice este in gama 0.92…0.95. Vom lua in calcul valoarea de 0.92.

(2)

Rezulta ca puterea mecanica a motorului electric de antrenare a pompei (puterea la arbore) este de: 65.22 kW.

In calcul trebuie luat un coeficient de suprasarcina in gama 1.05…1.4. In aceasta aplicatie luam valoarea de 1.1, astfel ca rezulta o putere mecanica necesara de 71,74 kW.

(3)

Alegem din catalogul producatorului de pompe Hammelmann, seria HDP 170, pompa de tipul HDP 172 care la un debit de 384 l/min (23 m3/h) asigura o presiune de 100 bari (aprox. 1000 m), iar la un debit de 460 l/min (27,6 m3/h) asigura o presiune de 90 bari (aprox. 900 m). Puterea motorului este de 75 kW.

Tabelul 1. Caracteristicile debit presiune ale pompei HDP 172

In figura 2.1 este prezentata schema de principiu a pompei volumetrice alese. Pompa contine 3 pistoane actionate succesiv la un unghi de 120 O

Figura 2.1 Schema de principiu a pompei HDP 172 Hammelman

Pompele volumetrice se simbolizeaza ca in figura 2.2

Figura 2.2 Reprezentarea schematica a pompelor volumetrice (catalog F2)

Puterea absorbita din reteaua electrica. Pentru a calcula puterea absorbita din reteaua electrica trebuie luat in consideratie randamentul motorului electic, η=0.92 pentru aceasta gama de puteri si cos(Φ). Acesta are valorea in jur de 0.88. Rezulta:

(4)

Adica 86.6 kVA.

Puterea maxima absorbita din reteaua electrica –pentru care se dimensioneaza reteaua electrica si elementele de actionare a motorului electric (cabluri, contactor, dizjunctor). Pentru a calcula puterea absorbita din reteaua electrica trebuie luat in consideratie randamentul motorului electic, η=0.92 pentru aceasta gama de puteri si cos(Φ). Acesta are valorea in jur de 0.88. Rezulta:

(4)

Adica 92.64 kVA.

Curentul prin fiecare faza este dat de relatia:

(5)

Rezulta IFAZA=134.2 A pe fiecare faza

Actionarea prin invertor a pompei volumetrice. Debitul pompei volumetrice este aproximativ liniar cu turatia pompei. In cazul in care este actionata la o turatie inferioara turatiei nominale, debitul pompei este dat de relatia 6:

(6)

unde:

= volumul geometric [cm3/rot];

= presiunea la iesire [bar];

= turatia de antrenare [rot/min];

= randamentul volumetric;

= randamentul mecano-hidraulic;

= randamentul total ;Relatia 6 se pote scrie si sub forma:

(7)

In figura 1 sunt redate debitele vehiculate de doua pompe volumetrice in functie de turatie, pompe cu volumul geometric diferit, si

Figura 1. Debitul pompelor volumetrice in functie de turatie calculat pe baza relatiei 6.

Cuplul motorului de antrenare al pompei reflecta presiunea lichidului la iesirea din pompa volumetrica. Cuplul se exprima pe baza relatiei 8.

(8)

In cazul in care motorul electric de antrenare al pompei volumetrice este actionat printr-un invertor electronic, iar invertorul este setat sa alimenteze motorul la curent constant, in acest caz cuplul motorului fiind proportional cu intensitatea curentului, rezulta ca presiunea (si cuplul motorului) la iesirea din pompa este constant. In acest caz puterea hidraulica a pompei alimentate prin invertor depinde liniar de turatie, presiunea hidraulica intervine in panta acestei variatii.

2.2 Alegerea pompei centrifugale.

Pompa Hammelman are nevoie de o presiune pe aspiratie intre 2 si 10 bari pentru a nu aparea fenomenul de cavitatie, in urma acestui fenomen lichidul se poate vaporiza. Vapori care perturba buna functionare a pompei volumetrice.

3.1.2.Pompe centrifugale

Pompe centrifuge – utilizate in special in retelele de alimentare cu apa dar si pentru vehicularea lichidelor in industria chimica, cea miniera sau metalurgica. Transferul energetic se realizeaza prin interactiunea dintre un rotor prevazut cu palete profilate si lichidul in care acesta este complet imersat.

Pompa centrifuga trebuie sa asigure un debit de 24 m3/h la o presiune de 5 bari (50 m cA).

Se parcurg aceeasi pasi ca si in cazul pompelor volumetrice, adica se calculeaza:

Se calculeaza puterea hidraulica a pompei cu relatia 1

Rezulta o putere hidraulica de: PHIDRAULICA= 3.3 kW.

Randamentul unei pompe centrifuge este in gama 0.5…0.75. Vom lua in calcul valoarea de 0.7. Se calculeaza cu relatia 2.

Rezulta ca puterea mecanica a motorului electric de antrenare a pompei (puterea la arbore) este de: 4.76 kW.

In calcul trebuie luat un coeficient de suprasarcina in gama 1.05…1.4. In aceasta aplicatie luam valoarea de 1.1, astfel ca rezulta o putere mecanica necesara de 5.24 kW. Calculul se face cu relatia 3.

Alegem din catalogul producatorului de pompe LOWARA, din seria FCE, pompa FCE 50-200/55, pompa cu urmatorele caracteristici.

Tabelul 2. Caracteristicile pompei LOWARA din cadrul testerului pentru skiduri

Puterea motorului este de 5.5 kW.

In figura 2.3 se prezininta schema de principiu a unei pompei centrifugale.

Figura 2.3 Sectiunea transversala si longitudinala a unei pompe centrifugale( trasarea curbelor pdf)

Figura 2.4 reprezentarea simbolica a pompei centrifugale

Puterea absorbita din reteaua electrica. Pentru a calcula puterea absorbita din reteaua electrica trebuie luat in consideratie randamentul motorului electic, η=0.88 pentru aceasta gama de puteri si cos(Φ). Acesta are valorea in jur de 0.82. Se calculeaza cu relatia 4. Rezulta: 7.26 kVA.

Puterea maxima absorbita din reteaua electrica –pentru care se dimensioneaza reteaua electrica si elementele de actionare a motorului electric (cabluri, contactor, dizjunctor). Pentru a calcula puterea absorbita din reteaua electrica trebuie luat in consideratie randamentul motorului electic, η=0.88 pentru aceasta gama de puteri si cos(Φ). Acesta are valorea in jur de 0.82 . Rezulta: 7.62 kVA

Curentul prin fiecare faza este dat de relatia 5:

Rezulta IFAZA=11.05 A pe fiecare faza

Actionarea prin invertor a pompelor centrifuge. La fel ca pentru pompele volumetrice, si pentru pompele centrifuge , se poate scrie relatia 7:

(7 a)

n-este turatia motorului de antrenare a pompei de apa. Dupa cum se vede din relatia anterioara debitul este proportional cu turatia pompei.

Presiunea apei pompate exprimata in m cA este ddata de relatia:

(8)

Astfel ca puterea hidraulica a pompei rezulta ca find data de relatia:

(9)

In figura 2 este redata inaltimea relativa de pompare in functie de turatia raportata la turatia nominala, iar in figura 3 puterea hidraulica necesara in functie de turatia raportata la turatia niminala.

Figura 2. Inaltimea de pompare relativa in functie de turatie

Figura 3. Puterea hidraulica relativa necesara in functie de turatie

3.1.3. CALCULUL REZISTENTELOR HIDRAULICE REGLABILE

Robinetele (vanele) cu sertar sunt rezistențe hidraulice variabile utilizate pentru reglarea debitului pe conducte, cât și pentru închiderea etanșă a circuitelor hidraulice. Organul obturator, de forma unui disc plan sau pană, execută deplasări liniare a între poziția închis, la care convențional a =0, și

deschiderea maximă, a100 , rezultată din limitări mecanice. In cazul robinetului cu tija neascendentă, discul fiind acționat printr-un mecanism șurub – piuliță, deschiderea a este proporțională cu numărul de ture efectuat de tijă între poziția închis și o poziție curentă.

Rezistenta hidraulica variabila o tratam ca un orificiu mic inecat (conducta de apa din aval de orificiu este plina cu apa). Curgerea prin orificiu (robinet sertar) presupunem ca se face la o viteza medie constanta prin tot orificiul. Debitul prin orificiu se aproximeaza prin relatia 10:

(10)

Unde µ este un coeficient care depinde de viteza:

AORIFICIU –sectiunea de curgere a apei;

∆H-caderea de presiune pe elementul hidraulic.

Din relatia 10 rezulta ca pierderea de presiune pe un element hidraulic este proportionala cu patratul debitului raportat la sectiunea de curgere, adica:

(11)

Figura2.4 Robinet cu ac (poza blibliografie hidr)

3.1.4. CALCULUL PIERDERILOR HIDRAULICE PRIN ELEMENTELE HIDRAULICE

Pentru o conducta plana (intrarea si iesirea acesteia sunt la aceeasi cota de nivel), prin circulatia apei se produce o pierdere de presiune exprimata in metri coloana de apa. Altfel spus, aceasta inseamna sa inlocuim conducta orizontala cu acelasi tip de conducta (sectiune, lungime si material din care este confectionata) cu o alta conducta inclinata, cu o anumita panta, astfel incat apa sa circule cu aceeasi viteza prin ea, adica cu acelasi debit. Panta conductei se defineste ca fiind diferenta de nivel dintre capetele conductei raportata la lungimea conductei. Pierderea de inaltime a apei care circula prin conducta este in functie de debitul de apa circulat (viteza medie in conducta) si de caracteristicile geometrice ale acesteia.

(12)

λ – coeficientul de frecare calculat in functie de regimul de curgere (laminar sau turbulent)

L-lungimea conductei;

Dn-diametrul interior al conductei-(sectiunea de curgere);

V-viteza medie a apei in conducta;

g-acceleratia gravitationala.

Pentru fiecare element hidraulic trebuie calculat sau preluat din tabelele specifice pierderea de presiune (in m coloana de apa), conform relatiei 12.

VITEZA APEI IN ELEMENTELE HIDRAULICE

Pentru a obtine in elementele hidraulice viteze ale apei in domeniul optim trebuie respectate sectiunile de curgere in acestea. Aceste sectiuni rezulta alegand corect gama de debite vehiculate prin instalatie. Pentru conductele de legatura viteza apei in conducte se accepta in jur 0.8…1.5 m/s. In medie se ia 1 m/s.

In figura 4 este redat diametrul interior al conductelor pentru o viteza medie a apei de 1 m/s.

Figura 4. Diametrul interior al conductelor in functie de debitul- [0, 10, 20, 30, 40, 50] m3/h -de apa

3.1.5.CALCULUL DEBITULUI DE APA PRIN INSTALATIE

Pentru calculul debitelor de apa prin skid si tester se considera ca toate elementele sunt legate in serie. Astfel aceste elemente fiind inseriate si formand un inel (similar unui ochi de circuit electric), rezulta ca suma inaltimilor create de pompe este egala cu suma pierderilor de presiune in elementele hidraulice, adica:

(13)

Unde Q este debitul de lichid;

-H(Q)i -presiunea sau pierderea de presiune in elementele hidraulice (vezi figura 5).

In figura 5 putem observa caracteristica de principiu a unei pompe. Regimul de functionare a acesteia trebuie dus in zona in care randamentul hidraulic al pompei depaseste valoarea de 0.7 impusa prin legislatie (REGULAMENTUL (UE) NR. 547/2012 AL COMISIEI 

din 25 iunie 2012 de punere in aplicare a Directivei 2009/125/CE a Parlamentului European si a Consiliului in ceea ce priveste cerintele de proiectare ecologica pentru pompele de apa).

Figura 5. Exemplu de caracteristica a unei pompe

Figura 6. Schema hidraulica simplificata a skidului cuplat la tester

Dezvoltand relatia 13 rezulta:

(14)

Rezolvarea acestei ecuatii se poate face in doua moduri:

Rezolvarea grafica;

Rezolvarea analitica.

Pentru rezolvare adunam presiunile date de cele dou apompe la debitul de 24 m3/h (vezi figura 6)si egalam cu caderea de presiune pe elementele hidraulice, rezultand debitul pentru care este valabila relatia (13) . Rezulta o inaltime de 1020 m cA. Aceasta cadere de presiune trebuie sa se regaseasca in principal pe robinetul cu sertar cu diametrul de 25 mm (1”). Sectiunea de curgere a acestuia se calculeaza cu relatia 11 si rezulta un grad de deschidere de aproximativ 9.602%.

Pentru un debit de 27.6 m3/h cele doua pompe dau o presiune de 936 mcA. Rezulta un grad de deschidere de 11.51 %.

Diferenta intre cele doua grade de deschidere este mic si pentru a avea o cursa semnificativa la rozeta robinetului pentru deschideri mici se alege un robinet dublu cu ac cu sectiunea de trecere de 11 mm produs de firma Schneider-Germania.

Se poate inlocui robinetul cu ac cu o diafragma din otel inoxidabil calculata la presiunea de lucru a skidului, diafragma fixa constand dintr-o gaura cu un anumit diametru intr-o flansa oarba (flansa plina).

-Pentru primul caz rezulta o diafragma cu diametrul de curgere 7.7 mm.

-Pentru al doilea caz rezulta o diafragma cu diametrul de curgere 8.6 mm.

In figura 7 sunt exprimate caderile de presiune pe diafragme cu diametrul de trecere de:

Dn1=5 mm;

Dn2=6 mm;

Dn3=7 mm;

Dn4=7.5 mm;

Dn5=8 mm;

Dn6=8.5 mm.

Figura 7. Caderea de presiune in functie de debit, exprimata in m cA, pe diafragme cu sectiuni de curgere diferita.

3.1.6.BREVIAR DE CALCUL PENTRU REZISTENTA MECANICA A CONDUCTELOR,FLANSELOR

Dacă nu se cunoaște presiunea maximă admisă și doar pentru conducte confecționate din material omogen, în special pentru cele cu pereți subțiri cum sunt cele din metal, presiunea maximă admisă poate fi calculată cu aproximație folosind formula cazanelor:

unde

– DN este diametrul interior al conductei;

– e este grosimea peretelui conductei;

– σA_R este efortul admisibil la rupere, la solicitarea de întindere, al materialului din care e confecționată conducta. La conductele din oțel și din materiale plastice lipite sau sudate, la stabilirea presiunii maxime admisibile printr-un calcul de specialitate (de rezistenta materialelor), avându-se în vedere natura accidentală și de scurtă durată a solicitării din lovitura de berbec, se admite o scădere a coeficientului de siguranță cu 5% până 15%, față de cel admis pentru sarcinile fundamentale, în raport de importanta lucrării.

Calculul rezistentelor admisibile

[12] Conform prescriptiilor tehnice I.S.C.I.R.(C4/1-2003 si C4/2-2003), rezistenta admisibila a materialului la temperatura de 20 C este:

unde : -(Rm) -rezistenta la rupere ;

-(Rp0.2) -rezistenta tehnica de curgere la 20C;

– -coeficient de siguranta fata de rezistenta la rupere , =2.4;

– -coeficient de siguranta fata de limita tehnica de curgere, =1.5.

Pentru table,rezistenta admisibila este:

Pentru tevi,rezistenta admisibila este:

;

Pentru flanse,rezistenta admisibila este:

;

Pentru ansamblul surub-piulita,rezistenta admisibila este:

.

In functie de presiunea aplicata in instalatie se dimensioneaza elementele mecanice utilizate. Astfel conform relatiei (1), rezulta grosimea peretelui conductei in functie de presiunea din aceasta, asa cum este aratat in figura urmatoare:

Figura . x..

3.2.Modelul SIMULINK al pompei din cadrul testerului

Scopul modelarii matematice a proceselor

[17]Modelarea matematica a proceselor naturale pentru a fi utila in procesul de cunoastere, trebuie sa respecte patru principii, principii care sunt de multe ori subintelese, fara a fi teoretizate. Acestea ar fi:

Modelul matematic este doar o aproximare a procesului natural descris care este de cele mai multe ori complex si in multe cazuri inteles doar partial. Cu toate acestea, modelul matematic este util daca satisface un scop bine definit anterior;

Modelarea matematica este un proces de dezvoltare continua si este recomandabil sa se inceapa de la o reprezentare simpla spre una complexa. Demarare cu un model al procesului intr-o forma complexa duce adesea la confuzie.

Modelarea matematica este un proces de invatare continua si in acelasi timp o arta in a intelege lucrurile care sunt cu adevarat importante si cele care se pot neglija, care sunt cauzele si care sunt efectele acestora.

Modelele trebuie sa fie realiste si robuste (sa nu depinda intr-o masura prea mare de perturbatii). Un model care prezice efecte contrare bunului simt pentru o perceptie normala, este putin probabil sa fie primit cu incredere.

O etapa esentiala in abordarea ori carui model matematic este sa se tina cont de legile fizice (conservarea masei, energiei, sarcinii electrice), la care se adauga, dupa caz, ratele de reactii chimice, ratele de caldura, transferurile de caldura, echilibrele de faza etc. Combinatia dintre aceste relatii ofera o baza pentru descrierea cantitativa si calitativa a procesului. Una dintre competențele operatiilor de modelare a proceselor este de a obtine cele mai simple modele posibile care sa atinga o reprezentare realista a procesului. Aplicarea unei modelari matematice realiste si simularea proceselor are urmatoarele avantaje:

A. Modelare imbunatateste intelegerea fenomenelor

B. Modelele ajuta la dezvoltarea experimentelor

C. Modelele pot fi utilizate pentru predictie

D. Modelele pot fi utilizate în formare

E. Modelele pot fi folosite pentru a îmbunătăți procesele

Modelele sunt de mai multe tipuri: modele deterministe si stochastice, modele la starea de echilibru si modele dinamice.

Modelele deterministe sunt modelele in care toti parametrii au valori definite, nu se iau in considerare fluctuatiile aleatorii de mediu, valorile parametrilor (rate de crestere, debite, volume, concentratii, temperaturi) se iau in general constante.

Modelul stochastic, sau uneori model aleatoriu, este contrarul procesului determinist (sau sistem determinist) considerat în teoria probabilităților. În loc de o singură realitate posibilă despre cum poate evolua procesele în timp (așa cum este cazul soluțiilor unei ecuații diferențiale ordinare, de exemplu), într-un proces stochastic există o incertitudine în evoluția viitoare descrisă de distribuții de probabilitate. Acest lucru înseamnă că deși se cunoaște condiția inițială (sau punctul de plecare), există mai multe posibilități de continuare a procesului, dar unele căi sunt mai probabile decât altele. Principalul dezavantaj este că deși valoarea medie a unui parametru poate fi de multe ori cunoscut cu un rezonabil grad de precizie, distribuția valorilor nu este de obicei cunoscut cu același grad de precizie , și acest lucru poate duce la inexactități.

Modele in starea de echilibru pot fi clasificate in modele de echilibru dinamic in care conditiile sunt constante in timp si modele in starea de echilibru in care conditiile se schimba in timp. Aceste modele sunt relativ simple, descrise prin ecuatii algebrice, care se pot rezolva analitic. Sunt utilizate in special in proiectare si exploatare.

Modelele dinamice se impart in doua subgrupe, modele dinamice liniare si modele dinamice neliniare, in functie de ecuatiile diferentiale in functie de timp, care sunt utilizate in descrierea acestora. Modelele dinamice neliniare se pot liniariza pe portiuni. Cele mai multe procese utilizate in tratarea apelor se incadreaza in cadrul acestor modele.

Procedura generala de modelare

In scopul elaborarii unui model corect al unui proces, in primul rand trebuiesc identificate corect fenomenele din cadrul acestuia, formularea fenomenelor in termeni matematici, rezolvarea ecuatiilor, predictia obtinuta trebuie sa fie apoi verificata si eventual modelul sa fie revizuit.

.

Figura x1. Pasi urmati in elaborarea unui model matematic

In scopul verificarii caracteristicilor de functionare a pompei booster din cadrul testerului s-a elaborat modelul SIMULINK din figura x2.

Figura x2. Modelul SIMULINK al pompei booster din cadrul testerului

3.3 Breviar de calcul electric

Ib – Curentul maxim de sarcina

In p – Curentul nominal al circuitului de protectie

Iz – Curentul maxim admis de cablu

Verificarea traseelor la conditia de cadere de tensiune

Tabelul 1.1

In tabelul 1.1 sunt indicatii asupra conductorului care trebuie folosit in interiorul cutiilor de automatizare.

Capitolul 4 SCHEME ELECTRICE

Scheme Electrice

Schemele electrice le-am realizat in programul Orcad versiunea 16.2, ele ajuta la realizarea cablajului pentru tester.

4.2.Alegerea aparatajului folosit

4.2.1.PLC

[15]Controlerele Programabile Logice sunt automate de comandă și reglare programabile care se utilizează pentru mașini și procese industriale. Programarea lor se face folosind tehnica digitală. Ingineria controlată a evoluat de-a lungul timpului. Cândva, în trecut, oamenii erau principala metodă pentru a controla un sistem. Acum, în vremurile noastre, electricitatea este folosită pentru control, iar acest control este bazat pe relee electrice. Aceste relee permit întreruperea sau furnizarea energiei fără a folosi întrerupătoare mecanice. În mod obișnuit se folosesc aceste relee pentru a realiza decizii simple logice. Dezvoltarea tehnologiei și implicit a calculatoarelor, ce au cost scăzut, a dus la revoluționara apariție a PLC-urilor (automate de comandă programabile). Progresele tehnologiei la scară foarte largă au dus la posibilitatea simulării în timp real a multor aplicații din domeniul industrial. Simulările în timp real sunt foarte utile atunci când are loc programarea unui proces tehnologic, acestea prevenind sau îndepărtând eventualele defecțiuni și/sau blocaje ale sistemului ce pot distruge sau afecta temporar componentele acestuia. Tocmai din acest motiv are loc reducerea costurilor cu implementarea oricărui proces tehnologic automatizat, fie el simplu sau complex, deoarece verificarea prin simulare nu implică un consum masiv de materiale pentru diversele testări inițiale. Este evident faptul că se vor obține costuri mult mai mici atunci când se folosesc simulări în timp real a schemelor electrice, drept pentru care în prezentarea de față se accentuează foarte bine cum are loc simularea programului folosit pentru monitorizarea bazinului de apă. Automatizările ocupă un cadru foarte larg în industrie și nu numai. PLC-urile au apărut la sfârșitul anilor `60 în industria de automobile și astfel s-a ajuns la performanța schimbării schemelor de comandă de la aproape 1 lună la câteva zile. Apariția microprocesoarelor și utilizarea acestora în construcția PLC-urilor a dus la dezvoltarea funcționalității acestora odată cu reducerea prețului de cost, îmbunătățindu-se cu această ocazie și gabaritul și consumul de energie necesar. In anul 1990 existau mai mult de o mie de producatori de PLC-uri, fiecare dintre ei având implementat limbajul Ladder Diagram și nu numai. Cele mai cunoscute firme producătoare de automate programabile sunt Mitsubishi Electric, Siemens, Moeller, Schneider, Telemecanique, Omron, General Electric.

Limbaje de programare PLC[

Limbajele de programare din standardul IEC 1131 descrie.

Bazate pe text limbi:

Structured Text (ST)

Instruction List (IL)

Grafice bazate pe limbi:

Ladder Diagram (LD)

Function Block Diagram (FBD)

Sequential Function Chart (SFC)

Comunicare

PLC-urile au în construcție porturi de comunicare de obicei RS-232 cu 9 pini, dar opțional EIA-485 sau Ethernet. Modbus, BACnet sau DF1 este de obicei inclus ca unul dintre protocoalele de comunicație. Alte opțiuni includ diferite magistrale de câmp, cum ar fi DeviceNet sau Profibus.

PLC-urile cele mai moderne pot comunica printr-o rețea de cu alte sisteme, de exemplu un calculator care rulează un (control de supervizare și achiziție de date), sistemul SCADA sau browser-ul web.

Controlerul S7-1200 oferă flexibilitatea și puterea de a controla o largă varietate de dispozitive.

Designul compact, de configurare flexibil, și

set de instrucțiuni puternic se combină pentru a face S7-1200 o solutia perfecta pentru controlul unei game largi de aplicații.

Procesorul combină un microprocesor, o sursă de alimentare integrate, circuite de intrare și de ieșire, built-in PROFINET, de control al mișcării de mare viteză I/ O și de la bord intrări / analogice într-un compact

locuințe pentru a crea un controller puternic. După ce descărcați programul, CPU conține

logica necesare pentru a monitoriza și controla dispozitivele în cererea dumneavoastră. Monitoarele CPU

intrările și ieșirile schimbă în funcție de logica programului dumneavoastră de utilizator, care pot

includ logica booleană, de numărare, calendarul, operațiuni matematice complexe, și de comunicare cu

alte dispozitive inteligente.

Procesorul oferă un port de PROFINET de comunicare printr-o rețea PROFINET.

Module suplimentare sunt disponibile pentru a comunica peste PROFIBUS, GPRS, RS485 sau

Rețele RS232

Figurax PLC SIEMENS S7-1200[14]

1Conector de alimentare

2 slot pentru card de memorie

3 conectori de cabluri de utilizator detașabile

(în spatele ușilor)

4 LED-uri de stare pentru bord pe I / O

5 Conector PROFINET (în partea inferioară a

CPU)

Tabelul 1.2

4.2.2.Traductoarele

[19]Traductoarele electronice transformă mărimea fizică de măsurat într-o mărime electrică, utilizând tehnici electronice.

Transformarea mărimii fizice de la intrare se face în două moduri:

– prin transformare directă, într-un singur element;

– prin transformare indirectă, dacă sunt necesare mai multe transformări succesive ale mărimii fizice de intrare.

Criteriile de clasificare a traductoarelor electronice

1. După natura mărimii fizice neelectrice de intrare:

– traductoare pentru semnale radiante, termice, chimice, mecanice, magnetice, etc.

2. După modul în care se face transformarea semnalului:

– traductoare directe și complexe.

3. După principiul de funcționare:

– traductoare parametrice (modulatoare) și

– traductoare energetice (generatoare).

4. După forma semnalului electric de ieșire:

– traductoare analogice și

– traductoare numerice.

Traductoarele parametrice transformă variația mărimii neelectrice de la intrare în variația unui parametru electric (rezistență, inductanță mutuală, capacitate) și necesită o sursă de energie auxiliară.

Exemple de traductoare parametrice:

termorezistența,

marca tensometrică,

fotorezistența,

piezorezistența,

bolometrul, etc.

Traductoarele energetice sau generatoare transformă mărimea neelectrică de intrare într-o tensiune, curent sau sarcină electrică fără a avea nevoie de o sursă auxiliară de energie.

Exemple: termopila, fotodioda, fotodetectorul piroelectric, traductorul piezoelectric, etc.

Figura x schema bloc a unui traductor electric

Mărimea de intrare X este mărimea de măsurat (temperatură, debit, presiune, nivel, viteză, etc.).Mărimea de ieșire Y este un semnal electric unificat sau specializat, în funcție de aparatele sau sistemelor de achiziții de semnale folosite în aplicație. Pentru sistemele complexe, caracterizarea procesului de transformare se face printr-o mărime de calitate rezultată din combinarea mai multor parametri.Mărimea de calitate se obține prin operații specifice măsurătorilor indirecte, efectuate asupra mai multor mărimi componente din traductor sau asupra semnalelor de ieșire de la mai multe traductoare cu structura din figură.Senzorul (elementul sensibil) detector sau captor, este specific fiecărui traductor și are funcția de a detecta mărimea fizică ce trebuie măsurată.Senzorul detectează doar mărimea de intrare X, eliminând sau reducând la minim influențele celorlalte mărimi fizice existente în mediul respectiv. Sub acțiunea mărimii de intrare, elementul sensibil se modifică iar la ieșirea senzorului apare un semnal electric.

In tabelul de mai sus sunt traductoarele folosite in cadrul testerului pentru a putea monitoriza valorile circuitului de apa pe aspiratie si refulare din skid.

4.2.3.Surse de tensiune in comutatie

[16]Tensiunea alternativă a rețelei este adaptată, de obicei, cu un transformator la necesitățiile modulului electronic și aplicată unui redresor. Redresorul realizează conversia energiei de curent alternativ în energie de curent continuu pulsatoriu.

Tensiunea redresată este aplicată unui filtru de joasă frecvență, corespunzător, pînă se obține o tensiune medie cu un nivel al pulsațiilor admis de celelalte module și care asigură funcționarea corectă a acestora. Tensiunea filtrată este aplicată unui modul stabilizator cu funcționare liniară. Acest modul asigură la ieșire tensiuni constante sau variabile (prescrise) în raport cu variațiile tensiunii de rețea, a sarcinii, a temperaturii și a altor factori perturbatori. În structura cea mai complexă aceste surse dispun de module de protecție și de un modul de comandă și control.

Sursele de tensiune în comutație au, de asemenea, la bază principiul conversiei intermeniare a energiei, implementat prin două structuri distincte.

 surse de tensiune în comutație fară separare galvanică, conversia energiei realizându-se între domeniile:

 surse de tensiune în comutație fară separare galvanică, conversia energiei realizându-se între domeniile:

Sursele de tensiune liniare asigură o calitate mai bună a tensiunilor și curenților furnizați către sarcină. La sursele în comutație acest dezavantaj se reduce prin utilizarea unor filtre corespunzătoare.

Figura x Sursa in comutatie

Un alt dezavantaj al surselor în comutație constă în răspunsul mai lent la variații rapide ale parametrilor perturbatori. Din punctul de vedere al emisiei electromagnetice nivelului tensiunilor de zgomot este ridicat. Acest dezavantaj poate fi diminuat printr-un filtru corect dimensionat plasat la intrarea sursei. Același efect poate fi obținut și prin creșterea frecvenței de lucru a elementelor de comutație.

Cu toate dezavantajele menționate, la ora actuală, sursele în comutație sunt preferate tot mai mult în aplicațiile industriale datorită dimensiunilor mici, puterii debitată în sarcină ridicată și a prețului de cost scăzut.

[18]Butoanele de comanda sunt aparate neautomate cu o singura pozitie de

repaus, care se utilizeaza în circuitele de comana ale actionarilor electrice.

Ele sunt prevazute cu unul sau mai multe grupuri de contacte normal închise

(de oprire) si normal deschise (de pornire).

Butoanele de comanda se folosesc în instalatiile de comanda si atomatizare

fiind destinate comenzii de la distanta în special a contactoarelor si

releelor intermediare. Ele pot avea doua butoane care închid sau deschid

contactele normal deschise NI, respectiv normal închise ND sau un singur

buton.

Butoanele care au atât contacte NI cât si ND, pot fii astfel folosite ca

butoane de pornire sau ca butoane de oprire.

Butoanele de comanda pot fi cu revenire sau cu retinere. Butoanele cu

retinere ramân în pozitia comandata si dupa încetarea comenzii.

Exista o varietate foarte mare de butoane. Dintre acestea cele mai

utilizate sunt:

– buton de comanda cu retinere

– buton cu pipa

– buton ciuperca

– buton ciuperca cu retinere

– buton cu lampa

Pentru automatizarea testerului am folosit un buton ciuperca, un buton fara retinere si un selector cu doua pozitii. Butonul de urgenta numit si buton de panica are are rolul de a întrerupe comanda și de a opri echipamentele tehnologice ale stației de pompare instantaneu.Este un buton cu retinere, sistemul va ramane inactiv pana cand butonul de urgenta tras inapoi. Selectorul cu doua pozitii l-am folosit pentru a modifica starea sistemului, sistem oprit sau sistem pornit.Este un selector cu lampa pentru a putea observa pozita in care este alimentat sistemul. Butonul albastru este un buton fara retinere, are rolul in aceasta automatizare de a porni sau de a opri calculatorul.

Figura x Butonul de urgenta,selectorul si butonul de pornire

Selectorul cu doua pozitii l-am folosit pentru a modifica starea sistemului, sistem oprit sau sistem pornit.Este un selector cu lampa pentru a putea observa pozita in care este alimentat sistemul. Butonul folosit este un buton fara retinere, are rolul in aceasta automatizare de a porni sau opri calculatorul.

Clemele sunt folosite la realizarea legaturilor intre conductoare. In cazul de fata am folosit cleme de la Wago (2002-1201) care rezista la o intensitate a curentului de 32 A.

Sectiunea conductorului care poate fi introdus variaza intre 0.25 si 4 mm2. Aceste cleme sunt cleme rapide deoarece modalitatea de prindere a conductorului este prin apasare lamelei.

Figura x clema de prindere Wago site

4.2.4. Relee

[18]Nevoia miniaturizarii aparatelor electrice a aparut atât din nevoia

economisirii energiei electrice cât si a reducerii gabaritului echipamentelor

electrice, mai ales a celor ce intra în componenta circuitelor electronice.

Ele îndeplinesc pe lânga functia clasica de

interfatare si protectie si un rol de separare galvanica între circuitele de intrare

si de iesire, adica între bobine si contacte.

Conectarea acestor relee în circuitele imprimate se face prin intermediul

unor picioruse care se introduc în socluri special construite.

Forma constructiva a unui releu miniaturizat de tip clapeta, pentru

curenti nominali de pâna la 6 A.

Pentru a evita murdarirea contactelor, releul este introdus într-o carcasa

izolanta. Pentru a se evita oxidarea contactelor se realizeaza variante

constructive de relee electromagnetice miniaturizate capsulate, având în

interior un gaz protector. Releele sunt capsulate într-o carcasa din rasina

epoxidica. Forma constructiva a circuitului magnetic permite o reducere

majora a fluxurilor de dispersie si prin aceasta reducerea consumului de energie absorbit de bobina releului.

Figura x relee cu 2 contacte si bobina la 24 Vcc

Releele sunt montate in cazul in care se mai doreste pe viitor comanda automata a unor electrovane sau comandarea altor pompe.

4.2.5.[18] Întreruptoarele automate. Un întrerupător automat este un comutator electric automat destinat să protejeze circuitele electrice împotriva scurtcircuitelor, astfel încât circuitul protejat să nu sufere stricăciuni din cauza efectelor termice provocate de un curent mai mare decât cel nominal.

Spre deosebire de siguranțele fuzibile, care după fiecare declanșare trebuie înlocuite (prin arderea fuzibilului), întrerupătoarele automate trebuie doar reanclanșate (manual sau automat), după înlăturarea defectului.

 Întrerupătoarele automate există într-o largă diversitate de mărimi, de la întrerupătoare miniatură până la întrerupătoare de foarte mari dimensiuni, folosite la tensiuni foarte înalte. Numărul de poli poate fi: 1, 1+N, 2, 2+N, 3, 3+N.

Standardul internațional, definește curentul nominal (In) al întrerupătoarelor automate, ca fiind curentul la care acesta poate funcționa neîntrerupt (la o temperatură ambiantă de 30 °C).

Valorile uzuale ale curentului nominal al întrerupătoarelor sunt: 6A, 10A, 16A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A, etc.

Din punct de vedere al curentului magnetic (Im), întrerupătoarele sunt:

–  clasă „B” (Im = 3÷5 In),

–  clasă „C” (Im = 5÷10 In)

–  clasă „D” (Im = 10÷20 In).

La alegerea unui întrerupător trebuie să respecte criteriile de selectivitate, adică să nu întrerupă, în caz de defect, înaintea unui alt întrerupător situat în aval, și nici după unul situat în amonte. Selectivitatea poate fi de curent sau de timp.

Selectivitatea, reprezintă proprietatea unui sistem de protecție format din mai multe elemente înseriate, de a funcționa într-o anumită ordine impusă.

Figura x Intrupator automat

4.2.. Modalitatea de operare a testerului.

DESCRIEREA MODULUI DE LUCRU AL TESTERULUI

In scopul verificarii skidului se cupleaza testerul la acesta parcurgand urmatoarele operatii:

Se cupleaza robinetul cu ac sau diafragama la iesirea pompei skid;

Se cupleaza iesirea pompei boster (on-line) din cadrul testerului pe aspiratia pompei din skid, inainte de debitmetrul electromagnetic;

Se deschid robinetii de separatie din cadrul skidului si din cadrul testerului;

Se umple rezervorul de apa din cadrul testerului si intreg circuitul hidraulic skid-tester prin deschiderea robinetilor de aerisire. Racordul de la sursa de apa nu se demonteaza, doar se inchide robinetul dinspre sursa pentru a putea completa eventualele pierderi;

Se alimenteaza cu energie electrica testerul (trifazata pentru pompa on-line si monofazata pentru sistemul de automatizare);

Se cupleaza mufele „mama” de la traductoare la mufele „tata” din cadrul testerului.

Selectorul trebuie sa fie in pozitia on (cea din dreapta)

Figura x selector de pornire calculator

Calculatorul va porni si trebuie setate valorile de siguranta in fuctie de skid

Figura x Pagina cu setari din scada

PIT 02 este traductorul de presiune amplasat la iesirea din skid care monitorizeaza presiunea de refulare. La presiune minima critica intrare/maxima critica iesire se seteaza valorile care vor da o avarie care va opri skidul, sunt valori de siguranta care vor proteja echipamentele din interiorul skidului.

La presiune minima iesire / maxima iesire se seteaza limitele cele mai de jos sau maxime cu care poate sa functioneze skidul in paramatrii normali. Daca se ajunge la aceste valori testerul va semnala o alarma dar va lasa skidul sa functioneze.

PIT 01 este traductorul care este amplasat inainte de skid care monitoriziaza presiune de aspiratie in acesta.

TT 06 este traductorul care monitorizeaza temperatura apei.

FIT 04 este traductorul care monitorizeaza debitul apei care intra in skid.

VI 12 sunt traductoarele de vibratii care se amplaseaza pe sasiul pompei pentru a putea observa vibratiile care apar si daca se incadreaza in cerinte.

Indeplinind toate etapele de mai sus se apasa pe butonul start inregistrare si se va porni skidul. Se va testa skidului de la debitul cel mai mic pana la cel mai mare. In cazul in care skidul nu functioneaza bine testerul ne va indica pe monitor o alarma sau o avarie in functie de defect.

Figura x. Pagina cu alarme

Dupa remedierea alarmei sau avariei se va reporni skidul si se vor relua etapele de testare a skidului.Optional daca se doreste sa nu mai apara alarmele sau avariile se pot sterge. Daca nu au mai aparut alarme sau avarii se va opri inregistrarea si se va apasa butonul de generare a raportului. Persoanele avizate si vor trece numele si vor analiza datele skidului daca sunt in parametrii normali, daca nu se vor face mentionari daca apar abateri parametrii.

In fuctie de caracteristici persoana acreditata va determina comportarea skidului si va adauga daca este cazul de note aditionale.

SINTEZA PRIMELOR TREI PROVOCĂRI MAJORE DIN PROIECT

Prima provocare majoră

Una din provocarile majore ale proiectului a reprezentat modelarea sistemului in modelul Simulink din cauza necunoasterii tuturor valorile cerute de blocurile din cadrul modelului, acestea ducand de multe ori la rezultate eronate.

A doua provocare majoră

O alta provocare majora a fost selectarea unei rezistente hidraulice variabile a carei caracteristici presiune / debit sa corespunda cerintelor skidurilor, ele fabricandu-se cu plaja destul de mare de presiune.

A treia provocare majoră

Inca o provocare majora a fost inglobarea tuturor aparatelor in cofret din cauza dimensiunilor reduse, deoarece s-a dorit testerul sa fie mobil, de mici dimensiuni si sa aibe un grad de protectie IP 54 fiindca se amplaseaza langa un rezervor cu apa.

CONCLUZII

In urma experimentarilor au rezultat urmatoarelor concluzii:

Testerul functioneaza conform temei de proiectare cu mici corecturi care s-au remediat pe parcursul testelor

Este util in determinarea comportarii skidului la anumite praguri de valori

Se poate determina defectele de soft ale skidurilor daca sunt duse pana la valorile critice, observand daca se activeaza secventa de avarie.

Se mai poate observa daca traductoarele sunt calibrate corect comparand valorile masurate de la tester cu cele de la skid.

Raportul obtinut in urma testarii skidului ajuta fabricantul acestor produse sa respecte standardul de calitate ISO 9001.

Produsul este considerat util de catre fabricantul de skiduri.

BIBLIOGRAFIE

1. https://www.google.ro/search?q=skid+sonnek&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=FkiXU6DcLsnH7Ab52oCIBA&ved=0CAYQ_AUoAQ&biw=1455&bih=688#facrc=_&imgdii=_&imgrc=eXNTqe445fkgGM%253A%3BtbphVaWivqDO7M%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.sonnekmodules.com%252Fuploads%252Ftx_product%252FBooster_Gesamtinnenansicht-300x245_01.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.sonnekmodules.com%252Fen%252Fmodules%252Fbooster-modules%252F%3B320%3B245(poza skid)

2. http://ro.wikipedia.org/wiki/Petrol

3. http://www.hidraulica-ph.ro/produse/pmpa/assets/catalogF2.pdf

4.http://www.calderltd.com/hammelmann-process-pumps.html( poza pompa cu pistoane)

5. Cristescu, M.: Stimularea productivității sondelor, Aplicații, Editura Universității Petrol – Gaze din Ploiești, 2007.

6. Cristescu, M., Teodorescu, C.C.: Stimularea productivității sondelor prin acidi-zare , Editura Universității din Ploiești, 2004.

7. Cristescu, M.: Tehnologia extracției petrolului, Universitatea Ploiești, 1993.

8. Cristescu, M.; Aspecte ale coroziunii echipamentului metalic în extracția petrolului, vol.2, Buletin de informare – documentare 1/1989

6. Cristian, M., Socol, S., Constantinescu, A.: Creșterea productivității și receptivității sondelor, Editura Tehnică, București, 1982.

9.http://www.alphapompe.ro/lowara

10. https://www.google.ro/search?q=pompe+cu+pistoane,+caracteristici&espv=2&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=v9ydU4u1F6uw7AaCqYGQBg&ved=0CAYQ_AUoAQ&biw=1455&bih=727#q=pompe+cu+pistoane&tbm=isch&facrc=_&imgdii=_&imgrc=0ALN1TUnf3FWgM%253A%3BWHr6j2cqpT5h4M%3Bhttp%253A%252F%252Finformatiitehnice.com%252Fwp-content%252Fuploads%252F2013%252F01%252FModul-de-functionare-a-unei-pompe-cu-piston.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Finformatiitehnice.com%252Fprincipiile-fizicii%252Fmodul-de-functionare-al-pompelor%252F%3B494%3B255 (fig pompa cu pistoane)

11. Ilare BORDEAȘU si colectiv. PROBLEME DE HIDRODINAMICĂ, REȚELE DE CONDUCTE, CANALE ȘI MAȘINI HIDRAULICE , Timisoara, 2013.

12. http://www.e-formule.ro/wp-content/uploads/c4_2_2003.pdf [ breviar de calcul conducte flanse.]

13. manualul inginerului Hutte

14. manualul de utilizare a PLC SIEMENS S7-1200

15. http://ro.wikipedia.org/wiki/PLC generalitati.

16. http://www.electromatic.ro/produse/instrumentaie-i-echipamente-de-automatizri/echipamente-de-comanda/item/119-surse-de-tensiune-in-comutatie

17 manualul matlab

18. Echipamente electrice volumul II Popescu Lizeta

19.Power Electronics curs nr.2 descarcat de pe internet http://ep.etti.tuiasi.ro/index_sen.html

BIBLIOGRAFIE

1. https://www.google.ro/search?q=skid+sonnek&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=FkiXU6DcLsnH7Ab52oCIBA&ved=0CAYQ_AUoAQ&biw=1455&bih=688#facrc=_&imgdii=_&imgrc=eXNTqe445fkgGM%253A%3BtbphVaWivqDO7M%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.sonnekmodules.com%252Fuploads%252Ftx_product%252FBooster_Gesamtinnenansicht-300x245_01.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.sonnekmodules.com%252Fen%252Fmodules%252Fbooster-modules%252F%3B320%3B245(poza skid)

2. http://ro.wikipedia.org/wiki/Petrol

3. http://www.hidraulica-ph.ro/produse/pmpa/assets/catalogF2.pdf

4.http://www.calderltd.com/hammelmann-process-pumps.html( poza pompa cu pistoane)

5. Cristescu, M.: Stimularea productivității sondelor, Aplicații, Editura Universității Petrol – Gaze din Ploiești, 2007.

6. Cristescu, M., Teodorescu, C.C.: Stimularea productivității sondelor prin acidi-zare , Editura Universității din Ploiești, 2004.

7. Cristescu, M.: Tehnologia extracției petrolului, Universitatea Ploiești, 1993.

8. Cristescu, M.; Aspecte ale coroziunii echipamentului metalic în extracția petrolului, vol.2, Buletin de informare – documentare 1/1989

6. Cristian, M., Socol, S., Constantinescu, A.: Creșterea productivității și receptivității sondelor, Editura Tehnică, București, 1982.

9.http://www.alphapompe.ro/lowara

10. https://www.google.ro/search?q=pompe+cu+pistoane,+caracteristici&espv=2&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=v9ydU4u1F6uw7AaCqYGQBg&ved=0CAYQ_AUoAQ&biw=1455&bih=727#q=pompe+cu+pistoane&tbm=isch&facrc=_&imgdii=_&imgrc=0ALN1TUnf3FWgM%253A%3BWHr6j2cqpT5h4M%3Bhttp%253A%252F%252Finformatiitehnice.com%252Fwp-content%252Fuploads%252F2013%252F01%252FModul-de-functionare-a-unei-pompe-cu-piston.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Finformatiitehnice.com%252Fprincipiile-fizicii%252Fmodul-de-functionare-al-pompelor%252F%3B494%3B255 (fig pompa cu pistoane)

11. Ilare BORDEAȘU si colectiv. PROBLEME DE HIDRODINAMICĂ, REȚELE DE CONDUCTE, CANALE ȘI MAȘINI HIDRAULICE , Timisoara, 2013.

12. http://www.e-formule.ro/wp-content/uploads/c4_2_2003.pdf [ breviar de calcul conducte flanse.]

13. manualul inginerului Hutte

14. manualul de utilizare a PLC SIEMENS S7-1200

15. http://ro.wikipedia.org/wiki/PLC generalitati.

16. http://www.electromatic.ro/produse/instrumentaie-i-echipamente-de-automatizri/echipamente-de-comanda/item/119-surse-de-tensiune-in-comutatie

17 manualul matlab

18. Echipamente electrice volumul II Popescu Lizeta

19.Power Electronics curs nr.2 descarcat de pe internet http://ep.etti.tuiasi.ro/index_sen.html