Diseño de un sistema de supervisión y control automático del centro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo en la planta de laminación de C.V.G ALCASA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “ VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA TRABAJO DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA.

Autor: Juan J. Abache L.

Ciudad Guayana, Marzo del 2016.

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA.

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “ VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA TRABAJO DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA.

Juan J. Abache L. C.I. 20.503.567

Trabajo de Grado presentado al Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, Vice-rectorado Puerto Ordaz como parte de los requisitos de la carrera de Ingeniería Eléctrica.

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Ing. Gladys Gonzales

Ing. Alessandro Vastarini

Tutor Académico

Tutor Industrial

Ciudad Guayana, Marzo del 2016.

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “ VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA TRABAJO DE GRADO

ACTA DE APROBACION

Quienes suscriben, miembros del Jurado Evaluador designados para evaluar el Trabajo de Grado presentado por el Bachiller: Juan José Abache Leal, Portador de la Cedula de Identidad Numero: 20.503.567, Titulado: DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DEL CENTRO

DE

CONTROL

DE

MOTORES

DE

LA

TORRE

DE

ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA. Consideramos que dicho trabajo cumple con los requisitos exigidos para tal efecto y de acuerdo con los criterios establecidos para la evaluación, lo declaramos: APROBADO

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Ing. Gladys Gonzales

Ing. Alessandro Vastarini

Tutor Académico

Tutor Industrial

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Jurado Coordinador

Jurado Principal

Ciudad Guayana, Marzo del 2016.

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Abache Leal Juan José DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA. ALCASA 2016 Páginas 232 Universidad Antonio José de Sucre Vicerrectorado Puerto Ordaz. Departamento de Ingeniería. Tutor académico: Ing Gladys Gonzales Tutor Industrial: Ing Alessandro Vastarini Bibliografía pág. 207 Capítulo I El Problema, capitulo II Marco de Referencial, capitulo III Marco Metodológico, capitulo IV Diagnostico, capítulo V Diseño o propuesta. Palabras claves: Sistema de control, torre de enfriamiento, sistema de supervisión, Laminación, PLC, válvulas, bombas.

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AGRADECIMIENTOS

Ante todo primero a Dios por el regalo de la vida y por las muchas bendiciones que he podido recibir gracias a sus amor, gracias por brindarme el entendimiento comprensión y paciencia para poder concluir este trabajo de grado. A mis padres por el infinito apoyo que siempre me han brindado a lo largo de la vida como padres y amigos han sabido aconsejarme y apoyarme en todos mis proyectos de vida como mis estudios, el deporte entre otros. Gracias por siempre inculcar en mí muchos valores importantes en mi vida como; respeto comprensión, de ayudar a mis compañeros cuando necesiten. Mis padres siempre han estado para mí cuando los necesito y gracias a su gran esfuerzo y dedicación es que he podido llegar hasta aquí. A mi hermano José Abache por ser un gran amigo y compañero, durante mi recorrido como estudiante de bachillerato y mis estudios universitarios, nunca dudo en tender me la mano cuando tenía algún inconveniente con una materia. Al Ingeniero Alessandro Vastarini (tutor industrial), por su compresión y colaboración dentro del área laboral y por asumir el compromiso de ser mi tutor industrial. A todo el personal del departamento de Planificación Mantenimiento e Ingeniería por brindarme todo su apoyo y recepción dentro de la oficina. Al Ingeniero de Geovanni Alfonzo por su apoyo con su el programa de Step 7 y el software wonderware (intouch). A mis compañeros de estudios que compartimos tantos momentos desde el inicio de la carrera hasta el final, por todo el apoyo mutuo consejos. Gracias por convivir tantos comentos juntos que a pesar de las diversas situaciones siempre encontramos la manera de seguir hacia adelante con este gran reto y que nunca nos dimos por vencidos gracias a todos. Al resto de mis familiares que de alguna manera u otra me han apoyado durante todo el transcurso de mi carrera y mi vida, gracias por confiar y creer en mí y por último y por último y no menos importante a mi abuela Erasma Leal porque gracias a su gran ejemplo demostró que siempre se puede salir hacia adelante te amo descansa en paz.

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INDICE GENERAL

PAG. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17 CAPITULO I .......................................................................................................... 19 EL PROBLEMA .................................................................................................. 19 Objetivo General ................................................................................................ 23 Objetivos específicos ......................................................................................... 23 Justificación ....................................................................................................... 23 Alcance y Delimitaciones ................................................................................... 24 CAPITULO II ......................................................................................................... 25 Reseña histórica de la empresa ......................................................................... 25 Ubicación Geográfica ......................................................................................... 26 Breve descripción sobre el sector productivo ..................................................... 27 Planta de Laminación......................................................................................... 28 Antecedentes ..................................................................................................... 29 Fundamentos Teóricos .......................................................................................... 29 Importancia de un sistema de interfaz hombre maquina.................................... 29 Como elegir un HMI adecuado .......................................................................... 30 Importancia de realizar un automatismo en un sistema industrial ...................... 31 Torre de enfriamiento ......................................................................................... 33 Clasificación de las torres de enfriamiento ......................................................... 35 Tipos de torres de circulación natural ................................................................ 35 1) Las torres atmosféricas ............................................................................ 35 2) Una torre de tiro natural ........................................................................... 36 Torre de tiro mecánico ....................................................................................... 37 Torre de tiro forzado........................................................................................... 37 Torres de tiro inducido ....................................................................................... 37 Torres de flujo cruzado ...................................................................................... 38 Sistema de control ............................................................................................. 39 Características de los Sistemas de Control ....................................................... 39 2

Señal de corriente de entrada ......................................................................... 39 Señal de corriente de salida ........................................................................... 39 Variable manipulada ....................................................................................... 39 Variable controlada ......................................................................................... 40 Conversión...................................................................................................... 40 Variaciones externas ...................................................................................... 40 Fuente de energía .......................................................................................... 40 Retroalimentación ........................................................................................... 40 Tipos de Sistemas de Control ............................................................................ 40 Sistema de control en lazo cerrado ................................................................ 40 Sistema de control en lazo abierto .................................................................. 40 Acciones Básicas de un Sistema de Control ...................................................... 41 Elementos de un Sistema de Control ............................................................. 43 El proceso ....................................................................................................... 43 El medidor....................................................................................................... 43 El controlador.................................................................................................. 43 Elementos finales de control (actuadores) ...................................................... 43 Controlador Lógico Programable (PLC) ............................................................. 43 Elementos de un PLC ........................................................................................ 44 Sección de entradas ....................................................................................... 44 Sección de salidas .......................................................................................... 44 Clasificación de los PLC ................................................................................. 44 Señales Digitales ............................................................................................ 45 Señales Analógicas ........................................................................................ 46 Hardware ........................................................................................................ 46 Unidad Central de procesamiento (CPU)........................................................ 47 Memoria .......................................................................................................... 47 Módulo de Entrada ......................................................................................... 47 Módulo de Salidas .......................................................................................... 48 PLC Siemens S7-300......................................................................................... 48 Lenguaje de programación ................................................................................ 50 3

Software de programación Step 7 ...................................................................... 50 SISTEMAS SCADA............................................................................................ 51 Módulos de un SCADA ...................................................................................... 53 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) .......................................................... 54 Lista de instrucciones......................................................................................... 54 Texto estructurado ............................................................................................. 54 Diagrama de contactos ...................................................................................... 55 Diagrama de funciones ...................................................................................... 55 Organización de tareas ...................................................................................... 55 Bloques de funciones ......................................................................................... 55 Variador de frecuencia ....................................................................................... 55 Red de suministro .............................................................................................. 56 Entradas y salidas (E/S ó I/O diferentes conexiones de entradas y salidas de control): .............................................................................................................. 56 Comunicaciones................................................................................................. 56 Salida ................................................................................................................. 56 Conceptos básicos sobre variadores para motor trifásico.................................. 58 Velocidad (n)................................................................................................... 58 Par transmitido por el eje (par motriz) ............................................................. 58 Tensión de arranque inicial ............................................................................. 59 Par de carga cuadrático. ................................................................................. 62 Potencia constante. ........................................................................................ 62 Variación de la frecuencia tipo S y doble S..................................................... 62 Golpe de ariete. .............................................................................................. 63 Protección de motor y variador .......................................................................... 63 Rampa lineal de parada. ................................................................................. 65 Frenado regenerativo...................................................................................... 65 Sistemas de gran potencia. ............................................................................ 65 Inyección de c.c. ............................................................................................. 65 El bloqueo inesperado del motor. ................................................................... 66 Frenado o bloqueo del motor una vez parado. ............................................... 66 4

Manejo y configuración ...................................................................................... 66 Manual en el propio variador. ......................................................................... 66 Consola de configuración ............................................................................... 66 Operación fija externa (EXT). ......................................................................... 66 Panel del operador ......................................................................................... 67 Funciones o parámetros más importantes ...................................................... 67 Red de suministro de alimentación. Potencia del variador. ............................ 67 Señales de salida: tensión e intensidad adecuada al motor. .......................... 67 Frecuencias de salida mínima y máxima. ....................................................... 67 Tiempo de aceleración y de parada. ............................................................... 67 Control del par inicial. ..................................................................................... 67 Protección térmica. Intensidad nominal, sobrecarga y rearme. ...................... 68 Visualización: indicaciones de la pantalla (frecuencia, intensidad, etc.) ......... 68 Señales de alarma y monitoreo ...................................................................... 68 Entradas/Salidas de control (todo o nada y analógicas) ................................. 68 Elementos de control (pulsadores, terminales, potenciómetro…) ................... 68 Funciones avanzadas ..................................................................................... 68 Ajuste de características del motor (auto tune)............................................... 68 Control de par ................................................................................................. 68 Calibración ...................................................................................................... 68 Borrado y reinicio de funciones y parámetros ................................................. 68 Comunicaciones ............................................................................................. 68 Control mediante bucle PI, PID. ...................................................................... 68 Operación sobre varios motores ..................................................................... 68 Señales de salida (formas de onda) ............................................................... 68 Regulación en lazo abierto o cerrado................................................................. 69 Ventajas de uso del variador (frente al resto de arranques) .............................. 70 Desventajas .................................................................................................... 70 Sensor ultrasónico .......................................................................................... 71 Válvula .................................................................................................................. 72 Válvula de control............................................................................................... 72 5

Partes de la válvula de control ........................................................................ 72 Sensor de temperatura PT100 ........................................................................... 73 PT100 Construcción y funcionamiento............................................................... 74 PT100 Normas ................................................................................................... 74 Sondas PT100 Tipos y montajes ....................................................................... 75 PT100 Ventajas ................................................................................................. 75 PT100 Precauciones .......................................................................................... 76 PT100 Conexión ................................................................................................ 76 1) PT100 2 hilos ........................................................................................... 76 2) PT100 3 hilos ........................................................................................... 76 3) PT100 4 hilos ........................................................................................... 77 Transformador de control................................................................................ 77 Protección del transformador de control ......................................................... 78 Selectividad de las protecciones ........................................................................ 79 Coordinación de las protecciones de un arrancador .......................................... 79 Motor eléctrico asíncrono ................................................................................... 80 Aspectos constructivos ...................................................................................... 80 Principio de funcionamiento ............................................................................... 84 Ensayos del motor asíncrono ............................................................................. 84 Ensayo en vacío ............................................................................................. 85 Ensayo en cortocircuito o de rotor bloqueado................................................. 87 Arranque a tensión reducida ........................................................................... 88 Arranque de una maquina asíncrona ................................................................. 88 Arranque de los motores en jaula de ardilla ....................................................... 89 Arranque en directo ........................................................................................ 89 Arranque por autotransformador ..................................................................... 90 Conmutación estrella triangulo ....................................................................... 92 Arranque de los motores de rotor bobinado .................................................... 93 Bombas centrifugas ........................................................................................... 94 Nuestro Modelo de Control ................................................................................ 96 Características del sistema ................................................................................ 96 6

Principio de operación........................................................................................ 98 Contacto............................................................................................................. 99 Contacto auxiliar .............................................................................................. 101 Relé térmico ..................................................................................................... 101 Temporizadores ............................................................................................... 101 Tipos de Breakers ............................................................................................ 102 Glosario............................................................................................................ 103 CAPITULO III ...................................................................................................... 105 MARCO REFERENCIAL ..................................................................................... 105 Tipo de investigación ....................................................................................... 105 Diseño de la investigación ............................................................................... 106 Unidades de Análisis........................................................................................ 107 Población ...................................................................................................... 107 Muestra ......................................................................................................... 107 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ...................................... 107 Instrumentos para la recolección de datos ................................................... 107 Procedimiento de recolección de datos ........................................................... 108 La Observación Directa .................................................................................... 109 Investigación Bibliográfica................................................................................ 109 Entrevistas No Estructuradas ........................................................................... 110 Herramientas de Soporte - Ayuda .................................................................... 111 Revisión documental ........................................................................................ 111 Procesamiento de la información ..................................................................... 111 CAPITULO IV ...................................................................................................... 112 DIAGNÓSTICO ................................................................................................... 112 Descripción de la situación actual .................................................................... 112 Funcionamiento de los sistemas de la torre de enfriamiento Lampo ............... 113 Causas por las cuales se dañan eléctricamente los motores .......................... 121 CAPITULO V ....................................................................................................... 123 DISEÑO O PROPUESTA .................................................................................... 123 Criterios y variables a ser implicadas en el sistema de supervisión y control .. 123 7

Lógica de control automático para el PLC de la central de control de motores 136 Selección de los equipos necesarios para el desarrollo del sistema de supervisión y control ............................................................................................................... 191 Selección del autómata programable Siemens S7 300.................................... 191 Fuente 6ES7307-1KA00-0AA0 ..................................................................... 191 CPU 315- 2 DP o 6ES7 315- 2AG10- 0AB0 ................................................. 195 Módulo 6ES7 321-1BL80-0AA0 .................................................................... 202 Módulo 6ES7 322-1BH81-0AA0 ................................................................... 202 Módulo 6ES7 321-7BH80-0AA0 ................................................................... 203 Sensor ultrasónico ........................................................................................... 204 Sensor de temperatura PT100 ......................................................................... 208 Diseño de la interfaz gráfica (SCADA) para las acciones de supervisión y control de la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo. ......... 212 Ingeniería básica de conexión para el sistema de supervisión y control automático ....................................................................................................... 218 CONCLUSIONES................................................................................................ 223 RECOMENDACIONES ....................................................................................... 224 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 225 ANEXOS………………………………………………………………………………...210 Anexo 1 sistema de potencia de la torre de enfriamiento Lampo…………...…..211 Anexo 2 alimentación hacia la torre de enfriamiento Lampo….…………………211 Anexo 3 torre Lampo barra 2.……………………..…………………...……………212 Anexo 4: torre Lampo barra 1……………………..……………………...…………212

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INDICE DE FIGURAS

Figura1: torre de enfriamiento. .............................................................................. 33 Figura 2: Componentes de una torre de enfriamiento 1……………………………18 Figura 3: Componentes de una torre de enfriamiento 2 ........................................ 35 Figura 4: Torre de tiro inducido ............................................................................. 38 Figura 5: Diagrama de Bloques de un Sistema de Control Industrial .................... 42 Figura 6: Estructura del PLC ................................................................................. 44 Figura 7: Funcionamiento de las señales digitales…………………………………..30 Figura 8: Funcionamiento de las señales analógicas ............................................ 46 Figura 9: Estructura del PLC ................................................................................. 47 Figura 10: PLC Siemens S7-300 ........................................................................... 50 Figura 12: Curva de velocidad del motor ............................................................... 58 Figura 13: Tensión para el arranque inicial. .......................................................... 60 Figura 14: Curva de par-velocidad ........................................................................ 60 Figura 15: Curva de par-velocidad ........................................................................ 61 Figura 16: curva par cuadrático ............................................................................. 62 Figura 17: curva de Variación de la frecuencia tipo S y doble S ........................... 63 Figura 18: curva de temperatura del motor ........................................................... 64 Figura 19: panel del operador ............................................................................... 67 Figura 20: señales de salida tipo onda .................................................................. 68 Figura 21: Regulación de lazo abierto o cerrado ................................................... 69 Figura 22: Sensor ultrasónico…………………………………………………………..55 Figura 23: Actuador de la válvula de control ......................................................... 73 Figura 24: Sensor de temperatura PT100 ............................................................. 74 Figura 25: Estator de un motor asíncrono. ............................................................ 81 Figura 26: Rotor en jaula ardilla ............................................................................ 82 Figura 27: Placa de bornes. Conexiones estrella triangulo ................................... 83 Figura 28: Conexiones de la placa de bornes y sentidos de rotación ................... 83 9

Figura 29: Esquemas de la conexiones estrella y triangulo…………………………67 Figura 30: Reparto de las pérdidas en vacío en función de la tensión .................. 86 Figura 31: Circuito equivalente en vacío ............................................................... 87 Figura 32: Esquema eléctrico del arranque directo………………………………….73 Figura 33: Esquema eléctrico del arranque con autotransformador ...................... 91 Figura 34: Circuito equivalente en el arranque ...................................................... 91 Figura 35: Esquema eléctrico del arranque estrella-triangulo con conmutador manual .................................................................................................................. 93 Figura 36: Motor asíncrono de rotor devanado y reóstato de arranque correspondiente..................................................................................................... 94 Figura 37: Funcionamiento del sistema de Control Automático de Bombas Centrifugas con Velocidad………………………………………………………………81 Figura 38: Gráfica del principio de operación ........................................................ 98 Figura 39: Gráfica de la respuesta a la demanda.................................................. 99 Figura 40: placa característica de los motores acoplados a las bombas de agua fría…………………………………………………………………………………………96 Figura 41: Placa característica de los motores acoplados a las bombas de agua caliente…………………………………………………………………………………... 113 Figura 42: Placa característica de los motores acoplados a los ventiladores extractores de calor ............................................................................................. 113 Figura 43: Sistema de agua caliente…………………………………………………..98 Figura 44: Motores acoplados a las bombas de agua caliente……………………..98 Figura 45: Sistema de agua fría………………………………………………………..99 Figura 46: Motor acoplado al aspa extractor de calor……………………………….99 Figura 47: Armario eléctrico de las bombas de agua caliente…………….. ……..116 Figura 48: conexión eléctrica de las bombas de agua caliente…………………...100 Figura 49: Armario eléctrico de las bombas de agua fría………………….. ……..117 Figura 50: conexión eléctrica de las bombas de agua fría………………………...101 10

Figura 51: Armario eléctrico de los ventiladores extractores de calor ................. 118 Figura 53: Medidores de tensión y corriente ....................................................... 119 Figura 54: conexión eléctrica de las alarmas del sistema…………………………103 Figura 55: Señalización de las alarmas ............................................................... 120 Figura 56: PLC telemecanique………………………………………………………..104 Figura 57: torre de enfriamiento .......................................................................... 121 Figura 58: Transformadores de 13,8 Kv/480V/2000KVA .................................... 122 Figura 59: Rango de operación de los motores de agua fría .............................. 124 Figura 60: Circuito equivalente y curva de los motores de agua fría ................... 124 Figura 61: Rampa de aceleración de los motores de agua fría ........................... 125 Figura 62: Inercia de los motores de agua fría……………………………………...109 Figura 63: Grafica de la carga de los motores de agua fría ................................ 126 Figura 64: curva de daño delos motores de agua fría ......................................... 126 Figura 65: Rango de operación de los motores de agua caliente ....................... 127 Figura 66: Circuito equivalente y curva de los motores de agua caliente ............ 127 Figura 67: Rampa de aceleración de los motores de agua fría ........................... 128 Figura 68: Inercia de los motores de agua caliente ............................................. 128 Figura 69: Grafica de la carga de los motores de agua caliente ......................... 129 Figura 70: curva de daño de los motores de agua caliente ................................. 129 Figura 71: Rango de operación de los motores extractores de calor .................. 130 Figura 72: Circuito equivalente y curva de los motores extractores de calor ...... 130 Figura 73: Rampa de aceleración de los motores extractores de calor ............... 131 Figura 74: Inercia de los motores extractores de calor ........................................ 131 Figura 75: Grafica de la carga de los motores extractores de calor .................... 132 Figura 76: curva de daño de los motores extractores de calor ............................ 132 Figura 77: bloques............................................................................................... 139 Figura 78: segmento 1 ........................................................................................ 139 Figura 79: segmento 2……………………………………………………………....…123 Figura 80: segmento 3 ........................................................................................ 140 Figura 81: segmento 4 ........................................................................................ 140 11

Figura 82: segmento 5…………………………………………………………………124 Figura 83: segmento 6 y 7 generador de pulsos ................................................. 141 Figura 84: segmento 8 ........................................................................................ 141 Figura 85: segmento 9 ........................................................................................ 142 Figura 86: segmento 10 ...................................................................................... 142 Figura 87: segmento 11 ...................................................................................... 143 Figura 88: segmento 12………………………………………………………………..127 Figura 89: segmento 12 en funcionamiento ........................................................ 144 Figura 90: segmento 13 ...................................................................................... 144 Figura 91: segmento 13 en funcionamiento ........................................................ 145 Figura 92: segmento 14 ...................................................................................... 145 Figura 93: segmento 15 ...................................................................................... 146 Figura 94: segmento 16………………………………………………………………..130 Figura 95: segmento 16 en funcionamiento ........................................................ 147 Figura 96: segmento 17………………………………………………………………..131 Figura 97: segmento 17 en funcionamiento…………………………………………132 Figura 98: segmento 18………………………………………………………………..132 Figura 99: segmento 19………………………………………………………………..133 Figura 100: segmento 20………………………………………………………………133 Figura 101: segmento 21 .................................................................................... 150 Figura 102: segmento 22………………………………………………………………134 Figura 103: segmento 23………………………………………………………………135 Figura 104: segmento 24………………………………………………………………135 Figura 105: segmento 25………………………………………………………………136 Figura 106: segmento 26………………………………………………………………136 Figura 107: segmento 28………………………………………………………………137 Figura 108: segmento 28 en funcionamiento………………………………………..137 Figura 109: segmento 29 .................................................................................... 154 Figura 110: segmento 29 en funcionamiento………………………………………..138 Figura 111: segmento 30……………………………………………………………...139 12

Figura 112: segmento 31……………………………………………………………...139 Figura 113: segmento 32 .................................................................................... 156 Figura 114: segmento 32 en funcionamiento………………………………………..140 Figura 115: segmento 33………………………………………………………………141 Figura 116: segmento 34………………………………………………………………141 Figura 117: segmento 35………………………………………………………………142 Figura 118: segmento 36………………………………………………………………142 Figura 119: segmento 37 .................................................................................... 159 Figura 120: segmento 38………………………………………………………………143 Figura 121: segmento 39 .................................................................................... 160 Figura 122: segmento 40 .................................................................................... 160 Figura 123: segmento 40 en funcionamiento ...................................................... 161 Figura 124: segmento 41………………………………………………………………145 Figura 125: segmento 41 en funcionamiento ...................................................... 162 Figura 126: segmento 42 .................................................................................... 162 Figura 127: segmento 43 .................................................................................... 163 Figura 128: segmento 44 .................................................................................... 163 Figura 129: segmento 44 en funcionamiento ...................................................... 164 Figura 130: segmento 45 .................................................................................... 164 Figura 131: segmento 45 .................................................................................... 165 Figura 132: segmento 46 .................................................................................... 165 Figura 133: segmento 47 .................................................................................... 166 Figura 134: segmento 48………………………………………………………………150 Figura 135: segmento 49 .................................................................................... 167 Figura 136: segmento 50 .................................................................................... 167 Figura 137: segmento 51 .................................................................................... 168 Figura 138: segmento 52………………………………………………………………152 Figura 139: segmento 52 activo nivel bajo .......................................................... 169 Figura 140: segmento 53 .................................................................................... 169 Figura 141: segmento 53 activo nivel alto ........................................................... 170

13

Figura 142: segmento 54 .................................................................................... 170 Figura 143: segmento 54 activo nivel muy alto ................................................... 171 Figura 144: segmento 55………………………………………………………………155 Figura 145: segmento 55 activo nivel muy bajo .................................................. 172 Figura 146: segmento 56………………………………………………………………156 Figura 147: segmento 56 activa compensación de agua por nivel muy bajo……156 Figura 148: segmento 57 .................................................................................... 173 Figura 149: segmento 58 .................................................................................... 174 Figura 150: segmento 59 .................................................................................... 174 Figura 151: segmento 60………………………………………………………………158 Figura 152: segmento 61 .................................................................................... 175 Figura 153: segmento 61 activo nivel alto de temperatura………………………...159 Figura 154: segmento 62 activo nivel medio de temperatura .............................. 176 Figura 155: segmento 63………………………………………………………………160 Figura 156: segmento 63 activo nivel bajo de temperatura ................................. 177 Figura 157: segmento 64 .................................................................................... 177 Figura 158: segmento 65 .................................................................................... 178 Figura 159: segmento 65 activo nivel bajo .......................................................... 178 Figura 160: segmento 66 .................................................................................... 179 Figura 161: segmento 66 activo nivel alto…………………………………………...163 Figura 162: segmento 67 .................................................................................... 180 Figura 163: segmento 67 activo nivel muy bajo…………………………………….164 Figura 164: segmento 68 .................................................................................... 181 Figura 165: segmento 68 activo nivel muy alto ................................................... 181 Figura 166: segmento 69 .................................................................................... 182 Figura 167: segmento 70………………………………………………………………166 Figura 168: segmento 71 caudal nominal activo ................................................. 183 Figura 169: segmento 72………………………………………………………………167 Figura 170: segmento 73 .................................................................................... 184 Figura 171: segmento 74 .................................................................................... 185 14

Figura 172: segmento 75 .................................................................................... 186 Figura 173: segmento 76 .................................................................................... 186 Figura 174: segmento 77 .................................................................................... 187 Figura 175: segmento 78………………………………………………………………173 Figura 176: comunicación del stop ...................................................................... 190 Figura 177: comunicación del start...................................................................... 191 Figura 178: Esquema de conexión de Ps 307-, 10 A .......................................... 192 Figura 179: Esquema de principio de Ps 307-, 10 A ........................................... 192 Figura 180: reacción en caso de condiciones ..................................................... 193 Figura 181: datos técnicos de PS 307 ................................................................. 194 Figura 182: montaje del sensor ultrasonico……………………………………........188 Figura 183: Adaptador para conexiones del sensor ultrasónico .......................... 207 Figura 184: Dimensiones del sensor ultrasónico ................................................. 207 Figura 185: Partes del sensor ultrasónico ........................................................... 208 Figura 186: sensor de temperatura PT100………………………………………….193 Figura 187: conexiones estándar del sensor de temperatura ............................. 210 Figura 188: conexión bornera Micromaster 440……………………………….……195 Figura 189: Torre de enfriamiento Lampo zona principal………………………….197 Figura 190: Torre de enfriamiento Lampo zona auxiliar……………………………197 Figura 191: Torre de enfriamiento Lampo estados de nivel fuera de rango ........ 214 Figura 194: señalización de alarma..................................................................... 216 Figura 195: Alarmas de la Torre de enfriamiento Lampo…………………............201 Figura 196: Historial de graficas………………………………………………………201 Figura 197: Esquema de conexión 1 ................................................................... 218 Figura 198: Esquema de conexión 2 ................................................................... 219 Figura 199: Esquema de conexión 3…………………………………………………203 Figura 200: Esquema de conexión 4 ................................................................... 220 Figura 201: Esquema de conexión 5 ................................................................... 221 Figura 203: Esquema de conexión 7 ................................................................... 222

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Tipos de Control…………………………………………………………….....27 Tabla 2: Clasificación de los PLC……………………………..………………………29 Tabla 3: símbolos de símbolos………………………………………………………..118 Tabla 4: continuación de la tabla de símbolos………………………………………119 Tabla 5: continuación de la tabla de símbolos………………………………………120 Tabla 6: configuración de hardware………………………………………………….122 Tabla 7: variables………………………………………………………………………173 Tabla 8: variables de comunicación PLC-SCADA………………………………….174

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INTRODUCCIÓN Aluminios del Caroní S.A (ALCASA)

es una empresa perteneciente al sector

aluminio, ya que procesa el Aluminio primario una vez obtenido la materia prima inicial (Bauxita). Con el transcurso de los años han implementado diferentes innovaciones tecnológicas en la diferentes plantas de la empresa, con la finalidad de poder obtener un sistema de producción más óptimo y confiable para el tratamiento del aluminio.

En este complejo industrial específicamente en la planta de Laminación, cada vez es más común la implementación de nuevos autómatas programables (PLC), para automatizar y supervisar los diferentes sistemas de la planta. En la actualidad C.V:G Alcasa busca adaptarse a los mercados de mayor competitividad, para de esta manera alcanzar grandes índices de producción.

En la industria se implementan sistemas de interfaz hombre maquina (HMI) y control automático, con la finalidad de automatizar el proceso industrial y de esa manera poder realizar los procesamientos de supervisión de manera segura, evitando enfermedades ocupaciones. Por esta razón, este trabajo de investigación está orientado al diseño de un sistema de supervisión y control automático del centro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo en la planta de Laminación en C.VG Alcasa.

La torre de enfriamiento LAMPO, se utiliza para enfriar agua caliente, que proviene de los sistemas de enfriamiento de los equipos instalados en la planta de Laminación de CVG-Alcasa. Entre estos equipos que necesitan agua enfriada por la torre, tenemos: El laminador Caliente Clecim Cosim, El laminador Frío Davy Mc Kee, Los hornos de Precalentamiento Guineas, Hornos de Recocido Guineas, Fresadora Knoenenagel, entre otros.

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Esta torre fue construida en concreto armado, esto incluye la piscina de agua fría, tanque de agua caliente, zona de transferencia de calor donde se ubica el material de relleno, eliminadores de arrastre, sistema de distribución de agua, ventiladores y difusores. También, forman parte de su estructura, los perfiles de apoyo de los de los eliminadores de arrastre, las vigas que sostienen el material de relleno y los caballetes que soportan el conjunto mecánico de los ventiladores.

El presente trabajo de grado está conformador por cinco (5) capítulos compuestos de la siguiente forma:

Capítulo I, explica el planteamiento del problema y se describen los objetivos tanto generales como específicos a desarrollar, así como también la justificación y limitación de la investigación.

Capítulo II, muestra las referencias que sirvieron como guía para la realización de este trabajo al igual muestra una breve reseña histórica de la empresa y unas bases teóricas correspondientes al tema.

Capítulo III, se presenta el diseño metodológico, en el cual se describe el tipo y diseño de investigación, la población, técnica, instrumentos y procedimientos de recolección de datos y el desarrollo procedimental de los objetivos.

Capítulo IV, ofrece la descripción de la condición actual del sistema de control de la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo.

Capítulo V, se presenta el diseño del sistema de supervisión y control automático para la torre de enfriamiento Lampo que solucione la problemática planteada.

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CAPITULO I EL PROBLEMA

En este capítulo se describe la situación que se está presentando en el área de trabajo y los motivos del porque se está realizando este tipo de investigación, así como también sus antecedentes, justificación, alcance, y objetivos. Planteamiento del problema. La torre de enfriamiento de Lampo está conformada por una estructura de cemento la cual contiene: de dos fosas de agua caliente, cuatro bombas verticales de agua caliente, tres extractores de aire caliente, tres piscina de agua fría, cuatro bombas de agua fría. La función de esta torre es de controlar todo el sistema hidráulico de los diferentes hornos que hacen vida en la planta de Laminación como los hornos de Recosido, los hornos de Pre-calentamiento, entre otras maquinarias, logrando así el enfriamiento de los marcos y puertas de estos hornos mediante la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmosfera. La torre de enfriamiento de Lampo se encuentra constituida por la central de control de motores que es su totalidad suman once motores. Se dividen a su vez; cuatro motores acoplados a bombas verticales para la parte de agua caliente, su característica es de 460 Voltios, 88-97 Amp, 54 Kw, 75 Hp,1760 Rpm, a una frecuencia de 60Hz, con factor de potencia

una configuración de

arranque de tipo delta-estrella (∆-ʏ) y sistema de protección Breaker, Contacto, Térmico

acoplados.

Cuatro

motores

acoplados

a

bombas

horizontales

pertenecientes a la piscina de agua fría, con unas características eléctricas; 460 Voltios, 290 Amp, factor de potencia

, una frecuencia eléctrica de 60

Hz con una configuración de arranque de tipo delta-estrella (∆-ʏ) y sistema de 19

protección Breaker, Contacto, Térmico acoplados. También consta de tres motores acoplados a ventiladores para el enfriamiento del agua que se dirige hacia los hornos, su característica es de 440 Voltios, 68 Amp, 1800 Rpm, una frecuencia eléctrica de 60 Hz, la configuración de arranque es de tipo delta delta (∆-∆) y sistema de protección Breaker, Contacto, Térmico acoplados, y la configuración o funcionamiento de las bombas es de tipo maestro esclavo. Consta a su vez de sensores de nivel tipo sonda, sensores de temperatura de tipo PT100 y válvulas de manuales tipo mariposa. El sistema de control que maneja el funcionamiento de toda la central de motores se encuentra constituido; por relé, contactos, fusibles, breakers principal, temporizadores, transformador de control, entre otros.

En el transcurso del tiempo la torre de enfriamiento de lampo ha sufrido diferentes fallas en la parte del sistema de control eléctrico, debido que el sistema que se encuentra presente está obsoleto y sus componentes son muy viejos y al fallar uno de estos componentes no se localizan los repuestos indicados que sean compatibles con el sistema por ser tan antiguo. Por consecuencia los sistemas de control y potencia para el enfriamiento del agua se encuentran desmantelados y por consiguiente el agua no llega al punto de enfriamiento necesario que necesita el sistema hidráulico para mantener frio los aceites, los marcos y puertas de los hornos, además los sensores de niveles actuales no se encuentran en funcionamiento esto causa el desbordamiento de agua en los tanques o sumideros lo cual descontrola el sistema porque la cantidad de agua tiene que ser siempre una cantidad constante y esto causa siempre una gran pérdida al sistema por lo cual impide también que el agua tenga la temperatura necesaria. En los motores de agua caliente, se encuentran los contactos de potencia tienen las siguientes; marca de Westinghouse, tamaño N°4, 460 Voltios, 100 Hp, protección sobre corriente rango 15-85 Amp, se realiza por un térmico marca BBC. En los motores de agua fría, se encuentran contactos de potencia marca Westinghouse de la siguiente características; dos tamaño N°5, modelo J, 460 Voltios, 150 Hp, y uno tamaño N° 4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y la protección 20

de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango de protección 160250 Amp. Los motores que se encuentra acoplados a los ventiladores para el enfriamiento del agua, tienen unos contactos de potencia marca Westinghouse de la siguiente características; tamaño N°4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y la protección de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango de protección 10-85 Amp. Algunos de estos contactos no se encuentran en funcionamiento actualmente, lo cual trae como consecuencia que el sistema de control y potencia no funcione adecuadamente, debido que, estos componentes son de difícil acceso actualmente. La central de control de motores de la torre de enfriamiento de lampo, consta de un sistema de potencia con una barra simple con un seccionador, para así tener dos alimentadores para siempre tener la torre alimentada así de esta manera distribuir los motores de agua caliente y fría, además los motores de los ventiladores para el enfriamiento del agua en estos dos alimentadores, para al momento de realizar un mantenimiento siempre mantener la torre activa. Actualmente dicho sistema no funciona de manera diseñada, debido que el sistema de control de la gran mayoría de estos motores

se encuentran

desmantelados así que se encuentra trabajando directo y solo algunos motores y bombas se encuentra operativos, es decir, de ocurrir una falla adicional al sistema se tendría que detener o sacar de funcionamiento la torre de enfriamiento de lampo, lo que causaría el paro absoluto de todos los hornos en la Planta de Laminación en CVG Alcasa, ya que esta torre se encuentra encargada del sistema hidráulico de los hornos, es decir, extrae el agua caliente de los hornos para introducir agua fría a los mismos. En el sistema actual no posee ningún tipo de variador de frecuencia en él, esto indica que los ventiladores para el enfriamiento del agua siempre gira a una velocidad constante, esto trae como consecuencia que el agua no siempre llega al punto de enfriamiento necesario ya que hay que tomar en cuenta la ausencia de agua debido al desborde de la misma a consecuencia de la falla de los sensores de nivel, esto implica que la velocidad de los ventiladores debe girar dependiendo 21

de la temperatura de entrada del agua, esta situación

se puede corregir

implementando un variador de frecuencia que regule la velocidad y arranque de los motores dependiendo de la temperatura del agua. El variador de frecuencia no sólo nos ayudará en la parte de los motores de los ventiladores sino también se implementarán variadores de frecuencia que ayuden a tener un arranche más suave en la central de motores. En la parte de nivel se puede corregir impensado un sensor ultrasonido que pueda censar los estados de nivel con respecto al tiempo, estas nuevas funciones podrán ser contraladas mediante un PLC Siemens S7 -300. La implementación de variadores de frecuencia, para una nueva configuración de arranque de diferentes motores que se encuentran en la Torre de Enfriamiento de Lampo, ofrece a los motores una vida útil de trabajo más extensa con respectos a otras configuraciones de arranque, debido que, mediante variadores de frecuencia se puede controlar de manera más precisa el incremento de la tensión de entrada, mediante la rampa de tensión para el arranque de los motores, en esta rampa de tensión se van ajustando los niveles de tensión hasta llegar a el valor nominal que de manera gráfica se puede representar mediante una curva cuadrática. Este método de arranque con rampa de tensión ofrece un arranque suave análogo con limitación de corriente, pero sin la dependencia de la carga y de la misma manera se realiza para la parada. En el centro de control de motores de la torre de enfriamiento de lampo, carece de una sistema el cual puede indicar detalladamente todo el proceso de la torre de enfriamiento. Por esta razón, es necesario implementar un sistema el cual le indique al operador o técnico de turno, todo el proceso de manera clara en la sala de control. Para siempre mantener una supervisión constante de la torre de enfriamiento de lampo , debido que el proceso de enfriamiento que realiza esta torre es de vital importancia para llevar a cabo todo el proceso en la planta de laminación, ya que enfría todos los hornos fresadoras que hacen vida en la planta antes mencionada.

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Esta interfaz hombre maquina ayudara al personal de trabajo, a supervisar de manera segura y constante todo el proceso de la torre de enfriamiento de lampo, evitando así todo tipo de enfermedades ocupacionales. Debido que esta torre de enfriamiento se encuentra distante de la sala de control Objetivo General  Diseñar un sistema de supervisión y control automático para la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo Objetivos específicos  Identificar criterios y variables a ser implicadas en el sistema de supervisión y control.  Definir la lógica de control automático para el PLC de la central de control de motores.  Seleccionar los equipos necesarios para el desarrollo del sistema de supervisión y control.  Diseñar una interfaz gráfica (SCADA) para las acciones de supervisión y control de la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo.  Desarrollar una ingeniería básica de conexión para el sistema de supervisión y control automático. Justificación El Departamento de Planificación

Ingeniería y Mantenimiento, suscrito a la

Gerencia de Laminación quien es el encargado del mantenimiento de esa área. Decidió automatizar el sistema de la Central de Control de Motores, debido a la gran importancia que tiene este sistema, ya que, dicho departamento se encuentran encargado de controlar, regular e inspeccionar el funcionamiento total de los motores, bombas y válvulas que hacen posible que este proceso pueda ser llevado a cabo. Logrando el automatismo del presente sistema de la Central de Control de Motores se puede llegar a un gran avance tecnológico que es 23

necesario para poder tener un proceso que garantice velocidad y una alta productividad y así evitar las paradas forzadas que se han hecho presentes por tener un sistema de control eléctrico obsoleto en el área.

Entre las alternativas de solución se encuentran la automatización del sistema de la Central de Control de Motores mediante un PLC Siemens S7-300, un sensor ultrasónico, una Válvula de control, un sistema de alarma que se active al percibir una irregularidad y una interfaz hombre máquina para que los operadores puedan seguir el proceso más detalladamente. Este proceso puede garantizar el funcionamiento correcto del sistema de control para las diferentes máquinas presentes en la Planta de Laminación.

La calidad del sistema eléctrico en procesos industriales es de suma importancia, porque éste garantiza el funcionamiento correcto al momento de la producción y de esta manera evitar los accidentes garantizando así un sistema estable que brinde mejoras y no interrupciones al momento del proceso, y con un sistema mejorado se facilita el trabajo para el operador al momento de realizar un mantenimiento preventivo o correctivo.

Alcance y Delimitaciones

En la empresa básica CVG Alcasa, en la planta de Laminación, se realizara un diseño para lograr un automatismo en la central de control de motores. Con este proyecto se desea proponer acciones y medidas para lograr estabilizar el sistema de control para poder garantizar una óptima producción. El estudio de este proyecto se realizara mediante los softwares de programación STEP 7 profesional y WONDERWARE (intouch) para plantear el sistema Scada, el PLC seleccionado para diseñar el automatismo de este sistema de control es un Siemens S7-300. El departamento a cargo de este proyecto es el de Planificación Ingeniería y Mantenimiento. La elaboración de este proyecto cuenta con un plazo de 16 semanas que se cumple desde la semana 13/07/2015 hasta 13/12/2015. 24

CAPITULO II MARCO REFERENCIAL En el presente capítulo se describen aspectos teóricos relevantes, relacionados con la investigación y que sustentan este proyecto, sirviendo como base teórica para el mismo. Se destacaran puntos como breve descripción de la planta, revisión de la literatura, antecedentes a la investigación que presentan relación con esta, y definición de términos básicos.

Reseña histórica de la empresa

El aluminio se produce por primera vez en la historia como metal puro en 1.827. Industrialmente, a partir del cloruro de aluminio, en 1.854, y actualmente mediante el método de separación electrolítica obtenido a partir de la alúmina. Dicho proceso fue inventado en 1.886 y patentado simultáneamente por Charles Martín Hall en Estados Unidos y Paúl Taussant Heroult en Francia.

El desarrollo de este método en la Región Guayana se inició hace tres décadas con los programas destinados al aprovechamiento del potencial hidroeléctrico de sus principales ríos, mediante la construcción de las represas Gurí y Macagua. La disponibilidad y bajo costo de la energía, la reserva de bauxita como materia prima inicial, la capacidad del país para invertir, la estratégica ubicación geográfica, junto con las facilidades de acceso al mar a través del Río Orinoco, fueron las principales ventajas que facilitaron la producción de aluminio en Venezuela en condiciones competitivas al nivel de América Latina y mundial. ALUMINIO DEL CARONÍ, S.A. (ALCASA) fue constituida en diciembre de 1960, con el objetivo de producir aluminio primario y sus derivados. El 14 de octubre de 1967, inicia operaciones CVG Alcasa, convirtiéndose en la primera planta reductora de aluminio en el país, con una capacidad inicial en su primera etapa de 10.000 toneladas métricas anuales de aluminio primario. Al año siguiente y 25

continuando con su proceso de expansión avanzó hacia la segunda etapa de su fase II, elevando su capacidad a 22.500 tm/año, dando inicio igualmente a su complejo de Laminación en las plantas de Matanza y Guacara (estado Carabobo). Para satisfacer la demanda del mercado nacional, enmarcado en la política de sustitución de importaciones para ese momento, CVG Alcasa acomete la construcción de su fase III de ampliación, que le permite elevar su capacidad instalada de producción a 50.000 tm/año. Posteriormente da inicio a la fase IV de su ampliación, con la construcción de una tercera Línea de Reducción, logrando ubicar su capacidad nominal de producción en 120.000 tm/año de aluminio primario, y la expansión de sus plantas de Laminación. Un nuevo proyecto de ampliación de sus capacidades pone en marcha CVG Alcasa a mediados de los años 80, lo que sería su fase VI, proyecto que incluía la expansión de su planta de Laminación Guayana, así como la construcción de una IV y V Línea de Reducción, para elevar su capacidad instalada a 400.000 tm/año. CVG Alcasa logra construir solamente su IV Línea de reducción instalando además las áreas de servicios requeridas para soportar las capacidades de cinco líneas, pero con una producción de 210.000 tm/año, lo que por supuesto produjo un desequilibrio en sus capacidades operativas y financieras. Ubicación Geográfica La Región Guayana es el centro de la industria del aluminio en Venezuela, ésta región privilegiada está localizada al sur del río Orinoco, con una extensión de 448.000 km2 que representa exactamente la mitad del territorio venezolano. En ella se encuentra ubicada la empresa C.V.G ALCASA específicamente en la zona Industrial Matanzas en el margen derecho del río Orinoco, en la parte sur-oeste de Ciudad Guayana, Estado Bolívar, ocupando una superficie total aproximada de 174 hectáreas. 26

Breve descripción sobre el sector productivo C.V.G Alcasa es una empresa perteneciente al sector secundario, ya que procesa el Aluminio primario una vez obtenido la materia prima inicial (Bauxita), extrayendo la Alúmina a través de un tratamiento de separación electrolítica, produciendo y comercializando Aluminio primario y sus derivados, contando con un equipo humano perseverante, incondicional, valiosísimo, aunado en una alta tecnología alcanzando un nivel óptimo de producción respondiendo a las exigencias del mercado, de acuerdo a la capacidad de la planta y a las normas de calidad. C.V.G ALCASA produce y comercializa una amplia variedad de productos que incluyen lingotes de 22.5Kg, pailas de 445Kg, cilindros aleados y planchones para laminación, aluminio en forma de rollos, láminas y cintas. Estos productos son consumidos en Venezuela por la industria de la construcción, electricidad, transporte, empaque, refrigeración, bienes de consumos y otras. También exporta a Costa Rica, Estados Unidos de América, Colombia, México, Puerto Rico, Perú, Argentina, Inglaterra y Bélgica.

La torre de enfriamiento de Lampo en la Planta de Laminación en C.V.G Alcasa, se encuentra constituida de un sistema de operacional con dos alimentadores. Iniciando desde el sistema de potencia de barra simple con seccionador para así de esa manera siempre mantener la torre de enfriamiento alimentada.

Siguiendo con la central de control de motores cuyo arranque de estos motores es de tipo estrella-delta (ʏ-∆), y el arranque de los ventiladores para el enfriamiento del agua son de tipo (∆-∆) y un sistema de funcionamiento para las bombas de tipo esclavo maestro para cuatro bombas de agua caliente y cuatro bombas de agua fría. Esta torre tiene como finalidad controlar el sistema Hidráulico para el enfriamiento de las aguas, para que estas a su vez puedan enfriar las paredes y los marcos de los diferentes Hornos Compresores, Fresadoras entre otras maquinarias que hacen vida en la Planta de Laminación, para que de esta manera 27

las altas temperaturas que se encuentran dentro de los hornos no lleguen a dañar su estructura física interna y así poder lograr realizar su ciclo de funcionamiento perfectamente. Planta de Laminación El aluminio llega a la Planta de Laminación en forma de planchones de 457 mm de espesor, entre 914 y 1320 mm de ancho, un largo de 4394 mm y con un peso de 8 Ton. Inicialmente el planchón es enviado a la máquina Fresadora, donde se obtiene un

acabado parejo

y

liso por ambas caras. Esta es trasladada a los

hornos de precalentamiento, dándole un tratamiento durante 24 horas a una temperatura de 550°C aproximadamente que es la adecuada para laminarlo.

De allí, el planchón es llevado al Laminador en Caliente para ser transformado en una bobina entre 4.5 y 6 mm de espesor y con una longitud que sobrepasa entre 200 y 350 m. Posteriormente es sometida a un proceso de enfriamiento por 72 horas para luego ser transportada por grúa o carros especialmente diseñados hacia el Laminador en Frío donde se puede reducir su espesor hasta un mínimo de 0,23 mm.

La bobina es trasladada al Horno de Recocido, donde se sometida a ciertas temperaturas para acondicionar de nuevo el material de tal manera que recupere las propiedades mecánicas pérdidas durante la laminación. Al salir del Horno de Recocido, ésta es dispuesta en un almacén temporal hasta que alcance la temperatura ambiente. Luego es enviada al área de Acabado.

Por último, la bobina va al área de empaque, para posteriormente ser enviada a los clientes, los cuales convertirán este insumo en productos elaborados en con el aluminio de C.V.G ALCASA.

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Antecedentes

A continuación se plantean una serie de aspectos relacionados con los antecedentes y bases teóricas, reportados en la literatura y medios digitales que permite ampliar los conceptos con relación al tema y sirve de apoyo al presente trabajo. Duanner Fuentes, en el año 2007 presento una investigación desde el Instituto Tecnológico Fundación la Salle de Ciencias Naturales titulada; “ Actualización del plano de control y potencia de la torre de enfriamiento N°7 de fundición I de CVG Alcasa”. Cuyo objetivo principal era Actualizar los planos de control y potencia para el sistema de enfriamiento de la torre N°7. Logrando así disminuir los costos además que los motores trabajen en el tiempo estipulado alargando su vida útil.

José Lezza, en el año 2006 presento una investigación desde el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” titulada; “Actualización del sistema de arranque de los diferentes motores de la torre de enfriamiento Lampo del departamento de laminación CVG Alcasa”. Cuyo objetivo principal fue Actualizar el arrancador de los motores implementando un arrancador suave al sistema de arranque motores-bombas y ventiladores de la torre de enfriamiento de lampo CVG Alcasa. Logrando así la disminución de las fallas en el sistema un 80%.

Fundamentos Teóricos

Importancia de un sistema de interfaz hombre maquina

Los sistemas Human Machine Interface, HMI, es decir, el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre la persona y la máquina se están masificando cada vez más a nivel industrial. ¿A qué se debe esta tendencia? Según los expertos en el tema responde principalmente a la necesidad de tener un control más preciso y agudo de las variables de producción y de contar con información relevante de los distintos procesos en tiempo real. 29

También conocidas como displays, pantallas de operador o simplemente HMI (por sus siglas en inglés), las interfaces Hombre-Máquina han pasado de ser simples elementos de comunicación entre el operario y su proceso para transformarse en componentes “inteligentes” de control y monitoreo. La nueva generación de HMI integra prestaciones que anteriormente sólo encontrábamos en plataformas dedicadas al control y automatización como PLCs.

En cualquier proceso industrial, es casi inevitable encontrar, al menos, una interfaz Hombre-Máquina (Human-Machine Interface, HMI) que ayude a los operarios a monitorear y controlar el funcionamiento de un equipo. Hasta la llegada de las “pantallitas”, los operarios, personal de mantenimiento y gerentes, sólo podían interactuar con sus procesos industriales a través de una serie de botones y luces piloto. Al tratarse de equipos de bajos grados de complejidad, dicha alternativa era aceptable, pero cuando se busca supervisar y modificar los parámetros de un proceso que posee diversas velocidades, materiales, equipos, recetas y procedimientos, entre otras variables, la versatilidad y capacidades gráficas de las pantallas HMI, las transforman en el elemento preferido para llevar a cabo estas tareas.

Como elegir un HMI adecuado

Considerando la cantidad de marcas y modelos disponibles, puede resultar una tarea muy difícil escoger el HMI adecuado para un proyecto en particular. De hecho, Palominos, de Asistek, opina que “hoy podemos encontrar un millón de alternativas tanto en precios como en características específicas para una determinada aplicación. Es un mercado que se transformó en „commodities‟ para los sistemas de control”.

En este contexto, para dirigir el proceso de selección, Juan Carlos Ruiz, Jefe de Área Automatización e Instrumentación de CLAS Ingeniería Eléctrica, sugiere 30

considerar, en primer lugar, el objetivo y requerimientos técnicos del usuario final; luego, se debe definir la calidad y cantidad de despliegue de información (para así definir el tamaño y tecnología de la pantalla), así como las necesidades de almacenamiento de datos; y finalmente, si se necesita tener comunicación con alguna red, como Modbus, LAN interna o Internet.

Se recomienda para elegir un buen HMI: 1) Tamaño y resolución de display. 2) En caso de ser colocada en el campo, robustez del equipo. 3) Que pueda comunicarse con los equipos externos y que cuente con drivers de comunicación. 4) Software de programación de fácil aprendizaje.

De igual modo, Castro, de Siemens Chile, aconseja buscar equipamientos con las siguientes características:

1) Funcionalidad homogénea de gama alta con archivos, scripts, visor PDF/Word/Excel, Internet Explorer, Media Player. 2) Seguridad de los datos en caso de corte de corriente para el equipo. 3) Puesta en marcha desde una segunda tarjeta SD (backup automático). 4) Sencilla transferencia de proyectos a través de cable estándar (cable Ethernet estándar, cable USB estándar). 5) Utilizable en atmósferas potencialmente explosivas. 6) Gestión eficiente de la energía.

Importancia de realizar un automatismo en un sistema industrial

A través de los siglos el hombre se ha propuesto mejorar sus condiciones de vida, facilitar sus labores cotidianas, mejorar los procesos de producción, ser más competitivo y generar mayor riqueza atreves de su trabajo, evitando desgastarse e incluso, tener que hacerlo por sí mismo. 31

En medio de su afán por mejorar sus producciones, conseguir mayores beneficios, y ser mejor cada día, el hombre de la mano de la tecnología, grandes investigaciones y una infinidad de posibilidades ha logrado crear sistemas automáticos, que de una u otra manera han hecho más fácil y a la vez más productiva la vida del hombre.

Estos sistemas, creados a partir de conceptos básicos de las diferentes ciencias, ramas de la industria, e incluso de necesidades tan básicas como el tener que contar, han generado en el hombre la necesidad de tener todo proceso de manera automática, a partir de esta idea, se concibe la automatización, como una serie de sistemas que de manera automática o semiautomática logran realizar cualquier trabajo en menos tiempo y con mayor calidad.

La automatización como proceso ha sido una de las mayores creaciones del hombre,

pues

a

partir

de

sus

resultados

se

han

logrado

disminuir

significativamente fallas de tipo humano, así como se han mejorado los niveles de producción, y sus mismos niveles de vida.

En el proceso de automatización, se pueden evidenciar sistemas y mecanismos de todo tipo, Como proceso la automatización se compone de tres fases, el ingreso de datos, el procesamiento de dichos datos la salida y ejecución de los mismos.

Para realizar un correcto automatismo en una industria, es necesario contar un sistema que nos brinden una supervisión detallada de todo el proceso industrial que ocurre en la planta. Para de esta manera poder facilitar, el trabajo al operador en el momento de percibir o corregir una falla en dicho sistema.

Un sistema ideal para lograr un apto automatismo en cualquier industria, es el sistema Scada acrónimo de Supervisión, Control y adquisición de Datos (en 32

inglés Supervisory Control And Data Acquisition), es una aplicación que permite el control y supervisión de procesos industriales de forma remota. La particularidad de

este sistema es

que facilita

en

tiempo

real

la

retroalimentación

del sistema controlando automáticamente el proceso con los datos de los diferentes sensores que lo conforman. Además suministra datos en tiempo real del estado del proceso, pudiendo tener información sobre el control de calidad, los niveles de producción, y otras variables que ayudan a la gestión del proceso. Torre de enfriamiento En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la trasferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entramado denominado relleno “ relleno”. El agua entra en la torre por la parte superior y se disminuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto óptimo entre en agua y el aire atmosférico.

Figura1: torre de enfriamiento.

33

El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire. Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugar una cesión de calor de agua hacia el aire. Esta se produce debido a dos mecanismos; la transmisión de calor por convención del agua debido a la evaporación.

En la transmisión de calor por convención, se produce un flujo de calor en dirección al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperatura entre ambos fluidos. La tasa de enfriamiento por evaporación es de gran magnitud en las torres enfriamiento; alrededor del 90% es debida al fenómeno difusivo. Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina película de aire húmedo saturado sobre la lámina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido a que la presión parcial de vapor de agua en la película de aire es superior a la del aire húmedo que circula por la torre, produciéndose una cesión de vapor de agua (evaporación). Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporización del propio líquido. Este calor latente es cedido al aire, obteniéndose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire, obteniéndose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire. La diferencia de temperaturas del agua a la salida y a la temperatura húmeda del aire se llama acercamiento o aproximación.

Figura 2: Componentes de una torre de enfriamiento 1

34

Figura 3: Componentes de una torre de enfriamiento 2

Clasificación de las torres de enfriamiento la forma más simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es según la forma en que se mueve el aire a través de éstas. Según este criterio, existen torres de circulación natural y torres mecánico. En las torres de circulación natural, el movimiento del aire sólo depende de las condiciones climáticas y ambientales. Las torres de tiro mecánico utilizan ventiladores para mover el aire a través del relleno.

Tipos de torres de circulación natural Se dividen en dos grupos las torres atmosféricas y las torres de tiro natural

1) Las torres atmosféricas: utilizan las corrientes de aire de la atmosfera. El aire se mueve de forma de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado). Son torres de gran altura y pequeña sección transversal. 35

Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma que ningún obstáculo puede impedir la libre circulación de aire a través de la torre.

Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamaño, pero el costo de mantenimiento es reducido, al no existir partes mecánicas móviles. Una torre de este tipo puede ser una solución muy económica para determinadas necesidades de refrigeración si se puede garantizar que funcionará habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8Km/h. si la velocidad promedio del viento es baja, los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relación a una torre de tiro mecánico y no compensan el ahorro del costo de ventilación. Actualmente las torres atmosféricas están en desuso.

2) Una torre de tiro natural: es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno. La diferencia de densidades entre el aire húmedo caliente y el aire atmosférico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a través de la torre. La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea también ayuda a establecer el flujo de aire. Por ambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, además, deben tener una sección transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente. Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua. Al igual que las torres atmosféricas, no tienen partes mecánicas. La velocidad media del aire a través de la torre suele estar comprendida entre 1 o 2 m/s. las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada, ya que esta debe ser siempre inferior a la del agua caliente. No es posible conseguir un valor de acercamiento pequeño y es muy difícil exactamente la temperatura del agua. En las torres de tiro natural no se pueden utilizar relleno de gran capacidad, debido que la resistencia al flujo de aire debe ser lo más 36

pequeña posible. Estas plantas industriales debido a fuerte inversión inicialmente necesaria.

Torre de tiro mecánico

Proporcionan un control total sobre el caudal de aires suministrado. Se trata de torres compactas, con una sola sección transversal y una altura de bombeo pequeñas en comparación con las torres de tiro natural. En estas torres se pueden controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida, y se producen lograr valores de acercamiento muy pequeños (hasta 1 o 2°C, aunque en la práctica acostumbra a ser de 3 o 4 °C). si el ventilador se encuentra situado en la zona de descarga del aire, se habla de tiro inducido.

Torre de tiro forzado

En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre. Estas torres, casi siempre, de flujos a contracorrientes.

Son más eficientes que las torres de tiro inducido, puesto que la presión dinámica convertida a estática realiza un trabajo útil. El aire que se mueve es aire frio de mayor densidad que en el caso de tiro inducido. Esto también significa que el equipo mecánico tendrá una duración mayor que en el caso de tiro inducido, ya que el ventilador trabaja con aire frio y no saturado, menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida, como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculación del aire de salida hacia la zona de baja presión, creada por el ventilador en la entrada de aire.

Torres de tiro inducido

Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contra corriente o de flujo cruzado. El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a través del 37

relleno, de manera que los flujos de agua y de aire tiene la misma dirección pero sentido opuesto. La ventaja que tienen estos tipos de torres es que el agua más fría se pone en contacto con el aire más seco, lográndose un máximo rendimiento. En éstas, el aire puede entrar a través de una o más paredes de la torre, con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire. Además, la elevada velocidad con la que entra el aire hace que exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extraños dentro de la torre. La resistencia del aire que asciende contra el agua que se traduce en una gran pérdida de presión estática y en un aumento de la potencia de ventilación en comparación con las torres de flujo cruzado.

Figura 4: Torre de tiro inducido

Torres de flujo cruzado

En este tipo de torre, el aire circula en dirección perpendicular respecto al agua que desciende. Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a 38

cortacorriente, ya que la altura total de la torre es prácticamente igual a la del relleno. El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorrientes, debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre. La principal desventaja de estas torres es que no son recomendadas para aquellos casos en los que se requiera un gran salto térmico y un valor de acercamiento pequeño.

Sistema de control

Anteriormente a los autómatas, muchas de estas tareas de control se solucionaban mediante relés o contactos. Esto con frecuencia se denominaba controlo mediante lógica cableada. Se tenían que diseñar los diagramas de circuito, especificar e instalar los componentes eléctricos, y crear listas de cableado. Entonces los electricistas debían cablear los componentes necesarios para realizar una tarea específica. Si se cometía un error, los cables tenían que volver a conectarse correctamente. Un cambio en su función o una aplicación del sistema requería grandes cambios en los componentes y su recableado.

Características de los Sistemas de Control

Señal de corriente de entrada: es considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.

Señal de corriente de salida: es la respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.

Variable manipulada: es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso.

39

Variable controlada: es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida del proceso.

Conversión: mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la variable.

Variaciones externas: son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.

Fuente de energía: es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.

Retroalimentación: es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables del sistema. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, este puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.

Tipos de Sistemas de Control Sistema de control en lazo cerrado: también se denominan realimentados; en él, se alimenta al controlador con la señal de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de realimentación (que puede ser la señal de salida misma), a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente.

Sistema de control en lazo abierto: en él no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada, por lo tanto, a cada una de ellas le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de

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la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, el control de lazo abierto no realiza la tarea deseada.

Una ventaja del control de lazo cerrado es que el uso de la realimentación vuelve la respuesta del sistema relativamente insensible a perturbaciones externas y variaciones internas, lo cual es imposible de lograr en el caso del control de lazo abierto.

Desde el punto de vista de estabilidad, el sistema de lazo abierto es más fácil de desarrollar, cuando ésta no es un problema importante; por otra parte, esta es la función principal en el control de lazo cerrado, lo cual conduce a corregir el exceso de errores producidos por oscilaciones de amplitud constante y cambiante Para los sistemas en los que se conocen con anticipación las entradas y en los cuales no hay perturbaciones, es aconsejable emplear el control de lazo abierto. Los sistemas de lazo cerrado sólo tienen ventajas cuando se presentan perturbaciones impredecibles y/o variaciones en los componentes del sistema.

Acciones Básicas de un Sistema de Control

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia (el valor deseado), determina la desviación y produce una señal de control que la reducirá a cero o un valor pequeño, la forma en la que produce la señal de control se denomina acción de control.

41

Figura 5: Diagrama de Bloques de un Sistema de Control Industrial

Los controladores industriales se clasifican por sus acciones de control, de acuerdo a la descripción presentada en la tabla n°1. TIPO DE CONTROL DE DOS POSICIONES (ON/OFF) PROPORCIONALES

INTEGRALES

DESCRIPCIÓN El elemento de actuación sólo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son encendido y apagado. Es común que maneje dispositivos que sólo admitan dos movimientos (o posiciones) como es el caso de las válvulas operadas por solenoides. En este tipo de controlador, la relación entre la salida del controlador u(t) y la señal de error e(t) se encuentran relacionadas a través de una constante (Kp), considerada como la ganancia proporcional del sistema. En él, el valor de la salida del controlador u(t) se cambia a una razón du(t) proporcional a la señal e(t), es decir, =Ki  e(t) , donde Ki es una dt constante ajustable. La función de transferencia del controlador integral es: U(s) E(s)

=

K

si

Kp t  e(t)dt , lo cual se traduce en Ti 0 U(s) 1   función de transferencia del controlador como: =Kp  1+  , donde, E(s)  Ti×s  Kp es la ganancia proporcional y Ti el tiempo integral, ambos son ajustables. El tiempo integral ajusta la acción del control integral, mientras que un cambio en el valor de Kp afecta las partes integral y proporcional de la acción de control. Se define mediante: u(t)=Kp  e(t)+Kp  Td  de(t) , cuya función de dt U(s) transferencia es: =Kp  1+Td  s  , donde Kp es la ganancia proporcional E(s) y Td es una constante denominada tiempo derivativo, ambas son ajustables. La acción de control derivativa, en ocasiones denominada control de velocidad, ocurre donde la magnitud de salida del controlador es proporcional a la velocidad de cambio de la señal de error. Se define mediante: u(t)=Kp  e(t)+

PROPORCIONALESINTEGRALES (PI)

PROPORCIONALESDERIVATIVOS (PD)

42

PROPORCIONALESINTEGRALESDERIVATIVOS (PID)

Este abarca las ventajas de las tres acciones de control individuales, t definida como: u(t)=Kp  e(t)+ Kp  e(t)dt+Kp  Td  de(t) , cuya función de Ti 0 dt transferencia es: U(s) =Kp  1+ 1 +Td  s  , donde Kp es la ganancia  

E(s)



Ti×s



proporcional, Ti es el tiempo integral y Td es el tiempo derivativo.

Tabla 1: Tipos de Control

Elementos de un Sistema de Control El proceso: es el sistema a controlar que comprende las funciones ejecutadas dentro de y por el equipo, en que debe controlarse una variable.

El medidor: permite verificar si las variables del proceso se encuentran en el valor o entre los valores deseados. Se compone de dos elementos básicos: el sensor, conectado directamente con el proceso; y el transmisor cuya función es acondicionar la señal a valores estándar preestablecidos

El controlador: compara el valor de la señal proveniente del medidor con el deseado o punto de consigna y en base a ella ejecuta las acciones necesarias para el control de los elementos finales. En la actualidad se utilizan en muchas de estas tareas Controladores Lógicos Programables (PLC), los cuales son configurados por el usuario para administrar las entradas y salidas del sistema.

Elementos finales de control (actuadores): convierten las señales eléctricas provenientes del controlador en acciones físicas sobre el sistema controlado.

Controlador Lógico Programable (PLC)

Se trata de un dispositivo digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones permitiendo la implementación de funciones específicas como: lógica, secuencias, temporizado, conteo y aritmética; con el objeto de controlar máquinas y procesos. 43

Figura 6: Estructura del PLC

Elementos de un PLC Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo, son: Sección de entradas: Se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión característicos, los cuales se encuentran en las hojas de características del fabricante.

Sección de salidas: Son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de carácter digital o analógico.

Clasificación de los PLC Los PLC‟s pueden ser clasificados tomando en consideración su forma constructiva, capacidad y cantidad de entradas y salidas, como se muestra en la tabla.

44

CLASIFICACIÓN DE LOS PLC’s PLC INTEGRALES Integran

todas

sus

partes en una misma Forma Constructiva

caja, compartimiento o chasis. Suele ser más baratos

y

pequeños,

pero tiene la desventaja de aplicarse con poco módulos. NIVEL 1 Son

PLC‟s

instrucciones

con sencillas

que controlan variables Capacidad

discretas

y

pocas

analógicas, operaciones aritméticas y capacidad de

comunicación

elementales.

PLC MODULARES Es

modular

cuando

se

puede

componer o armar en un bastidor o base de montaje, sobre el cual se instala el CPU, los módulos de entradas/salidas y los módulos de comunicaciones

si

fueran

necesarios, entre otros.

NIVEL 2 Son PLC‟s con funciones de mayor complejidad

como:

control

de

variables discretas y analógicas, operaciones

matemáticas

aritméticas y de punto flotante; E/S inteligentes

y

capacidad

de

conexión en red.

Tabla 2: Clasificación de los PLC

Señales Digitales: Son variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el tiempo transmitiendo información según un código previamente acordado. Cada nivel eléctrico representa uno de dos símbolos: 0 ó 1, V o F, entre otros.

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Figura 7: Funcionamiento de las señales digitales

Señales Analógicas: Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en forma análoga a alguna variable física. Estas variables pueden presentarse en la forma de una corriente, una tensión o una carga eléctrica. Varían en forma continua entre un límite inferior y un límite superior.

Figura 8: Funcionamiento de las señales analógicas

Hardware: Un PLC está constituido por un conjunto de tarjetas o circuitos impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos. El Controlador Programable (PLC) tiene la estructura típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La estructura básica del hardware de una consola programable propiamente dicha está constituida por:

Fuente de alimentación Unidad de procesamiento central (CPU) Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S) Módulo de memorias Unidad de programación 46

Un diagrama de bloques más completo que describe la estructura de un PLC sería el siguiente:

Figura 9: Estructura del PLC

Unidad Central de procesamiento (CPU): Está formada por la unidad de control, la tabla imagen de proceso, y por los temporizadores, contadores y bits internos. La CPU se encarga del tratamiento de los datos internamente (sumas, operaciones lógicas, transferencias, etc), busca o escribe operando en la memoria, lee o escribe datos en las unidades de entrada y salida, etc.

Memoria: Es la circuitería electrónica capaz de almacenar el programa de aplicación escrito por el usuario, y los datos provenientes de la máquina o proceso controlado. También es la encargada de almacenar las variables internas generadas por la CPU y las variables de salida a ser transferidas a los periféricos.

Módulo de Entrada: Es al que se unen los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores,...). Cada cierto tiempo el estado de las entradas se transfiere a la memoria imagen de entrada. La información recibida en ella, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo a la programación.

47

Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los pasivos y los activos. Los captadores pasivos son los que cambian su estado lógico (activado o no activado) por medio de una acción mecánica. Estos son los interruptores, pulsadores, finales de carrera, entre otros. Los captadores activos son dispositivos electrónicos que suministran una tensión al autómata, que es función de una determinada variable.

Módulo de Salidas: Es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactos, lámparas, motores pequeños,...). La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía a la memoria imagen de salidas, de donde se envía a la interface de salidas para que estas sean activada y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados:

Relés: son usados en circuitos de corriente continua y corriente alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. Triac: se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesitan maniobras de conmutación muy rápidas. Transistores a colector abierto: son utilizados en circuitos que necesiten maniobras de conexión / desconexión muy rápidas. El uso de este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de corriente continua.

PLC Siemens S7-300

El SIMATIC S7-300 está concebido para soluciones de sistema innovadoras con especial énfasis en tecnología de fabricación y, como sistema de automatización universal, constituye una solución óptima para aplicaciones en estructuras centralizadas y descentralizadas. 48

Este tipo de PLC se encuentra conformado con potentes módulos centrales con interfaz industrial Ethernet / PROFINET, funciones tecnológicas integradas o versión de seguridad en un sistema coherente evitan inversiones adicionales.

El S7-300 se puede configurar de forma modular, no hay ninguna regla de asignación de slots para los módulos periféricos. Hay disponible una amplia gama de módulos, tanto para estructuras centralizadas, como para estructuras descentralizadas con ET-200M

El uso de la Micro Memory Card como memoria de datos y programa hace innecesaria una pila tampón y ahorra costes de mantenimiento. Además, en esta tarjeta de memoria se puede guardar un proyecto asociado con símbolos y comentarios para simplificar el trabajo del servicio técnico.

Así mismo, la Micro Memory Card permite la actualización sencilla del programa o del

firmware

sin

programadora.

Además

se

puede

utilizar

durante

el

funcionamiento para guardar y consultar datos, por ejemplo, para archivar medidas o para procesar recetas.

Además de la automatización estándar, en un S7-300 también se pueden integrar funciones de seguridad y control de movimiento.

Muchos de los componentes S7-300 también están disponibles en una versión SIPLUS para condiciones ambientales extremas como, por ejemplo, rango de temperatura ampliado (de -40/25 a -60/70ºC) y utilización en atmósfera agresiva/condensación.

Responde a una concepción modular consecuente que permite soluciones a la medida que no queden sobre dimensionadas. Para todas consecuentemente por la innovación. 49

Figura 10: PLC Siemens S7-300

Lenguaje de programación

El estándar internacional IEC 61131-3 se está volviendo muy popular, en ella se definen cinco lenguajes de programación para los sistemas de control Programmable: FBD (Function block diagram), LD (Ladder diagram), ST (Structured text, similar al lenguaje de programación Pascal), IL (Instruction list) y SFC (Sequential function chart).

Mientras que los conceptos fundamentales de la programación del PLC son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento E/S, la organización de la memoria y el conjunto de instrucciones hace que los programas de los PLC nunca se puedan usar entre diversos fabricantes. Incluso dentro de la misma línea de productos de un solo fabricante, diversos modelos pueden no ser directamente compatibles.

Software de programación Step 7

Es un Software de Programación de PLC (Controladores Lógicos Programables el SIMATIC-S7 de Siemens, es el sucesor de SIMATIC S5 STEP 7 está ampliamente extendido en toda Alemania, Los autómatas SIMATIC constituyen un standard en

50

la zona, compitiendo en primera línea con otros sistemas de programación y control lógico de autómatas, según la norma IEC 61131-3.

STEP 7 domina el mercado de lenguajes de programación según la norma DIN EN 61131-3 disponiendo de tres lenguajes de programación: FBS - Funktionsbausteinsprache FUP Funktionsplan)Diagrama de funciones KOP - Kontaktplan englisch LD o LAD, diagrama de contactos AWL - Anweisungsliste englisch STL, lista de instrucción1 Según la norma EN 61131-3 (Engineering Tools): S7 SCL (Structured Control Language) Lenguaje de texto estructurado S7-Graph (grafisch programmierbare) Gráficos Programables

SISTEMAS SCADA

SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables,

etc.) y controlando el

proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

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Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA. Un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes prestaciones: 1) Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. 2) Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo. 3) Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. 4) Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador. Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por ejemplo), con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco e impresora, etc. Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones que incluye zonas de programación en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad. Algunos SCADA ofrecen librerías de funciones para lenguajes de uso general que permiten personalizar de manera muy amplia la aplicación que desee realizarse con dicho Scada.

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Módulos de un SCADA. Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes:

1) Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar. 2) Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete. 3) Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando pre programadas a partir de los valores actuales de variables leídas. 4) Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. 5) Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión. La incremente complejidad en la programación de los autómatas programables requiere más que nunca de la estandarización de la misma. Bajo la dirección del IEC el estándar IEC 1131-3 (IEC 65) para la programación de PLC's ha sido definida. Alcanzó el estado de Estándar Internacional en Agosto de 1992. Los lenguajes gráficos y textuales definidos en el estándar son una fuerte base para entornos de programación potentes en PLC's. Con la idea de hacer el estándar adecuado para un gran abanico de aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total: 1) Gráfico secuencial de funciones (grafcet).

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2) Lista de instrucciones (LDI o AWL). 3) Texto estructurado. 4) Diagrama de flujo. 5) Diagrama de contactos.

Gráfico secuencial de funciones (grafcet) El gráfico secuencial de funciones (SFC o Grafcet) es un lenguaje gráfico que proporciona una representación en forma de diagrama de las secuencias del programa. Soporta selecciones alternativas de secuencia y secuencias paralelas. Los elementos básicos son pasos y transiciones. Los pasos consisten de piezas de programa que son inhibidas hasta que una condición especificada por las transisciones es conocida. Como consecuencia de que las aplicaciones industriales funcionan en forma de pasos, el SFC es la forma lógica de especificar y programar el más alto nivel de un programa para PLC. Lista de instrucciones La lista de instrucciones (IL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solo una operación es permitida por línea (ej. almacenar un valor en un registro). Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación. Texto estructurado El texto estructurado (structured text o ST) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analógicos y digitales. También se especifica tipos de datos para el manejo de horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee soporte para bucles iterantes como REPEAR UNTIL, ejecuciones condicionales empleando sentencias IF-THEN-ELSE y funciones como SQRT(). 54

Diagrama de contactos El diagrama de contactos (ladder diagram LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación. En el estándar IEC los símbolos han sido racionalizados (se ha reducido su número). Diagrama de funciones El diagrama de funciones (function block diagram o FBD) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre sí de forma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de información o datos entre componentes de control. Organización de tareas El estándar también define una nueva arquitectura para la organización e interacción de tareas con PLC's. Una tarea controla la ejecución de un programa ejecutándolo periódicamente o en respuesta a un específico evento. Para optimizar los recursos del controlador, una aplicación puede ser fragmentada en un número de pequeños programas concretos. Cada programa está bajo el control de una tarea que se ejecuta a la velocidad que requiera la E/S asociada. Bloques de funciones Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos como reguladores PID. El estándar IEC asegura que los FB's son definidos empleando una metodología estándar. Hay controles empleando parámetros externos, mientras que los algoritmos internos permanecen ocultos empleando Programación Orientada a Objetos. Variador de frecuencia Se tratan de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo de los motores eléctricos de inducción; los hay de c.c (variación de tensión), y c.a 55

(variación de la frecuencia); los más utilizados son los de los motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar (jaula ardilla). También se les suele denominar inversores (inverter) o variadores de velocidad.

Red de suministro Acometida de c.a, monofásica en aparatos para motores pequeños de hasta 1,5 Kw (2C.V aproximadamente), y trifásica, para motores de más potencia, hasta valores de 630Kw o más.

Entradas y salidas (E/S o I/O diferentes conexiones de entradas y salidas de control): Pueden ser de tipo digitales de tipo todo o nada (contactos, pulsadores, conmutadores, contactos de relé, entre otros) o analógicas mediante valores de tensión (0…..10V o similares) e intensidad (4…..20mA o similares). Además pueden incluir terminales de alarma, avería, entre otros. Comunicaciones Estos dispositivos pueden ingresarse en redes industriales, por lo que dispones de un puerto de comunicaciones, por un ejemplo RS-232, RS-485, red LAN, buses industriales (profiBus) o conexiones tipo RJ-45 o USB para terminales externos y ordenadores. Cada fabricante facilita el software de control, directo o mediante bus de comunicaciones. Que permitirá el control, programación y monitorización del variador (o variadores) en el conjunto de aparatos de control empleados. Salida Conexión al motor, generalmente de tres hilos (U-V-W) para la conexión directa en triangulo o estrella según la tensión del motor.

56

Figura 11: Diagrama en bloques de un variador de frecuencia

1) Rectificador: partiendo de la red de suministro de c.a, monofásica o trifásica , se obtiene c.c mediante diodos rectificadores. 2) Bus de continua: condensadores de gran capacidad (y a veces también bobinas), almacenan y filtran la c.c rectificada, para obtener un valor de tensión continua estable, y reserva de energía suficiente para proporcionar la intensidad requerida para el motor. 3) Etapa de salida: desde la tensión del bus de continua un ondulador convierte esta energía en una salida trifásica, con valores de tensión, intensidad y frecuencia de salida variables. Como elementos de conmutación, se usan principalmente transistores bipolares (BJT), CMOS o similares, IGBT, tiristores (SCR),GTO, entre otros. Las señales de salida, se obtiene por diversos procedimientos como troceado, mediante ciclo convertidores, o señales de aproximación sinusoidal mediante modulación por anchura de impulsos PWM. 4) Control y E/S: circuitos de control de los diferentes bloques del variador, protección, regulación, entradas y salidas, tanto analógicas como digitales. Además se incluye el interfaz de comunicaciones con buses u otros dispositivos de control y usuario.

57

Conceptos básicos sobre variadores para motor trifásico:

Velocidad (n): La velocidad en el eje de un motor asíncrono en rpm, depende del número de polos magnéticos del motor, y la frecuencia f (Hz), de la red de suministro:

Dónde: n= velocidad en rpm. F= frecuencia de la red en Hz. p= números de par de polos del motor.

Los motores se fabrican para una velocidad nominal o de trabajo determinada, pero mediante el variador de frecuencia dicha velocidad puede controlarse de manera progresiva.

El variador puede proporcionar frecuencias de salidas superiores a la de trabajo del motor, lo que hace girar a mayor velocidad que la nominal. La curva de par, para la velocidad de trabajo mayor de la nominal, disminuye, de manera que con la velocidad doble (200%) el par cae a la mitad del nominal. Sobre la velocidad es útil en aplicaciones que no requieren mucho par.

Figura 12: Curva de velocidad del motor

Par transmitido por el eje (par motriz): La fuerza de tracción del motor a través 58

del eje, depende principalmente de las expresiones siguientes:

Dónde: T= par motriz (también suele usarse como M o Mm) K y 9550 = constantes F = frecuencia en Hz P = potencia del motor en Kw N = velocidad (real) de giro del motor en rpm Por otro lado, el flujo magnético en los polos del motor (Φ), depende de la tensión:

El flujo magnético:

Es decir, el par dependiente directamente del flujo magnético, por lo que para obtener el control del par, hay que operar sobre este parámetro; por ello, si tenemos en cuenta las relaciones de par de velocidad: Par constante= flujo contante, en consecuencia:

.

El factor u/f tiene especial importancia en la forma de configurar un variador, ya que de ahí dependerá el par motriz desarrollado por el motor, sin importar la velocidad de giro.

Además de la primera expresión de T, vemos que el par proporcional a

de

manera que si u/f es una constante, el par dependerá de manera directa de la tensión : T∞

Tensión de arranque inicial: En el arranque de un motor con carga, es necesario aplicar un cierto par inicial mínimo, para garantizar que el motor empiece a girar. 59

Esto se consigue, iniciando la marcha con un valor de tensión determinado UINI, de acuerdo a las relaciones (u/f) y TINI vistas en el apartado anterior:

Figura 13: Tensión para el arranque inicial.

La variación del par debe ser cuidadosa, para no exceder las características del motor ni sobre cargar el propio variador, especialmente en el arranque, ya que podría circular una intensidad de corriente elevada, y eso no lo permite el variador.

Características de carga típica:

1) Par de carga constante (T=cte): En sistemas que tienen siempre (o aproximadamente) el mismo par resistente, como molinos, bombas de pistón, transportadoras en carga. Las curvas de par-velocidad pueden ser las siguientes:

Figura 14: Curva de par-velocidad

60

En el arranque (real) puede ser necesario un sobre par para vences la fuerza de rozamiento del sistema, parado con carga. (El sobre par debe programarse de acuerdo a las necesidades y posibilidades del variador, ya que puede incrementar excesivamente el valor de IN).

La potencia necesaria aumenta proporcionalmente a la velocidad, por lo que se produce una aceleración lineal hasta lograr la velocidad o de trabajo.

Figura 15: Curva de par-velocidad

61

2) Par de carga cuadrático:

; El par es proporcional al cuadro de la

velocidad. Es decir, inicialmente muy bajo, va creciendo de forma cuadrática al aumentar la velocidad. Esta característica se da en los ventiladores, motores de bombas centrifugas, entre otros.

Figura 16: curva par cuadrático

3) Potencia constante (

); al contrario que antes, el par

disminuye al aumentar la velocidad, para mantener la potencia constante. Este tipo de demanda, se da en máquinas herramientas (cortes), bobinas, laminación, entre otras. A veces se aprovechan las características de sobre-velocidad para mejorar las posibilidades del proceso, si el par necesario no es alto.

Otros parámetros y características 1) Variación de la frecuencia tipo S y doble S: se combina una variación proporcional lineal en uno o dos pasos, de modo que el primero la frecuencia de salida aumenta de forma progresiva, y después de manera más rápida. El punto de inflexión de la “s” se da la máxima aceleración 62

Figura 17: curva de Variación de la frecuencia tipo S y doble S

2) Golpe de ariete: se da en ciencias de elevación de agua y fluidos, mediante bombas. Si durante la marcha normal, se produce un paro repentino de motor (electrobomba), la columna de agua o fluido en ascenso, tiene a “caer”, comprimiendo al resto del fluido del tubo y produciendo un efecto de comprensión-expansión que puede deformar o agrietar el tubo o los componentes. La manera de evitarlo mediante un variador, es la presión ejercida sobre la columna de fluido, varié suavemente. En caso de avería, falta de tensión parada inesperada, es conveniente que el sistema disponga de otros tipos de protección de seguridad..

Protección de motor y variador 1) Los variadores proporcionan un valor de intensidad nominal I N en condiciones de trabajos normales, y permiten una cierta sobre carga de breve duración. No se producen picos o puntas de arranques elevadas. Ejemplo: Valor de IN; sobrecarga: 200%(

)

150%(

).

2) Se incluyen las funciones del relé térmico de sobrecarga y propias del variador: falla de fase, temperatura interna, frenado, ventilador, entre otros. 3) Disponen de señales de alarma (contactos o salidas analógicas es nece), y detectan los fallos de fase, inversión, sobre tensión, entre otros. 63

4) Externamente, es necesario instalar junto al variador un interruptor automático magnético, apropiado a la intensidad nominal a manejar. En los manuales del variador se indica el calibre de la protección, incluidos los fusibles si se usaran. 5) El variador dispone de toma a tierra. Esta toma de tierra, no debe estar en contacto con bornes comunes de la entradas o salidas, analógicas y/o digitales.

Temperatura de trabajo del motor

1) Los motores llevan incorporado un ventilador, que refrigera al motor en condiciones normales, al estar instalado en el propio rotor, el ventilador gira a su velocidad; cuando mediante al variador, el motor gira velocidades reducidas, el ventilador pierde eficacia, y en consecuencia, la temperatura del motor puede aumentar excesivamente.

Figura 18: curva de temperatura del motor

2) Cuando la relación par-velocidad se mantiene dentro de la zona uno, la temperatura del motor permanece en valores aceptables; en cambio cuando se hace trabajar en la zona dos (par de trabajo mayor al 50%) la temperatura aumenta y debe haber refrigeración suplementaria desde el exterior. 64

3) Algunos motores disponen en su interior de sondas de temperaturas (resistencias PTC o similares), que pueden ser usadas con el variador en combinación de los sistemas de detección adecuados, para una protección total del motor. 4) Por otro lado, en caso de la velocidad, el ventilador interno no es eficaz, ya que aumenta la resistencia por rozamiento del aire, y tiende a provocar u sobreesfuerzo del propio motor, de manera que se necesitaría refrigeración externa.

Frenado El frenado del motor, consiste en el descenso controlado de su velocidad, reduciendo la frecuencia aplicada. Se establece en unidades de tiempo, teniendo en cuenta que el par aplicado, sea constante o variable. Algunos casos de frenado:

1) Rampa lineal de parada: se ajusta en el tiempo (en s) que debe dura la parada. Generalmente valido a motores con poca carga resistente a la velocidad (detención sin carga resistente o poca inercia). 2) Frenado regenerativo: la inercia de la carga, tiende a hacer girar el motor más rápido que la frecuencia establecida por el variador(velocidad hipersincrona), por lo que el motor funciona como generador. La energía que retoma el variador, se disipa mediante una resistencia o un dispositivo de frenado externo(no incluido en el variador). 3) Sistemas de gran potencia(tren, grandes grúas de pórtico…): este efecto puede aprovecharse para recuperar parte de la energía, que es devuelta a la red, mediante variadores específicos con recuperación. 4) Inyección de c.c: el variador, pueden inyectar durante un breve periodo de tiempo, cierto valor de c.c que provoca el frenado rápido del motor.

65

5) El bloqueo inesperado del motor( por bloqueo de rotor o por sobrecarga): provocara una intensidad muy elevada, y la parada por sobrecarga del variador, con la activación de alarmas. El restablecimiento podrá ser manual o automático (según la programación). 6) Frenado o bloqueo del motor una vez parado: debe conseguirse mediante otro procedimiento externo al variador; freno magnético, zapata, disco entre otros.

Manejo y configuración 1) Manual en el propio variador: dispone de una pequeña pantalla (display) y teclas de operación (PU= programming unit), que permiten acceder a diferentes menús de configuración, establecer valores o modos de funcionamiento. muchos parámetros pueden configurarse o modificarse, con el motor apagado. 2) Consola de configuración: es un dispositivo auxiliar dotado de una pantalla y teclado, que permite acceder a todas las funciones del variador. La consola se conecta al variador mediante una toma propia o de comunicación (RJ45, RS485, USB…), una vez realizada la programación, se desconecta y el variador queda configurado para trabajo autónomo. 3) Operación fija externa (EXT): se configura determinadas entradas y salidas, y se instalan en el armario pulsadores, interruptores, selectores, o potenciómetros para activar las funciones fijas configuradas internamente. Así el operador o técnico responsable, no accede al variador, sino a controles externos.

66

4) Panel del operador: consiste en una pantalla (alfanumérica grafica) tipo táctil, que enlaza con el variador, permite su control total o parcial, de acuerdo a la programación establecida. Por otro lado el funcionamiento normal, algunos tipos de panel gráfico, pueden ofrecer determinada información, velocidad, par, intensidad o mostrar figuras, diagramas del sistema(depende del sistema y especialmente de las comunicaciones y software)

Figura 19: panel del operador

5) Mediante bus industrial: el variador puede estar conectado a un bus industrial (similar a una red). De manera remota, un ordenador puede ejercer control, y monitorear las condiciones de trabajos normales y de avería. Se evita la necesidad de un operativo que manipules y se integra en el proceso industrial de manera automática. El software de programación, suele ser solicitado por el fabricante del variador, y en general será compatible, con los buses industriales más utilizados, o sistemas de control automatizado, tipo Scada.

Funciones o parámetros más importantes: 1) Red de suministro de alimentación. Potencia del variador. 2) Señales de salida: tensión e intensidad adecuada al motor. 3) Frecuencias de salida mínima y máxima. 4) Tiempo de aceleración y de parada. 5) Control del par inicial. 67

6) Protección térmica. Intensidad nominal, sobrecarga y rearme. 7) Visualización: indicaciones de la pantalla (frecuencia, intensidad, etc.) 8) Señales de alarma y monitoreo 9) Entradas/Salidas de control (todo o nada y analógicas) 10) Elementos de control (pulsadores, terminales, potenciómetro…) 11) Funciones avanzadas 12) Ajuste de características del motor (auto tune) 13) Control de par 14) Calibración 15) Borrado y reinicio de funciones y parámetros 16) Comunicaciones 17) Control mediante bucle PI, PID. 18) Operación sobre varios motores

Señales de salida (formas de onda):

El variador produce tres fases de salida, mediante “troceado” de la contínua; para eso se usan transistores o dispositivos de potencia que actuando como interruptores, generan las señales de salida, con valores de tensión y frecuencia variables, según la regulación:

Figura 20: señales de salida tipo onda

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Los diferentes pulsos de la salida, son fragmentos de onda rectangular, (con valores positivos y negativos respecto al eje), generan una señal equivalente o tensión eficaz, de forma senoidal; análogamente la intensidad eficaz es casi senoidal. Las frecuencias del troceado se pueden ajustar, para reducir ruidos e interferencias producidas por motor y variador. Las casas comerciales suministran, como opción, filtros que pueden instalarse entre en variador y la red de suministro, para evitar que las señales de ruido puedan salir a la red y afecten a otros aparatos. Regulación en lazo abierto o cerrado El conjunto variador-motor, se conectan directamente, y el propio variador, basándose en las señales que recibe (intensidad, fases, velocidad, respuesta del motor…) regula todo el proceso según los parámetros fijados. Otra forma de control, es tomando una muestra real del motor (mediante captadores tipo encoder o similares) y realizar el control mediante lazo o bucle cerrado tipo PI, PID etc., que se denomina servosistema:

Figura 21: Regulación de lazo abierto o cerrado

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Ventajas de uso del variador (frente al resto de arranques)

1) Evita picos o puntas de intensidad en los arranques del motor. (Muy pronunciados en el arranque directo, en estrella-triángulo y medios con arrancadores progresivos). 2) El par se controla totalmente a cualquier velocidad, lo que evita saltos o bloqueos del motor ante la carga. (En un arrancador progresivo la regulación del par es difícil, ya que se basa en valores de tensión inicial). 3) No tiene factor de potencia (cos φ = 1), lo que evita el uso de baterías de condensadores y el consumo de energía reactiva (ahorro económico). 4) Comunicación mediante bus industrial, lo que permite conocer en tiempo real el estado del variador y el motor, así como el historial de fallos (facilita el mantenimiento). 5) Los arranques y paradas son controlados, y suaves, sin movimientos bruscos. 6) Protege completamente el motor, el variador y la línea. 7) El consumo energético se adapta a la exigencia del motor (ahorro de energía). 8) Mediante contactos externos de bypass (puente) se puede utilizar un solo variador para el control secuencial de varios motores, tanto en arranque como en parada.

Desventajas: 1) La instalación, programación y mantenimiento, debe ser realizada por personal cualificado. 2) Si no está bien aislado, puede derivar ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían afectar a otros elementos electrónicos cercanos. 3) Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversión, que un sistema simple (contacto-guarda motor), si bien a la larga se amortiza el gasto suplementario, por el ahorro energético y de potencia reactiva que aporta el variador. 70

4) Las averías del variador, no se pueden reparar in situ (hay que enviarlos a la casa o servicio técnico). Mientras tanto debe disponerse de otro variador equivalente, o dejar la instalación sin funcionamiento.

Sensor ultrasónico: Un sensor de ultrasonidos es un dispositivo cuya característica principal es que se conecta y alimenta directamente mediante bucle de corriente de 4-20 mA. Este tipo de bucle es muy utilizado en entornos de instrumentación industrial y entre otras ventajas permite alimentar el modulo con el mismo cable por el que se realiza la medición. El rango de trabajo es de 2cm a 5,1 metros. La salida de corriente es de 4mA con rango de 0 y de 20mA con una medida de 5,1 metros, lo que implica un valor nominal de 4mA + 31,37 uA por cada centímetro de medición. La tensión del bucle debe estar entre los 9v y los 24V para el funcionamiento correcto del módulo. El sensor ultrasónico SRF06 realiza medidas continuas cada 70 -100 mS. Las conexiones del sensor se limitan a la entrada del positivo y el negativo del bucle de corriente, estando además protegidas por un diodo contra inversiones de polaridad. Este sensor está especialmente indicado para cuando se utilizan dispositivos con capacidad de medida de bucles de 4 -20mA. Si no dispone de este tipo de bucle es mejor utilizar otro tipo de sensor con diferente conexión.

Figura 22: Sensor ultrasónico

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Válvula: Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.

Válvula de control: La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.

Partes de la válvula de control; Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.  Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros,

por

ser

las

más

sencillas

y

de

rápida

actuaciones.

Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas

neumáticamente.

Los

actuadores

neumáticos

constan

básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en 72

cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera .

Figura 23: Actuador de la válvula de control

 Cuerpo de la válvula: este está provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. Sensor de temperatura PT100: La PT100 es un sensor de temperatura que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. Este sensor PT100 es el corazón sensible a la temperatura de cualquier termómetro de resistencia. Aparte de la forma de montaje, son sus características las que básicamente determinan las propiedades técnicas de medida del sensor. El incremento de la resistencia de la PT100 no es lineal pero si creciente y característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde. Normalmente las sondas PT100 industriales se fabrican encapsuladas en la misma forma que los termopares, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina). En un extremo está el elemento 73

sensible (Sensor RTD) y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal)

Figura 24: Sensor de temperatura PT100

PT100 Construcción y funcionamiento Dependiendo de la forma de construcción, la parte bobinada de las PT100 en forma de hilo o cinta de platino, sensible a la temperatura, va encapsulada en un cuerpo cerámico o de vidrio, o bien se encuentra como fina capa sobre una plaquita cerámica. Los terminales del elemento de medida están unidos a la parte resistiva activa de forma que resistan a las vibraciones. En el caso de las PT100 múltiples, las bobinas respectivas se identifican por el diferente largo de los pares de terminales. El principio activo de las PT100 es la modificación de su resistencia eléctrica, que varía según la temperatura a la que son sometidas. Como elemento extendido, la PT100 recoge el valor medio de la temperatura existente a toda su longitud. PT100 Normas Todas las PT100 de platino suministradas y montadas por SRC cumplen con los valores básicos y las desviaciones admitidas de la norma DIN IEC 751. Los valores DIN rigen para un valor nominal de 100 Ohms. La estabilidad de temperatura de la PT100 con respecto a sus valores medidos asimismo cumple o excede las exigencias DIN IEC

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Sondas PT100 Tipos y montajes: Para obtener una medida de temperatura segura con PT100 de platino, es necesario que sus características mecánicas y técnicas de medida (Tamaño, forma, resistencia a vibraciones, rango de temperatura, tiempo de respuesta, resistencia al aislamiento, etc.) sean las adecuadas para la clase de medida y las condiciones del lugar de aplicación. Los modelos más estándar están formados por un tubo de protección metálico en inoxidable, en el cual se coloca el sensor PT100 y tiene una salida mediante cable, conector o cabezal. Aparte del rango de temperatura del PT100, el montaje determinara el rango de temperatura de la sonda PT100. Aparte de la necesidad de seleccionar el modelo de PT100 adecuado, es de especial importancia el montaje en el lugar donde se quiera medir. Ello requiere un alto grado de conocimiento, por lo que les aconsejamos el asesoramiento de nuestro técnico en aplicaciones. PT100 Ventajas: Los PT100 siendo levemente más costosos y mecánicamente no tan rígidos como los

termopares,

los

superan

especialmente

en

aplicaciones

de

bajas

temperaturas. (-100 a 200 °). Los sensores PT100 pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado con la ventaja que la PT100 no se descompone gradualmente entregando lecturas erróneas, si no que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso. Este comportamiento es una gran ventaja en todo tipo de dispositivos donde una desviación no detectada de la temperatura podría producir algún daño grave. Además la PT100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor problema utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensión. Dependerá del tipo de conexión para minimizar las pérdidas de señal, a continuación se los mostramos.

75

PT100 Precauciones Es frecuente que cables en ambientes muy húmedos se deterioren y se produzca un paso de corriente entre ellos a través de humedad condensada. Aunque mínima, esta corriente "fugada" hará aparecer en el lector una temperatura menor que la real. Estas fugas también pueden ocurrir en óxido, humedad ó polvo que cubre los terminales. Por la descripción hecha de los métodos de medición, queda claro que a diferencia de los termopares, no es posible conectar 2 unidades lectoras a un mismo Pt100 pues cada una suministra su corriente de excitación. En el momento de comprar un Pt100 se debe tener presente que existen distintas calidades y precios para el elemento sensor que va en el extremo del sensor Pt100. Los de mejor calidad están hechos con un verdadero alambre de platino, en tanto que existen algunos sensores económicos hechos en base a una pintura conductora sobre un substrato de alúmina (cerámica) Estos últimos son menos precisos. En general no se debe montar un Pt100 en lugares sometidos a mucha vibración pues es probable que se fracture. PT100 Conexión 1) PT100 2 hilos: El modo más sencillo de conexión (pero menos recomendado) es con solo dos cables. Este solo se recomienda para medición máximo a 10 metros del regulador de temperatura ya que a partir de ahí el sensor pt100 puede tener pérdidas de señal 2) PT100 3 hilos: El modo de conexión de 3 hilos es el más común y más utilizado para procesos industriales resuelve bien el problema de error generado por los cables. El único requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica pues el 76

sistema de medición se basa (casi siempre) en el "puente de Wheatstone". Por supuesto el lector de temperatura debe ser para este tipo de conexión. La mayoría de los equipos industriales vienen preparados para conexión PT100 3 hilos. 3) PT100 4 hilos: El método de 4 hilos es el más preciso de todos y se usa para laboratorio. Los 4 cables pueden ser distintos (distinta resistencia) pero el instrumento lector es más costoso. Transformador de control: Muchas veces se prefiere alimentar el circuito de control con un voltaje menor que el de fuerza. De esta manera se incrementa la seguridad del operador y del personal de mantenimiento. Para ello se requerirá un transformador de control.

Existen varios criterios para la selección del tamaño adecuado de este transformador. Sin embargo quedan, uno de los más sencillos establecen que los VA del mismo quedan determinados por la mayor de este par de condiciones;

1) Igual o mayor que el 25% de la suma de los VA de cierre de todas las bobinas que se energicen simultáneamente en el circuito de control, en la condición más crítica de operación del mismo, más la suma de los Web del máximo neerlandés de lámparas de señaliza con que funcionen en este momento. 2) Igual o mayor que el 125% de la suma de los VA permanentes de todas las bobinas y los W de las lámparas que estén continuamente energizadas, en la peor condición.

De esta manera se pretende disminuir, en una forma razonable la caída de tensión en el transformador y su calentamiento, tanto con el momento de la energización del circuito, con su operación permanente.

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Por otra parte, y como de costumbre, es conveniente seleccionar un transformador un poco mayor del mínimo obtenido según este procedimiento (al menos un 25% adicional), aunque fin de tener cierta capacidad de expansión.

Además, la regulación de tensión del transformador de control, debe ser tal que el voltaje secundario máximo anotador circuito abierto, no supere 1.05 veces la tensión nominal. Por otra parte, cuando do alimenta 4 veces su potencia nominal, su voltaje secundario no debe ser menor de 90% del valor nominal.

Protección del transformador de control: En general, los transformadores de control deben de tener un dispositivo de protección en su primario. Para baja tensión, la corriente nominal del mismo circuito deberá ser mayor de 1.25 veces el ampare nominal del transformador.

Si se coloca una protección en el secundario, cuyo ampare nominal no sea mayor del 125% de la corriente nominal del secundario del transformador, no se amerita una protección independiente en el primario, siempre que la intensidad nominal del dispositivo de protección del circuito ramal no supere el 250% de la nominal del primario.

En cualquier caso, y ahora los fines de proteger los conductores de control, tal como lo requiere el C.E.N, se debe colocar una protección en el secundario del transformador, la cual puede estar constituida por un disyuntor miniatura (de muy poco amperaje nominal) o uno o dos fusibles (dependiendo si el secundario esta puesto al tierra o no).

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Selectividad de las protecciones La selectividad de las protecciones consiste en que, siempre que ocurre un corto circuito o una falla a tierra, el disyuntor que se debe disparar es aquel que se encuentra más cercano a la localización del defecto.

Esto implica que si en un tablero, que contiene un disyuntor principal y varios disyuntores de salida, se produce una falla en uno de los ramales, debe disparar el disyuntor de ese ramal, y no el principal del tablero. Este solo debe operar como respaldo del ramal, en caso de web este disyuntor de salida no abra, debido a un abrazo algún defecto interno.

La selectividad es sumamente importante en aquellas instalaciones en las que se desea mantener al máximo la continuidad del servicio eléctrico, ya que impide que la falla de un ramal provoque la des energización de un tablero incluyendo los sanos.

Coordinación de las protecciones de un arrancador La coordinación de las protecciones de un arrancador tiene por objeto garantizar que, tanto el dispositivo de protección contra cortocircuitos (disyuntor o fusible), como el relé de sobrecargas se encargarán de despejar cualquier falla, en un tiempo adecuado, como para que no sufra daños ni en los equipos ni las personas.

Esto requiere un trabajo coordinado del disyuntor y del relé térmico, en los siguientes términos: 1) Para las sobrecargas (1.05 < Ir < poder de corte del contacto para esa categoría de servicio), el relé de sobrecarga debe des energizar el contacto, antes de que se dispare el disyuntor o sé que me él fusible del circuito ramal.

79

2) Cualquier otra corriente mayor (hasta una corriente igual al poder de corte del dispositivo de protección contra cortocircuitos) debe ser despegada

por el

disyuntor o fusible. 3) El relé de sobrecargas y el disyuntor o fusible deben permitir que la intensidad del arranque circule durante el tiempo necesario, sin provocar la des energización del motor. 4) El conjunto de las curvas de disparo de relé de sobrecargas y del dispositivo de protección contra cortocircuitos deben ubicarse por debajo de la curva de daño del motor y de los conductores que lo alimentan. 5) Si el arrancador va al tener coordinación tipo 2, la curva de disparo del disyuntor o fusible debe ubicarse por debajo de la curva de tolerancia térmica del mismo. Motor eléctrico asíncrono

Aspectos constructivos La máquina asíncrona o de inducción al igual que cualquier otro dispositivo de conversión electromagnética de la energía de tipo rotativo, está formada por un estator y un rotor. En el estator se le coloca normalmente el inductor, alimentado por una red mono o trifásica. El rotor es el inducido y las corrientes que circulan por el aparecen como consecuencia de la interacción con el flujo del estator. Dependiendo del tipo de rotor estas máquinas se pueden clasificar en: 1) Rotor en jaula ardilla o en cortocircuito. 2) Rotor devanado o con anillos.

El estator está formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio que disponen de unas ranuras en su periferia en las que se sitúa un devanado trifásico distribuido, alimentado por una corriente del mismo tipo, de tal forma que se obtiene un flujo giratorio de amplitud constante distribuido senoidalmente por el entrehierro. El estator se encuentra rodeado por una carcasa como se indica en la

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figura, disponiéndose en esta las correspondientes patas fijación y los anillos o cáncamos de elevación y transporte.

El rotor está constituido por un conjunto de chapas apiladas, formando un cilindro, que tienen unas ranuras en la circunferencia exterior, donde se coloca el devanado. En el tipo Jaula de Ardilla se tienes una serie de conductores de cobre o de aluminio puestos en cortocircuito por dos anillos laterales (el nombre de jaula provine del aspecto que tomaría este devanado de hierro si se omitiera el apilamiento del hierro).

Figura 25: Estator de un motor asíncrono.

En el caso de Rotor Devanado o con dos anillos, se tiene un arrollamiento trifásico similar al situado en el estator, en el que las tres fases se conectan por un lado en estrella y por el otro a unos anillos aislados entre sí. Esta disposición hace posible la inducción de resistencias externas por los anillos para limitar las corrientes de arranque, mejorar las características del par y controlar la velocidad

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Figura 26: Rotor en jaula ardilla

La máquina asíncrona además de disponer de un estator y un rotor, está dotada de otros elementos mecánicos necesarios para su funcionamiento; tapas o cubos, rodamientos, carcasa entre otros. En los motores de mediana y de gran potencia existe u ventilador en el eje, cuya misión es de producir una refrigeración forzada de la máquina. A veces la carcasa tiene forma ondulada para mejorar la evacuación del calor que se produce como consecuencia de las pérdidas que aparecen en el motor.

Un detalle muy importante a considerar en los motores asíncronos trifásicos es la disposición de los terminales del devanado del estator en la llamada caja de bornes de la máquina. A esta caja o placa se llevan los extremos de los bobinados. De acuerdo con la norma UNE-EN 60034-8, los principios de los arrollamientos se designan con las letras U1,V1,W 1, (antiguamente U, V, W) y los extremos finales con U2, V2 y W 2 (antiguamente X, Y, Z)

Debe destacarse que los terminales de la misma fase no están enfrenados en la misma regleta de bornes, esto se debe a que esta disposición facilita al conexionado de la máquina, haciendo uso de una láminas de latón adecuadas. Se observa que en la conexión en triangulo se unen los terminales U 1 con W 2, V1 con U2 y W 1 con V2, mientras que la conexión en estrella se unen los terminales W2 con U2, U2 con V2. 82

Figura 27: Placa de bornes. Conexiones estrella triangulo

Figura 28: Conexiones de la placa de bornes y sentidos de rotación

Figura 29: Esquemas de la conexiones estrella y triangulo

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Principio de funcionamiento Generalmente la maquina asíncrona suele funcionar como motor, y a este régimen de funcionamiento nos referimos en lo sucesivo, mientras no se diga lo contrario. El devanado del estator está constituido por tres arrollamientos desfasados en 120° en el espacio de 2p polos, al introducir por ellos corrientes de una red trifásica de frecuencia f1, se produce una onda rotativa en f.m.m distribuida senoidalmente por la periferia del entrehierro, que produce un flujo giratorio cuya velocidad viene expresada, de acuerdo;

Que recibe el nombre de velocidad de sincronismo. Este flujo giratorio inducirá una f.e.m.s en los conductores del rotor, y si esta su circuito eléctrico cerrado, aparecerán corrientes que reaccionaran con el flujo de estator. Ensayos del motor asíncrono Los ensayos del motor asíncrono permiten determinar los parámetros del circuito equivalente de la máquina. De forma similar al transformador, existen dos tipos de pruebas, denominadas; ensayo en vacío, ensayo en cortocircuito.

84

1) Ensayo en vacío: Consiste en hacer funcionar el motor sin ninguna carga mecánica en el eje, es decir la maquina trabaja a rotor libre. Se debe aplicar la tensión asignada al primario V1, midiendo la potencia absorbida P0 y la corriente en vacío I0. Existe una gran diferencia entre este ensayo en el motor asíncrono y el correspondiente al transformador. Obsérvese bien que si la maquina pudiera funcionar en esta prueba la velocidad de sincronismos

, el deslizamiento sería igual a cero, lo que indicaría

en el circuito equivalente, que la resistencia de carga Rc se hace infinita y, en consecuencia, I2 seria nula. En estas circunstancias lo que se sucede realmente es que el motor en vacío gira a una velocidad muy cercana a la del campo giratorio, lo que indica, que la resistencia Rc tiene un valor muy elevado pero no infinito; como no se ejerce ningún par de carga en el eje, la potencia disipada en esta resistencia representa la perdida de rozamiento y ventilación del motor. Además que I2 es de pequeño valor debido a la alta impedancia de Rc, se podrán despreciar las perdidas en el cobre del devanado del rotor. Denominando Pcu1 a las perdidas mecánicas se cumplirá

Para determinar cada una de las perdidas anteriores es preciso completar el ensayo en vacío con medidas adicionales; las perdidas en el cobre pueden calcularse si se mide previamente la R1 de cada una de las fases del estator (esta operación se realiza introduciendo c.c en una fase del primario, midiendo tensión y corriente, la ley de Ohm da el valor de R1)

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Figura 30: Reparto de las pérdidas en vacío en función de la tensión

Preciso alimentar el motor por una variable, comenzando con el valor nominal o asignado V1n o algo superior y reduciendo hasta un valor que pueda tomarse entre el 30 y el 50 por 100 de V1n; en cada escalón de tensión se deben medir los valores de P0, I0, y V1, a partir de ellos se deducen las perdidas

en cada etapa, de acuerdo con la

ecuación:

Al representar en función de V1 se obtiene una curva de tipo parabólico. Extrapolando esta curva, hasta que corte el eje de ordenadas, se obtiene para , el valor de las perdidas , ya que entonces las perdidas en el hierro a la tensión asignada vendrá dado por la ordenada existente entre la curva y la horizontal a esa tensión, como se muestra en la figura anterior en la parte a. Para reducir los errores en la extrapolación de la curva parabólica, es más practico representar en función del cuadrado de la tensión V1 como se muestra en la figura b. en este caso la curva se transforma en una recta cuya ordenada en el origen representa la perdida mecánica del motor . Conocidas las perdidas (separada de ) se podrá calcular la rama paralelo del circuito equivalente como se muestra en la figura.

86

;

;

Figura 31: Circuito equivalente en vacío

De donde se deduce: ; 2) Ensayo en cortocircuito o de rotor bloqueado: este ensayo se realiza bloqueando el rotor impidiéndole que gire, es decir , por lo que se tendrá , , lo que indica que el motor se comporta como un transformador con el secundario en cortocircuito. Al estator se le aplica una tensión creciente, partiendo de cero, hasta que la corriente absorbida sea la asignada, (por fase) midiendo a la vez la tensión aplicada V 1cc (fase) y la potencia absorbida Pcc total. La corriente de vacío I0 es entonces despreciable frente a debido a la pequeña tensión necesaria, resultando el circuito equivalente, que se obtiene al despreciar la rama en paralelo del esquema y hacer debido a que estas condiciones el deslizamiento es la unidad.

Y de aquí resultan los valores:

87

En consecuencia, el ensayo de cortocircuito permite obtener los parámetros de la rama serie del motor. Como quiera además que R1 se ha determinado con un ensayo en c.c, la primera ecuación permitirá calcular R2, valor que es necesario conocer, ya que está incluido en Rc. Si se desea utilizar en el estudio del motor el circuito equivalente exacto habrá que repetir la cantidad de Xcc entre X1 y X2. A falta de información se elegirá X1= X2. Arranque a tensión reducida: Cuando no se disponen de motores que permitan hacer un arranque por devanado parcial, pero se sigue necesitando minimizar los efectos perjudiciales de un arranque directo, puede adoptarse uno de los varios sistemas de arranque a tensión reducida.

En líneas generales, todos los sistemas de arranque hacen que la tensión aplicada a los terminales del motor en el momento del arranque, sea inferior al valor del voltaje nominal del mismo. Ello provoca la necesaria reducción de la corriente de arranque, pero también del torque inicial del motor, lo cual, si bien puede ser conveniente cuando se desea un arranque suave, puede provocar que, en algunos casos, el motor no tenga suficiente torque inicial para arrancar a mover la carga mecánica, con la que se quería bloqueado.

Al cabo de un periodo de tiempo (contabilizado por un relé temporizado), se hace que la tensión completa de la línea se aplique directamente a los bornes del motor, con lo que este queda listo para continuar trabajando normalmente.

Arranque de una maquina asíncrona Se denomina arranque el proceso de puesta en marcha de una maquina eléctrica. En un motor asíncrono, para que la operación pueda llevarse a cabo es preciso, que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga; de esta forma se obtiene un momento de aceleración que obliga a girar el rotor a una velocidad 88

cada vez más elevada, obteniendo un régimen permanente cuando se igualan pares del motor y resistente.

El proceso de arranque va acompañado de un consumo elevado de corriente, lo que está justificado desde el punto de vista de circuito equivalente, ya que la resistencia de carga Rc

es nula en el instante inicial, debido a que el

deslizamiento es la unidad, por lo que el motor ofrece una baja impedancia, estando prácticamente en cortocircuito.

Para reducir las corrientes en el momento de la puesta en marcha de un motor se emplean métodos especiales de arranques, según que la maquina tenga su rotor en forma de jaula de ardilla o con anillos. Arranque de los motores en jaula de ardilla 1) Arranque en directo: se emplea únicamente en los motores de pequeña potencia. El esquema de conexiones se indica en la figura, donde se ha supuesto que el estator está conectado en estrella. En la figura se indica la disposición de la caja de bornes del motor. Este método se aplica a máquinas de una potencia inferior a 5 Kw, cuando se trata de instalaciones conectadas a la red urbana. En las grandes fábricas que tienen una gran potencia instalada, recibiendo energía en A.T y disponiendo de subestación transformadora, puede llegarse a arranques directos con motores de hasta 100 CV.

Figura 32: Esquema eléctrico del arranque directo.

89

2) Arranque

por

autotransformador:

consiste

en

intercalar

un

autotransformador entre la red y el motor, de tal forma que la tensión aplicada en el arranque sea solo una fracción de la asignada. El proceso puede realizarse en dos o tres escalones de tensión no inferiores al 40, 60 y 70 por 100 de la tensión de la línea. En la figura que se encuentra a continuación muestra un arranque por autotransformador, con dos etapas de tensión. En la posición uno la del conmutador se alimenta el autotransformador con la tensión de la red, aplicando al motor solamente una fracción de esta tensión de la red(etapa de arranque). Cuando la maquina ha aumentado su velocidad hasta un valor adecuado, cercano al asignado, el conmutador se pasa a la posición dos, lo que eleva la tensión que llega al motor y este sigue aumentando de velocidad. Finamente pasa al conmutador a la posición tres, de tal forma que la tensión de la red queda aplicada directamente al estator del motor.

Si se toma en cuenta, de acuerdo con, que el par varia con el cuadrado de la tensión aplicada en el momento de la puesta en marcha del motor, la relación entre el par de arranque con autotransformador obtiene en conexión directa

y el que se

, será:

Donde x indica la fracción de tensión, respecto a la asignada, que se aplica con autotransformador es el 49 por 100 del par con arranque directo. De aquí se desprende que este método de puesta en marcha solamente es posible en los casos en que el par resistente ofrecido por la carga no sea muy elevado.

Para observa la reducción de la corriente de arranque con este procedimiento, en la figura se muestra el circuito equivalente del motor en

90

esas condiciones. La corriente de arranque con la tensión asignada aplicada

tendrá una magnitud:

√

Figura 33: Esquema eléctrico del arranque con autotransformador

Figura 34: Circuito equivalente en el arranque

Y la corriente de arranque en el motor, con una tensión será; 91

,

Que corresponde a una corriente en la red, primario del autotransformador

3) Conmutación estrella triangulo: este método se puede utilizar en aquellos motores que estén preparados para funcionar en triangulo con la tensión de la red. La máquina se conecta en estrella en el momento del arranque y se pasa después a triangulo cuando está funcionando. La operación se realiza en la actualidad con automatismo de contactos, con un circuito de la fuerza y otro de mando o control; se requieren tres: uno denominado principal, para la alimentación de los principios de la bobina de los devanados del motor; otro contacto se encarga de realizar la conexión del devanado en estrella, y el tercero ejecuta la conexión triangulo; además necesita un relé de tiempo para ajustar el momento en que se pasa de la conexión estrella a la conexión triangulo. Para facilitar la comprensión de este sistema de arranque estrella-triangulo en la próxima figura se muestra un esquema con el tipo de conexión. La posición de uno del conmutador de la figura se emplea para el arranque y conecta los devanados en estrella; el estator recibe la alimentación por U1, V1, y W 1 y el conmutador puentea los terminales

U2, V2, y W 2. Una vez la maquina alcanza la velocidad

establece el conmutador se pasa a posición dos, puenteando los terminales U1 con W 2, V1 con U2, y W 1 con V2, y la maquina queda en triangulo.

Se observa que con este procedimiento de arranque se aplica al motor, en el momento de la puesta en marcha, una tensión por fase de una magnitud ⁄ √

de la asignada. Desde el punto de vista analítico, equivale este

método a un caso particular del arranque por autotransformador cuando ⁄ √

y las relaciones se convierten;

92

√

Figura 35: Esquema eléctrico del arranque estrella-triangulo con conmutador manual

4) Arranque de los motores de rotor bobinado: en los motores de motor devanado o con anillos se puede reducir la corriente de arranque introduciendo una resistencia adicional en cada una de las fases del motor. La operación se realiza con la ayuda de un reóstato trifásico, donde se ha supuesto que los devanados de una maquina están conectados en estrella.

En el arranque se introduce todo la resistencia adicional (posición 1), de esta forma aumenta la impedancia de la máquina y se reduce la corriente inicial; conforme el motor inicia su marcha, se va eliminando resistencia del reóstato pasando el lado móvil a las posiciones dos, tres, y cuatro, que conforman una serie de contactos, en la última posición queda cortocircuitado el rotor y finaliza la operación de arranque. En esta situación, para reducir las pérdidas mecánicas del motor y también el desgaste de anillos y escobillas, estas máquinas llevan a menudo dispositivos para levantar las escobillas y poner en corto circuito los anillos.

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Figura 36: Motor asíncrono de rotor devanado y reóstato de arranque correspondiente

Bombas centrifugas Las bombas centrifugas, son accionadas por motores eléctricos o de combustión interna, son dispositivos de uso frecuente y son fabricadas distintas de varias capacidad. De modo general presentan elevado rendimiento y son insustituibles cuando se debe salvar grandes alturas.

Las bombas de este tipo, destinadas a bombear aguas residuales, están regidas por los mismos principios de las bombas centrifugas comunes utilizadas en el bombeo de agua limpia.

Desde el punto de vista técnico, hay ciertas peculiaridades que caracterizan a las bombas para aguas residuales. Por el hecho de impulsar líquidos sucios que contienen materias en suspensión, deben poseer un tipo especial de rotor

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(impulsor),además de registros de inspecciones junto a las bocas de entrada y de salida para permitir su limpieza.

Las especificaciones técnicas para proyectos, recomiendan generalmente que las bombas centrifugas para aguas residuales tengan aberturas que permitan el paso de objetos o materiales sólidos con un diámetro, especial, de tipo tubular o abierto.

Las bombas deben generalmente trabajar ahogadas, esto es con carga en la entrada, de manera que el funcionamiento, en su inicio, se produzca sin necesidad de la operación previa de cebado. De esta manera se obtienen las siguientes ventajas;

1) Prescindir de la válvula de pie, cuyo funcionamiento sería diferente, con líquidos que contienen sólidos. 2) Se facilitan las condiciones para la automatización del funcionamiento del equipo de bombeo.

En la mayoría de los casos, las bombas centrifugas para aguas residuales utilizadas en estaciones elevadas, trabajan en forma intermitente, debido a la oscilación de los caudales de llegada, es por esto que es recomendable lograr que la operación sea totalmente automatizada.

Entre los tipos de bombas centrifugas para aguas residuales que pueden utilizar en estaciones elevadoras, se destacan las siguientes;

1) De eje horizontal. 2) De eje vertical para la instalación en pozo húmedo, esto es, dentro del pozo de bombeo. 3) De eje vertical para la instalación. 4) Conjunto motor-bomba sumergible.

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Las bombas de eje vertical de los tipos b y c ofrecen a los otros tipos, la ventaja de poder ser operadas por motores instalados en niveles superiores libres de posibles inundaciones. La longitud del eje de accionamiento, que no se debe ser exagerado y los problemas de su mantenimiento, son aspectos que deben ser examinados convencionalmente en la fase de proyecto.

El tipo conocido de motor-bomba sumergible, engloba en una sola carcasa, la bomba centrifuga propiamente dicha y el motor eléctrico de accionamiento. Fijado en el eje guía, puede ser accionado hacia arriba o hacia abajo por medio de una cadena de suspensión.

Para determinar la capacidad de una bomba centrifuga y seleccionar el modela correspondiente, es necesario como en caso de agua limpia, conocer fundamentalmente; el caudal de bombeo y la altura dinámica total.

Son recomendadas para grandes caudales y pequeñas alturas de elevación. Para este tipo de bombas no hay necesidad de calcular la altura dinámica, solamente se requiere el desnivel geométrico entre la cota mínima alcanzada por las aguas residuales en la cámara de llegada y cota del canal receptor o cámara de salida.

Nuestro Modelo de Control Control Automático de Bombas Centrifugas con Velocidad, ajustable según los requerimientos del Sistema por medio de un variador de velocidad o variador de frecuencia. Características del sistema 1) Ahorro de Energía. 2) Control Automático. 3) Fácil Operación. 4) Protecciones Eléctricas y Mecánicas. 96

5) Alto Desempeño. 6) Mejora la Calidad de Servicio. 7) Flexibilidad para manejo de diversas aplicaciones. 8) Alarga la vida útil de la instalación y el motor.

Figura 37: Funcionamiento del sistema de Control Automático de Bombas Centrifugas con Velocidad

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Principio de operación La demanda de agua de los sistemas de suministro varia en forma considerable a lo largo del día. Por la noche no se gasta prácticamente nada de agua, mientras que por la mañana y a última hora de la tarde el consumo es alto.

Esto implica que la capacidad de bombeo se esté desperdiciando cuando se mantiene trabajando a toda su capacidad a lo largo del día. Nuestro modelo de control brinda un suministro de agua ajustable a la demanda.

Figura 38: Gráfica del principio de operación

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Respuesta de la demanda El Consumo de energía en una bomba centrifuga es proporcional a los RPM3, esto quiere decir que si reducimos la velocidad en una bomba un 20%, típicamente estaríamos reduciendo su consumo de energía en un 50%.

Figura 39: Gráfica de la respuesta a la demanda

Contacto Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente eléctrica al través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del Contacto recibe corriente eléctrica, comportándose como un electro imán y atrayendo dichos contactos. Un funcionamiento tipo establece es cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otro tipo inestable, cuando actúa dicha acción. Este funcionamiento se le llama todo o nada.

Partes de que se encuentra conformado el contacto; 1) Contactos principales; 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia.

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2) Contacto auxiliar 13-14 (NO); Se emplean en el circuito de mando o maniobra por este motivo soportan menor intensidad que los principales. 3) Circuito electromagnético; consta de tres partes El núcleo La bobina La armadura.

4) Polos; son vías por donde circula la corriente que consume la carga controlada por el contacto. Incluye los contactos de potencia, tantos móviles como fijos, así como otras partes (terminales, cámaras de extinción de arco, entre otras).

Dependiendo del número de fases que deba manejar el contacto, se utilizan los dispositivos de uno, dos, tres y cuatro polos, llamados respectivamente, mono-, bi, tri-, y termo polares.

Los mono polares; se emplean en el control de cargas monofásicas, alimentadas con una línea y el neutro.

Los bipolares; se encuentran en circuitos mono fa si cosas alimentados con dos líneas, con o sin neutro.

Los tripolares; se encuentran en redes trifásicas con neutro, en ciertos casos especiales en donde se requiera interrumpir el neutro juntos con las fases.

En los contactos de grandes corrientes nominales, se emplean dos o más polos en paralelo por cada fase.

De acuerdo al su construcción, los polos se clasifican en polos de ruptura sencilla y doble.

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Contacto auxiliar Para poder disponer de más contactos auxiliares y según el modelo de Contacto, se puede acoplar a este una cámara de contactos auxiliares o módulos independientes normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC).

Relé térmico Es un elemento de protección (generalmente para motores) que se encuentra ubicado en el circuito de potencia, contra sobre carga. Su principio de funcionamiento de basa en la deformación de ciertos elementos, bimetálicos, bajo el efecto de la temperatura, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos contactos auxiliares que se desactivan todo el circuito y emergen al mismo tiempo de un elemento.

El bimetal está formado por dos metales de diferentes coeficientes de dilatación y unidos firmemente entre sí, regularmente mediante soldadura de un punto. El calor necesario para curvar la lámina bimetálica es producido por una resistencia, que se encuentra arrollada alrededor del bimetal, que está cubierto con asbesto, a través de la cual circula la corriente que va a la red del motor.

Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobre pasa el valor nominal para el cual han sido dimensionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio de estado de los contactos auxiliares.

Temporizadores Temporizador ON DELAY; Es un módulo que se engancha en la parte superior el contacto, para que trabaje con este de manera conjunta. El ON DELAY significa retardo en encendido, pues de esta manera trabaja el dispositivo, empezando a trabajar una vez que la bobina del contacto haya sido energizada. Es desde ese 101

momento que el temporizador comienza al contar hasta el tiempo prefijado por el ajuste de la perilla que se encuentra en la mm parte superior del mismo, creando un retardo que al finalizar cerrada su contacto normalmente abierto y abrirá el normalmente cerrado, hasta que la bobina del contacto se encuentre energizada.

Temporizador OFF DELAY; es también un módulo que se engancha en la parte superior del contacto. Pero su funcionamiento es el inverso al temporizador ON DELAY, debido que el significado del temporizador OFF DELAY, es de retardo en apagado lo que indicaría que su funcionamiento comenzará una vez que se haya retirado la energía eléctrica denla bobina del Contacto, hasta el tiempo prefijado cerrando su contacto normalmente abierto y abriendo el normalmente cerrado. Este dispositivo podría ser empleado con la finalidad de desactivar o activa alguna acción final después de haber desconectado la bobina del contacto.

Tipos de Breakers Térmico; Es apropiado para proteger contra sobre cargas de corrientes. El dispositivo térmico es un termostato bimetálico constituido por las láminas de diferentes coeficientes de dilatación. El paso de una corriente excesiva provoca una dilatación diferencial del sistema dando origen animal una flexión del contacto.

Magnético; Consta de un electroimán como elemento activo. Siempre que una corriente de cierta intensidad pase por la bobina del electroimán, la armadura del mismo es atraída por el núcleo. La armadura actúa como sobre el contacto y provoca su separación.

Termo magnético; Es una combinación de los modelos anteriores y por lo tanto reúne sus ventajas. Son los más eficientes y seguros en la mayoría de las instalaciones corrientes. La capacidad más común para estos tipos de Breakers es de 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 y 100 amperios. Como norma general se

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calculan para que actúe el disparador térmico

en caso de sobre cargas y el

magnético para los cortocircuitos.

Glosario Bucle de corriente: Sistema de transmisión serie en lazo cerrado que envía dos valores diferentes de corriente según se trate del dispositivo conectado.

Breaker: Son dispositivos automáticos de protección que al diferencia de los fusibles no se funden, sino que interrumpen automáticamente el circuito y es reposicionable manualmente una vez que ha sido disparado.

Cortocircuito: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.

Relé: El relé es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Sensor: Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.

Temporizador: Un temporizador es un dispositivo, con frecuencia programable, que permite medir el tiempo.

Transformador: Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. 103

PLC: Un autómata programable industrial (API) o programable logic controller (PLC). Es un equipo electrónico, programable en el lenguaje no informático, diseñado para controlar en un tiempo real y en un ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.

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CAPITULO III MARCO METODOLOGICO

En el presente capitulo se procede a explicar los aspectos referentes al análisis y diseño de la metodología de la investigación empleada para el desarrollo de este estudio, por lo cual, se hará una descripción de las distintas actividades, instrumentos de recolección de datos y técnicas usadas para obtener la información y lograr procesarla de manera satisfactoria cumpliendo con los objetivos planteados.

Tipo de investigación El tipo de investigación se refiere a la clase de estudio que se va a realizar y da orientación sobre la finalidad general del estudio y sobre la manera de recoger las informaciones y datos necesarios. Según Hurtado (2000), la investigación proyectiva consiste en: La elaboración de una propuesta o de un modelo, como solución a un problema o una necesidad de tipo práctica, ya sea de un grupo social, o de una institución en un área particular del conocimiento a partir de un diagnóstico preciso de las necesidades del momento, los procesos explicativos o generadores involucrados y las tendencias futuras. La investigación en desarrollo es de tipo proyectiva, basándonos en lo referido anteriormente, ya que, se presenta una propuesta para mejorar la productividad de la planta concentrándonos en el aprovechamiento de energía promoviendo el ahorro energético y contribuyendo con la disminución del impacto ambiental que representa el sector industrial para el ecosistema.

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Diseño de la investigación El diseño de investigación es la etapa en la cual el investigador muestra que tipo de método aplicará para recoger la información, la cual debe estar estrechamente relacionada con los objetivos planteados.

En esta investigación es necesario recurrir a material documental de la empresa, así como también a planos y manuales inherentes sobre la torre de enfriamiento de lampo, con la finalidad de profundizar sobre los procesos que se desarrollan en el área de estudio.

La información necesaria para estudiar el problema es recopilada directamente en el área o ambiente natural donde se encuentra el objeto de estudio, que en este caso son los espacios de la torre de enfriamiento de lampo específicamente en el centro de control de motores en la planta de Laminación, observando donde se encuentran todos los motores con sus arrancadores, las bombas, las válvulas y diferentes sensores.

Según el autor (Santa Palella y Filiberto Martins (2010)), “El diseño no experimental es el que se realiza sin manipular en forma deliberada ninguna variable. El investigador no sustituye intencionalmente las variables independientes. Se observan los hechos tal y como se presentan en su contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego analizarlos. Por lo tanto en este diseño no se constituye una situación específica sino que se observan las que existen”.

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Unidades de Análisis Población Siguiendo como referencia lo citado por Hernández (2006) [5] la población es: “el conjunto de todos los casos que concuerdan con una serie de especificaciones”. (p.204). Así pues, la población objeto de estudio es la torre de enfriamiento de lampo en la Planta de Laminación, teniendo presente que este estudio puede ser utilizado por otras áreas que ameriten un proyecto de similares características.

Muestra La muestra según Pineda E., (1994) [19] es “un subconjunto o parte del universo de la población en la que se llevara a cabo la investigación con el fin posterior de generalizar los hallazgos de todos”. (p. 108). En esta investigación la muestra quedo conformada por el centro de control de motores.

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Arias F., (2006) [3] define técnicamente como “el procedimiento o forma particular de obtener datos o información”. (p.67). Las técnicas especificación con claridad los pasos a seguir para recoger los datos, entre las técnicas que se utilizaron en este estudio se encuentran:

Instrumentos para la recolección de datos Los instrumentos de recolección de datos en un principio son los recursos que el investigador utiliza para acercarse a los fenómenos y poder extraer la información. Es decir, que dichos instrumentos se pueden observar en los medios materiales que el investigador requiera para la obtención y de información para el desarrollo de esta investigación. Los instrumentos de recolección de datos usados en este proyecto son los siguientes: 107

 Computadora de mesa: Siragon AIO serie 5000. Empleado para la realización del trabajo de grado.  Paquetes computacionales: Se utilizaron del paquete de Microsoft office los programas computacionales Word, Excel, Outlook.  Internet: Herramienta usada para investigar información referente a la investigación realizada.  Papel y lápiz: Instrumentos necesario para realizar notas acerca de los equipos y para recopilar información que haya sido obtenida por medio de cualquier tipo de entrevista.  Documentos y recursos bibliográficos: Para la elaboración de esta investigación se acude a la revisión de documentos como catálogos, guías, Planos y libros donde se pueda obtener información referente a la investigación.  Equipos de protección personal: Son equipos que brindan seguridad a la hora de salir al área

de trabajo donde generalmente se realizan

inspecciones y trabajados donde todas las personas en sitio se encuentran expuestos a distintos riesgos, es por ello, que son de mucha importancia estos instrumentos que cuidan la integridad física de cada trabajador.

Procedimiento de recolección de datos Para el desarrollo de este proyecto es necesario cumplir con un procedimiento en la aplicación de las técnicas de recolección de datos antes nombradas. Para efectos de esta investigación se debe proceder de loa siguiente manera:  En primer lugar es importante examinar el manual de entrenamiento para los trabajadores, existente en la planta, con el fin de estar al tanto del proceso que se lleva a cabo y de la situación de la planta en general.

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 Estando consciente y ya familiarizado con el proceso de producción de la planta, se procede a reunir toda la información que pueda ser objeto de estudio para la realización de la propuesta presente.  Evaluar las condiciones del sistema eléctrico de la Torre de Enfriamiento de Lampo, observando características técnicas de los equipos que serán alimentados por el sistema de generación de energía.  Próximamente el procedimiento a seguir es, inspeccionar e identificar área física con posibilidad de aprovechamiento para la instalación del sistema propuesto. La Observación Directa La observación. Según, (op.cit) es “una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en la sociedad, en función de unos objetivos de investigación preestablecidos”. (p.69). Por esta razón fue utilizada en esta investigación, ya que, se debió observar con detenimiento las características, componentes y estructura de los arrancadores de los diferentes motores pertenecientes a la Torre de Enfriamiento de Lampo por medio de visitas al área e inspecciones visuales en el armario donde se encuentran los arrancadores de los motores.

Investigación Bibliográfica Para el desarrollo de este proyecto, se utilizó la técnica de revisión documental, al respecto, Hurtado J., (1998) [6] plantea:

La revisión documental es el proceso mediante el cual un investigador recopila, revisa, analiza, selecciona y extrae información de diversas fuentes, acerca de un tema particular (su pregunta de investigación), con el propósito de llegar a un conocimiento y compresión más profundos del mismo. (p.83) 109

Es de tipo bibliográfico ya que se realizara mediante análisis de datos obtenidos de diferentes documentos, los cuales deben ser analizados para obtener la información acerca de tema en estudio y consultas bibliográficas(fuentes primarias), folletos e internet (fuentes secundarias) ya que estas permitirán obtener la información necesaria para complementar la investigación y así lograr los objetivos propuestos. Es de hacer notar que el objetivo principal de esta investigación es “Diseñar una interfaz hombre máquina de la central de control de motores en la Torre de Enfriamiento de Lampo”. Para garantizar una supervisión constante de manera segura de todo el sistema que integra la Torre de Enfriamiento de Lampo.

Entrevistas No Estructuradas En este estudio se empleó la técnica de la entrevista. Al respecto, Sabino C.,(2002) [20] señala que, “la entrevista desde la perspectiva del modelo “es una forma específica de interacción social que tiene por objeto recolectar datos para una indagación. El investigador formula preguntas a las personas capaces de aportarle datos de interés”. (p.162). Es por ello que, se recabo información mediante entrevista no estructurada. Según, (Op. Cit.) “La entrevista no estructurada está constituida por una serie de preguntas que se formulan libremente sobre el tema de investigación”. (p. 162). Es por ello que, en esta investigación se utilizaron entrevistas no estructuradas a los tutores, los técnicos e ingenieros del departamento de planificación ingeniería y mantenimiento. La aplicación de esta técnica facilito la de obtención una información más precisa y detallada acerca del alcance e importancia de la investigación y consejos e ideas que estas personas pueden aportar, producto propio de sus experiencias.

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Herramientas de Soporte - Ayuda Este trabajo de investigación se apoya en un programa de computación como herramienta de trabajo, este es el software Step 7, el cual es muy útil en el control de procesos industriales por medio de autómatas programables de tipo Siemens además del software de programación Wonderware (intouch), que por medio de se podrá diseñar un sistema Scada para crear la interfaz hombre maquina o HMI.

Revisión documental La revisión documental es una técnica aplicada necesariamente para recopilar información que sea de interés que ya haya sido plasmada con anterioridad en materiales como planos eléctricos, libros, manuales técnicos, catálogos, entre otros, todo con la finalidad de completar los fundamentos teóricos de la investigación. Es muy importante, ya que, de cierto modo funciona como respaldo de la investigación.

Procesamiento de la información La información acerca de los datos de las cargas de la planta es obtenida por medio de visitas a los bancos de mediciones y suministrada por los ingenieros y técnicos del departamento de mantenimiento eléctrico. Los cálculos a realizar se harán por medio de calculadoras y de una manera manual se tabularan los datos con el fin de sintetizar la información. Una parte de la información se obtendrá a través de los distintos sistemas computacionales utilizados en este proyecto.

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CAPITULO IV

DIAGNÓSTICO

Descripción de la situación actual En el sistema de control eléctrico que actualmente controla el arranque de los diferentes motores tales como; bombas de agua fría, bombas de agua caliente y los extractores de vapores, pertenecientes a la torre de enfriamiento Lampo del departamento de Laminación C.V.G Alcasa presentan deterioro, obsolescencia y desgastes en los diferentes dispositivos eléctricos, en sus partes móviles generando que los motores se quemen con frecuencia. Los sistema de controles de estos motores se basan en una lógica cableada de relé y un PLC que se encarga de recibir las señales digitales que vienen de las sondas de nivel, su funcionamiento de arranque es semiautomático efectuando el control secuencial de arranque y la parada de los motores. La torre de enfriamiento Lampo actualmente de una central de motores consta con once (11) motores los cuales tienen la siguiente distribución : cuatro (4) motores acoplados a bombas verticales de agua caliente, cuatro (4) motores acoplados a bombas horizontales pertenecientes a las bombas de agua fría, y tres (3) motores acoplados al aspa de ventiladores pertenecientes a la piscina de agua fría.

Figura 40: placa característica de los motores acoplados a las bombas de agua fría

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Figura 41: Placa característica de los motores acoplados a las bombas de agua caliente

Figura 42: Placa característica de los motores acoplados a los ventiladores extractores de calor

Funcionamiento de los sistemas de la torre de enfriamiento Lampo Los motores y bombas que se encuentran ubicados en la fosa de agua caliente son controlados mediante un autómata programable (PLC),el cual recibe señales de los sensores de nivel de tipo sonda, el cual es elemento primario de control, estos sensores de nivel tipo sonda tiene los siguientes niveles de líquido, nivel bajo, nivel medio, nivel alto, que se encentran sumergidas en la piscina de agua fría. En el proceso de arranque y parada de los motores que se encuentran acoplados a las diferentes bombas de agua caliente, consiste que solo los motores de que se encuentran en la fosa de agua caliente son seleccionados de manera 113

automática para controlar los diferentes niveles de agua de la piscina de agua fría, el resto de los motores quedan en reservas, para tenerlos a la disposición de arrancarlos en caso de que ocurra alguna falla en alguno de los otros motores.

Figura 43: Sistema de agua caliente

Cuando el nivel de agua es alto las bombas seleccionadas en automático se encuentran apagadas a medida que el agua baja alcanza el nivel medio arranca una de las bombas, si el nivel de agua sigue bajando y la sonda de nivel censa un nivel bajo arranca los dos motores de agua caliente hasta que el agua llegue a censar un nivel medio apagando el motor un motor, para que se pueda terminar de llenar la piscina de agua fría al ser censado por la sonda de nivel alto se apaga el motor que permanecía prendido de agua caliente.

Figura 44: Motores acoplados a las bombas de agua caliente

Los motores de la piscina de agua fría son arrancados eléctricamente de modo manual, no existiendo en modo automático, los otros dos motores bombas quedan de reserva para tenernos a la disposición de arrancarlos en caso de dañarse los que se encuentran en funcionamiento. Estos motores impulsan el agua a través de 114

las tuberías para el enfriamiento de procesos que generan altas temperaturas tales como; intercambiador de calor, puertas de los hornos, recirculadores de aire en los hornos de recocidos y los hornos de pre-calentamiento, a los sistemas de los compresores de producción de aire, entre otros procesos.

Figura 45: Sistema de agua fría

Los tres motores extractores de calor de la piscina de agua fría son arrancadores eléctricamente de modo manual no existiendo arranques en modo automático. en este caso no existe motor extractor de calor de reserva, en caso de dañarse uno de estos motores los otros dos están en la capacidad de extraer el calor del agua, hasta que se le aplique un mantenimiento correctivo al motor que sufrió la avería, montando dicho motor y una vez puesto en marcha puede ofrecer una mayor confiabilidad al sistema de enfriamiento. Estos motores están encargados de disipar el calor del agua hacia la atmosfera, operando con un alto flujo de aire en el orden de alcanzar el efecto de enfriamiento requerido.

Figura 46: Motor acoplado al aspa extractor de calor

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En el armario eléctrico de la torre de enfriamiento Lampo, se encuentran los diferentes dispositivo que le permiten al sistema de control de los motores acoplados a las bombas de agua caliente poder estar en funcionamiento. Estos dispositivos son los siguientes; contactos de potencia con las siguientes características:  Marca: Westinghouse tamaño N°4, 460 Voltios, 100 Hp, protección sobre corriente rango 15-85 Amp, se realiza por un térmico marca BBC.

Figura 47: Armario eléctrico de las bombas de agua caliente

Figura 48: conexión eléctrica de las bombas de agua caliente

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En los motores que se encuentran acoplados a las bombas de agua fría, se encuentran contactos de potencia marca Westinghouse de las siguientes características;  Dos tamaño N°5, modelo J, 460 Voltios, 150 Hp, y uno tamaño N° 4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y la protección de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango de protección 160-250 Amp.

Figura 49: Armario eléctrico de las bombas de agua fría

Figura 50: conexión eléctrica de las bombas de agua fría

Los motores que se encuentra acoplados a los ventiladores extractores de calor para el enfriamiento del agua, tienen unos contactos de potencia marca Westinghouse de la siguiente características; 117

 Tamaño N°4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y la protección de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango de protección 10-85 Amp.

Figura 51: Armario eléctrico de los ventiladores extractores de calor

Figura 52: conexión eléctrica de los ventiladores extractores de calor

Algunos de estos contactos no se encuentran en funcionamiento actualmente, lo cual trae como consecuencia que el sistema de control y potencia no funcione adecuadamente, debido que, estos componentes son de difícil acceso actualmente. El deterioro de estos dispositivos de debe a la falta de mantenimiento preventivo para evitar fallas futuras y de esta manera poder tener un sistema de 118

potencia optimo que pueda garantizar el funcionamiento correcto de todo el sistema de control de los diferentes motores.

Figura 53: Medidores de tensión y corriente

Figura 54: conexión eléctrica de las alarmas del sistema

119

Figura 55: Señalización de las alarmas

Figura 56: PLC telemecanique

120

Causas por las cuales se dañan eléctricamente los motores Las causas detectadas por las cuales se queman continuamente los diferentes motores los cuales pertenecen a la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo son las siguientes;  La falta de mantenimiento preventivo a los diferentes contactos del sistema de potencia y ajuste de las conexiones del cableado. Estos contactos dañan sus contactos fijos y móviles por los elevados picos de corrientes en los continuos arranques y paradas de los motores.  La falta de mantenimiento a los diferentes relé del sistema de control y ajuste delas conexiones del cableado.  Las diferentes protecciones no se encuentran debidamente ajustadas a las cargas que deben de proteger.

Figura 57: torre de enfriamiento

121

Figura 58: Transformadores de 13,8 Kv/480V/2000KVA

122

CAPITULO V DISEÑO O PROPUESTA

Criterios y variables a ser implicadas en el sistema de supervisión y control La propuesta de este trabajo de grado, es la de realizar un diseño de un sistema de supervisión y control automático al centro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo perteneciente a la planta de laminación en C.V.G Alcasa. Dicho diseño refleja un sistema de control más preciso y moderno del que se encuentra actualmente, el sistema de control se encuentra integrado por un autómata programable (PLC), variadores de frecuencia que le brindaran a los motores un arranque más suave, sensores ultrasónicos de nivel y caudal los cuales emiten señales al autómata para realizar las diferentes acciones del sistema de control, pertenecientes a la fosa de agua caliente, las piscina de agua fría y los ventiladores extractores de calor. En el diseño realizado, se tomó en consideración que cada uno de los motores pudiera tener un arranque suave mediante una rampa de aceleración. Debido que hay que tener en cuenta la variación del par de arranque, ya que esta debe ser cuidadosa, para no exceder las características del motor ni sobre cargar el variador de frecuencia que acompaña al motor para hacer la función del arranque suave, ya que podría circular una intensidad de corriente elevada, y eso no lo permite el variador. Para este diseño se consideró las características de los motores para poder implementar el arranque suave, para que dicho arranque fuera efectivo se verifico que las condiciones del torque, corriente, carga, y los rangos operacionales de los motores fueran las adecuadas para hacer el arranque del motor esto se puede apreciar en el circuito equivalente de los diferentes motores que se le muestran a continuación;

123

Figura 59: Rango de operación de los motores de agua fría

Figura 60: Circuito equivalente y curva de los motores de agua fría

124

Figura 61: Rampa de aceleración de los motores de agua fría

Figura 62: Inercia de los motores de agua fría

125

Figura 63: Grafica de la carga de los motores de agua fría

Figura 64: curva de daño delos motores de agua fría

126

Figura 65: Rango de operación de los motores de agua caliente

Figura 66: Circuito equivalente y curva de los motores de agua caliente

127

Figura 67: Rampa de aceleración de los motores de agua fría

Figura 68: Inercia de los motores de agua caliente

128

Figura 69: Grafica de la carga de los motores de agua caliente

Figura 70: curva de daño de los motores de agua caliente

129

Figura 71: Rango de operación de los motores extractores de calor

Figura 72: Circuito equivalente y curva de los motores extractores de calor

130

Figura 73: Rampa de aceleración de los motores extractores de calor

Figura 74: Inercia de los motores extractores de calor

131

Figura 75: Grafica de la carga de los motores extractores de calor

Figura 76: curva de daño de los motores extractores de calor

132

Debido al comportamiento de los diferentes motores en los rangos ya señalados anteriormente se obtuvo un flujo de carga en el sistema con las siguientes características;

Para realizar el diseño de este sistema fue necesario conocer las diferentes señales que intervienen en el proceso. Después de hacer todo el levantamiento se determinó de modo referencial, el número de señales que se manejaran para realizar todas las funciones necesarias para obtener un sistema optimo y confiable. A continuación se presenta las señales empleadas para el diseño de este sistema;

133

Tabla 3: símbolos de símbolos

134

Tabla 4: continuación de la tabla de símbolos

135

Tabla 5: continuación de la tabla de símbolos

Lógica de control automático para el PLC de la central de control de motores La lógica implicada en este sistema de control, abarca diferentes funciones y variables. Que gracias a ellas, se puede realizar un estudio contaste de los diferentes estados del sistema, de esta manera, cada componente se ajusta a las necesidades del sistema y la tecnología que se emplea hoy en día en las grandes industrias. Este diseño posee diferentes bloques para ejecutar las funciones necesarias para el sistema, entre esos diferentes bloques podemos encontrar un bloque de organización (OB1), un bloque de función (FB1), doce bloques de datos del (DB1) hasta el (DB12) y una tabla de variables. Además esta lógica integra diferentes 136

variables analógicas y

variables digitales, que se encargan de realizar las

siguientes funciones;  Las variables de nivel realizan medidas a los diferentes estados de la fosa de agua caliente como en las piscina de agua fría, con el propósito de emitir señales al PLC que puedan ejecutar órdenes a los diferentes variadores de frecuencia que se encuentran en los motores que están acoplados a las bombas de agua fría y agua caliente. Estos variadores de frecuencia a través del PLC variaran la velocidad de los motores dependiendo del estado de nivel en el sistema.  La variable de caudal se encarga de medir la cantidad de caudal, que pasa a través de la rama principal del sistema del enfriamiento. Con el objetivo de enviar una señal al PLC y así este a su vez emitir una orden

los

variadores de frecuencia pertenecientes al sistema de agua fría, para que varíen la velocidad de los motores que se encuentran acoplados a las bombas de agua fría, de tal manera que si el sensor percibe una cantidad de caudal menor a la normal. Los motores deberán girar a una velocidad superior para así poder inyectar más caudal de agua al sistema de enfriamiento.  Los sensores de temperatura podrán indicar los niveles de temperaturas en la fosa de agua caliente y las piscina de agua fría, con la finalidad que el autómata pueda registrar esos valores de temperatura y así poder ejecutar una orden a los diferentes variadores de frecuencia que se encontraran en los ventiladores extractores de calor puedan permitir al motor girar a una velocidad que dependa de la temperatura y no que gire a una velocidad constante con esto podremos lograr un significativo ahorro energético en la planta.  Unas líneas de instrucciones por el medio de las cuales el sistema se pueda alternar, de esta manera, podremos tener un sistema que se divide en dos zonas. La lógica del PLC está diseñado para alternar entre estas dos zonas, con la finalidad de poder realizar mantenimientos preventivos a la zona que se encuentra inactiva. 137

 Además un sistema de alarma el cual indique irregularidades del sistema de control o fallas por motivo de protecciones eléctricas sobre tensión, sobre corrientes entre otras.  El sistema de supervisión para esta centro de control de motores, tiene la finalidad de seguir detalladamente cada ciclo de funcionamiento en la torre de enfriamiento Lampo, para así de esta manera poder seguir el proceso de cerca y brindarle seguridad y un cómodo ambiente de trabajo al trabajador.  La comunicación del autómata programable y el sistema Scada se realizó a través de un OPC, que es un estándar de comunicación en el campo de control y supervisión de procesos industriales, basado en la tecnología Microsoft, que ofrece una interfaz común para comunicación, que permite a los componentes de software diferentes puedan interactuar y compartir datos. A continuación se presenta el diseño del programa del centro de control de motores de Latorre de enfriamiento Lampo;

Tabla 6: configuración de hardware

138

Figura 77: bloques

Figura 78: segmento 1

Figura 79: segmento 2

139

Figura 80: segmento 3

Figura 81: segmento 4

Figura 82: segmento 5

140

Figura 83: segmento 6 y 7 generador de pulsos

Figura 84: segmento 8

141

Figura 85: segmento 9

Figura 86: segmento 10

142

Figura 87: segmento 11

Figura 88: segmento 12

143

Figura 89: segmento 12 en funcionamiento

Figura 90: segmento 13

144

Figura 91: segmento 13 en funcionamiento

Figura 92: segmento 14

145

Figura 93: segmento 15

Figura 94: segmento 16

146

Figura 95: segmento 16 en funcionamiento

Figura 96: segmento 17

147

Figura 97: segmento 17 en funcionamiento

Figura 98: segmento 18

148

Figura 99: segmento 19

Figura 100: segmento 20

149

Figura 101: segmento 21

Figura 102: segmento 22

150

Figura 103: segmento 23

Figura 104: segmento 24

151

Figura 105: segmento 25

Figura 106: segmento 26

152

Figura 107: segmento 28

Figura 108: segmento 28 en funcionamiento

153

Figura 109: segmento 29

Figura 110: segmento 29 en funcionamiento

154

Figura 111: segmento 30

Figura 112: segmento 31

155

Figura 113: segmento 32

Figura 114: segmento 32 en funcionamiento

156

Figura 115: segmento 33

Figura 116: segmento 34

157

Figura 117: segmento 35

Figura 118: segmento 36

158

Figura 119: segmento 37

Figura 120: segmento 38

159

Figura 121: segmento 39

Figura 122: segmento 40

160

Figura 123: segmento 40 en funcionamiento

Figura 124: segmento 41

161

Figura 125: segmento 41 en funcionamiento

Figura 126: segmento 42

162

Figura 127: segmento 43

Figura 128: segmento 44

163

Figura 129: segmento 44 en funcionamiento

Figura 130: segmento 45

164

Figura 131: segmento 45

Figura 132: segmento 46

165

Figura 133: segmento 47

Figura 134: segmento 48

166

Figura 135: segmento 49

Figura 136: segmento 50

167

Figura 137: segmento 51

Figura 138: segmento 52

168

Figura 139: segmento 52 activo nivel bajo

Figura 140: segmento 53

169

Figura 141: segmento 53 activo nivel alto

Figura 142: segmento 54

170

Figura 143: segmento 54 activo nivel muy alto

Figura 144: segmento 55

171

Figura 145: segmento 55 activo nivel muy bajo

Figura 146: segmento 56

Figura 147: segmento 56 activa compensación de agua por nivel muy bajo

172

Figura 148: segmento 57

173

Figura 149: segmento 58

Figura 150: segmento 59

Figura 151: segmento 60

174

Figura 152: segmento 61

Figura 153: segmento 61 activo nivel alto de temperatura

175

Figura 154: segmento 62 activo nivel medio de temperatura

Figura 155: segmento 63

176

Figura 156: segmento 63 activo nivel bajo de temperatura

Figura 157: segmento 64

177

Figura 158: segmento 65

Figura 159: segmento 65 activo nivel bajo

178

Figura 160: segmento 66

Figura 161: segmento 66 activo nivel alto

179

Figura 162: segmento 67

Figura 163: segmento 67 activo nivel muy bajo

180

Figura 164: segmento 68

Figura 165: segmento 68 activo nivel muy alto

181

Figura 166: segmento 69

Figura 167: segmento 70

182

Figura 168: segmento 71 caudal nominal activo

Figura 169: segmento 72

183

Figura 170: segmento 73

184

Figura 171: segmento 74

185

Figura 172: segmento 75

Figura 173: segmento 76

186

Figura 174: segmento 77

187

188

Figura 175: segmento 78

Tabla 7: variables

189

Tabla 8: variables de comunicación PLC-SCADA

Figura 176: comunicación del stop

190

Figura 177: comunicación del start

Selección de los equipos necesarios para el desarrollo del sistema de supervisión y control

Selección del autómata programable Siemens S7 300 Fuente 6ES7307-1KA00-0AA0 La fuente de alimentación PS 301; 10 A tiene las siguientes propiedades;  Intensidad de salida: 10 Amp  Tensión nominal de salida: 24 V c.c, estabilizada, a prueba de cortocircuitos y marcha en vacío  Acometida monofásica  Tensión de entrada: 120V / 230V c.c  Frecuencia de entrada: 50Hz / 60Hz  Separación eléctrica según NE 60 950  Puede utilizarse como fuente de alimentación de carga  Esquema de conexión de Ps 307-, 10 A

191

Figura 178: Esquema de conexión de Ps 307-, 10 A

 Esquema de principio de Ps 307-, 10 A

Figura 179: Esquema de principio de Ps 307-, 10 A

192

 Protección de línea: para la protección de la línea de red (entrada) en la

fuente de alimentación

Ps 307-, 10 A

se recomienda un automático

magnético con las siguientes características; 1) intensidad nominal a 230V c.a. : 16 Amp 2) característica de disparo (tipo)

 Reacción en caso de condiciones de trabajo atípicas:

Figura 180: reacción en caso de condiciones

 Datos técnicos de PS 307; 10 A 6ES7307-1KA00-0AA0

193

Figura 181: datos técnicos de PS 307

194

CPU 315- 2 DP o 6ES7 315- 2AG10- 0AB0 La CPU 315-2 DP es el miembro más reciente de las CPUs compactas de la familia de producto S7-300. La CPU tiene las siguientes características:  La CPU con memoria de programa y capacidad media a alta para el uso óptimo de las herramientas de ingeniería.  Elevado rendimiento de procesamiento en aritmética binaria y en coma flotante.  Interfaz maestro/esclavo PROFIBUS DP  Para extensas posibilidades de aplicación de periferia  Para configurar estructuras perimétricas descentralizadas Datos técnicos de la CPU:  Tensiones: 1) Valor nominal de tensión: 24 V DC 2) Rango admisible, límite inferior (DC): 20,4 V 3) Rango admisible, límite superior (DC): 28,8 V  Protección externa para líneas de alimentación: min. 2 A  Consumo: 1) Consumo (valor nominal): 0,8 A 2) Consumo (en marcha en vacío): 60 mA 3) Intensidad de cierre, tip: 2,5 A 4) De la tensión de alimentación L+, max: 800 mA 5) Consumo (perdidas): 2,5 W  Tipos de memoria: 1) Integrada: 128 kibytes 2) Ampliable: no 3) Enchufable (MMC): si 4) Enchufable (MMC) max: 8 Mbytes  Respaldo: 1) Existente: si 2) Sin pila: si, programa datos 195

 CPU/Bloques: 1) DB: 1.1)

Cantidad max: 1023 banda de números; 1…1023

1.2)

Tamaño max: 16 kibytes

2) FB: 2.1) Cantidad max: 1024 banda de números; 0….2047 2.2) tamaño max: 16 kibytes 3) FC: 3.1) cantidad max: 1024 banda de números; 0….2047 3.2) tamaño max: 16 kibytes 4) OB: 4.1) tamaño max: 16 kibytes 5) Profundidad de anidamiento: 5.1) por cada prioridad: 8 5.2) adicional, dentro de un OB de error  CPU/ tiempos de ejecución: 1) Para operaciones de bits, min: 0,1µs 2) Para operaciones de palabras, min: 0,2 µs 3) Para aritmética de coma fija, min: 2 µs 4) Para aritmética de coma flotante, min: 3 µs  Temporizadores/contadores y su remanencia  Contadores S7 1) Cantidad: 256 2) De ellos de remanencia sin pila: 2.1) configurable: si 3) Remanencia: 3.1) configurable: si 3.2) límite inferior: 0 3.3) límite superior: 255 4) Rango de contaje: 4.1) configurable: si 196

4.2) límite inferior: 0 4.3) límite superior: 999  Contadores IEC: 1) Existente: si 2) Modelo: SFB  Temporizadores S7 1) Cantidad: 256 2) Remanencia 2.1) configurable: si 2.2) límite inferior: 0 2.3) límite superior: sin remanencia 2.4) predeterminado: sin remanencia  Rango de tiempo: 1) Límite inferior: 10 ms 2) Límite superior: 99990 s  Temporizadores IEC: 1) Existente: si 2) Clase: SFB  Áreas de datos y su remanencia: 1) Cantidad, max: 2048 2) Remanencia disponible: si; MB 0….MB 2047 3) N° de marcas de ciclo: 8; 1 byte de marcas  Bloques de datos: 1) Cantidad max: 1023 banda de números: 1….1023 2) Tamaño max: 16 kibytes; tamaño de datos locales, max; 1024 bytes por nivel de ejecución/ 510 byte por bloque 3) Remanencia disponible: no 4) Remanencia predeterminada: si  Canales digitales: 1) Entradas: 16 384 2) Salidas: 16 384 197

3) Entradas, de ellas centralizadas: 1 024 4) Salidas, de ellas centralizadas: 1 024  Canales analógicos: 1) Entradas: 1 024 2) Salidas: 1 024 3) Entradas, de ellas centralizadas: 256 4) Salidas, de ellas centralizadas: 256  Configuración de hardware: 1) Aparatos centrales max: 1 2) Aparatos de aplicación: 3 3) Bastidores max: 4 4) Módulos por bastidor max: 8  Números de maestros DP: 1) Integrada: 1 2) Via CP: 4  Números de FM y CP utilizables: 1) FM: 8 2) CP punto a punto: 8 3) CP, LAN: 10  Funciones de aviso S7: 1) Cantidades de equipos que pueden conectarse para funciones de aviso max: 16 2) Avisos de diagnóstico de proceso: si 3) Bloques de alarmas activas simultáneamente, max: 40  Funcionamiento de test puesta en marcha: 1) Variable estado forzado: si 2) Variables: entradas, salidas, marcas, DB, tiempos, contactos 3) Números de variables, max: 30 4) De ellas, variables de estado max: 30 5) De ellas, variables de forzado, max: 14 6) Forzado permanente 198

6.1) forzado permanente: si 6.2) forzado permanente, variables: entradas y salidas 6.3) número de variables, max: 10  Funciones de comunicación: 1) Comunicación PG/OP: si 2) Enrutado: si 3) Comunicación de datos globales: 3.1) soportada: si 3.2) tamaños de paquetes GD, max: 22 bytes 4) Comunicación básica S7: si 5) Número de comunicaciones: 5.1) total: 16 5.2) usable para comunicación PG: 15 5.3) usable para comunicación OP: 15 5.4) usable para comunicación S7 básica: 12 5.5) usables por enrutado: 4  1° interfaz 1) Tipo de interfaz: interfaz RS 485 integr 2) Norma física: RS 485 3) Con aislamiento galvánico: no 4) Alimentación de interfaz (15 a 30 V DC), max: 200mA 5) Funcionalidad: 5.1) MPI: si 5.2) maestro DP: no 5.3) esclavo DP: no 5.4) acoplamiento punto a punto: no  MPI: 1) Números de conexiones: 16 2) Servicios 2.1) comunicación PG/OP: si 199

2.2) enrutado: si 2.3) comunicación de datos globales: si 2.4) comunicación básica S7: si 2.5) comunicación S7: si 2.6) comunicación S7, como client: no 2.5) comunicación S7,como servidor: si 3) Velocidad de transmisión, max: 187,5 Kbit/s  2° interfaz: 1) Tipos de interfaz: interfaz RS 485, integrada 2) Norma física: RS 485 3) Con aislamiento galvánico: si 4) Alimentación en interfaz (15…..30V DC) 5) Funcionabilidad: 5.1) MPI: no 5.2) maestro DP: si 5.3)esclavo DP: si 5.4) acoplamiento punto a punto: no 6) Maestro DP 6.1) número de conexiones, max: 16 7) Servicios: 7.1) comunicación PG/OP: si 7.2) enrutado: si 7.3) comunicación de datos globales: no 7.4) comunicación de básica S7: si 7.5) comunicación S7: si 7.6) comunicación S7, como client: si 7.7) comunicación S7, como servidor: si 7.8) modo isócrono: no 7.9) SYNC/FREEZE: si 7.10) DPV1:si 8) Velocidad de transmisión, max: 12 Mbit/s 200

9) Números de esclavos DP, max: 124 10) Área de direcciones: 10.1) entradas, max: 244 bytes 10.2) salidas, max: 244 bytes 11) Maestro DP: 11.1) número de conexiones: 16 12) Servicios: 12.1) comunicación PG/OP: si 12.2) enrutado: si 12.3) comunicación de datos globales: no 12.4) comunicación básica S7: no 12.5) comunicación S7,como client: no 12.6) comunicación S7, como servidor: si 12.7) intercambio directo de datos: si 13) Velocidad de transmisión, max: 12 Mbit/s 14) Búsqueda automática de velocidad de transferencia: si, solo con interfaz pasiva 15) Memoria de transferencia: 15.1) entradas: 244 bytes 15.2) salidas: 244 bytes 16) Área de direcciones: 32 17) Datos útiles por área de direcciones, max: 32 bytes  CPU/programación (lenguaje): 1) Step 7: si; V5.2 SP1 con actualización de HW 2) KOP: si 3) FUP: si 4) AWL: si 5) SCL: si 6) CFC: si 7) GRAPH: si 8) HiGraph: si 201

 Dimensiones: 1) Ancho: 40 mm 2) Largo: 125 mm  Peso aproximado: 290 g Módulo 6ES7 321-1BL80-0AA0 Datos técnicos:  Número de entradas: 32  Tensión nominal de carga: 24 Volts DC  Voltaje de entrada: 24 Volts DC 1) En la señal de “1”: -13 a -30 V 2) En la señal de “0”: -30 a +5 V  Aislamiento: en grupos de 16  Corriente de entrada:7mA  Retardo de entrada a la tensión nominal de entrada: 1.2 a 4.8 ms  Número de entradas simultáneamente controlable: 1) Hasta 40°C: 32 2) Hasta 60°C: 16  Corriente de reposo admisible, máx: 1.5mA  Longitud de línea: 1) Sin blindaje: 600 m 2) Blindado: 1000 m Módulo 6ES7 322-1BH81-0AA0  Número de salidas: 16  Tensión nominal de carga: 24 V DC 1) Rango permitido: 20,4 hasta 28,8 V  Voltaje de salida: 1) En la señal de”1”: -0,8 V  Corriente de salida en la señal de “1”:

202

1) Valor nominal en 60°C: 0,5 Amp 2) Corriente mínima: 5 mA  Corriente de salida en la señal “0”: 0,5 A  Total de las corrientes de salida: 1) Hasta 40°C: 4 Amp 2) Hasta 60°C: 3 Amp  Carga de lámparas: 5 W  Frecuencia de conmutación de las salidas: 1) Carga resistiva, máx: 100 Hz 2) Carga inductiva, máx: 0,5 Hz 3) Carga de lámpara, max: 100 Hz Módulo 6ES7 321-7BH80-0AA0  Número de entradas:16  Las interrupciones: proceso de interrupción de alarma de diagnostico  Diagnóstico: interno / externo error  Tensión nominal de carga: 1) Valor nominal: 24 V DC 2) Rango permitido: 20,4 hasta 28,8 V  Voltaje de entrada: 1) Valor nominal: 24 V DC 2) En la señal “1”: 13 hasta 30 V 3) En la señal ”0”: -30 hasta 5 V  Aislamiento: 1) En grupos de:16 2) Corriente de entrada en la señal “1”: 7mA  Longitud de línea: 1) Sin blindaje: 600 m 2) Blindado: 1000 m  Perdidas de potencia: 4 W  Aislamiento probado: 500 V DC 203

 Dimensiones ancho, alto, largo: 40 x 125 x 120 Sensor ultrasónico El transmisor ultrasónico de nivel con una conexión a dos (2) hilos SITRANS Probe LU está diseñado para la medición de nivel, volumen, y caudal de productos líquidos en canales abiertos y tanques de almacenamiento o de proceso. El SITRANS Probe LU ofrece mediciones precias en rangos de 6 a 12 mts (20 a 40ft). Destaca por medidas muy confiables, incorpora las técnicas de procesamiento de señales inteligentes, la supresión automática de falsos ecos de obstáculos fijos y precisión de 0,15% del rango o 6 mm (25 inch). Beneficios;  Medición continua de nivel, rango hasta 12 mts (40ft)  Fácil de instalar y configurar  Fácil de programar mediante en programador manual por infrarrojo intrínsecamente seguro, SIMATIC PDM o comunicador HART  Comunicación HART o PROFIBUS PA  Sensores de ETFE o PVDF para alta resistencia química  Patentada tecnología de procesamiento de señal Sonic Intelligence  Supresión automática de falsos ecos provenientes de obstáculos fijos  Conversión de nivel a volumen o de nivel a caudal

Figura 182: montaje del sensor ultrasonico

204

Datos técnicos; Modo de operación  Principio de operación: medición de nivel por ultrasonidos  Aplicaciones comunes: medición de niveles en tanques de almacenamiento y procesos simples Entrada  Rango de medida 1) Versión de 6 mts: 0,25……6 mts (10 inch……20ft) 2) Versión de 12 mts: 0,25……12 mts (10 inch……40ft)  Frecuencia: 54 KHz Salidas  mA / HART 1) Rango de medida: 4…..20mA 2) Precisión: ±0,02mA  Profibus PA Rendimiento  Resolución: ≤ 3 mm (0,12 inch)  Precisión: ± 0,15% del rango o 6 mm (0,24 inch), se aplica el valor mas alto  Repetividad: ≤ 3 mm (0,12 inch)  Zona muerta: 0,25 mts (10 inch)  Tiempo de actualización: ≤ 5 seg 1) Versión 4/20 mA / HART: ≤ 5 seg a 4 mA 2) Versión PROFIBUS: ≤ 4 seg con bucle de 15 mA  Compensación de temperatura: integrada, para compensar las variaciones de temperatura  Angulo de dispersión del haz: 10 Condiciones nominales de aplicación  Condiciones ambientales:

205

1) Temperatura ambiente: -40……+80°C (-40…….+176°F) 2) Ubicación: Interior/ exterior 3) Humedad relativa/ grado de protección: a prueba de interperie 4) Categoría de instalación: 1 5) Grado de contaminación: 4  Condiciones de medida: 1) Temperatura (brida / roscas): -40……+85°C(-40…….+176°F) 2) Presión (deposito): 0,5 bar g (7,25 psi g) Construcción mecánica  Material (caja): PBT (politereftalato de butileno)  Grado de protección: caja tipo 4x/ NEMA 4x, tipo 6 NEMA 6, IP67, IP68  Peso: 2,1 Kg (4,6 IB)  Entradas de cables: 2 x prensaestopasM20x1.5 ó 2 x roscas ⁄ NPT ó 1 x M20 x 1,5 y 1x ⁄ NPT  Material (sensor): ETFE (etileno tetrafluoroetileno) o PVDF(fluoruro de polivinilideno) Conexión al proceso  Conexión roscada: 2" NPT [(cónica), ANSI/ASME B1.20.1], R 2" [(BSPT), EN 10226] o G 2" [(BSPP), EN ISO 228-1]  Conexión de brida: Brida universal 3 inch (80 mm)  Otras conexiones: Soporte de montaje FMS 200 o soporte el cliente Indicación y manejo  Interfaz: 1) Local: display de cristal líquido con gráfico de barras 2) Remota: disponible con HART o PROFIBUS PA  Configuración: Con Siemens SIMATIC PDM (PC), o comunicador portátil HART, o programador portátil por infrarrojos Siemens  Memoria: EEPROM no volátil Alimentación eléctrica 206

 4…..20mA: Nominal 24 V DC, máx. 550 Ω; máx. 30 V DC 4 ... 20 mA  PROFIBUS PA: 12, 13, 15, o 20 mA en base a la programación (versión para uso general o intrínsecamente segura)  Frecuencia: 50 / 60 Hz (Conforme a IEC 61158-2)

Figura 183: Adaptador para conexiones del sensor ultrasónico

Figura 184: Dimensiones del sensor ultrasónico

207

Figura 185: Partes del sensor ultrasónico

Sensor de temperatura PT100 Datos técnicos:  Tipo: MK2-G1/2  Modelo: MS  Material sondal: laton  Presión depresión, máx: 5 bar  Conexión: G1/2  Temperatura de operación: -20°C hasta +100°C  Longitudes: 280, 370, 500 (estándar), ariable hasta un máximo de 1000 mm  Transmisor de temperatura 1) Tensión de funcionamiento: (UB) 10 – 30 V DC 2) Rango de medición: 0°C a +100°C 3) Tolerancia: ± 0,8 °C ± 1% FS  Salida analógica: 208

1) Salida: 4 – 20 mA 2) Carga Ω máx: (UB -7,5 V) / 0,02 A 3) Tolerancia: ±1% FS  Elemento sensor: 1) Elemento sensor: PT 100 clase B DIN EN 60751 2) Tolerancia PT100: ± 0,8 °C  Conector: M3  Tensión máx: 30 V DC  Clase de protección: IP 65  Atornillamiento de cable: PG 11

Figura 186: sensor de temperatura PT100

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Figura 187: conexiones estándar del sensor de temperatura

Variador de frecuencia Micromaster Siemens 440 Con la intensión de poder variar la velocidad de los motores que se encuentran conectados a las bombas de agua fría, agua caliente y los ventiladores extractores de calor se recomienda el variador de frecuencia Micromaster 440 de la familia Siemens el cual posee las siguientes características;  Tensión de red y márgenes de potencia: 1) 1 AC 200 a 240 ±10% 0,12 Kw - 3 Kw (0,16hp - 4hp) 3 AC 200 a 240 ±10% 0,12 Kw - 45 Kw (0,16hp – 60hp) 3 AC 200 a 240 ±10% 5,50 Kw - 45 Kw (7,50hp – 60hp) 2) 3 AC 380 a 480 ±10% 0,37 Kw - 45 Kw (0,50hp – 60hp) 3 AC 380 a 480 ±10% 7,50 Kw - 90 Kw (10hp – 120hp) 3) 3 AC 500 a 600 ±10% 0,75 Kw - 75 Kw (1hp – 100hp) 3 AC 500 a 600 ±10% 1,50 Kw - 90 Kw (2hp – 120hp)     

Frecuencia de entrada: 47 a 60 Hz Frecuencia de salida: 0 a 650 Hz Factor de potencia: ≥ 0,7 Rendimiento del convertidor: 96 a 97% Capacidad de sobrecarga: 50% de sobrecarga durante 60 seg en un periodo de 5 min ó 100% de sobrecarga durante 3 seg en un periodo de 5 min referido a la corriente nominal de salida  Corriente de arranque: inferior a la corriente de arranque nominal  Método de control: control V/f lineal con flux current control (FCC), u control V/f cuadrático; control V/f multipunto; control V/f lineal con modo ECO; control V/f para controles textiles; control V/f con FCC para aplicaciones 210

                  



textiles; control V/f con control de consigna de tensión independiente; sensor vector control; sensor vector torque control Frecuencia de pulsación: 2 KHz a 16 KHz (en pasos de 2KHz) Frecuencias fijas: en 15 parametrizables Frecuencias inhibibles: 4 parametrizable Resolución de consigna: 0,01 Hz digital, 0,01Hz en serie,10 bits analógica (potenciómetro motorizado 0,1 Hz [0,1%(en modo PDI)]) Entradas digitales: 6, parametrizables (libre de potencial), conmutables entre activa entre high / activa con low PNP/NPN Entrada analógica 1: 0 - 10 V, 0 – 20 mA, -10V a +10 V Entrada analógica 2: 0 – 10V y 0 – 20 mA Salidas de rele: 3,parametrizables 30 V DC / 5 A (carga resistiva), 250 V AC (carga inductiva) Salida analógica: 2, parametrizable (0 a 20 mA) Interfaz serie: RS-485, opcionales RS-232 Compatibilidad electromagnética: filtros CEM opcionales según EN55011 clase A o B, y también disponibles filtros clase A internos Frenado: frenado por inyección de corriente continua, frenado combinado y frenado dinámico Grado de protección: IP20 Margen de temperatura par constante CT: -10°C a 50°C (14°F a 122°F) Margen de temperatura par variable VT: -10°C a 40°C (14°F a 104°F) Temperatura de almacenamiento: -40°C a 70°C (-40°F a 158°F) Humedad relativa: ˂ 95 % de condensación Altitud de operación: hasta 1000 mts sobre el nivel del mar sin reducción de potencia Características de protección: minima tensión, sobretensión, sobrecarga, defecto a tierra, cortocircuito, protección basculante, protección de bloqueo de rotor, sobretemperatura en el motor, sobretemperatura en el convertidor, bloqueo de parámetros Normas: UL, CUL, CE, C-tick

Figura 188: conexión bornera Micromaster 440

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Diseño de la interfaz gráfica (SCADA) para las acciones de supervisión y control de la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo. El sistema de supervisión en un proceso industrial es de gran importancia, ya que por medio de este se puede seguir detalladamente los diferentes estados en un proceso, y de esta manera poder visualizar de forma gráfica todo un proceso sin la necesidad de estar en esa área de trabajo. Este tipo de sistema, es de gran ayuda ya que por medio de este se puede localizar diferentes fallas a través de las pantallas de comunicación. El diseño de este sistema de supervisión, consta de seis (5) ventanas de comunicación, cada una de ellas detalla las diferentes funciones del proceso en la torre de enfriamiento Lampo en la planta de Laminación en CVG Alcasa. Las ventanas se pueden dividir en las siguientes;

1) La ventana Torre de enfriamiento Lampo o ventana principal, está integrada por el sistema de enfriamiento el cual consta de; dos fosas o tanques, uno de agua caliente y el otro de agua fría, cuatro (4) bombas de agua caliente, cuatro (4) bombas de agua fría, tres ventiladores extractores de calor, ocho (8) válvulas de control que se activan con al mismo instante que las bombas y un hidrante o válvula de compensación. En la imagen que se presenta a continuación se observa el funcionamiento normal de la torre de enfriamiento en la zona de funcionamiento principal.

212

Figura 189: Torre de enfriamiento Lampo zona principal

1.1)

A continuación en la siguiente imagen, se puede apreciar el funcionamiento en condiciones normales de la zona de respaldo o zona auxiliar.

Figura 190: Torre de enfriamiento Lampo zona auxiliar

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1.2)

En esta parte se muestra cuando la torre de enfriamiento Lampo se encuentra trabajando en niveles fuera de rango que se activa una alarma por condiciones de temperatura, nivel, caudal entre otras condiciones del sistema. Así como también un hidrante para compensación de agua por estados de niveles bajos.

Figura 191: Torre de enfriamiento Lampo estados de nivel fuera de rango

2) La segunda ventana o ventana de medidores, está integrada por los medidores que toman las señales de los diferentes sensores que se encuentran en el proceso. Estos medidores son los siguientes; medidor de nivel uno para la fosa de agua caliente y otro para la fosa de agua fría, medidor de temperatura uno para la fosa de agua caliente y otro para la fosa de agua fría y un medidor de caudal para censar la cantidad de caudal que envía la torre de enfriamiento para el proceso de refrigeración en la planta de laminación.

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Figura 192: Medidores torre Lampo

3) La tercera ventana o la ventana de variadores, se encuentra constituida por once (11) medidores que representan a los variadores que se encuentran en las diferentes bombas y motores extractores de calor, estos medidores señalan la frecuencia en que operan las diferentes bombas y ventiladores extractores de calor.

Figura 193: Variadores de frecuencia

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4) La cuarta ventana o la ventana alarmas, en ella se establecen o se guardan los valores picos o los valores fuera de rango, así de esta manera queda un registro de los diferentes estados de las variables que integran el sistema de control de la torre de enfriamiento Lampo. En la figura que se presenta a continuación se indica los valores de la Torre de enfriamiento fuera de rango y se produce una señal que indica el estado de alarma.

Figura 194: señalización de alarma

4.1) A continuación se muestra el registro de alarmas donde quedan indicadas todos los valores y datos.

216

Figura 195: Alarmas de la Torre de enfriamiento Lampo

5) La última ventana es un Historical trend o Historial de gráficos, en él se puede observar las gráficas de nivel de agua en la fosa de agua caliente y la fosa de agua fría, y en el presente historial de gráficos también se puede observar las gráficas de las temperaturas en la fosa de agua caliente y en la fosa de agua fría.

Figura 196: Historial de graficas

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Ingeniería básica de conexión para el sistema de supervisión y control automático.

Una vez ya planteado el diseño para el sistema de control automático para la torre de enfriamiento y definido las diferentes entradas y salidas, se realizó una ingeniería básica de conexión para las diferentes borneras del PLC, dichas conexiones están comprendidas por tarjetas de entradas digitales y analógica así como tarjetas de salidas digitales para el funcionamiento de todo el sistema. Dichos esquemas de conexión son los siguientes; 1) En el esquema de conexión que se puede apreciar a continuación, representa una tarjeta de entrada de tipo digital de treinta dos (32) entradas de tipo booleanas, sus entradas van desde el bit 4 hasta el 7 obteniendo asi de esta manera sus treita dos entradas (32).

Figura 197: Esquema de conexión 1

2) En el siguiente esquema de conexión que se muestra a continuación, representa una tarjeta de entrada de tipo analógica, la cual se encuentra diseñada para trabajar con termocuplas. Estas representan en el diagrama de conexión y en el sistema diseñado dos medidores de temperatura de tipo PT100, esta tarjeta contiene una cantidad entradas analógicas dieciséis entradas (16).

218

Figura 198: Esquema de conexión 2

3) En el siguiente diagrama de conexión que se muestra a continuación, representa una tarjeta de entrada analógica en la cual se encuentra dos sensores de nivel ultrasónico para cada tanque de la torre de enfriamiento además de un sensor de caudal ultrasónico para medir la cantidad de caudal que envían las bombas hacia la planta de laminación, este caudal siempre debe ser la cantidad nominal de las dichas bombas, esta tipo de tarjeta posee dieciséis (16) de la cuales se están utilizando solo tres (3) entradas.

Figura 199: Esquema de conexión 3

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4) En el siguiente esquema de conexión que se presenta a continuación, representa una tarjeta de entrada de tipo digital de diecisies (16) entradas de tipo booleanas, este tipo de tarjeta digital se encuentra diseñada para trabajar con alarmas, en el diseño que se presenta se encuentran tres (3) tipos de alarmas diferentes una por codiciones electricas otra por condiciones de niveles fuera de rango y otra mas por condiciones de caudal fuera de rango.

Figura 200: Esquema de conexión 4

220

5) En el esquema de conexión que se presenta a continuación, representa una tarjeta de salida digital la cual posee dieciséis salidas de tipo booleanas las cuales van desde el bit número 20 al 21. En estas salidas se representan las válvulas de control del sistema.

Figura 201: Esquema de conexión 5

6) En en siguiente esquema de conexión que se presenta a continuación, representa una tarjeta de salida la cual posse una cantidad de salidad de dieciseis (16) que van desde el bit número 16 hasta el bit 17, en esta tarjeta de salida se encuentra las luminarias que indican el funcionamiento de las bombas y las diferentes lamparas de emergencia o las lamparas de las alarmas.

Figura 202: Esquema de conexión 6

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7) En el siguiente esquema que se presenta a continuación, nos refleja la conexión de los diferentes variadores de frecuencia a la red profibus. Esta conexión indica que los diferentes variadores de frecuencia se encuentran conectados hacia las bombas de la torre de enfriamiento Lampo, el diseño del sistema consta de once variadores de frecuencia los cuales se divide en cuadro variadores para la parte de agua caliente, cuatro para la parte de agua fría y los tres restantes para los ventiladores extractores de calor.

Figura 203: Esquema de conexión 7

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CONCLUSIONES

Una vez culminado el presente trabajo y considerando que los objetivos específicos fueron logrados, se obtienen como resultados y se concluyen los siguientes aspectos;  Se identificó los diferentes criterios y variables a ser implicadas en el diseño del sistema de supervisión y control automático, para de esta manera integrar nuevas señales para facilitar el control de todo el sistema antes mencionado.  Al identificar los diferentes criterios y variables que comprenden el sistema de supervisión y control automático del CCM de la torre de enfriamiento lampo, se logró definir la lógica de control para el autómata programable y su sistema Scada. Para de esta manera facilitar el trabajo de supervisión y control, y por ser altamente versátil puede facilitar cualquier modificación a futuro.  Una vez ya establecido el diseño del sistema de control automático, se seleccionó los diferentes componentes que lo integran como; sensores de nivel, sensores de temperatura, sensor de caudal, variadores de frecuencia y su respectivo controlador programable con todos sus respectivos componentes.  Se logró diseñar una interfaz gráfica (SCADA), para identificar y supervisar el proceso de la torre de enfriamiento, con la finalidad de seguir detalladamente los diferentes estados del procesos las variables a supervisar son las siguientes; nivel, temperatura, caudal, arranque de motores y su operación, variadores de frecuencia, alarmas, así con también un historial donde quedará reflejado los diferentes valores de las variables y las alarmas.  Al finalizar con el diseño del sistema, se realizó mediante una ingeniera básica la conexión del sistema de supervisión y control automático.

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RECOMENDACIONES

En base de las conclusiones antes presentadas se recomienda lo siguiente:  Es necesario evaluar un plan de mantenimiento correctivo y preventivo a las diferentes maquinarias que hacen vida en el sistema de bombeo para así poder garantizar su periodo de vida útil y el funcionamiento correcto de este sistema.  Tratar a la media de lo posible de tener todos los antecedentes de diseños y planes de mantenimiento realizados en este sistema de bombeo.  Es recomendarle trazar los planos del PLC para que se encuentren en la sala eléctrica para cualquier revisión o chequeo del sistema.  Es necesario poder tener banco de pruebas donde se pueda realizar las diferentes simulaciones planteadas.

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BIBLIOGRAFÍA Alessandro Vastarini, Jesús Riera, Pedro Wettel, José Linares, Oscar Tovar (2014) [1]. Alcance técnico para la adecuación tecnológica de la torre de enfriamiento Lampo. Superintendencia de mantenimiento planificación e ingeniería, CVG Alcasa.

LEZZA, JOSÉ. (2006) [2] Actualización del sistema de arranque de los diferentes motores de la torre de enfriamiento Lampo del departamento de laminación CVG Alcasa. Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

MARTINEZ, JOSÉ. (2014) [3] Modernización del sistema de control para los rectificadores de limpieza electrolítica ubicados en recocido continuolaminación en frio, en la siderúrgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” (SIDOR) Universidad Nacional Experimental Politécnico Antonio José de Sucre (UNEXPO). Puerto Ordaz, Estado Bolívar. Venezuela. JESÚS FRAILE, MORA.(2003) [4] Maquinas eléctricas. Quita edición. 769 páginas. EXVEL Solutions. (2014) [5] Control de Sistemas de Bombeo con Velocidad Variable para el Ahorro de Energía. Páginas 7. Siemens, (2001) [6] Instructivo variadores de frecuencia MM4. Páginas 60. Siemens, (2002) [7] Micromaster 440 instrucciones de uso, edición 12/02. Páginas 152. Siemens, (2004) [8] Sistema de automatización S7-300 datos de los módulos, edición 02/2004. Páginas 694.

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ANEXOS

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Anexo 1: sistema de potencia de la torre de enfriamiento Lampo

Anexo 2: alimentación hacia la torre de enfriamiento Lampo

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Anexo 3: torre Lampo barra 2

Anexo 4: torre Lampo barra 1

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