Automatización y Control de Test de Resistencia de Cañerías

 

EXAMEN DE GRADO  AUTOMATIZACIÓN  AUTOMATIZA CIÓN Y CONTROL DE TEST DE ING. ELECTRÓNICA Y RESISTENCIA DE HIDROSTÁTICA PARA CAÑERIAS  CAÑERIAS  SISTEMAS

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA PRIVADA DE SANTA CRUZ FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y SISTEMAS CASO DE ESTUDIO: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE TEST DE RESISTENCIA HIDROSTÁTICA PARA CAÑERIAS

AUTOR: EDUVIGUES SERRUDO COAQUIRA DEFENSA DEL CASO DE ESTUDIO DE EXAMEN DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

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SANTA CRUZ  BOLIVIA 2019 1

 

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AGRADECIMIENTOS A Dios por brindarme la fortaleza para continuar, A mi familia por su infinito amor y apoyo, a mis amigos por compartir éste camino conmigo y docentes que me enseñaron dedicación a la carrera.

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DEDICATORIA Gracias a esas personas importantes impo rtantes en mi vida, que siempre estuvieron listas para par a brindarme toda su ayuda, ahora me toca regresar un poquito de todo lo inmenso que me han otorgado. Gracias a mis padres, amigos y docentes.

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INDICE ............................................................................................................. 8  1.INTRODUCCIÓN  ............................................................................................................. 2.PROBLEMÁTICA  ............................................................................................................ 9 

............................................................................. 9  2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................... 2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 9 

.................................................................. 9  2.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL  .................................................................... 2.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO AUTOMATIZADO .................................................... 9  2.5 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO .................................................................. 11 

................................................................................................................... 12  3.OBJETIVOS  ................................................................................................................... 3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 12  3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................... 12 

...................................................................................... 13  4.PROPUESTA DE INGENIERÍA ........................................................................................ 4.1 CÁLCULOS Y DIMENSIONAMIENTOS .................................................................. 13  Fu (Factor de Utilización) ................................................................................................ 13  ............................................................................................ 14  FS (Factor de simultaneida simultaneidad) d) ............................................................................................ Pcons (Potencia Activa consumida por carga)  .................................................................... 14 

............................................................... 14  Qcons (Potencia reactiva consumida por la carga) ............................................................... Scons (Potencia aparente consumida por la carga) .............................................................. 14  Cos fi ............................................................................................................................ 15  Fc (Factor de carga) ........................................................................................................ 15 

.................................................................................................. 16  TERMICO PRINCIPAL .................................................................................................. SECCIÓN DE CONDUCTOR ELÉCTRICO ALIMENTADOR PRINCIPAL ....................... 17   

PLC .............................................................................................................................. 17 Dimensionamiento de termomagnético .............................................................................. 17  Dimensionamiento Sección de conductor eléctrico ......................................................................................... 17  SECCIÓN DE CONDUCTOR ELECTRIVO BOMBA HIDRAULICA  ................................ 18  CONDUCTOR ELECTRICO PARA ELECTROVALVULA DE 10W  ................................. 18  4.2P&ID ........................................................................................................................ 20  4.3 INSTRUMENTACIÓN.............................................................................................. 21 

....................................................... 21  PROGRAMADOR LÓGICO PROGRAMABLE(PLC) ....................................................... MODULO DE ENTRADA ANALÓGICA ........................................................................ 22 

........................................................ 23  FUENTE DE ALIMENTACION ALLEN BRADLEY  ........................................................ PULSADORES  .............................................................................................................. 24 

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EXAMEN DE GRADO  AUTOMATIZACIÓN  AUTOMATIZA CIÓN Y CONTROL DE TEST DE ING. ELECTRÓNICA Y RESISTENCIA DE HIDROSTÁTICA PARA CAÑERIAS  CAÑERIAS  SISTEMAS LUCES DE SEÑALIZACIÓN PILOTO ............................................................................ 25  PARADA DE EMERGENCIA (CETA) ............................................................................ 26  BREAKER PRINCIPAL ................................................................................................. 27  DISYUNTOR TERMOMAGNÉTICO .............................................................................. 28  CONTACTOR  ...............................................................................................................  ............................................................................................................... 29  RELÉ TERMICO ........................................................................................................... 30  ETHP500E BOMBA ELECTRICA PARA PRUEBAS HIDROSTÁTICAS  .......................... 31 

.................................................................................................... 32  ELECTROVALVULA  .................................................................................................... SENSOR DE PRESIÓN .................................................................................................. 33  CABLE MONOPOLAR DE CONTROL ........................................................................... 34  TABLERO DE DISTRIBUCIÓN ..................................................................................... 35 

...................................................................................................................... 36  RIEL DIN ...................................................................................................................... BORNERAS DE CONEXIÓN ......................................................................................... 37   

JABALINA ¾ ................................................................................................................ 38 CABLE DESNUDO ....................................................................................................... 39  PARARRAYO FRANKLIN. ........................................................................................... 40 

......................................................................... 41  5 ESQUEMAS ELECTRICOS DE MANDO ......................................................................... ............................................................ 41  5.1 ESQUEMA ELÉCTRICO MANDO MANUAL ............................................................ 5.2 ESQUEMA ELÉCTRICO MANDO AUTOMÁTICO ................................................... 42  5.3 CONEXIÓN AL PLC ................................................................................................ 43  5.4 ESQUEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA .................................................................. 44  5.5 PROTECCIÓN ATMOSFERICA Y PARARRAYOS.................................................... 45  5.5.1 PUESTA A TIERRA .............................................................................................. 45  5.5.2 PARARRAYOS ..................................................................................................... 48  DATOS DEL PARARRAYO DE ALTURA ...................................................................... 48   NIVEL DE PROTECCION PROTECCION R REQUERIDO EQUERIDO ........................................................................ 48  RADIO DE PROTECCIÓN ............................................................................................. 48  SUPERFICIE DE CAPTURA EQUIVALENTE ................................................................ 50 

50 0  FRECUENCIA ESPERADA DE IMPACTOS DE RAYOS SOBRE UNA ESTRUCTURA Nd  5 ........... 50  FRECUENCIA ESTABLECIDA DE IMPACTOS SOBRE UNA ESTRUCTURA NC ........... DETERMINACION DEL NIVEL DE PROTECCION REQUERIDO .................................. 51  DETERMINACION DEL RADIO DE PROTECCIÓN ....................................................... 51  RADIO DE PROTECCIÓN RESPECTO DE LOS PUNTOS CONSIDERADOS ................... ................... 52 

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EXAMEN DE GRADO  AUTOMATIZACIÓN  AUTOMATIZA CIÓN Y CONTROL DE TEST DE ING. ELECTRÓNICA Y RESISTENCIA DE HIDROSTÁTICA PARA CAÑERIAS  CAÑERIAS  SISTEMAS 5.6 GRAFCET ............................................................................................................... 53 

.................................................................................... 54  5.7 PROGRAMACIÓN DEL PLC .................................................................................... 5.8 SCADA (HMI-RED) ................................................................................................. 56 

...................................................... 57  5.8.1 TABLA DE INSTRUCCIONES Y VARIABLES ........................................................ 5.9 ANÁLISIS DE CONTROL ........................................................................................ 58  ............................................................................................. 59  DIAGRAMA DE BLOQUE ............................................................................................. GRÁFICO ..................................................................................................................... 60  6. PRESUPUESTO ............................................................................................................ 61  7.CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN ...................................................................... 62 

........................................................................................................... 62  8.CONCLUSIONES  ........................................................................................................... ................................................................................................... 62  9.RECOMENDACIONES  ................................................................................................... 10.BIBLIOGRAFÍA  ........................................................................................................... 63 

...................................................................................................................... 66  11.ANEXOS ......................................................................................................................  

TABLA AWG PARA DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES  ................................ 66 ....................................... 67  TABLA DE DIMENSIONES Y PRESIONES HIDROSTÁTICAS  ....................................... TABLA PARA CALCULOS DE PROTECCIÓN PARARRAYOS  ...................................... 67  TABLA 1: COEFICIENTE RELACIONADO CON EL ENTORNO (C1) ............................. 67  TABLA 2: COEFICIENTE DE ESTRUCTURA (C2) ......................................................... 68  TABLA 3: CONTENIDO DE LA ESTRUCTURA (C3)  ..................................................... 68  TABLA 4: OCUPACIÓN DE LA ESTRUCTURA (C4)  ..................................................... 68 

............................................... 68  TABLA 5: CONSECUENCIA SOBRE EL ENTORNO (C5)  ............................................... TABLA 6: NIVELES DE PROTECCIÓN ....................................................................... 68  CUADRO DE CARGAS Y DEMANDA MÁXIMA .............................................................. 69 

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INDICE DE TABLAS Tabla 1: Abreviaciones utilizadas en los cálculos ................................................................ ................................................................ 13  ............................................................................................. 13  Tabla 2: Factor Utilización  Utilización  ............................................................................................. Tabla 3: Factor de simultaneidad ...................................................................................... 14  Tabla 4:Consumo de corrientes en AC ............................................................................... ............................................................................... 16   ................................................................................... 16   Tabla 5:Consumo de corrientes Tabla 6: características del PLCDC 1200 (Allen Bradley, 2010) ................................................ 21  .......................................... 22  Tabla 7:Característic 7:Características as del modul o (Allen Br adley, 2 201 010) 0) .......................................... Tabla 8:Fuente de Alimentación Allen Bradley (Allen Bradley, 2010) .................................. 23  Tabla 9:Caracteristicas de Pulsadores (Allen Bradley, 2010) .............................................. 24  Tabla 10: Características de pilotos de señalización (Allen Bradley, 2010) ............................ ............................ 25  Tabla 11: Características de Pulsador de emergencia (Electric, 2012) .................................. 26  Tabla 12: Características de Breaker principal (ABB, ABB, 2017) ...................................... ...................................... 27  Tabla 13: Características de Disyuntor termo magnético (ABB, Electronic Components, 2013)  ........................................................................................................................................ 28  Tabla 14: Características del contactor (ABB, ABB, 2017) ................................................. 29  ................... 30  Tabla 15:Ca 15:Característi racterísti cas del rrelé elé T Térmic érmic o  (ABB, RS components Ltd, 2015) ................... (ETHP500E, E, 2018) ............................................................ 31  Tabla 16:Bomb 16:Bomba aH Hidr idráulic áulica a (ETHP500 Tabla 17 17:: Electrov Electroválvula álvula (Intor, 2 2017 017)) .......................................................................... 32  Tabla 18: Características de Sensor de Presión (PRECONT, 2018) ........................... 2018)  ........................... 33  ................................................................. 34  Tabla 19:Ca 19:Caractísti ractísti cas de cable mono monopolar  polar  ................................................................. ................................................. 35  Tabla 20:Características del Tablero de distribución  distribución  ................................................... Tabla 21: Características de Jabalina de 3/4 (FASTEN, 2017) ............................................ 38  Tabla 22:Cable desnudo de Cobre ..................................................................................... 39  Tabla 23: Pararrayo Franklin ........................................................................................... 40  Tabla 24:Resistividad del suelo.......................................................................................... 46  Tabla 25:Conductor AWG ................................................................................................ 47  Tabla 27: Instrucciones y Variables ................................................................................... ................................................................................... 57  Tabla 28: Presupuesto ....................................................................................................... ....................................................................................................... 61  Tabla 29: 29: Cronogr Cronograma ama de Implementació n  .................................................................. 62 

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INDICE DE FIGURAS Figura 1:Diagrama de flujo de proceso p roceso .............................................................................. 11   ................................................................................................................ 20  Figura Figur a 2: P&ID P&ID ................................................................................................................ Figura 3: PLC 1200 (Allen Bradley, 2010) .......................................................................... 21  Figura 4:Modulo 1762-IF4 (Allen Bradley, 2010) ............................................................ 22   Figura 5:Fuente de Alimentación (Allen Bradley, 2010) ...................................................... 23  Figura 6: Pulsadores (Allen Bradley, 2010) ......................................................................... 24  Figura 7: Pilotos de señalización (Allen Bradley, 2010)  ....................................................... ....................................................... 25  Figura 8:Parada de emergencia (Electric, 2012) .................................................................. .................................................................. 26  Figura 9: Breaker (ABB, ABB, 2017) ................................................................................. ................................................................................. 27  Figura 10: Disyuntor Termo magnético (ABB, Electronic Components, 2013) ....................... 28  Figura 11:Contactor (ABB, ABB, 2017) ............................................................................. 29  Figura 12: Relé térmico  (ABB, RS components Ltd, 2015) .................................................. 30  .......................................................... 31  Figura 13:Bomba Hidráulica (ETHP500E, 2018)  2018)  ............................................................ Figura Figur a 14 14:Electr :Electroválvu oválvu la (Intor, 2017 2017))........................................................................... 32  Figura 15:Sensor de Presión (PRECONT, 2018) .......................................................... 2018)  .......................................................... 33  Figura 16: Cable monopolar ............................................................................................. 34  Figura 17: Tablero de Distribución .................................................................................... .................................................................................... 35  Figura 18: Riel Din ........................................................................................................... 36  Figura 19:Borneras de Conexión ....................................................................................... 37  Figura 20: Jabalina de 3/4 (FASTEN, 2017)........................................................................ 38  Figura 21:Cable desnudo de cobre ..................................................................................... ..................................................................................... 39  Figura 22:Pararrayo Franklin ........................................................................................... ........................................................................................... 40  Figura 23: Esquema manual ............................................................................................. 41  Figura 24: Esquema Automático ....................................................................................... 42  Figura 25:Conexión PLC .................................................................................................. 43  Figura 26: Esquema Eléctrico de Potencia ......................................................................... 44  Figura 27: Grafcet ............................................................................................................ 53  Figura 28: Programación Ladder ...................................................................................... 55  Figura 29: Scada ................................................................................................................ .............................................................................................................. 56 

 

 .......................................................................................... ........................................................................................ 60 59  Figura de Bloque Figura 30: 31: Diagrama Gráfico Scope  ..................................................................................................

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1.INTRODUCCIÓN Hoy en día el uso de cañería para el transporte de cualquier tipo de d e líquido, especialmente de agua potable cada vez va creciendo, es por eso que se da una constante búsqueda de mejores tecnologías de fabricación, que conlleven a la obtención de nuevos y novedosos sistemas de cañerías. El desarrollo del presente proyecto se relaciona directamente con la etapa de pruebas hidrostática que se realizan a la cañería. La cañería es sometida a una prueba hidrostática con el fin de determinar la resistencia que este tiene ante la aplicación de presión interna. Es la aplicación de una presión a una línea de cañerías fuera de operación, con el fin de verificar la hermeticidad de los accesorios bridados y la soldadura, utilizando como elemento  principal el agua. Todo equipo nuevo debe ser sometido a una prueba de  presión(hidrostática), en los talleres o de la misma forma se realizará en el campo en caso de una construcción, o proyecto industrial. Se establece claramente las practicas recomendadas de cómo realizar la prueba hidrostática, con el fin de garantizar la integridad física de las personas y los equipos. Por lo general, un equipo que haya sido probado en los talleres del fabricante no debería ser  probado nuevamente después nuevamente después de su instalación, a menos que sea requerido por algunas de las autoridades locales o si existe alguna sospecha de que el equipo haya sufrido algún año durante el transporte, por lo que la prueba se llevara efecto ef ecto de acuerdo al código de diseño o las especificaciones del caso. La prueba hidrostática también aplica cuando se reemplaza o se reparan líneas existentes. La  prueba hidrostática nos permite:

  Determinar la calidad de la ejecución del trabajo de fabricación o reparación de la

•

línea o equipo.

  Comprobar las condiciones de operación para garantizar la seguridad tanto de las

•

 personas como de las instalaciones.

  Detectar fugas.

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2.PROBLEMÁTICA 2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA  En estos años nuestro país ha crecido y hasta nuestros días sigue creciendo en el ámbito industrial paraen la cuanto fabricación, lo cual hany visto la necesidad enen la sus industria de optimizar y reducir costos a la producción la mejora de calidad productos, es por eso que propongo implementar un sistema automatizado para tuberías para saber si son aptas para el funcionamiento.

2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Este proyecto se basa en la mejora de un proceso ya creado y siendo utilizado en las industrias de forma manual, se está proponiendo para generar una forma de realizar una prueba de resistencia hidrostática para las cañeras para cualquier tipo de aplicación, que se ajusta al crecimiento que presenta la introducción al mercado y por tanto la automatización debe ser definida tomando en cuenta la utilidad inicial tanto como la futura producción. 2.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL Regularme este tipo de pruebas de resistencias hidrostáticas son realizadas manualmente por los operadores designados que aplican, montan una motobomba hidrostática y cierran las válvulas manualmente cuando ya está la presión requerida en la cañería lo cual verifican por medio de los manómetros y al cerrar las válvulas verifican por un determinado periodo si existe alguna fuga o si se ha roto la cañería y si existe este tipo de inconveniente paran el  proceso abriendo las válvulas válv ulas y reparan lo dañ dañado, ado, caso contrario en el periodo de prueba la tubería no llega a tener estos problemas, eso quiere decir que esta apta para ser instalada. Por ello la propuesta de este nuevo proyecto es justamente eso, acelerar el proceso de la realización de la prueba de resistencia hidrostática, de esta manera aumentar la producción de pruebas, disminuir costos de producción y obtener un buen producto apto para la aplicación que deseen.

2.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO AUTOMATIZADO  PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE LA PRUEBA HIDROSTÁTICA: Preparar una prueba hidrostática significa que se deben tomar todas las precauciones inherentes a todo el proceso esto es por el riesgo que presenta la operación. De acuerdo con lo expuesto se debe considerar lo siguiente: Asegurarse de adecuar el sitio para dejar fácil acceso para realizar la inspección. Hacer un análisis razonable de todos los pasos del procedimiento para hacer la prueba, a fin de asegurarse que el equipo o la tubería que esté bajo prueba no sufra un “im “impacto pacto ambiental”. 

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 No está permitido por ningún motivo golpear la cañería o equipo, ni tratar de corregir cor regir fugas entre bridas con llaves, mientras el sistema esté funcionando. Disponer de adecuadas conexiones de alimentación y descarga del fluido de prueba de tal manera que el sistema pueda ser llenado y drenado dentro de un tiempo razonable; así mismo,  prever y efectivo aislamiento tales conexiones. de una ser adecuada  bomba adecuado para realizar la prueba, sensorespara de presión y ubicadosDisponer donde puedan vistos fácilmente por el personal responsable de monitorear la prueba.

CONSIDERACIONES HIDROSTÁTICA:

TÉCNICAS

PARA

REALIZAR

LA

PRUEBA

Tomar en consideración que la presión de prueba en una sección de una línea no debería exceder de la máxima presión permitida en cualquier componente instalado en la línea e incluido en la sección en prueba. En caso de fugas por tapones, no tratar de ajustarlos durante la prueba hidrostática. Un falso movimiento y la energía acumulada en el sistema puede expulsar el tapón a alta velocidad y causar daños irreparables a personas o instalaciones. La duración de la prueba deberá de ser de 1 hora como mínimo, de manera que se tenga el suficiente tiempo para permitir la inspección correspondiente.

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2.5 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO INICIO

NO

MOTOBOMBA=1 EV1=1

SI

NO

SENSOR PRESION1 =31.4 BAR SENSOR PRESION2 =31.4 BAR

SI

NO

MOTOBOMBA=0 EV1=0 T1=60 Min

SI

NO

EV2=1

SI

FIN

   Figura 1:Diagrama 1:Diagrama de fl flujo ujo de pro proceso ceso

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3.OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un proceso automático para realizar pruebas de resistencia hidrostáticas en las cañerías.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS    Realizar los levantamientos de datos.   Realizar un dimensionamiento del proceso.   Seleccionar los equipos adecuados   Desarrollar diagramas de funcionamiento.   Realizar la programación del proceso en un controlador (PLC).   Realizar la programación de la supervisión, control y Adquisición de Datos (SCADA).   Analizar el costo del proyecto. •

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4.PROPUESTA DE INGENIERÍA 4.1 CÁLCULOS Y DIMENSIONAMIENTOS El presente cálculo tiene como objeto realizar el estudio y análisis de cargas eléctricas correspondientes al área industrial, que incluyan a los equipos necesarios para asegurar su correcto funcionamiento y la correcta conexión con los equipos físicos. El alcance de este punto comprende todas las cargas eléctricas que estén dentro del proyecto a realizar.

Normas de aplicación    NB-777 Diseño y construcción de instalacion instalaciones es eléctricas   IEC 60364-5-52 Instalaciones eléctricas industrial

•

•

Referencias de las abreviaciones utilizadas en los cálculos:

Fu Fs Pmec Pnom Snom Pcons Scons Qcons Icons N COS   Fc



Factor de utilización Factor de simultaneidad Potencia demandada por el equipo mecánico (Bomba, ventiladores, etc.) KW. Potencia instalada por el equipo mecánico asociado (Bomba, Ventiladores, Motores, etc.) KW Potencia aparente instalada de la carga del motor KVA Potencia Activa consumida por la carga (KW) Potencia Aparente consumida por la carga Potencia Reactiva consumida por la carga (KVAR) Corriente consumida por la carga A Rendimiento de acuerdo a la potencia del motor eficiencia Factor de Potencia de acuerdo a la potencia del motor. Factor de carga Tabla 1: Abreviaciones utilizadas en los cálculos

FU (FACTOR DE UTILIZACIÓN) El factor de utilización se toma por potencia de equipo mediante la siguiente tabla: APARATOS Resistencia Secadores, calderas, etc. Inducción Motores de ¾ a 2,5cv Motores de 3 a 15cv Motores de 20 a 40cv Más de 40cv Soldadores rectificadores

FACTOR DE UTILIZACION 1,00 1,00 1,00 0,70 0,83 0,85 0,87 1,00 Tabla 2: Factor Factor Utili zación

1,00 13

 

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FS (FACTOR DE SIMULTANEIDAD) El factor de simultaneidad se toma según la siguiente tabla de motores: APARATOS APARATOS   Motores de de 33/4a 15 a 2,5 Motores cv cv Motores de 20 a 40 cv Arriba de 40 cv Rectificadores Soldadores Hornos resistivos Hornos de inducción Para circuitos derivados

2

4

0,85 0,85 0,80 0,90 0,90 0,45 1,00 1,00 1,0 1,000

0,800 0,8 0,80 0,80 0,80 0,90 0,45 1,00 1,00 -

 NUMERO DE APARATOS APARATOS   5 8 10 15 20 0,75 0,75 0,80 0,70 0,85 0,45 -

0,70 0, 0,60 0,75 0,70 70 0,75 0,65 0,70 0,65 0,80 0,75 0,40 0,40 -

0,55 0,65 0,60 0,65 0,70 0,30 -

0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,30 -

50 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,30 -

Tabla 3: Factor de simultaneidad PCONS (POTENCIA ACTIVA CONSUMIDA POR CARGA)

La potencia activa que el equipo toma de la red, para su estado es tado de funcionamiento, se calcula mediante la siguiente ecuación:

   ∗  ∗     =  

 Ecuación  Ecuació n 1: Potencia Potencia Activa consumida consumida por por carga

QCONS (POTENCIA REACTIVA CONSUMIDA POR LA CARGA) La potencia reactiva que el equipo toma de la red, para su estado de funcionamiento, se calcula mediante la siguiente ecuación:

 =         Ecuación 2: Potencia Potencia re reactiva activa cons consumida umida por la carga 

SCONS (POTENCIA APARENTE CONSUMIDA POR LA CARGA) La potencia aparente que el equipo toma de la red, para su estado de funcionamiento, se calcula con la siguiente ecuación:

∗1000   1∅ =   ∗ ∗  ∗ ∗ ∗1000    3∅ = √    3 ∗  ∗  ∗   Ecuación 3: Potencia Potencia Ap Aparente arente consumi consumida da por la carga

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COS FI  Factor de potencia al que se encuentra operando el tablero de acuerdo a su estado de operación:

 =      Ecuación 4: Cos Cos Fi

FC (FACTOR DE CARGA) Es la relación entre la potencia consumida por el equipo mecánico asociado su potencia nominal.

 =      Ecuación 5: Factor Factor de Ca Carga rga

Cálculo de la caída de tensión

∆ = 2∗ ∗  ∗∅   2 2 ∗   Ecuación 6: Caída Caída de te tensión nsión

In: Corriente nominal L: Donde: Longitud en metros Cos Fi: Factor de potencia Sc: Sección del conductor en mm2 Cu: Conductividad del cobre (56) Caída de Tensión

∆: Caída de tensión en voltios Vff: Tensión de alimentación fase-fase

 ∆ ) ∗100  ∆% = ( = (

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TERMICO PRINCIPAL Descripción de consumo eléctrico AC y DC

CONSUMO DE CORRIENTES EN AC DESCRI PCI N DESCRIPCI

CANTID CAN TIDAD AD

CORRIE COR RIENTE NTE(A) (A)

Electroválvula

2

1.2

2.4

Fuente DC

1

0.5

0.5

6.20

6.2 9.1 A

Bomba hidráulica

1 TOTAL

TOTAL(A TOTA L(A))

Tabla 4:Consumo de corrientes en AC

CONSUMO DE CORRIENTES EN DC Se seleccionará una fuente de alimentación de 4A de alimentación para posibles ampliaciones del proyecto.

INSTRUMENTO

CANTIDAD

AMPER

TOTAL

Sensor Presión

2

0.5

1 mA

Contactor

1

0.4

0.4

Piloto

3

0.03

0.09

TOTAL

1.49 mA

Tabla 5:Consumo de corrientes DC  

Se tiene 9.1 A, según la norma NB777 se multiplicará por 1.25, lo que por lo nos da 11.37 A donde se considera el valor más cercano comercial en este caso un termomagnético monofásico principal de 20A.

16

 

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SECCIÓN DE CONDUCTOR ELÉCTRICO ALIMENTADOR PRINCIPAL Con el valor de corriente nominal 11.37A especificado se busca la sección de conductor, se considera 1,5 mm2. Caída de tensión

∆: Caída de tensión en voltios

Vff: Tensión de alimentación fase-fase

 ∆ ) ∗100  ∆% = ( = ( V=380V L=15m

∗∗∗∗Φ ∗.∗∗.∗. = 2,84v   √ ∗.∗∗.∗.   =  √ ∗∗∗∗Φ   =  . 380-------100% ,∗ 2,84v------X  = 0,74% Nc  Proteccion Atmosférica Necesaria.

→

NIVEL DE PROTECCION REQUERIDO Una vez establecidos los valores Nd y Nc se calcula la eficiencia(E).

 = /  RADIO DE PROTECCIÓN  El radio de protección viene dado por:

 =  ℎ ℎ2  ℎ +∆2 +∆   Ecuación  Ecuació n 8: Radio de de Protección Protección

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Donde: Rp(m): Radio de protección H(m): Altura de montaje del pararrayos por encima de la superficie a proteger. D(m): Distancia de cebado D = 20 Nivel 1 D = 45 Nivel 2 D = 60 Nivel 3

∆L (m): Ganancia de longitud del trazador ascendente, definido por: ∆L (m)= V(m/s) x T(s) Donde: La velocidad de propagación de los trazadores (V) y los tiempos de cebado del pararrayos asume los siguientes valores:

 =  =  = 1 / 

Donde: Va = Velocidad de los trazadores ascendentes Vd = Velocidad de los trazadores descendentes De acuerdo a experimentos recientes se determinó que las velocidades medias de los trazadores ascendentes y descendentes son comparables durante la fase de aproximación y la relación de ambos es aproximadamente 1 (entre 0.9 y 1.1) Ta = 465 (s) Tiempo de cebado promedio del pararrayos activo T = 205 (s) Tiempo de cebado promedio del pararrayos pasivo

∆T = 60(s) Avance en el tiempo de cebado cebad o del pararrayos activo normalizado Valor promedio

que puede estar entre 10s y 100s (este valor se obtiene en laboratorio y es de acuerdo al fabricante del pararrayo). Por tanto:

∆T (m) = 1(m/s) x 60 (s) ∆L = 60 m 49

 

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SUPERFICIE DE CAPTURA EQUIVALENTE

  =  +   +  + 

 Ecuación 9: 9: Superficie Superficie de Captura Captura equivalente equivalente

Dónde:

  =Superficie de captura de una estructura L = largo de la estructura I = Ancho de la estructura H = Alto de la estructura

EDIFICIO Bloque de Riego

L(m) 15

I(m) 7

H(m) 8

Ae(m2) 2970.50

 ESPERADA FRECUENCIA ESTRUCTURA  ND   DE IMPACTOS DE RAYOS SOBRE UNA   Nd = Ng 1.1 Ae

C1

10− 

Donde:  Ng = 0.02Nk 1.67  Ng = Densidad de impactos sobre el terreno: 18.64 N° impactos/año*km2 (Para un nivel Isoceraúnico 60)  Nk= Nivel Isoceraúnico 60 C1 = coeficiente relacionado con el entorno. EDIFICIO Ng Bloque Riego 18.64

C1 0.5

Nd 0.0305

FRECUENCIA ESTABLECIDA DE IMPACTOS SOBRE UNA ESTRUCTURA NC −   

  = 310 /

Donde: C2= Coeficiente de estructura (Ver Tabla 2 en Anexo) C3= Contenido de la estructura (Ver la tabla 3 en Anexo) C4= Ocupación de la estructura (Ver Tabla 4 en Anexo) 50

 

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C5= Consecuencia sobre el entorno (Ver Tabla 5 en Anexo) EDIFICIO C2 Bloque 18.64 Riego

C3 0.5

C4 0.0305

C5 5

C 10

NC 0.0002

DETERMINACION DEL NIVEL DE PROTECCION REQUERIDO De acuerdo a lo indicado en el punto si Nd Nc entonces se hace necesaria la protección.  Nd= 0.0305  Nc= 0.0002  Nd > N

Sí, es necesario una protección para la planta recicladora de papel Una vez realiza esta comparación se determina el nivel de protección de con la siguiente fórmula:

 = 1     EDIFICIO Bloque Riego

Nd 0.0305

Nc 0.00002

Nd>Nc Si

E 0.9934341

Nivel 1 más medidas complementarias

DETERMINACION DEL RADIO DE PROTECCIÓN El radio de protección del pararrayo está dado por la fórmula:

 =  ℎ ℎ2  ℎ +∆2 +∆  EDIFICIO Bloque Riego

Radio de protección 78.64

Donde: Rp (m): Radio de protección h (m): Altura de montaje del pararrayos por encima de la superficie a proteger D (m): Distancia de cebado D = 20 Nivel 1 D = 45 Nivel 2 51

 

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D =60 Nivel 3

∆L (m): Ganancia de longitud del trazador ascendente, definido por las características del

modelo del pararrayo (dato del fabricante):

Por lo general, para pararrayos con radio de protección más elevado se tiene un valor de:

∆L = 60m RADIO DE PROTECCIÓN RESPECTO DE LOS PUNTOS CONSIDERADOS Nd Nc Nd>Nc E Edificio Bloque de 0.0305 0.00002 Si 0.9934341 Nivel 1 más Riego medidas complementarias

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5.6 GRAFCET

 Figura 27: Grafcet

El GRAFCET describe la secuencia de etapas y transiciones del proceso automático para el sistema automatizado de una fábrica de aceite comestible.

53

 

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5.7 PROGRAMACIÓN  DEL PLC La programación se realizó en lenguaje escalera (LADDER), es un lenguaje grafico con una relación a los símbolos eléctricos.

54

 

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 Figura 28: Programación Ladder

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 AUTOMATIZAC  AUTOMATIZA C ON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA “ALIMENTADO CON ENERGIA FOTOVOLTAICA”. 

EXAMEN DE GRADO ING. ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

5.8 SCADA (HMI-RED)

 Figura 29: Scada

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 AUTOMATIZACÍON  AUTOMATIZA CÍON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE EXAMEN DE GRADO BOMBEO DE AGUA “ALIM FOTOVOLTAICA”. 

ING. ELECTRÓNICA Y ENTADO CON ENERGIA SISTEMAS

5.8.1 TABLA DE INSTRUCCIONES Y VARIABLES DESCRIPCIÓN ENTRADAS   ENTRADAS PULSADOR DE PARADA PULSADOR DE MARCHA SENSOR PRESION 1 SENSOR PRSION 2 SALIDAS SALIDAS  

MOTOBOMBA ELECTROVALVULA 1 ELECTROVALVULA 2 CONTACTO AUXILIAR

TAGNAME TAGNA ME DIRECCIÓN

BINARIOS BINA RIOS

PP PM SP1 SP2

I:0/0 I:0/1 N7:10 N7:20

B:0/0 B:0/1 ANALOGO ANALOGO

MB EV1 EV2 ON

O:0/0 O:0/1 O:0/2 O:0/3

B:1/0 B:1/1 B:1/2 B:1/3

CONTACTO AUXILIAR 1 CONTACTO AUXILIAR 2 CONTACTO AUXILIAR 3 CONTACTO AUXILIAR 4

AUX1 AUX2 AUX3 AUX4

O:0/4 O:0/5 O:0/6 O:0/7

B:1/4 B:1/5 B:1/6 B:1/7

Tabla 26: Instrucciones y Variables

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 AUTOMATIZACÍON  AUTOMATIZA CÍON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE EXAMEN DE GRADO BOMBEO DE AGUA “ALIM

ING. ELECTRÓNICA Y ENTADO CON ENERGIA SISTEMAS

FOTOVOLTAICA”. 

5.9 ANÁLISIS DE CONTROL DATOS DE LA TUBERIA Diámetro exterior:25mm Espesor: 2.3mm

 

Conductividad térmica: 0.25° 

RESISTENCIA Y CAPACITANCIA EN UN SISTEMA DE PRESION  C =       

 

R  =  =

       

         ECUACIÓN DIFERENCIAL DEL SISTEMA

 =     =          =        + =        +  =        ∫      +  =      +  =     + 1 =  1       =   1    +1

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 AUTOMATIZACÍON  AUTOMATIZA CÍON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE EXAMEN DE GRADO BOMBEO DE AGUA “ALIM

ING. ELECTRÓNICA Y ENTADO CON ENERGIA SISTEMAS

FOTOVOLTAICA”. 

CALCULOS DE LA RESISTENCIA Y CAPACITANCIA TENIENDO EN CUENTA LA CONDUCTIVIDAD TERMICA

 =   ∆  

donde: 

 L: grosor del del especimetro especimetro T: temperatura q: velocidad de flujo de calor

   ,∗   K = 0.25    =1,92*10−     ,°

 R =

  =   ,°  = 0,155   ,∗  

 ,∗   =0,6 C =   =  ,° REMPLAZANDO R Y C EN LA  ft. 

   1++11   1    0,7766  + 1 DIAGRAMA DE BLOQUE

 Figura 30: Diagrama de Bloque

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 AUTOMATIZACÍON  AUTOMATIZA CÍON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE EXAMEN DE GRADO BOMBEO DE AGUA “ALIM FOTOVOLTAICA”. 

ELECTRÓNICA Y ENTADO CON ENERGIA ING. SISTEMAS

GRÁFICO

 Figura 31: Gráfico Scope

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 AUTOMATIZACÍON  AUTOMATIZA CÍON Y CONTROL DE UN SISTEMA DE EXAMEN DE GRADO BOMBEO DE AGUA “ALIM FOTOVOLTAICA”. 

ING. ELECTRÓNICA Y ENTADO CON ENERGIA SISTEMAS

6. PRESUPUESTO 

Cant . 1 1 1 1

De s cripción

Pre cio

Contro Controlador lador Micrologix Micrologix 1200 Módulo dulo analó analógico gico Fuen Fuente te de de ali alim mentació entación n Con Contacto actor

$910,30

1 Disyun Dis yunto torr Ter Term mo magnético magnético 2 Sensor Sensor de Presión Presión 1 Bomba Bomba Hidr Hidraulica aulica

$250,00 $184,12 $30 $3 0 $20 $2 0 $500 $400

1 1 1 1 1 2

Puls Pulsado adorr de de Em Emer ergencia gencia Puls Pulsado adorr Rojo 1N 1NC C Pilo Pilotto Rojo Rojo Piloto Piloto Ver Verde de Puls Pulsado adorr Ver Verde 1NA 1NA Electrov Electrovalvula alvula de de Agua Agua

1 Riel Riel Din 35*7 35*75 5 1 Tablero metalico de 30*30*15 30*30*15m mm 2 Bor Borner eras as 10 Cable de contr control ol unipolar unipolar de1*1m de1*1mm m 1 Cable canal 33*45 33*45 mm 2m 20 Marcador arcadores es Para cable cable 1 Remache+ Remache+Ar Arand andelas elas 1 Broca Broca de 5,6 mm2 1 Disco de de Cor Corte 1 Tub Tuber erias ias PVC 1 Pro Progr gram amació ación n 1 In Ingen genier ieria ia

$21 $2 1 $15 $1 5 $5 $5 $15 $1 5 $200 $5 $70 $7 0 $5 $10 $1 0 $5 $5 $4 $3 $4 $300 $700 $3000 $6696,42

TOTAL Tabla 27: Presupuesto

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7.CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN

Tabla 28: 28: Crono grama de Implementación