CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO Tipo de Investigación Basándose en las características del proyecto que se realizó, que consiste en la propuesta sistema de control electrónico implementando microcontroloadores para la bomba M2PU-003 del FORS-3 F ORS-3 en el área de Suministro de la Refinería Refine ría de Amuay, se consideró que tiene como propósito ser una investigación aplicada debido a que es aquel tipo de estudios científicos orientados a resolver problemas del ámbito industrial o a controlar situaciones prácticas por ejemplo, aquella que incluye cualquier esfuerzo sistemático y socializado por resolver problemas o intervenir situaciones, aunque no sea programático, es decir, aunque no pertenezca a una trayectoria de investigaciones descriptivas y teóricas. En ese sentido se concibe como investigación aplicada tanto la innovación técnica, artesanal e industrial como la propiamente científica. Según el conocimiento que se adquiere, el tipo de investigación es descriptiva y exploratoria enmarcándose bajo la modalidad de un proyecto tecnológico y factible, apoyada en una revisión documental y un estudio de campo. Un proyecto factible, según el Manual de Elaboración de Trabajos de Grado de Especialización, Maestría y Tesis Doctórales de la Universidad Pedagógica Experimental Libertador UPEL (2003), se define de la siguiente forma:
La elaboración de una propuesta o de un modelo operativo viable, o una solución posible a un problema de tipo práctico, para satisfacer las necesidades de una institución o grupo social. La propuesta debe tener apoyo, bien sea en
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una investigación de campo o en una investigación de tipo documental; y puede referirse a la formulación de políticas, programas, métodos o procesos (p.7). La investigación se considera de tipo descriptiva, ya que se orienta a la búsqueda de información relacionada con el estado real de las situaciones o fenómenos que presento el tema a investigar, tal como lo manifiesta: Tamayo y Tamayo (1996), “La investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hecho y su característica fundamental es la de presentar una interpretación correcta” (p. 158).
Diseño de Investigación Para el desarrollo de la propuesta antes mencionada, fue necesario realizar una investigación documental que permitiera recolectar la información necesaria tanto teórica como técnica relativa a las características del sistema de control eléctrico de la bomba M2PU-003 del FORS-3 del área de Suministro de la Refinería de Amuay, teniendo que este tipo de investigación se corresponde con la definición en el Manual de Trabajo de Grado de Especialización Maestría y Tesis Doctorales de la UPEL (2003), en donde se indica lo siguiente:
Se entiende por investigación Documental, el estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones y, en general, en el pensamiento del autor. (p.6). De la misma manera para adquirir la data requerida, fue necesario apoyarse en una investigación de campo no experimental, directamente en contacto con el proceso. Lo anterior se verifica en el Manual de Trabajos de Grado y Tesis Doctorales UPEL (2003), donde se establece:
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Se entiende por Investigación de Campo, el análisis sistemático de problema en la realidad con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efecto, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocidos o en desarrollo. Los datos de interés son recogidos en forma directa de la realidad. (p.5).
Población y Muestra En todo proceso de investigación se establece el objeto de la misma, como lo es la población, de ella se extrae la información requerida para su respectivo estudio. En este orden de ideas, Ramírez, T. (1998) define población como:
La que reúne tal como el universo a individuos, objetos, entre otros que pertenecen a una misma clase de características similares, se refiere a un conjunto limitado por el ámbito del estudio a realizar. La población forma parte del universo. (p.75).
En conclusión, la población constituye el objeto de la investigación, siendo el centro de la misma y de ella se extrae la información requerida para el estudio respectivo, es decir el conjunto de individuos, objetos, entre otros, que siendo sometidos al estudio, poseen características comunes para proporcionar los datos, siendo susceptibles de los resultados alcanzados. En el presente proyecto la población fue conformada por el objeto de investigación, que es el sistema de control de la bomba M2PU-003, el reporte de fallas suministrada por el personal de operaciones y los planos eléctricos correspondientes al control actual de la bomba. Cabe destacar que en virtud que la población es finita y manejable se considera que la muestra es igual a la población.
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Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Según Arias (1997), “las técnicas de recolección de datos provee las distintas formas de obtener la información para desarrollar la investigación” (p.53). Las
técnicas de recolección de datos a utilizar para lograr cumplir los objetivos de la investigación serán, la observación que de acuerdo con Tamayo. M. (2004): “La palabra observación hará referencia explícitamente a la percepción visual y se emplea para indicar todas las formas de percepción utilizadas para el registro de respuestas tal como se presentan a nuestros sentidos.” (p.183) y será una observación directa y
estructurada, que Tamayo M (2004) define como "Es aquella en la cual el investigador puede observar y recoger datos mediante su propia observación" (p. 183), ya que habrá que visitar el lugar donde se encuentra la bomba M2PU-003 apoyado con planos eléctricos que relatan la organización original de todo control eléctrico de la bomba M2PU-003, como instrumentos utilizaremos cuaderno de notas, copias de los planos eléctricos, cámaras fotográficas para registrar datos.
Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos Los datos obtenidos durante la aplicación del instrumento de la observación se procesaron y analizaron con técnicas descriptivas como cuadros comparativos donde se describieron las cualidades y vaguedades, lo que permitió; mediante su interpretación apreciar el diseño del nuevo sistema de control electrónico de la bomba M2PU-003 perteneciente al FORS-3 de la Refinería de Amuay. Adicionalmente se elaboraron diagramas representativos indicando la información más importante.
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Guía de Observación Observadores: Ángel Navas, Pedro González Fecha: 18/01/2011 Lugar: C.R.P Amuay-Suministros.
Cuadro 2. Gu ía de observación Item Escalas Estado del contenedor del 1 sistema de control 2 Estado del cableado 3 Identificación del cableado 4 Estado de los contactores 5 Estado de los relés 6 Estado de los temporizadores 7 Estado de los breakers 8 Estado de los push buttons 9 Estado de los selectores Respuesta del sistema a un 10 comando 11 Sistemas de seguridad Sistema de comunicación 12 remota Estado del tablero de control 13 local 14 Estado de enchufes 15
Opt
B
Reg
M
N/P
X X X X X X X X X X X X X X X
Ergonomía en el área
Iluminación dentro del contenedor del sistema Estado de conectores y 17 terminales Nota. Realizado por los autores
X
16
X
Leyenda Opt: Optimo
B: Bueno
Reg: Regular
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M: Malo
N/P: No Presenta
Tabulación de resultados La siguiente grafica representa el resultado que arrojó la ejecución del instrumento “Guía de Observación” usando como técnica de recolección de datos la observación
directa sobre las características de que presenta el actual sistema de control para la bomba M2PU-003 del FORS-3 en el Área de Suministro de la Refinería de Amuay.
Tabulación de resultados Optimo
6
Bueno
Regular
5
3 2 1
Figura 3. Diagrama de barras de los resultados arrojados por la guía de la observación
Porcentajes 6% 18%
12%
Optimo Bueno
35%
29%
Regular
Figura 4. Diagrama de torta expresando en porcentaje los resultados arrojados por la guía de observación
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Análisis de los Resultados Como se puede observar en las figuras 3 y 4, existen 6 características evaluadas como malas que representan un 35% del total de las partes a que se observaron, de esta manera le siguen 5 características que se evaluaron como regulares y que representan un 29% y un 18% de características necesarias que no se presentan en el sistema, lo que ya nos da una mayoría en partes que presentan un mal estado parcial o total y que requieren cambio o reemplazo. Esta tendencia puede acreditarse a la antigüedad de las partes y piezas del sistema de control, además a la falta de planificación de mantenimiento preventivo al mismo, teniendo en cuenta que estos mantenimientos deben ser realizados por personal experto en la materia en periodos de tiempo establecidos.
Cuadros Descriptivos de los Microcontroladores Con la finalidad de seleccionar un microcontrolador más apto para el propósito que se quiere en este trabajo de grado seleccionamos en primer lugar los principales de fabricantes de microcontroladores y consigo seleccionamos aquellos dispositivos que se ajustaran a las características del objetivo del proyecto tomando en consideración la disponibilidad en el mercado, el costo por unidad y cuan aplicable es en proyecto.
Fabricante ATMEL Microchip ST
Dispositivo ATSAM4L serie PIC16F87XA
Disponibilidad
Costo en $
en el mercado
por unidad
Medio
5.61 ~ 7.92
Alto
4.68 ~ 5.44
Z89223/273/
11.09 ~ 19.04
323/373
Texas
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Aplicabilidad
Instruments A partir del cuadro comparativo anterior de los microcontroladores de los diferentes fabricantes más comerciales y competitivo se optó por seleccionar la serie de microcontroladores de la familia PIC16F87XX del fabricante Microchip debido a su bajo costo, gran aplicabilidad y gran comercialización. A continuación se realizara una comparación entre los dispositivos seleccionados de Microchip para seleccionar el más apto para la implementación del control electrónico.
Dispositivo
SRAM
EEPROM
I/O
MHz
PIC16F874
192
128
33
20
PIC16F877
368
256
33
20
PIC16F877A
368
256
33
20
El actual sistema de control posee XX variables manejadas entre las entradas y las salidas del sistema que permiten el funcionamiento normal de la bomba. Esta es una de las razones para descartar todos los microcontroladores que posean un menor numero de entradas y salidas, quedando los PIC con 33 pines, permitiéndonos así una expansión del sistema para X entradas y salidas mas. Teniendo en cuenta lo anterior, solo existen dos ramas de microcontroladores PIC que cumplen con los requisitos necesarios para ser elegidos, estos son los PIC16F874 y el PIC16F877 con un total de 40 pines y 33 entradas y salidas entre binarias y analógicas, ambos en sus encapsulados PDIP y SOIC.
Conclusión de la comparación Luego de un análisis de funcionalidad y de disponibilidad en el comercio nacional y regional, se llegó a la conclusión de que el PIC16F877 es el más adecuado para el cumplimiento del objetivo debido a que este supera al doble la memoria RAM del PIC16F874 y es comercial y económicamente mucho más accesible en su 29
encapsulado PDIP, siendo éste el más usado a nivel mundial. Según la revista Saber Electrónica en su edición #142 del presente año.
Procedimientos Para cumplir con el objetivo general de la investigación realizaron las siguientes fases de investigación.
Fase I. Se diagnosticó la situación actual del sistema de control actual de la bomba M2PU-003 del FORS-3 en el área de Suministro de la Refinería de Amuay. Para esta fase fue necesario visitar el lugar donde opera la bomba M2PU-003 y donde se encuentra en control actual de la bomba, acompañado con una guía de observación para evaluar las características que ésta presenta.
Fase II. Se describió la arquitectura del sistema de control actual de la bomba M2PU003 del FORS-3 en el área de Suministro de la Refinería de Amuay. Para el cumplimiento de esta fase fue necesario el estudio de los siguientes diagramas 1. Plano eléctrico del sistema de control eléctrico actual. 2. Diagrama de flujo de los sistemas de protección del motor de la bomba. 3. Narrativa de control general. 4. Planos descriptivos físicos de la bomba y la ubicación de su sistema de control.
Fase III. Se identificó un microcontrolador que cubre con los requerimientos y exigencias a las que se somete el actual sistema de control eléctrico según su arquitectura. Para cumplir esta fase fue necesario estudiar todos los tipos y las familias de microcontroladores existentes en el mercado utilizando como material de apoyo
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documentación impresa y digital, y de esta manera se seleccionó uno con las características suficientes y necesarias para lograr el objetivo de la investigación.
Fase IV. Se elaboró la propuesta de un sistema de control electrónico implementando microcontroladores para la bomba M2PU-003 del FORS-3 en el área de Suministro de la Refinería de Amuay Para cumplir con ésta fase, las actividades a realizar fueron: 1. Diseñar el diagrama electrónico del nuevo sistema de control de la bomba M2PU-003. 2. Crear la estructura de un programa informático que controle la lógica del sistema de control de la bomba M2PU-003. 3. Realizar la prueba de la lógica de control por medio de un simulador con su respectiva maqueta.
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