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Universidad San Carlos de GuatemalaFacultad de ingenieraEscuela
de mecnica elctrica Automatizacin IndustrialEscuela de vacaciones
junio 2015Nombre: Juan Pablo Morales Castellanos / Carn:
201222586Tarea No. 1: Investigacin temas unidad 1
INVESTIGACION UNIDAD NO. 1:
Universidad San Carlos de GuatemalaFacultad de ingenieraEscuela
de mecnica elctrica Automatizacin IndustrialEscuela de vacaciones
junio 2015Nombre: Juan Pablo Morales Castellanos / Carn:
201222586Tarea No.1: Investigacin temas unidad 1
RELEVACIN INDUSTRIALCarrera: Ing. Mecnica elctricaFecha: 4 de
Junio de 2015
ResumenEn el presente trabajo se busc conceptualizar y afianzar
todos los componentes, principios y conceptos bsicos en cuanto a
automatizacin industrial se refiereSe comienza con una introduccin
al tema abarcando los contenidos en general, donde se da a conocer
las definiciones bsicas de los principios de la creacin de los
automatismos en la industria y en la vida del hombre en la era
moderna.Posteriormente se abarca todo lo relacionado con la
simbologa, codificacin, documentacin y diagramacin utilizada en los
sistemas automticos a escala global para su reconocimiento e
interpretacin universal, as tambin se ilustran ejemplos de cada
situacin esquemtica comnmente utilizada en la industria.Como parte
del reconocimiento se dan a conocer los dispositivos utilizados
para control, operacin y proteccin, donde se abarca su
funcionalidad y aplicacin en cada caso deseado para las condiciones
del sistema planteadoTambin se hace una introduccin a los sistemas
de control automticos, dando las bases tericas de su funcionamiento
y conceptualizando en sus principios para su diseo e interpretacin
en un sistema autmata industrial, as mismo se presentan ejemplos de
aplicacin ilustrados. Como ltimo punto se hace mencin del control
operacin y proteccin en motores as como sus condiciones de arranque
segn el caso y se presentan algunos diagramas de tipos de arranque
en
IntroduccinLa Automatizacin se compone de todas las teoras y
tecnologas encaminadas de alguna forma a sustituir el trabajo del
hombre por el de la mquina. Conceptualmente, la automatizacin se
basa en una reiterada aplicacin del mecanismo de retroalimentacin
y, por ello, est en ese sentido relacionada con las Teoras de
Control y de Sistemas. En cuanto a su aspecto tecnolgico, puede
decirse que siempre ha estado a la ultima, adoptando en cada
momento histrico los ms recientes avances.Siendo nuestro objetivo
automatizar ciertos procesos, parece claro que primero hemos saber
cmo funcionan esos procesos. Como veremos, el tipo de automatizacin
a implantar depende del tipo de proceso a automatizar: no da lo
mismo automatizar un proceso continuo que un proceso gobernado por
eventos. Debido a la gran cantidad de procesos distintos que
funcionan actualmente, consideraremos slo los ms importantes desde
el punto de de la automatizacin, y obtendremos modelos con sus
caractersticas esenciales. En esta trabajo se darn unas ideas muy
generales sobre esta rea, tan amplia y compleja, y posteriormente
se desarrollaran a lo largo del curso.
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Introduccin a la automatizacin
Automatizacin se puede definir como:El desempeo mecanizado de
distintas operaciones, dirigidas de una manera automtica y
sincronizada, mediante computadoras programadas y la tecnologa
adecuada para lograr un mayor control y la mejor toma de decisiones
en cada fase del proceso de produccin.Las primeras mquinas eran
mquinas simples que sustituan una forma de esfuerzo en otra forma
que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso
pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las
mquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energa
renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por
energa humana.Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos.
Todava despus, algunas formas de automatizacin fueron controladas
por mecanismos de relojera o dispositivos similares utilizando
algunas formas de fuentes de poder artificiales.El ms intil de los
seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de
esencias que cualquier dispositivo automtico. Las habilidades para
el patrn de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y
produccin de lenguaje se encuentran ms all de cualquier expectativa
de los ingenieros de automatizacin. Existen muchos trabajos donde
no existe riesgo inmediato de la automatizacin. Ningn dispositivo
ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la
precisin y certeza en muchas tareas; tampoco el odo humano.
Las computadoras especializadas, referidas como Controlador
lgico programable, son utilizadas frecuentemente para sincronizar
el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas
a los actuadotes y eventos. Esto conduce para controlar acciones
precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso
industrial. (Se tema que estos dispositivos fueran
En industrias tales como las alimenticias, refrsquelas,
manufactureras, comerciales, extractivas, de igual forma en lugares
como museos, bancos, entre otros.Resulta favorable la inclusin de
algunos sensores, en los manipuladores robot, que hacen parte del
Sistema de Manufactura Flexible en el Centro de Automatizacin de
Procesos CAP.Como sabemos un sensor es un dispositivo capaz de
detectar diferentes tipos de materiales, con el objetivo de mandar
una seal y permitir que continu un proceso, o bien detectar un
robo; dependiendo del caso que ste sea.Dentro de la seleccin de un
sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la
forma de la carcasa, distancia operativa, datos elctricos y
conexiones.De igual forma, existen otros dispositivos llamados
transductores, que son elementos que cambian seales, para la mejor
medicin de variables en un determinado fenmeno.El tema de
automatizacin nos dar una visin muchsimo ms amplia de lo que puede
ayudar esto a una empresa ya que se va a dar en la misma un proceso
de mecanizacin de las actividades industriales para reducir la mano
de obra, simplificar el trabajo para que as se de propiedad a
algunas maquinas de realizar las operaciones de manera automtica;
por lo que indica que se va dar un proceso ms rpido y
eficiente.
Simbologa y codificacinLa simbologa es un proceso abstracto en
el cual las caractersticas salientes de los dispositivos o
funciones son representadas de forma simple por figuras
geomtricas.Los objetivos principales de esta son Indicar lo
realizado. Simplificar un proceso. Ayudar con el
mantenimiento.Instrumento: Objeto fabricado, simple o formado por
una combinacin de piezas, que sirve para realizar un trabajo o
actividad, especialmente el que se usa con las manos para realizar
operaciones manuales tcnicas o delicadas, o el que sirve para
medir, controlar o registrar algo Identificacin funcional de un
instrumento: Todas las letras son maysculas. No ms de 4 letras son
utilizadas. Identificacin del instrumento + identificacin
funcional. La identificacin de los smbolos y elementos debe ser
alfa numrica, los nmeros representan la ubicacin y establecen el
lazo de identidad, y la codificacin alfabtica identifica al
instrumento y a las acciones a realizar.
Figura 1. Identificacion funcional del instrumentoFuente: Waman,
A. (2003).Esquematica. Recuperado de: http://www.
automaticausach.cl
/asignaturas/proying/Circuito_electricos_de_automatizacion_304.pdf
Figura 2. Letras de identificacionFuente: Carrera, E.
(2015).Simbologa y codificacin. Simbologa. Lneas y Smbolos
generales:
Figura 3. Simbologa. Lneas y Smbolos generalesFuente: Waman, A.
(2003).Esquematica. Recuperado de: http://www. automaticausach.cl
/asignaturas/proying/Circuito_electricos_de_automatizacion_304.pdfSimbologa
SAMA:El mtodo SAMA (Scientific, Aparatus Makers Association) de
diagramas funcionales que emplean para las funciones block y las
designaciones de funciones.
Figura 4. Diagramas funcionalesFuente: Waman, A.
(2003).Esquematica. Recuperado de: http://www. automaticausach.cl
/asignaturas/proying/Circuito_electricos_de_automatizacion_304.pdfCodificacin:Para
poder compartir informacin, que est en formato digital, es comn
utilizar las representaciones binaria y hexadecimal.Hay otros
mtodos de representar informacin y una de ellas es el cdigo BCD.Con
ayuda de la codificacin BCD es ms fcil ver la relacin que hay entre
un nmero decimal (base 10) y el nmero correspondiente en binario
(base 2)El cdigo BCD utiliza 4 dgitos binarios (ver en los dos
ejemplos que siguen) para representar un dgito decimal (0 al 9).
Cuando se hace conversin de binario a decimal tpica no hay una
directa relacin entre el dgito decimal y el dgito binario.Ejemplo
:Conversin directa tpica entre un nmero en decimal y uno
binario.8510 = 10101012Aplicacin compuertas lgicasSerie
ParaleloFigura 5. Aplicacin compuertas lgicasFuente: Ospina, S.
(2011).Compuertas lgicas . Recuperado de:
http://electronikatualcance.blogspot.com/2011/10/puertas-logicas-and-or-not.html
Documentacin y diagramacin.La diagramacin de procesos es la
representacin grfica de como se realiza en la vida real un proceso,
en la que se muestra tanto sus operaciones, materias primas y
productos, condiciones de operacin, etc. Dependiendo del nivel del
Diagrama. Los diagramas forman parte de la documentacin del proceso
y resultan herramientas de gran utilidad para la compresin del
proceso y para la realizacin de los clculos.
La diagramacin es una herramienta que nos permite representar en
forma grfica los procesos de una empresa y observar las actividades
en conjunto, sus relaciones y cualquier incompatibilidad, cuello de
botella o fuente de posibles ineficiencias.Los distintos niveles de
detalle o punto de vista de un diagrama de procesos son: Diagramas
de bloques Diagramas de flujo Instrumentacin y controlDiagrama de
bloquesUn sistema de control puede tener varios componentes. Para
mostrar las funciones que lleva a cabo cada componente en la
ingeniera de control, por lo general se usa una representacin
denominada diagrama de bloques.
Figura 6. Diagrama de bloquesFuente: Acosta, A. (2011).Diagramas
de instrumentacion Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Diagrama de FlujoEste diagrama, adems de mostrar la secuencia
con que suceden las actividades, contiene un grado mayor de detalle
que permite considerar diferentes tipos de actividad y alteraciones
en la secuencia, que pueden ser ocasionadas por revisiones o por la
ocurrencia de alguna disyuntiva no previsible
Figura 7. Diagrama de flujosFuente: Acosta, A. (2011).Diagramas
de instrumentacion Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Instrumentacin y control:Para mostrar un proceso y el control de
procesosparticularmente, se utilizan 4 tipos de diagrama:
Diagramas de lazos
Figura 8. Diagrama de lazosFuente: Acosta, A. (2011).Diagramas
de instrumentacion Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Diagrama de instalacin
Figura 9. Diagrama de InstalacinFuente: Acosta, A.
(2011).Diagramas de instrumentacin Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Diagramas de alambrado
Figura 10. Diagrama de alambradoFuente: Acosta, A.
(2011).Diagramas de instrumentacin Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Diagrama de ubicacin Muestran con detalle la posicin de la
instrumentacin y equipo instalado Un diagrama de ubicacin es
importante tanto para el mecnico o tcnico no familiarizado con el
rea, como para el que instala el equipo Debajo de cada crculo que
representa al instrumento, se debe indicar la elevacin a la cual el
instrumento ser instalado
Figura 11. Diagrama de ubicacionFuente: Acosta, A.
(2011).Diagramas de instrumentacin Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Diagrama simplificado de equiposEs el diagrama de ingeniera ms
simple, donde se muestran en forma de iconos los equipos necesarios
para una planta de proceso y la interconexin entre ellos se
representa por lneas que enlazan un equipo con otro.Este diagrama
es apenas un pequeo paso ms detallado que el diagrama de flujo
conceptual, consistente de simples cajas de funcionalidad, sin
mayor preocupacin sobre la forma especfica de los transportes
necesarios. Pero en este diagrama de los equipos del proceso se
captura, sin embargo, cada equipo necesario para cumplir la
funcionalidad de los sistemas de transporte, al menos de
materiales.
Figura 12. Ejemplo diagrama simplificadoFuente: Acosta, A.
(2011).Diagramas de instrumentacin Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.htmlDiagrama
detallado de equiposEste diagrama incluye las tuberas del proceso,
las vlvulas, los desages, las desviaciones, las ventilaciones, los
reciclos y todos los equipos de proceso.El diagrama detallado no
suele ser necesario para la estimacin inicial de costos; su aporte
es valioso, ms bien, en el clculo afinado de costos de la planta.
Existen algunos sistemas CAD que incorporan un buen nivel de avance
hacia este tipo de diagrama.
Figura 13. Ejemplo diagrama detalladoFuente: Acosta, A.
(2011).Diagramas de instrumentacin Recuperado de
http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html
Introduccin al control automticoConjunto de componentes fsicos
conectados o relacionados entre s, de manera que regulen o dirijan
su actuacin por s mismos, es decir, sin intervencin de agentes
exteriores, corrigiendo adems los posibles errores que se presenten
en su funcionamiento. Sus aplicaciones son innumerables (en los
hogares, procesos industriales,), y tienen especial repercusin en
el campo cientfico (misiones espaciales) y en avances tecnolgicos
(automocin).En Regulacin Automtica, slo se tendr en cuenta la
relacin entrada/salida de los sistemas que se van a someter a
control. Lo importante ser entonces conocer cul ser la respuesta
del sistema (salida) cuando se le comunica una cierta
entrada.Sistemas de control de lazo abierto: Es decir, en un
sistema de control de lazo abierto la salida ni se mide ni se
realimenta para compararla con la entrada. Los sistemas de control
de lazo abierto son sistemas de control en los que la salida no
tiene efecto sobre la seal o accin de control. No recibe informacin
del comportamiento de la planta.
Figura 14. Sistema lazo abiertoFuente: Canto, C.Sistemas de
control Recuperado de http://galia.fc.uaslp.mx/
~cantoca/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/3_AUTOMATIZACION_GENERAL.PDF
Sistemas de control de lazo cerrado: En los sistemas de control
de lazo cerrado, la salida o seal controlada, debe ser realimentada
y comparada con la entrada de referencia, y se debe enviar una seal
actuante o accin de control, proporcional a la diferencia entre la
entrada y la salida a travs del sistema, para disminuir el error y
corregir la salida.Un sistema de control de lazo cerrado es aquel
en el que la seal de salida tiene efecto directo sobre la accin de
control. Esto es, los sistemas de control de lazo cerrado son
sistemas de control realimentados.
Figura 15. Sistema lazo cerradoFuente: Canto, C.Sistemas de
control Recuperado de http://galia.fc.uaslp.mx/
~cantoca/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/3_AUTOMATIZACION_GENERAL.PDF
La ventaja de los sistemas de control de lazo cerrado, es que al
usar de forma adecuada la realimentacin, como se vio en la seccin
anterior, se puede lograr que el sistema sea relativamente
insensible a las perturbaciones externas o exgenas y a variaciones
internas de los parmetros del sistema. De esta manera se pueden
utilizar en el diseo y experimentacin componentes ms inexactos y
econmicos, logrando exactitud de control, mientras esto sera mucho
ms complicado de solucionar proponiendo un diseo de un sistema de
lazo abierto. Desde el punto de vista de la estabilidad, en los
sistemas de lazo abierto es ms difcil de lograr, ya que no
constituye un problema importante. Por otro lado, en los sistemas
de lazo cerrado, la estabilidad siempre constituye un problema
importante por la tendencia a sobrecorregir errores lo que puede
introducir oscilaciones de amplitud constante o variable. Hay que
recalcar que para sistemas en los que las entradas son conocidas y
no existen perturbaciones, es preferible usar sistemas de control
de lazo abierto. Los sistemas de control de lazo cerrado se deben
usar si o s en sistemas que estn sometidos a perturbaciones
externas.Los sistemas de control realimentados se pueden clasificar
en diversas formas, dependiendo del propsito de la clasificacin.
Por ejemplo, de acuerdo con el mtodo de anlisis y diseo, los
sistemas de control se clasifican en lineales y no lineales,
variantes en el tiempo o invariantes en el tiempo. De acuerdo con
los tipos de seales usados en el sistema, se hace referencia a
sistemas en tiempo continuo y en tiempo discreto, o sistemas
modulados y no modulados. A menudo, los sistemas de control se
clasifican de acuerdo con su propsito principal. Por ejemplo, un
sistema de control de posicin y un sistema de control de velocidad
controlan las variables de salida de acuerdo con la forma como su
nombre lo indica. En general, existen muchas formas de identificar
un sistema de control de acuerdo con alguna funcin especial del
sistema. Es importante que algunas de estas formas comunes de
clasificar a los sistemas de control sean conocidas para obtener
una perspectiva propia antes de embarcarse en su anlisis y
diseo.
Aplicaciones del control manual y automtico.Cuando en un sistema
de control tanto la retroalimentacin de la salida como la accin de
control son llevadas a cabo por el hombre, se dice que el control
es manual.A continuacin se muestran algunas aplicaciones simples de
cada uno de ellos:Sistema de control (lazo abierto) de una rueda de
impresin margarita- de una mquina de escribir electrnica: La
margarita de la mquina de escribir se mueve a la posicin donde se
encuentra el carcter deseado para colocarlo frente al martillo de
impresin. El carcter se selecciona desde el teclado. Esto debe
realizarse de la forma ms rpida posible y exacta. Para este tipo de
aplicacin un microprocesador (o microcontrolador) puede ser
utilizado para este fin.
Figura 16. Ejemplo sistema de control manualFuente: Canto,
C.Sistemas de control Recuperado de http://galia.fc.uaslp.mx/
~cantoca/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/3_AUTOMATIZACION_GENERAL.PDF
Sistema de control (lazo cerrado) de la velocidad de un motor:
Este sistema controla la velocidad del motor, mantenindola fija an
con variaciones de carga. Este principio se aplica en una escalera
elctrica, la velocidad debe permanecer uniforme independientemente
de la cantidad de personas que se encuentren en ella.
Figura 17. Ejemplo sistema de control automaticoFuente: Canto,
C.Sistemas de control Recuperado de http://galia.fc.uaslp.mx/
~cantoca/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/3_AUTOMATIZACION_GENERAL.PDF
Dispositivos utilizados para el control, operacin y
proteccin.Elementos de control: Contactores: Son actuadores que
sirven de interface entre los mandos de control y los actuadores
elctricos de mayor potencia. Por medio de la excitacin elctrica de
una bobina, el magnetismo creado por ella, atrae un dispositivo
mecnico que a su vez conmuta uno o varios interruptores mecnicos
que pueden manejar corrientes elevadas. Los contactores ms comunes
poseen bobinas de control a 110 o 220 voltios y contienen un juego
de 4 interruptores conmutables, uno como auxiliar y los otros tres
utilizados para las fases de la corriente trifsica utilizada
comnmente en la industria. Rels:. Son mecanismos electromagnticos,
que conmutan uno o varios contactos elctricos por medio de la
fuerza electromagntica, generada por paso de la corriente de
control a travs de su bobina.Elementos de proteccin: Breakers: Son
simplemente interruptores o bloqueadores, que se encargan de aislar
la corriente de potencia de entrada, de los diferentes sistemas
elctricos controlados. Estos son instalados seriamente con las
lneas de potencia y vienen diseados para soportar determinadas
corrientes de tal manera que si sobrepasa el lmite, este se activa
y asla la corriente elctrica de potencia. Deben ser instalados en
el circuito antes del contacto. Rel Trmico: Su funcin es la de
proteger los diferentes dispositivos a las sobre-corrientes. Deben
ser instalados despus del contacto, de tal manera que brinde
seguridad en caso de que uno de sus contactos se quede pegado o no
funcione correctamente, corriendo el riesgo de dejar solo dos
fases, lo que ocasionara grandes daos a los sistemas conectados a
ste.Contactores: El contactor cumple con la funcin de comando o
conmutacin. Un contactor es un dispositivo mecnico de conexin
controlado por un electroimn con una operacin tipo on/off. Cuando
la bobina del electroimn se encuentra energizada, el contactor se
cierra y completa el circuito entre la fuente y la carga a travs de
sus contactos de potencia. Dependiendo de la tecnologa del
contactor, la parte mvil del electroimn que maneja los contactos
mviles puede funcionar por rotacin sobre un eje, por desplazamiento
paralelo con relacin a una parte fija o por una combinacin de
ambos.
Figura 18. Contactores Rels trmicos: Estos rels cumplen con la
funcin de proteccin trmica del motor contra sobrecargas y van
asociados a un contactor que es el que realiza la apertura del
circuito de potencia. Puesto que protegen solamente contra
sobrecargas, los rels trmicos deben complementarse con una
proteccin contra cortocircuitos. El rel de imagen trmica simula, a
travs de la utilizacin de un bimetal, el calentamiento y
enfriamiento del motor protegido en base a sus constantes de
tiempo, vigilando las temperaturas alcanzadas en comparacin con la
mxima admisible como funcin de la duracin de la sobrecarga.
Figura 19. Rels trminosGuardamotores magnticos: Son dispositivos
de proteccin contra cortocircuito, de corte tripolar. Los
guardamotores magnticos cumplen la funcin de proteccin contra
cortocircuitos, cumpliendo adicionalmente la funcin de
seccionamiento. Los requisitos para que cumplan con la funcin de
proteccin contra cortocircuito son bsicamente una pronta deteccin
de la corriente de defecto y una rpida apertura de los contactos.
Esto conduce a que los guardamotores magnticos sean aparatos
limitadores.
Figura 20. Guarda motores magnticosFusibles: El fusible,
utilizado como elemento componente de una salida a motor, solo debe
actuar frente a cortocircuitos. Es decir, las sobrecargas no deben
producir la operacin del fusible, por lo cual debe emplearse el
fusible de respaldo.
Figura 21. Fusibles Ojo electrnico: Es un dispositivo que sirve
para controlar el paso de energa hacia el aparato que se quiere
controlar automticamente, esto se realiza mediante el siguiente
proceso: El ojo electrnico enva una seal que lo mantiene en posicin
cerrada o sea que no deja pasar la electricidad y que cuando es
interrumpida cierra el circuito quiere decir que en este momento
deja pasar la electricidad y activa el aparato a controlar
automticamente. Figura 22. Ojo electrnicoFotocelda:
Lasfotoceldasson pequeos dispositivos que producen una variacin
elctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de la luz. Las
fotoceldas pueden clasificarse
comofotovoltaicasofotoconductivas.
Figura 23. Fotoceldas Final de carrera: Dentro de loscomponentes
electrnicos, el final de carrera osensorde contacto
dispositivoselctricos,neumticosomecnicossituados al final del
recorrido de un elemento mvil, como por ejemplo unacinta
transportadora, con el objetivo de enviar seales que puedan
modificar el estado de uncircuito. Internamente pueden
contenerinterruptoresnormalmente abiertos (NA o NO en ingls),
cerrados (NC) oconmutadores dependiendo de la operacin que cumplan
al ser accionados, de ah la gran variedad de finales de carrera que
existen en mercado.
Figura 24. Final de carreraOtros dispositivos de proteccin Los
dispositivos estudiados hasta ahora calculan la temperatura en
forma indirecta, a travs de mediciones de corriente. Para aquellos
motores que por ser crticos para el proceso del que forman parte se
entiende que deben ser protegidos de forma an ms eficiente, la
proteccin contra sobrecargas se realiza mediante dispositivos
trmicos o sensores de temperatura, termistores (resistencias
variables con la temperatura), colocados dentro del bobinado del
motor, procurando sensar la temperatura del punto ms caliente. Las
sondas empleadas son del tipo de coeficiente de temperatura
positivo (PTC), emplendose tambin en ciertos casos sondas de
coeficientes negativos (NTC). Igualmente, para estos motores puede
emplearse adicionalmente, rels diferenciales, rels de desbalance de
fases, rels de subtensiones, etc. Control, operacin y proteccin de
motores elctricos AC/DC.Los objetivos de una salida a motor son los
siguientes: Comandar el motor (encendido y apagado del motor)
Proteger a sus componentes contra los efectos de fallas de origen
elctrico Asegurar la seguridad del personal Maximizar la
continuidad de servicio. Para cumplir con los objetivos planteados,
toda salida a motor debe cumplir con cuatro funciones bsicas:
Seccionamiento: separacin del motor de la red de distribucin
elctrica que lo alimenta. Conmutacin o Comando: Establecimiento y
corte de la corriente que tome la carga. Proteccin contra
cortocircuitos: proteccin del motor contra los daos causados por
altas corrientes. Proteccin contra sobrecargas: proteccin del motor
contra los efectos de las corrientes de sobrecarga.El control de un
motor, ya sea un simple interruptor de volquete o un complejo
sistema con componentes tales como relevadores, controles de tiempo
e interruptores, controladores, compensadores, controla alguna
operacin del motor elctrico. Por lo tanto, al seleccionar e
instalar un equipo de control para un motor se debe considerar una
gran cantidad de diversos factores a fin de que aquel pueda
funcionar correctamente junto a la mquina para la que se disea.
Algunos factores a considerar son las siguientes: Arranque, parada,
inversin de rotacin, marcha, control de velocidad, seguridad del
operador (dispositivos pilotos), proteccin contra daos,
mantenimiento de los dispositivos de arranque (fusibles,
interruptores, cortacircuitos). El motor se puede controlar desde
un punto de lejano automticamente usando estaciones de botones
asociados con contactores (interruptores magnticos). Si el motor se
controla automticamente pueden usarse los siguientes dispositivos:
a) Interruptor de flotador: Para controlar el nivel de un tanque
abriendo o cerrando unos contactos que puede accionar una bomba.
Tambin para abrir o cerrar una vlvula para controlar un fluido. b)
Interruptor de presin: Controla la presin de los fluidos. Permite
arrancar un compresor de aire de acuerdo a la demanda de presin de
aire que exista. c) Temporizador: Para controlar un periodo de
tiempo diferido de cerrado o abierto. d) Termostato: Interruptor
que funciona por la accin de la T. e) Interruptor de lmite: Se usan
para parar mquinas, equipo y productos en proceso, durante el
curso.A continuacin se presenta un cuadro con los distintos
dispositivos de proteccin y comando y las funciones que cumplen los
mismos:
Figura 25. Funciones de dispositivos de comandoFuente: Polania,
J.Control de motores Recuperado de
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/iiee/Documentos/Teorico/Comando_motores.pdf
Formas de arranque: Existen muchas formas de comandar uno o
varios motores, dependiendo de los elementos que se utilicen para
su arranque y proteccin as como del funcionamiento previsto del
motor (un sentido de marcha, dos sentidos de marcha, comando por
botoneras, comando remoto, etc.) Se deben considerar las siguientes
condiciones: Frecuencia del arranque y la parada. Arranque liviano
o pesado Arranque rpido o lento. (debe ser lento e ir aumentando la
velocidad). Arranque y parada manual o automtica. Parada rpida o
lenta. (la parada debe ser rpida). Paradas exactas (Ej. En los
ascensores). Frecuencia en la inversin de rotacin. Respecto al
control de velocidad se debe considerar las siguientes condiciones:
Velocidad constante (bomba de agua). Velocidad variable (gra) -
Velocidad ajustable. Velocidad mltiple (torno revolver).A
continuacin se presenta un esquema de comando estandar para
arranque directo y otro para arranque estrella tringulo
Figura 26. Arranque directoFuente: Polania,J.Control de motores
Recuperado de
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/iiee/Documentos/Teorico/Comando_motores.pdfSiendo:
F1F y F3F: Fusibles de proteccin contra cortocircuito del circuito
de potencia y del circuito de comando respectivamente K1M:
contactor de comando F2F: rel trmico, c / un contacto NC S1Q:
Pulsador NA de arranque S0Q: Pulsador NC de paradaExplicacin del
funcionamiento del diagrama de comando: Inicialmente, el contactor
K1M se encuentra abierto. Marcha: Al presionar el pulsador S1 y no
haber falla trmica en el motor, el contacto F2F del rel trmico est
cerrado; como el pulsador S0Q es NC y no est presionado el contacto
S0Q est cerrado y al cerrarse el contacto S1Q se energiza la bobina
del contactor K1M cerrndose entonces sus contactos principales. Al
cerrarse el contactor K1M, se cierran sus contactos auxiliares,
entonces, independientemente que se deje de presionar S1Q, la
bobina se mantiene alimentada a travs del contacto auxiliar de K1M
en paralelo con S1Q y el contactor permanece cerrado. A este
contacto de K1M en paralelo con el pulsador de marcha se le
denomina usualmente contacto de autoretencin.Parada: Al presionar
el pulsador S0Q, como es un contacto NC, el contacto S0Q que
aparece en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin
a la bobina del contactor K1M. K1M, con su bobina desenergizada, se
abre. Parada por disparo del rel trmico: En caso de detectarse una
sobrecarga, el contacto NC de F2F que figura en el diagrama de
comando se abre, dejando sin alimentacin a la bobina del contactor
K1M. K1M, con su bobina desenergizada, se abre. Observar que en
caso de desear comandar el contactor desde ms de un punto, alcanzar
con poner contactos NA de los comandos de apertura adicionales que
se desee en paralelo con el contacto de S1Q y contactos NC de los
comandos de cierre adicionales que se desee en serie con el
contacto de S0Q.
Figura 27. Arranque estrella-trianguloFuente: Polania,J.Control
de motores Recuperado de
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/iiee/Documentos/Teorico/Comando_motores.pdfSiendo:
F1F y F3F: Fusibles de proteccin contra cortocircuito del circuito
de potencia y del circuito de comando respectivamente K1M, K2M:
contactores de comando c/ 2NA+1NC c/no K3M: contactor de comando c/
1NC F2F: rel trmico, c / un contacto NC S1A: Pulsador NA de
arranque, 1NA S0A: Pulsador NC de parada, 1NC K4A: temporizador
c/retardo a la conexin, 1NCExplicacin del funcionamiento del
diagrama de comando: La conexin en estrella de los bobinados del
motor se logra cerrando el contactor K2M y la conexin en tringulo
cerrando el contactor K3M. Inicialmente, los tres contactores estn
abiertos. Marcha: Al pulsar S1A, como el NC del rel trmico F2F est
cerrado puesto que no hay falla por sobrecarga, el NC de S0A est
cerrado puesto que no est presionado el pulsador de parada, los
contactos NC de K1M y K3M estn cerrados puesto que ambos
contactores estn abiertos y el contacto NC del temporizador K4A est
cerrado puesto que el temporizador no est funcionando, se energiza
la bobina del contactor K2M, cerrndose el contactor K2M y se activa
el temporizador. En este momento se ha conectado los bobinados del
motor en estrella. 25 Al energizarse K2M, se cierran sus contactos
auxiliares NA y se energiza entonces la bobina de K1M, cerrndose el
contactor K1M y entregando tensin al motor. Tanto K1M como K2M
permanecen cerrados, an luego de mantener S1A pulsado, a travs de
los contactos de autoretencin de K2M. Al estar K2M cerrado, su
contacto NC est abierto y la bobina de K3M no est alimentada, por
lo que K3M est abierto. Cuando el temporizador lleg a su valor de
seteo el contacto NC de K4A se abre, desenergizando la bobina de
K2M, lo que provoca la apertura de K2M. K1M permanece cerrado,
entonces su contacto NA est cerrado y como K2M abri, su contacto NC
se cerr, por lo que se energiza la bobina de K3M, provocando el
cierre de K3M y la conexin de los bobinados del motor en tringulo,
lo que implica el fin del arranque. Parada: Al presionar el
pulsador S0A, como es un contacto NC, el contacto S0A que aparece
en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin a las
bobinas que estuvieran activadas (sean K1M, K2M y K4A o solamente
K1M). K1M y K2M, con su bobina desenergizada, se abren. Al abrir
K1M, su contacto NA se abre por lo que se desenergiza la bobina de
K3M. Parada por disparo del rel trmico: En caso de detectarse una
sobrecarga, el contacto NC de F2F que figura en el diagrama de
comando se abre, dejando sin alimentacin a las bobinas que
estuvieran activadas (sean K1M, K2M y K4A o solamente K1M). K1M y
K2M, con su bobina desenergizada, se abren. Al abrir K1M, su
contacto NA se abre por lo que se desenergiza la bobina de K3M.
Bibliografa
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Carrera: Ing. Mecnica elctricaFecha: 4 de Junio de 2015