Automatizacion Aire Acondicionado
Automatizacion Aire Acondicionado
Automatizacion Aire Acondicionado
AIRE ACONDICIONADO
1
DISEÑO AUTOMATIZACIÓN SISTEMA
AIRE ACONDICIONADO
2
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ....................................................................................................................... 8
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 9
OBJETIVOS .................................................................................................................... 11
CONTROLADOR ......................................................................................................................................................... 18
3
2.1 Cabeza con contactos auxiliares (Telemecanique LA1 D20): ........................................................ 21
4
3.1 CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y DE POTENCIA .............................................................................................. 34
5
TABLA DE ILUSTRACIONES
6
Figura 29 CONSUMO COLECTIVO DE LOS COMPRESORES ....................................... 46
7
RESUMEN
Para finalizar se muestra el diseño del programa y los diferentes planos que se usaron para
diseñar, para esto se usaron los programas de siemens LOGO SOFT para la programación
del PLC LOGO! de SIEMENS.
8
INTRODUCCIÓN
Los chillers son los componentes que permiten que el aire a temperatura ambiente sea
modificado a una temperatura menor, para hacer una modificación de aire, a esto se le
puede llamar aire acondicionado, en el MOVICH HOTEL de Pereira se cuenta con un
componente el cual tiene un control por relevación (RELÉS Y CONTACTORES) los
cuales permiten que el encendido de los compresores se conmuten de manera unificada,
causando un consumo de energía innecesario.
Este proyecto se realizara con el fin de mejorar la calidad y el funcionamiento del sistema
de aire acondicionado (chiller) para realizar una optimización del sistema el cual tendría
una mejora en la calidad de funcionamiento y ahorro en gastos energéticos en los rubros de
servicios públicos del MOVICH HOTEL de Pereira.
La realización de este proyecto se llevó a cabo determinando la forma más eficiente del
diseño que pueda mejorar el funcionamiento del sistema, teniendo en cuenta el uso de un
Controlador Lógico Programable (PLC) el cual permite el control de la activación y
desactivación del sistema por demanda.
9
Al comenzar el proyecto se tomara registro fotográfico de todos las partes y componentes
del equipo, identificando sus falencias y sus fortalezas para realizar el respectivo
mejoramiento y aprovechar las fortalezas encontradas.
Luego se levantará el diseño de los planos eléctricos del equipo para configurar los
componentes a utilizar para llevarlo al programa PLC, estos planos serán diseñados en
AUTOCAD, y la determinación de los componentes se hará en base a los consumos de
corrientes y voltajes necesarios para el funcionamiento del equipo de manera óptima.
A través del software LOGO SOFT se diseñara el programa para el PLC LOGO DE
SIEMENS, este diseño se hará con un lenguaje de DIAGRAMA DE BLOQUES, en este
programa se incluirán todos los sistemas de control para ejecutar los comandos necesarios
para dar funcionamiento y crear los puentes de conexión entre los actuadores y sensores
con el equipo.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un circuito controlador que comande todas las variables y parámetros incluidos en
el sistema de aire acondicionado para mejorar la vida útil del equipo y disminuir los
consumos energéticos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Ø Diseñar los planos eléctricos para la conexión de los componentes, lo cual permita tener
algo adecuado para luego ser llevado al programa del PLC.
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DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO DEL PROYECTO
CAPÍTULO 6: Bibliografía, se muestran todas las referencias de las cuales fue obtenida
la información teórica para el desarrollo del proyecto.
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1 CAPITULO 1: Conceptos teóricos generales
En la automatización industrial hay muchos conceptos que se deben tener en cuenta para
obtener una buena respuesta de lo que se requiere hacer en el proceso de automatizar un
proceso, en el cual se deben observar muchas variables que requieren un trato diferente
para cada una de ellas.
En el proceso que se desea automatizar se debe tener en cuenta la temperatura debido a que
con esta se desea tener un tratamiento para que el usuario pueda controlar la temperatura
ambiente que en la ciudad de Pereira puede variar dependiendo si el día es caluroso o
nublado, para esto se necesita un proceso de refrigeración en cual permita tener una
temperatura más baja en cada habitación del HOTEL MOVICH dependiendo del
requerimiento del usuario.
Para el proceso de refrigeración se usa un tipo de control con relés y contactores, bajo un
mecanismo análogo que funciona correctamente, pero se es ineficiente teniendo en cuenta
que hay 2 compresores Carlyle los cuales con este tipo de control se encienden al mismo
tiempo haciendo un gasto energético elevado.
Para la automatización se hará uso de una gama de PLC’s, en este proceso se usara el PLC
LOGO de SIEMENS el cual cuenta con las entradas y salidas requeridas para este proceso,
lo que se quiere para la automatización es tener una eficiencia máxima debido a que no se
encenderán todos los compresores al mismo tiempo si no los compresores requeridos
dependiendo del número de usuarios en el HOTEL MOVICH que lo estén usando en el
momento.
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1.1 HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
Durante la noche, tres mil esclavos desmantelaban las paredes y acarreaban las piedras al
Desierto del Sahara. Como el clima desértico es extremoso y la temperatura disminuye a
niveles muy bajos durante las horas nocturnas, las piedras se enfriaban notablemente.
Justo antes de que amaneciera, los esclavos acarreaban de regreso las piedras al palacio y
volvían a colocarlas en su sitio. Se supone que el faraón disfrutaba de temperaturas
alrededor de los 26° Celsius, mientras que afuera el calor subía hasta casi el doble.
En 1842, Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de
conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético
basado en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3
principios:
14
En 1902, el estadounidense Willis Haviland Carrier sentó las bases de la refrigeración
moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire
enfriado, las del aire acondicionado, desarrolló el concepto de climatización de verano.
Aunque Willis Haviland Carrier es reconocido como el “padre del aire acondicionado”, el
término “aire acondicionado” fue utilizado por primera vez por el ingeniero Stuart H.
Cramer, en la patente de un dispositivo que enviaba vapor de agua al aire en las plantas
textiles para acondicionar el hilo.
http://www.elaireacondicionado.com/sites/elaireacondicionado.com/files/images/articu
los/maquina-refrigeracion-centrifuga.jpg
15
El aire acondicionado inventado por Willis Haviland Carrier ha hecho posible el desarrollo
de muchas áreas tropicales y desérticas del mundo, que dependen de la posibilidad de
controlar su medio ambiente.
1.2 REFRIGERACION
Antes de la primera guerra mundial el hielo era el método más eficiente para tener una
buena refrigeración, ya que este tiene una temperatura de fusión de 0º centígrados; luego
aparecieron los primeros refrigeradores mecánicos, los cuales tienen una buena eficiencia y
por características físico químicas tienen un buen desempeño y en un menor tiempo hay
mejor temperatura de refrigeración para obtener el ambiente deseado dependiendo de la
utilidad que se requiera.
• TERMODINÁMICA
• CALOR
• TEMPERATURA
1.3.1 TERMODINÁMICA
La termodinámica es una rama de la ciencia que hace referencia a la acción mecánica del
calor. Hay ciertos principios que la rigen y estas se llaman leyes termodinámicas, dentro de
ellas alguna rigen el estudio de la refrigeración. Una de las leyes más importantes dice “la
16
energía no se crea ni se destruye, solo se transforma” ALBERT EINSTEIN (Teoría de la
relatividad).
1.3.2 CALOR
Se dice que el calor es relativo, ya que el calor en cualquier temperatura por encima del
cero absoluto incluso en cantidades extremadamente pequeñas depende del ambiente en el
cual se encuentre y la sensación que tenga la persona expuesta.
La convección de calor es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa
fluida, tal como el aire y el agua. Cuando estos se calientan se mueven hacia fuera de la
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fuente de calor, transportando energía consigo. La convección por encima de una superficie
caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, se expande,
se hace menos denso, y se eleva por principios de la ley de los gases ideales, de igual
manera el agua caliente es menos que la fría y por tanto se eleva, originando corrientes de
convección que transporta energía.
1.3.3 TEMPERATURA
CONTROLADOR
Para cada uno de estos PLC’s se usa una programación diferente dependiendo de la marca a
la cual se le realizará la compilación del programa y esto tiene una norma la cual está
regida por (IEC 61131-3 y sus siglas en español significa COMISIÓN ELECTRÓNICA
INTERNACIONAL), la cual se encarga de la regulación especificando los estándares de
programación.
Todo esto para dos tipos de programas los cuales son gráficos y textuales:
18
Bloques de función secuenciales (SFC - Sequential Function Chart), con elementos para
organizar programas de computación paralela y secuencial como se indica en la Figura2 y
Figura3 respectivamente.
Figura 2 Ejemplo de las instrucciones en los cuatro idiomas.
http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/plc/plc/image013.gif
19
Figura 3 Ejemplo bloques de función secuenciales.
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/2150512/ContenidoLinea/image016.jpg
20
2 CAPITULO 2: Funcionamiento de cada componente.
http://www.regler.com.br/paginas/detalhes.asp?cod=44600
21
2.2 Contactor (Telemecanique LC1 D253):
Este elemento como se indica en la Figura 5, se encargara del cierre del circuito de potencia
por contactos en el sistema de recirculación de agua fría.
http://www.prosparts.com/images/162-015.jpg
Este contactor que se muestra en la Figura 6, se encargará de dar un inicio al sistema por
medio de señales y contactos.
http://g02.a.alicdn.com/kf/HTB1zU_tJFXXXXc4XFXXq6xXFXXXk/Genuine-font-b-
LG-b-font-AC-font-b-contactor-b-font-GMC-40-AC220V.jpg
22
2.4 Contacto (Chint NC1 3210):
http://www.scat-technology.com/images/contactors/contactor-nc1-1810.jpg
Controla los rangos de temperatura para un sistema previamente programados los cuales
pueden ser modificados en los botones del controlador como se observa en la Figura 8.
23
Figura 8 Full Gauge MT543 Ri Plus
https://www.controleeautomacao.net/imagem/index/2016496/G/mt_543ri_log.png
https://www.johnstonesupply.com/storefront/renderImage.image?imageName=WEB/
10011/L38-
684cl.jpg&width=407&height=268&padding=0
24
2.7 Inspector de fase (Wagner DTP 3):
Verifica las tensiones de funcionamiento del sistema, se debe programar con piso y techo
en caso de una caída o incremento de tensión este abrirá el circuito y no permitirá el
funcionamiento del equipo con sus respectivos valores como se muestra en la Figura 10.
http://media.diversitech.com/web_image/DTP-3.jpg
2.8 Interruptor de flujo (Saginomiya FQS-U30G):
Este tipo de interruptor controla que exista un flujo de agua constante esto con el fin de
evitar que el sistema no trabaje en vacío y las bombas no sufran desgaste en los sellos
mecánicos la paleta es la encargada de verificar si hay o no flujo de agua como se indica en
la Figura 11.
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Figura 11 Saginomiya FQS-U30G
http://jakartainstrumentation.com/image-product/img22-1329232459.JPG
Este interruptor como se muestra en la Figura 12 permite que el sistema tenga su respectivo
encendido y apagado para que tenga iteraciones de tiempo.
http://chint-electric.ru/image/cache/data/knopki/np2-be101-500x500.jpg
2.10 Interruptor selector de bomba (Telemecanique ZBE101):
El interruptor como se muestra en la figura 13, se lo usa para seleccionar la bomba a usar
pero esto para un cambio a ser necesario por avería o mantenimiento.
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Figura 13 Telemecanique ZBE101
http://es.rs-online.com/images/F3308694-01.jpg
http://media3.rsdelivers.cataloguesolutions.com/MediumProductImages/R319095-
01.jpg
27
2.12 PLC Logo (Siemens 6ED1 052-1FB00-0BA6):
http://www.iteu.com.ua/files/products/storeeu/siemens-6ed1052-1fb00-0ba6.jpg
Controla las presiones altas y bajas del aceite del compresor este sirve como protector ya
que un sistema que no lubrica genera daños al compresor e incluso pérdida total del equipo,
una sonda en el cárter y otra a la salida de la bomba comprueban las presiones y si existe
una pequeña diferencia, inferior a la normal, bloquea el funcionamiento de la máquina se
puede observar las dos sondas en la Figura 16.
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Figura 16 Ranco P30-5826-080062907
https://www.johnstonesupply.com/storefront/renderImage.image?imageName=WEB/
10001/B12-009cl.jpg&width=407&height=268&padding=0
2.14 Presostato de aceite (Danfoss EN60947-5):
Controla las presiones altas y bajas del aceite del compresor este sirve como protector ya
que el sistema que no lubrica genera daños al compresor e incluso la pérdida total del
equipo, este equipo tiene funcionamiento similar al de la figura 16, y se observa que tiene
igual número de entradas y salidas figura 17.
29
Figura 17 Danfoss EN60947-5
http://www.refrigeracionzelsio.es/1078-2168-large/danfoss-mp55.jpg
2.15 Protector térmico (Telemecanique LR1-D16-321):
Este sistema de protección es de vital importancia ya que tiene una seguridad para las sobre
corrientes del sistema de potencia, el protector se lo puede observar en la Figura 18.
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Figura 18 Telemecanique LR1-D16-321
http://www.regler.com.br/manager/fotos/LR1-D16-321%20TELEMECANIQUE.jpg
2.16 Protector térmico (Metamec LG GTH-85):
http://g02.a.alicdn.com/kf/HTB1zU_tJFXXXXc4XFXXq6xXFXXXk/Genuine-font-b-
LG-b-font-AC-font-b-contactor-b-font-GMC-40-AC220V.jpg
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2.17 Start-Stop (Telemecanique ZB2 BE 101 - 102):
Se encargan de dar inicio y fin al proceso los componentes están visualizados en la Figura
20.
http://mlb-s1-p.mlstatic.com/bloco-de-contato-zb2-101-na-verde-384p10d4-557401-
MLB20341017199_072015-O.jpg
2.18 Válvula solenoide (CARRIER EF-11JE-121):
http://resource.carrierenterprise.com/is/image/Watscocom/article_1408712812694_en
_normal?wid=350&hei=350&defaultImage=ce_image-coming-soon
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2.19 Válvula solenoide (Danfoss 018F6260):
http://www.imcosamex.com/nueva/wp-content/uploads/2013/08/021.jpg
33
3 CAPÍTULO 3: Circuitos eléctricos, recursos materiales, sistema chiller y diseño
de diagrama eléctrico y de potencia
Para este capítulo tomaremos como anexos los PDF de cada uno de los planos usados, se
incluirá el diagrama eléctrico el cual está situado en el salón sapan, con esto se podrá
controlar las temperaturas con el objetivo de optimizar el sistema de aire acondicionado, ya
que las unidades de compresión se encuentran en función de las adecuaciones eléctricas a
realizar.
Component Ct
es d Marca Modelo Observaciones Valor c/u Valor tot
Cabeza con
contactos Telemecaniq 28.200,00
auxiliares 2 ue LA1 D 20 Para motor bomba $ 56.400,00 $
Telemecaniq LC1 D 83.500,00
Contactor 2 ue 253 Para motor bomba $ 167.000,00 $
97.000,00
Contactor 2 Metamec LG GMC-75 Compresor $ 194.000,00 $
120.000,00
Contactor 2 Chint NC1 3210 Moto ventilador $ 240.000,00 $
Control de MT543 Sonda: 5619- 170.000,00
temperatura 1 Full Gauge Ri plus 3636553/11 $ 170.000,00 $
Control de 1 Johnson A19 246.000,00 246.000,00 $
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temperatura Controls ACA-15 $
anti
congelamient
o
Inspector de 450.000,00
fase 1 Wagner DTP3 $ 450.000,00 $
Interruptor FQ5- 250.000,00
de flujo 1 Saginomiya U306 $ 250.000,00 $
Interruptor NP2- 22.000,00
tipo muletilla 2 Chint BE101 $ 44.000,00 $
Interruptor-
selector de Telemecaniq 36.500,00
bomba 1 ue ZBE101 $ 36.500,00 $
6ED1
052-
1FB00- 393.000,00
Logo 1 Siemens 0BA6 $ 393.000,00 $
Telemecaniq
Luz piloto 2 ue ZB2 8V6 9.500,00 $ 19.000,00 $
P30-
5826-
Presostato de 08006290 523.000,00
aceite 1 Ranco 7 $ 523.000,00 $
Presostato de EN 250.000,00
aceite 1 Danfoss 60947-5 $ 250.000,00 $
Protector Telemecaniq LR1- 523.200,00
térmico 2 ue D16-321 $ 1.046.400,00 $
Protector 58.000,00
térmico 2 Metamec LG GTH-85 Compresor $ 116.000,00 $
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EN
Reóstato 60947-4- 150.000,00
dual 2 Danfoss 5 $ 300.000,00 $
Telemecaniq 2B2 BE 28.000,00
Start-Stop 2 ue 101 Para moto bomba $ 56.000,00 $
Válvula EF231X2 160.000,00
solenoide 1 Alco controls 7I $ 160.000,00 $
Válvula 300.000,00
solenoide 1 Danfoss 018F6260 $ 300.000,00 $
TOTAL 5.017.300,00 $
36
3.3 SISTEMA CHILLER
En las siguientes figuras 23, 24, 25. Podemos observar la instalación original del equipo la
cual está basada en un sistema de relevación y control analógico.
37
Figura 25 Sistema control analógico
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4 CAPITULO 4: Plan de mantenimiento, optimización del sistema y diseño de
programa para PLC
4.1 MANTENIMIENTO
• Condensadores verticales o en V
• Serpentines colocados en V
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• Separador de aceite en compresores tipo tornillo
*Asegura la correcta lubricación del compresor. Este separador puede ser interno o externo
al compresor según el fabricante
40
• Revisión de la presión de aceite en compresores
41
4.1.3 Diferencias entre tipos de compresor
4.1.3.1 Scroll
Los compresores scroll pueden operar con lapsos de líquido a la succión (compresores de
nueva generación), mientras que los compresores tornillo aún no aceptan líquido, siendo
eso todavía un factor que puede provocar daño si no se tienen las debidas precauciones. Los
compresores scroll, debido a su tipo hermético, la reparación interna es imposible; sin
embargo, dependiendo del tipo de daño en los compresores tornillo o centrífugo, muchas de
las veces puede ser reparado.
4.1.3.2 Tornillo
4.1.3.3 Centrífugo
En cuanto al compresor centrífugo la operación es más compleja, ya que cuenta con mayor
protección y sensores que determinan la capacidad de operación de 10 a 100 por ciento;
fluido de refrigerante con apertura y cierre de álabes y fluido de aceite, ya que, por la
velocidad que gira el impulsor, es necesaria una correcta lubricación para evitar daños.
Normalmente, este tipo de compresores requieren de un procesador independiente al
procesador principal. Esto se debe a la cantidad de información requerida para la correcta
operación.
42
En el MOVICH HOTEL de Pereira hay un propio esquema de manteamiento el cual es
llevado por los siguientes días, a continuación anexo de días de mantenimiento libro
EXCEL.
4.2.1.1 OBJETIVO
Asegurar el mejoramiento y la disponibilidad en tiempo y uso del chiller del salón SAPAM
para satisfacer la demanda actual y futura del usuario para el sistema de aire acondicionado
en condiciones de calidad y seguridad.
4.2.1.2 FUNDAMENTOS
Mejorar los niveles de calidad del aire acondicionada en el sistema de frio del salón
SAPAM, disminuyendo el consumo eléctrico de este el cual presenta arranques directos de
los compresores y reforzarlos con miras a la eficiencia y a un mejor control del sistema
eléctrico.
En el 2015 gracias al programa CAPEX se logró incorporar presupuesto para una nueva
fase del overhall del equipo.
43
4.2.1.4 GESTION DE LA OPERACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE
FRIO DE SALÓN SAPAM
• Implementación a futuro del mismo sistema para todas las unidades de aire
acondicionado, según resultados de este proyecto.
• Fortalecimiento de los sistemas de control y fuerza del sistema con el fin de
disminuir mantenimientos recurrentes a la parte eléctrica de este, para lo cual se
realiza un programa en LOGO SOFT el cual permite obtener un control con el PLC.
• Se contara con la primera unidad automatizada del chiller esto disminuirá los
tiempos de interrupción por caídas de tensión o corriente, todo lo anterior teniendo
en cuenta un programa en bloques de funcion el cual esta anexo en SOFTWARE
LOGO V 6.1 CHILLER SALON SAPAN.lsc.
44
Figura 26 CONSUMO DE CORRIENTE COMPRESOR
Fuente Autor
Fuente Autor
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Figura 28 PLCA DE COMPRESOR
Fuente Autor
Fuente Autor
Con el sistema actual es irrelevante la ocupación o las unidades manejadores que están en
función ya que al poner en funcionamiento el sistema genera corrientes de arranque muy
altas de los compresores estos generando consumos aproximadamente de 200 Amperios,
donde el sistema no detecta la demanda ni la ocupación de los recintos a enfriar ya que el
46
primer compresor a entrar en funcionamiento el segundo empezara su función a partir de
los 2 minutos del primero.
Con el nuevo sistema se pretende mejorar los tiempos de arranque los cuales van a estar en
función de demanda, generando Deltas de temperatura y controlando la energización del
segundo compresor si es necesaria.
Gracias a esta implementación se puede ahorrar energía y vida útil de los equipos además
que al contar con un sistema de automatización se podrá observar parámetros de parámetros
de funcionamiento y alarmas por parada del equipo las cuales estarán incorporadas en el
programa del controlador los cuales están sujetos a la demanda, funcionamiento y
autorización de la gerencia de la empresa.
47
5 CAPÍTULO 5: Conclusiones
48
6 CAPÍTULO 6: Bibliografía
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7 CAPITULO 7: Anexos
50