Tesis Control de Banco Didactico de Refrigeracion
Tesis Control de Banco Didactico de Refrigeracion
Tesis Control de Banco Didactico de Refrigeracion
Agradecimientos
Dedicatoria
NDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN...
SUMARY..
Capitulo 1: INTRODUCCIN. 3
1.1 Objetivos General..
10
15
16
21
24
25
25
30
31
33
35
39
39
40
41
42
51
52
63
refrigeracin...
67
69
69
72
79
Discusin de resultados.
80
Conclusiones
81
Bibliografa...
83
Referencias electrnica.
84
ANEXOS.
85
Anexo 1.
86
Anexo 2.
86
Anexo 3.
CoolPack..
Anexo 4.
87
tipos de instalaciones. ..
87
Anexo 5.
88
Seleccin de dispositivos...
Anexo 6.
92
Anexo 7.
93
Anexo 8.
98
Anexo 9.
SIMATIC S5 95 U. .
99
Anexo 10.
Conexin Entradas y Salidas Analgicas del PLC
100
SIMATIC S5 95 U..
Anexo 11.
Anexo 12.
Lenguajes de Programacin de PLC SIMATIC S5 95 102
U.
Anexo 13.
RESUMEN
El presente trabajo consiste en desarrollar una plataforma didctica de
control, en trminos de herramientas lgica cableada y programada, la cual
se integr a un banco de refrigeracin didctico, que posee el Instituto de
Materiales y Procesos Termomecnicos (IMPT).
Para el desarrollo de lgica cableada se dispone de: pulsadores,
termostatos, presostato, luces y relees, todos implementados con conectores
rpidos, para un fcil armado.
Para la lgica programada se contempl un controlador lgico
configurable (EKC 202 C) especficamente para el control de procesos de
refrigeracin, Adems se incorpor un PLC SIMATIC S5 95U armado en
trminos de arquitectura con posibilidades de un posterior
desarrollo de
lgica programada.
Adems se emple una metodologa de control aplicada al proceso de
refrigeracin y como complemento el desarrollo de actividades prcticas y
propuestas con el objetivo de fomentar el conocimiento terico prctico del
control de procesos aplicado a refrigeracin.
SUMMARY
The present work consisted to develop an educational control platform,
in terms of logic tools
CAPITULO I
INTRODUCCIN
La medicin y el control en la industria son muy importantes, tanto
desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la
consideracin del balance adecuado entre costos y producto final.
El control automtico de procesos industriales es, hoy en da una
actividad multidisciplinaria, en la que se deben considerar aspectos tcnicos
(mecnica,
electrnica,
informtica
de
sistemas,
etc.),
cientficos
conjunto
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar e incorporar sistemas de control al banco de refrigeracin
didctico. Y
formular
implementar actividades
prcticas de control.
1.2
OBJETIVOS ESPECFICOS
Calcular
adecuados
refrigeracin.
seleccionar
al
ciclo
de
elementos
de
funcionamiento
control
del
mecnico
banco
de
1.3
METODOLOGA DE TRABAJO
Formular
control en refrigeracin.
1.3.2
seleccin de componentes.
CAPITULO II
CONTROL Y LOS AUTOMATISMOS
El objetivo de este captulo es introducir al control y los automatismos
asociados a los sistemas de refrigeracin, refirindose especficamente a
como se clasifican en trminos de seales y de herramientas.
1.1 Sistemas de control
El control puede ser definido como el manejo indirecto de variables de
un sistema denominado planta o proceso a travs de un elemento
denominado sistema de control.
ENTRADA
PLANTA O
PROCESO
SALIDA
SISTEMA DE
CONTROL
FIGURA N 1
Lgica Cableada
Elctrica
Fludica
Lgica Programada
PLC
Microprocesadores
Computador
Rels
Electrnica
esttica
10
refiere a la tecnologa
industriales,
aunque
est
quedando
obsoleta
los
Reparaciones costosas
11
12
13
FIGURA N 5
14
terminales 95 y 96. Los contactos K1, K2, K3 de los rels auxiliares entre los
terminales 13 y 14 se representan en la parte superior del diagrama.
El
costo
relativo
entre
los
paneles
electromecnicos
los
el
FIGURA N 6
15
16
Gran flexibilidad
Comunicacin y gestin.
Como inconveniente a corto y medio plazo, presenta la necesidad de
17
18
FIGURA N 9
El
modo
de
Funcionamiento
de
los
Controladores
Lgicos
se realiza a la vez para todas las entradas y salidas; entonces, las seales de
entradas ledas de los mdulos de entrada se guardan en una memoria
temporal (Imagen entradas). A dicha memoria acude la CPU en la ejecucin
del programa.
19
Estructura compacta
20
21
22
23
Desescarche
Ventilador
Alarma
Luces
24
CAPITULO III
ELABORACIN E IMPLEMENTACION DE AUTOMATISMO DE CONTROL
AL BANCO DE REFRIGERACION DIDACTICO.
El objetivo de este captulo es desarrollar e implementar automatismo
de control utilizando una metodologa general para su desarrollo, y proceder
a montar en trminos prcticos los automatismos de control en funcin de
las
PLC
25
3.1
26
Inicio
Estudio previo
Estudio tcnico
econmico
Toma de decisiones
Decisin Final
Lgica Cableada
Lgica Programada
Fin
FIGURA N 13 Procedimiento general en el desarrollo de automatismos de control.
27
Estudio
tcnico-econmico:
es
la
parte
tcnica
de
28
En la figura 14
representa los
Especificaciones de
requerimientos del proceso.
Esquema de potencia
Montaje y pruebas
Funcionamiento.
Fin
FIGURA N 14
En la figura 15
representa los
29
Inicio
Especificaciones de
requerimientos del proceso.
Interpretacin del proceso
Determinacin de E/S,
Temp.,con, etc
Eleccin del Controlador Lgico
Programable
Asignacin de E/S tem cont, etc
Programacin
Diagrama de contacto
Lista de instrucciones
Esquemas elctricos
(Arquitectura)
Montaje
Proceso a controlar
Fin
FIGURA N 15
30
Herramienta de control
Lgica Cableada
Lgica Programada
Controlador de Temperatura
FIGURA N 16
PLC
31
32
33
Una
vez
que
el
refrigerante
ingresa
al
evaporador,
se
va
34
Motocompresor semi-hermtico
Depsito de lquido
Filtro
Visor de lquido
35
esta abierto a la
36
37
Resumen:
Temperatura en el evaporador: 0 10 C
Rango adoptado de temperatura en el aire: 10 - 20 C (ver anexo 3)
Presin en el evaporador: 2.9 bar
Rango adoptado: 2,9 - 3.2 bar
Presin en el condensador: 25.8 bar
Rango adoptado: 25.8 26.1
(ver anexo2)
38
39
3.3
ciclo de
refrigeracin.
40
Componentes:
o K1: Contacto del Contactor 1
o K2: Contacto del Contactor 2
o K3: Contacto del Contactor 3
o K4: Contacto del Contactor 4
41
Componentes:
o KQ4: Contactos Rel KQ4
o KQ2: Contactos Rel KQ2
o KQ3: Contactos Rel KQ3
42
botonera s1, se produce el paso de la corriente al relee KQ1, el cual una vez
energizado cierra el contacto 11 y 14, con lo cual el sistema queda
energizado, al mismo tiempo la luz h1, se activa y muestra que el sistema
est energizado ver figura 23.
43
FIGURA N 23
Componentes:
o S1: Pulsador normalmente abierto
o S2: Pulsador normalmente cerrado
o KQ1: Contacto del rel KQ1
o KQ1: Rel KQ1
o H1: Luz N 1
44
Componentes Aadidos:
o T2: Termostato, 2 ubicado en evaporador.
o KQ2: Rel KQ2
o H2: Luz 2
45
46
Componentes Aadidos:
o T1: Termostato 2
o KQ3: Rel KQ3
o H3: Luz 3
47
48
49
50
51
Electrovlvula
Sensor
temperatura 1
Sensor
temperatura 2
Lgica
Programada
Ventiladores
Controlador
Lgico
Configurable
Compresor
Presostato kp15
Pulsadores
Controlador
Lgico
Programable
(PLC)
Resistencia
elctrica
Luces
FIGURA N 29 Muestra las entradas y salidas que debe tener el sistema lgica
programada.
Solicitudes de trabajo:
Disear un sistema de control mediante lgica programada que
52
53
Asignacin de E/S:
Para lo que concierne a la asignacin de entradas y salida, el
54
Componentes:
55
se debe integrar un sistema que controle las partidas del compresor, ya que
el rel de refrigeracin fue conectado a la electrovlvula, el diagrama de
control de ste se encuentra en anexo 12 plano 6/8.
Montaje.
56
realizar
la
configuracin
de
los
fundamentales
para
el
correcto
Configuracin termostato.
La regulacin se basa en la temperatura de corte ms el diferencial. La
Parmetro
Valor
u28
14 C
Diferencial
r01
4C
r02
18 C
r03
14 C
0 C
produce una alarma los tres LEDs del display parpadean y el relee de alarma
se activa.
57
Funcin
Parmetro
Valor
5
en
la
misma
cantidad
que
la
A14
A27
No esta
ajustado.
Configuracin de la Electrovlvula
El relee de la electrovlvula se gobierna por el termostato interno,
58
Funcin
Parmetro
Valor
Tiempo de funcionamiento:
Para preservar los compresores, se pueden
programar tiempos de
tiempo
de
compresor
en
marcha c01
1 min.
arranques C02
2 min
(minutos).
Mnimo
tiempo
entre
dos
consecutivos (minutos).
59
Funcin
Parmetro
Valor
Tipo desescarche:
d01
EL
d02
22 C
Tipos
posible:
OFF
no
se
iniciarn
8 horas
al
finalizar
este
se
iniciar
un
desescarche).
El contador se desactiva programando "d03=0"
(no se arrancar nunca un
Desescarche por intervalo de tiempo, tendr que
hacerse por otro mtodo).
Si hay un fallo de alimentacin elctrica, el
contador de tiempo queda guardado y cuando
vuelve la tensin sigue contando desde donde se
haba quedado.
Duracin mxima del desescarche:
Se debe programar siempre un valor aqu, bien
para terminar los desescarches en el tiempo
deseado (si d10=0), o bien como tiempo mximo
de seguridad si el desescarche no finaliza por
temperatura (d10=1 2)
d04
min
60
60 min.
d06
5 min
d08
18 C
(para
no
disponer
las
gotitas
remanentes).
Temperatura de arranque del ventilador:
El ventilador puede ponerse en marcha un poco
antes de que transcurra el retraso de d07 si la
sonda S5 lee una temperatura inferior a la
ajustada aqu.
Funcionamiento
del
ventilador
durante
el d09
OFF
deshielo:
Permite seleccionar si el ventilador estar en
marcha durante el deshielo
Sonda de fin de deshielo:
Para definir la sonda con la que se quiere Dd10
terminar el desescarche.
0: no se usar ninguna sonda; el desescarche
acabar por el tiempo.
1: la sonda de fin desescarche ser S5
S5
61
un decremento
de
esa
variacin,
se
iniciar
un
desescarche.
La funcin es slo para sistema 1:1. No debe
utilizarse para sistemas centralizados.
Si d19= 20 se cancela esta funcin.
*
Funcin
Parmetro
Valor
F01
Yes
F02
0 min
F04
+50
desactive
establecer
un
electrovlvula,
retraso
desde
aqu
que
podemos
para
el
ventilador (min)
Temperatura de paro del ventilador
Esta funcin sirve para evitar que por algn fallo,
62
desescarche
supera
la
temperatura
funcin
queda
inactiva
durante
el
Configuraciones varias.
Funcin
Parmetro
Valor
o02
Estado
de
la refrigeracin y el ventilador.
puerta
o06
Funcin de la sonda S5
para
condensador
alarma
de
temperatura
del
63
3.3.5.2
Asignacin de E/S:
El PLC SIMMENS S5 95 U tiene la posibilidad de conectar entradas y
64
Entradas Digitales:
o S1 = Pulsador 1
o S2 = Pulsador 2
o P = Presostato kp 15
Salidas Digitales:
o KQ2= activa electro vlvula
o KQ3= activa ventiladores
o KQ4 = activa compresor
o KQ5 = activa calefactor
o H1 = luz piloto 1
o H2 = luz piloto 2
o H3 = luz piloto 3
o H4 = luz piloto 4
65
Entradas analgicas:
El PLC SIMATIC S5 95 U posee 8 entradas analgicas de 4 a 20 mA
y Una salida analgica de 4 a 20 mA o 0 a 10 mV.
EL sistema contiene dos entradas analgicas Pt 1000, la cuales
trabajan en pequeos rangos de voltaje fuera de trabajo para el PLC, es por
eso que se integr dos traductores de temperatura, los cuales amplifican
esta seal, generando una salida de 4 a 20 mA. (Ver anexo 12)
66
FIGURA N 37
Montaje:
67
3.4
68
69
CAPITULO IV
ACTIVIDADES PRCTICAS Y PROPUESTAS.
Este captulo contiene actividades prcticas para ser implementadas
en el banco didctico de refrigeracin, esto involucra desarrollo de
actividades tanto en herramienta de control lgica cableada y programada.
Estas actividades tienen por objetivo desarrollar conocimientos
prcticos en trminos de herramientas de control, enfocado al proceso de
refrigeracin.
Adems posee actividades propuestas con el objetivo de fomentar los
conocimientos en estas herramientas.
4.1
Actividades prcticas.
El objetivo de estas actividades en una primera instancia es desarrollar
70
N 1
Objetivo
Desarrollar conocimientos prcticos en control de sistemas de refrigeracin,
utilizando herramienta lgica cableada.
Equipos e instrumentos
Procedimiento general
Bibliografa
71
N 2
Ttulo
Asignatura
Profesor
Objetivos
Desarrollar conocimientos prcticos en control de sistemas de refrigeracin,
utilizando herramienta lgica Programada en controlador EKC 202-C.
.
Equipos e instrumentos
Procedimiento general
Bibliografa
72
4.2
DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN
Este banco didctico de control en refrigeracin es un sistema
didctico integrado, diseado para desarrollar conocimientos prcticos en
automatismos de control en refrigeracin. Para esto, el banco cuenta con una
plataforma de control que contempla la posibilidad de desarrollar un
automatismo lgica cableada y dos automatismos lgica programada; un
controlador de temperatura especficamente para refrigeracin y un PLC para
el desarrollo propiamente de lgica programada.
73
INTRODUCCIN TERICA
Sistemas de control
El control puede ser definido como el manejo indirecto de variables de
ENTRADA
SALIDA
SISTEMA DE
CONTROL
Automatismos de control
La automatizacin industrial ha evolucionado a la par con el desarrollo
74
en especial los
refiere a la tecnologa
75
industriales,
aunque
est
quedando
obsoleta
los
Reparaciones costosas
76
Gran flexibilidad
Comunicacin y gestin.
Como inconveniente a corto y medio plazo, presenta la necesidad de
77
PROCEDIMIENTO
PARA
TRABAJO
EN
BANCO
DIDCTICO
DE
CONTROL EN REFRIGERACIN
1) Interpretar los diagramas elctricos, identificando los diagramas de
alimentacin, fuerza y contactos. Con los cuales se implementar la
lgica de control del proceso.
2) Con el objetivo de desarrollar adecuadamente la experiencia, el
alumno debe explicar los diagramas que ha interpretado.
3) La implementacin de la experiencia se debe ejecutar con el banco
completamente desenergizado. Esto se puede apreciar en el estado
del interruptor principal, si se encuentra en 1 energizado, si se
encuentra 0 esta apagado.
diagrama.
4) Localizar cada dispositivo y sus conexiones que se encuestan en los
diagramas.
5) Proceder a armar el diagrama de control, para esto cada dispositivo
cuenta con conectores rpidos (conectores banana).
6) Una vez revisado visualmente, se energiza el sistema en el interruptor
principal.
7) Luego proceder a probar la lgica (24 VDC), sin energizar la fuerza
(220 V), una vez descartado cualquier problema de conexin, se
procede a energizar el diagrama de fuerza y a comprobar el control
del proceso.
8) Una vez culminado un ciclo de proceso de refrigeracin se detiene el
proceso y se procede a apagar el sistema.
9) Finalmente se debe desarmar todo, para una siguiente experiencia.
78
RESULTADOS
Una vez culminada la experiencia el sistema debe funcionar
automticamente, contemplando el control de temperatura, sistema de
refrigeracin, partida de ventiladores, deshielo automticos, con respectiva
sealizacin de procesos importantes.
SEGURIDAD
Antes de comenzar con el desarrollo de una experiencia revisar que el
sistema se encuentre sin energa.
RECOMENDACIONES
Cada vez que se realice una experiencia un responsable a cargo del
laboratorio debe guiar e inspeccionar que simple vista no se cometan errores.
Contemplar dos alumnos para el desarrollo del laboratorio, con el
objetivo de lograr un mejor aprendizaje.
INFORME
El informe debe contener:
Portada
ndice
Introduccin
Desarrollo ( describir detalladamente el procedimiento de trabajo)
Conclusin
Bibliografa
79
4.3
Actividades propuestas
En una segunda instancia contempla actividades propuestas dirigidas
a que el alumno desarrolle control, es decir que desarrolle lgica del proceso
de refrigeracin, en trminos de nuevas variables de control y proceso.
Con esto el alumno podr tener conclusiones prcticas de desarrollo
de control con estas dos herramientas que se poseen.
Actividades:
termostato
80
DISCUSIN DE RESULTADOS
Una vez culminado el desarrollo de este trabajo de ttulo, la carrera de
Ingeniera Civil Mecnica, cuenta con un banco didctico de control en
refrigeracin, lo cual sustenta que si fue posible desarrollar e
incorporar
En el comercio
81
CONCLUSIONES
Una vez culminado ste Trabajo de Ttulo, se puede observar que el
objetivo general est cumplido, en este momento la Carrera Ingeniera Civil
Mecnica cuenta con un banco de refrigeracin didctico en el cual se
desarroll e incorpor sistemas de control utilizando
general para
una metodologa
82
ampliamente utilizado en la
83
REFERENCIA BIBLIOGRAFA
[1]
84
REFERENCIA ELECTRONICA
[1] Siemens en Chile.
Disponible en:
http://www.siemens.cl/ad/en/as.htm
Consultado el:
21 de octubre de 2010
http://www.danfoss.com/Latin_America_spanish/Products/C
ategories/Photos/RA/Electronic-Controls/ElectronicControls-Evaporator-Controls-with-ThermostaticExpansion-Valves/c3158c4e-6d0b-4a70-89ca99f36e6059c0.html
Consultado el:
21 de octubre de 2010
85
ANEXOS
86
Anexo 1.
Unidad condensadora
Modelo ESAB-0050-CAS
Motocompresor
Modelo KAM2-0050-CAS
Potencia
Hp.
Tipo de refrigerante
R-12 en baja
Desplazamiento motocompresor en
82.0 lts/min.
50 ciclos
174 pie3/hora
Lnea de succin
5/8 Pulg.
1/2 pulg.
Recibidor de lquido
1/ 4 pulg.
Carga de aceite
0.750 lts.
Rangos de temperatura de
En Baja
funcionamiento
Anexo 2.
87
Anexo 3.
Anexo 4.
instalaciones.
88
Seleccin de aceite:
Seleccin de presostatos:
Requerimientos:
Entregar seales para controla el compresor en presin de baja 2.9
bar y contenga incorporado la seguridad del sistema en trminos de picos de
presin en la descarga (normalmente 25.8 bar)
Ingreso de datos:
89
Resultado:
Marca
Danfoss
Tipo
Rango en baja
Rango en alta
8 hasta 32 bar.
Tipo de conexin
Roscada pulg.
Carga de contactos
12 A, 220 V
Cantidad
Seleccin de termostato.
Requerimientos:
Entregar seal de temperatura del evaporado o de la temperatura del
aire y que trabaje entre 0 C y 10 C.
La se hizo mediante software proporcionado por el fabricante
Coolkat2005
90
Resultado:
Marca
Danfoss
Tipo
Termostato KP 61
Rango de trabajo
-30 hasta 15 C
Carga de contactos
12 A, 220 V
Tipo de sensor
Cantidad
91
Requerimientos:
Controlar sistemas de refrigeracin. Y permita el funcionamiento con
los requerimientos fundamentales de presin y temperatura, rangos de
temperatura, conexin de 220v como alimentacin.
Danfoss
Tipo
Sonda AKS 12
Rango de trabajo
Carga de contactos
12 A, 220 V
Tipo de sensor
Cantidad
92
Anexo 6.
93
Anexo 7.
94
95
96
97
98
ANEXO 8.
PLC SIMATIC S5 95 U.
99
ANEXO 9.
100
101
Anexo 11.
102
Anexo 12.
103