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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN Control De Máquinas y Procesos Eléctricos Profesor: Franco Guzmán Luis Eduardo Integrantes: Arroyo Fernández Jorge Eduardo Chávez Paredes César Cuellar León Laura Nelly Grupo: 8AM3 Fecha de entrega: 30/Marzo/2017 Práctica 2: “Control Electromagnético” 1 RESUMEN Básicamente en la unidad 1 estaremos viendo temas referentes al control electromagnético, empezando con el reconocimiento del funcionamiento de un elemento fundamental que es el contactor y así conocer la utilidad que nos proporciona sus bobinas. Aprenderemos la simbología para dibujar correctamente un circuito de control y un circuito de fuerza en sistema americano NEMA y en sistema europeo DIN. Posteriormente analizaremos la conexión del tablero y de los circuitos de control y fuerza en base a normas para saber porque están conectados así. Empezaremos viendo circuitos de control bastante sencillos con sus respectivos circuitos de fuerza, pero muy importantes para el correcto aprendizaje del control electromagnético, por ejemplo, arranque y paro de un motor y así iremos avanzando a circuitos que requieren mayor grado de dificultad como lo es inversión de giro, circuitos secuenciales, circuitos con el uso de TON y TOF, etc. Finalmente, a la par de todo esto veremos a manera de repaso las cuatro compuertas lógicas ya que serán fundamentales para poder deducir el arreglo de compuertas de cada circuito de control. 2 Contenido RESUMEN ............................................................................................................................................ 1 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 6 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 6 OBJETIVO PARTICULARES ................................................................................................................ 6 MARCO TEORICO ................................................................................................................................. 6 CONTROL ELECTROMAGNETICO ..................................................................................................... 6 CONTACTORES ELECTROMAGNETICOS ........................................................................................... 6 FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR ......................................................................................... 7 PARTES DEL CONTACTOR ............................................................................................................ 8 RELEVADORES DE SOBRECARGA ..................................................................................................... 9 CARACTERISTICAS GENERALES .................................................................................................... 9 ESTRUCTURA DE LOS RELEVADORES ......................................................................................... 10 TIPOS DE RELEVADORES ............................................................................................................ 10 ESTACIONES DE BOTONES ............................................................................................................. 12 ARRANCADORES MAGNETICOS..................................................................................................... 12 MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA .................................................................................. 13 MATERIAL .......................................................................................................................................... 15 DESARROLLO ..................................................................................................................................... 15 ESQUEMA 1: ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR......................................................................... 15 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 16 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 16 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 16 ESQUEMA 2: ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR PRIORIDAD AL ARRANQUE ............................. 17 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 17 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 18 3 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 18 ESQUEMA 3: ARRANQUE Y PARO DE MANERA LOCAL Y REMOTA ............................................... 19 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 19 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 19 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 19 ESQUEMA 4: ARRANQUE Y PARO CON JOGGEO AL 95% .............................................................. 20 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 20 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 21 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 21 ESQUEMA 5: ARRANQUE, PARO Y JOGUEO PRIORIDAD AL JOGUEO 100% .................................. 21 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 22 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 22 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 22 ESQUEMA 6: ARRANQUE, PARO E INVERSION DE GIRO PRIORIDAD AL PARO ............................. 23 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 23 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 24 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 24 ESQUEMA 7: INVERSION DE GIRO SIN PASAR POR PARO ............................................................. 25 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 25 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 26 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 26 ESQUEMA 8: LOGICA SECUENCIAL ................................................................................................ 27 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 27 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 28 OBSERVACIONES .......................................................................................................................28 ESQUEMA 9: FIFO (FIRST INPUT FIRST OUTPUT) .......................................................................... 29 4 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 29 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 29 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 30 ESQUEMA 10: LIFO (LAST INPUT FIRST OUTPUT) .......................................................................... 30 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 31 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 31 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 31 ESQUEMA 11: ARANQUE Y PARO DE 2 MOTORES CON UN TIMER TON ...................................... 32 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 33 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 33 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 33 ESQUEMA 12: ARRAQNUE Y PARO DE DOS MOTORES CON TON Y TOF ...................................... 34 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 34 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 35 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 35 ESQUEMA 13: FIFO (FIRST INPUT FIRST OUPUT) TEMPORIZADO ................................................. 36 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 36 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 37 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 37 ESQUEMA 14: LIFO (LAST INPUT FIRST OUPUT) TEMPORIZADO .................................................. 38 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 38 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 38 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 39 ESQUEMA 15: CICLICO DE 2 MOTORES ......................................................................................... 39 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO ................................................................................................ 40 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO ............................................................................................ 40 5 OBSERVACIONES ....................................................................................................................... 40 EJEMPLO DE APLICACION .................................................................................................................. 41 PLANTEAMIENTO .......................................................................................................................... 41 PLAN DE TRABAJO ......................................................................................................................... 42 MATERIALES DEL EJEMPLO DE APLICACIÓN ................................................................................. 46 DESARROLLO ................................................................................................................................. 46 DIAGRAMA EN SISTEMA EUROPEO ........................................................................................... 47 DIAGRAMA EN SISTEMA AMERICANO ...................................................................................... 48 MEMORIA DE CÁLCULO................................................................................................................. 48 DISEÑO DEL GABINETE .................................................................................................................. 50 COSTOS .......................................................................................................................................... 51 CONCLUSIONES GENERALES ............................................................................................................. 52 CONCLUSIONES PARTICULARES ........................................................................................................ 53 ARROYO FERNANDEZ JORGE EDUARDO ....................................................................................... 53 CHAVEZ PAREDES CESAR ............................................................................................................... 53 CUELLAR LEON LAURA NELLY ........................................................................................................ 54 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 54 6 CONTROL ELECTROMAGNETICO OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Analizar la teoría de control electromagnético para ello se realizarán prácticas con los módulos ubicados en el laboratorio, para complementar nuestra información se desarrollará la teórica de cada uno de los elementos que conforman el tablero de control. OBJETIVO PARTICULARES Identificar cada uno de los elementos que componen el módulo que se nos fue asignado, así como conocer previamente el funcionamiento de cada uno de ellos de manera teórica. Realizar las diversas prácticas para entender la teoría de control electromagnético. Elaborar un ejemplo de aplicación donde podremos observar las diferentes etapas de un proyecto relacionado con los temas vistos en la unidad y cómo funcionan de manera conjunta. MARCO TEORICO CONTROL ELECTROMAGNETICO El motor eléctrico constituye la fuerza principal en el campo industrial, ya que este impulsa las maquinas eléctricas y los procesos productivos, así como las instalaciones eléctricas. Todo el movimiento de maquinaria con motores eléctricos se debe a que estos son accionados por circuitos de control que pueden ser manipulados dependiendo de la necesidad de trabajo con que se quiera, pero en estos sistemas se involucran diferentes dispositivos de control que dan las ordenes de trabajo a las maquinas eléctricas. CONTACTORES ELECTROMAGNETICOS Se emplean junto con dispositivos pilotos de control, para tener el control de cargas como el alumbrado, calefacción, aire acondicionado, así como las instalaciones de fuerza es decir motores. Estos dispositivos consisten en un electroimán con una bobina fija y un núcleo móvil dispuesto en tal forma que al caerse el campo magnético por medio de la boina, dicho núcleo se desaparece y a través de un magnetismo aislado opera abriendo los contactores móviles. 7 En los contactos fijos se conecta la red de alimentación y en los móviles se conectan las terminales del motor por medio de relevadores de protección de sobrecarga por lo tanto los contactos móviles establecen el puente entre contactos fijos de líneas con la carga, esto se muestra en el esquema anterior. Cuando se energiza la bobina, los contactos cambian de su estado original, si son N.C estosse abren y si son N.A estos se cierran. Selección de los contactores. 1. Deben tenerse en cuenta los siguientes factores. 2. Tensión y potencia nominales de la carga. 3. Clase de arranque del motor. 4. Número aproximado de accionamientos (conexiones por hora). 5. Condiciones de trabajo: ligera, normal, duro, extrema, etc. Tensión y frecuencia reales de alimentación de la bobina. 6. Si es para el circuito de potencia o únicamente para el circuito de mando, o para ambos. 7. Tensión de aislamiento del contactor. Ventajas del uso de contactores. Posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante corrientes débiles. Se puede gobernar un contactor para 200 A, por ejemplo, con bobinas que consumen sólo alrededor de 0.35 A 220 V. Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas. Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos (estaciones). Seguridad de la persona: dado que se realizan las maniobras desde lugares alejados del motor. Automatización del arranque de motores. Automatización y control en numerosas aplicaciones, con ayuda de los aparatos auxiliares de manso. FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso que hace que el núcleo atraiga a la armadura (parte móvil), de manera que al realizarse este 8 movimiento, se cierran contemporáneamente todos los contactos abiertos (tanto principales como auxiliares) y se abren los contactos cerrados. Para volver los contactos a su estado de reposo basta desenergizar la bobina. PARTES DEL CONTACTOR 1) Contactos principales: "1-2, 3-4, 5-6." Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia. 2) Contactos auxiliares: "13-14 (NO)" Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad que los principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto, pero puede venir con ellos cerrados 11-12 (NC). 3) Carcasa: Es el soporte fabricado en material no conductor que posee rigidez y soporta el calor no extremo, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor. Además es la presentación visual del contactor. 4) Elecroimán: Es el elemento principal del contactor, se encarga de transformar la energía eléctrica en magnetismo, provocando mediante un movimiento mecánico la apertura o cierre de los contacto 5) La bobina: Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado con gran número de espiras, que al aplicar electricidad genera un campo electromagnético para vencer la resistencia del resorte de retorno y que atrae fuertemente la armadura móvil (martillo) y por consiguiente uniendo o separando los contactos. 6) El núcleo: Parte de material ferromagnético sólido, que va fijo en la carcasa y tiene una forma de “E”. Su función principal es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina para atraer con más eficiencia la Armadura móvil. 7) Armadura: Es un elemento muy similar al núcleo, con la diferencia que la armadura es móvil y el núcleo es fija, y que es separada inicialmente por el resorte de retorno. 9 Figura 1: Partes del contactor. RELEVADORES DE SOBRECARGA Los relevadores de sobrecarga de un arrancador impiden que un motor tome una corriente excesiva que puede destruir su aislante. Los elementos térmicos o magnéticos, sensibles a la corriente, de los relevadores de sobrecarga, se conectan ya sea directamente en las líneas del motor, o indirectamente en ellas, a través de transformadores de corriente. Los relevadores magnéticos se utilizan como dispositivos auxiliares en los circuitos de control para interrupción, en las bobinas de los arrancadores grandes y para controlar motores pequeños u otras cargas. No proporcionan protección contra sobrecarga a los motores, y cualquier contacto disponible, normalmente abierto se puede conectar. CARACTERISTICAS GENERALES Aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. Adaptación sencilla a la fuente de control. Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida. Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por: En estado abierto, alta impedancia. En estado cerrado, baja impedancia. Para los relés de estado sólido. Gran número de conmutaciones. 10 Larga vida útil. Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero. Ausencia de ruido mecánico de conmutación. Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS. Insensibilidad a las sacudidas y a los golpes. Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico. ESTRUCTURA DE LOS RELEVADORES Se puede distinguir un relé los siguientes bloques: Circuito de entrada, control o excitación. Circuito de acoplamiento. Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por: o Circuito excitador o Dispositivo conmutador de frecuencia o Protecciones. TIPOS DE RELEVADORES RELES DE ATRACCION DE ARMADURA Son relés de tipo electromagnético, en donde se utiliza una corriente eléctrica para crear un flujo magnético y atraer Linea armadura. El movimiento de la armadura abre o cierra los contactos del mismo relé. Su construcción puede ser muy variada. Los relévadores de atracción de armadura. Relé tipo balancín. Este tipo de construcción compara el troque producido por una corriente contra el producido por la acción de un resorte pivote ando, formando una especie de balanza. Cuando la intensidad de la corriente es tal que se vence la acciona del resorte, el relé cierra sus contactos. Relé tipo armadura. Al igual que en el tipo anterior; en este tipo de relé se compara la acción de la corriente contra la fuerza que opone un resorte y la gravedad de la armadura, la cual es móvil. Cuando la intensidad de la corriente es lo suficientemente grande, la parte fija de la armadura atrae a la parte móvil, la cual se desplaza cerrando los contactos. 11 RELES DE INDUCCION Son de tipo electromagnético, que emplea el mismo principio de operación de los motores eléctricos. El movimiento del rotor abre o cierra los contactos del relé. Relé tipo motor D.C. Se compara la acción de unas corrientes contra la fuerza de oposición de un resorte. Son Relés poco usados, debido a su baja con fiabilidad. Relé tipo motor A.C. Polos de Sombra. Compara la acción de una corriente. Contra la acción de un resorte. Los relé de disco tipo polos de sombra1 muy utilizado por su gran con fiabilidad. Relé de Copa o Tambor. Su construcción consiste en una jaula de ardilla, de gran número de barras que se transforma en un cilindro metálico, separado del material magnético del rotor para que s6lo gire la jaula, presentando así una poca inercia; el material ferromagnético, del rotor no gira. Esta construcción permite tener relés de mayores torques y menores inercias que la construcción de disco, en razón de que permite aumentar el área actuante con un ligero aumento de la inercia. Por cuanto no se aumenta el radio de giro, como ocurre en las construcciones tipo disco. Relé tipo vatihorímetro. Este relé es similar en cuanto a su operación al relé de polos de sombra, por tanto el troque producido por las corrientes es dependiente del desfase entre las mismas. El relé cierra sus contactos cuando el troque es positivo. RELES ELECTRONICOS Son construidos con elementos de estado sólido para ejecutar las mismas funciones que realizan los relés electromagnéticos. Siendo la principal ventaja de estos relés su velocidad de operación. Al igual que los otros tipos de relés su construcción puede ser muy variada dependiendo del uso que se le va a dar. Un tipo de construcción es el puente rectificador, comparador de fase, el cual suministra una salida en la bobina correspondiente, dependientede la fase entre las corrientes que la alimentan. Dicha salida puede ser usada para restablecer o interrumpir circuitos iguales a los del relé electromagnético. 12 ESTACIONES DE BOTONES Un diagrama básico de control expresado en la forma de diagrama de línea, es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara o motor. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito se active. El motor se puede controlar desde un punto alejado, usando estaciones de botones. Deben incluirse interruptores magnéticos con las estaciones de botones para control remoto, o cuando los dispositivos automáticos no tengan la capacidad eléctrica para conducir las corrientes de arranque y marcha del motor. La estación de botones proporciona el control de un motor al oprimir un botón; usando más de uno de estos dispositivos es posible controlar un motor desde muchos lugares como estaciones se conectan a través del mismo controlador magnético. Los contactos de las estaciones de botones para doble interrupción, accionados por botones de plástico. Estos se fabrican para dos tipos de servicio: el servicio normal y el servicio pesado. Y se proporcionan dos juegos de contactos para cuando se oprima un botón, se abre un juego y se cierra otro; obteniendo un sistema normalmente abierto y un sistema normalmente cerrado. La corriente que interrumpe una estación de botones es pequeña y puede montarse directamente junto al controlador y la operación de éste no se ve afectada. Las principales condiciones de operación de un motor se controlan por medio de estaciones de botones, tales como: arranque, parada, marcha hacia delante, hacia atrás, rápido y lento. Un dispositivo que arranque el motor por pasos o para invertir su sentido de rotación, puede hacer uso de las señales de los elementos por controlar, como son: temperatura, presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranqué o paro del motor, y que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad. ARRANCADORES MAGNETICOS Los arrancadores magnéticos del tipo para el voltaje de la línea, son dispositivos electromecánicos que proporcionan un medio seguro, conveniente y económico para arrancar y parar motores. Estos dispositivos se utilizan ampliamente por sus características de economía y seguridad, pero, principalmente, porque se pueden controlar desde un punto lejano. Se usan cuando se puede 13 aplicar con seguridad un torque de arranque a pleno voltaje a la maquina impulsada y cuando no hay objeción a la oleada de corriente resultante del arranque a través de la línea. Estos arrancadores se controlan por medio de dispositivos piloto, tales como acciones, de botones, interruptores de flotador, o relevadores de control de tiempo. Los arrancadores magnéticos se fabrican en muchos tamaños, como el 00, para 10 amperes, hasta el tamaño 8, de 1,350 amperes. A cada tamaño se le ha asignado cierta capacidad en altos de fuerza que se pueden aplicar cuando se utiliza el motor para servicio normal arranque. MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos, las barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). La base del rotor se construye con láminas de hierro apiladas. El dibujo muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas más. Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción incitan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga. Esquema del rotor de jaula de ardilla. https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_inducci%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_inducci%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro https://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio https://es.wikipedia.org/wiki/Cobre https://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito https://es.wikipedia.org/wiki/H%C3%A1mster https://es.wikipedia.org/wiki/Hierro https://es.wikipedia.org/wiki/Devanado https://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1tor https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico https://es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(m%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica) https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza https://es.wikipedia.org/wiki/Tangente_(geometr%C3%ADa) https://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nica https://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nica https://es.wikipedia.org/wiki/Deslizamiento_(motores_el%C3%A9ctricos) 14 Figura 2: Motor de Inducción Jaula de Ardilla. A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estátor. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estátor y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras. El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddycurrent'). El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio (llamado por ello acero al silicio), con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis. El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad. https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_inducida https://es.wikipedia.org/wiki/Hierro https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico https://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_el%C3%A9ctrico https://es.wikipedia.org/wiki/Barniz https://es.wikipedia.org/wiki/Corrientes_de_Foucault https://es.wikipedia.org/wiki/Corrientes_de_Foucault https://es.wikipedia.org/wiki/Acero https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono https://es.wikipedia.org/wiki/Silicio https://es.wikipedia.org/wiki/Acero_al_silicio https://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis 15 MATERIAL Tabla 1: Material CANTIDAD DESCRIPCION MARCA N. PARTE 1 Interruptor de Seguridad Tipo 1.5 N Royer 2231 3 Contactor Telemecanique CN1-FC 133 1 Contactor Térmico de Sobrecarga Telemecanique RA1-FA 60/80 1 Contactor Térmico de SobrecargaTelemecanique RA1-HA 95125 1 Bobina Auxiliar On-Delay Telemecanique TravailonDelay 1 Bobina Auxiliar Off-Delay Telemecanique LA3 DR2 Repos off Delay 2 Black Push Button N/A – N/C Siemens 3SB1400-0A 2 Red Push Button N/A – N/C Siemens 3SB1400-0A 1 Motor Trifásico Abierto Diseño Nema B Siemens 1RA3 052-4YK31 DESARROLLO ESQUEMA 1: ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR Este es el esquema más básico que desarrollaremos, únicamente tendremos el arranque y paro de un motor, como podemos observar en el circuito hay un enclavamiento en paralelo al botón de arranque, esto es porque si no estuviera este enclavamiento el motor no tendría un funcionamiento continuo, lo que significa que se prendería al pulsar el botón de arranque pero cuando dejemos de pulsar este se va a apagar. El botón de paro cumple su cometido al cortar correctamente el paso de la energía eléctrica. 16 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 3: Arranque y paro de un motor. Sistema europeo. DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 4: Arranque y paro de un motor. Sistema Americano. OBSERVACIONES Como ya se mencionó este circuito es el más básico, así que si no presenta fallas la conexión el circuito no tiene por qué presentar problemas o detalles en su funcionamiento. 17 Figura 5: Arranque y Paro de un motor. ESQUEMA 2: ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR PRIORIDAD AL ARRANQUE Este es un circuito muy sencillo que sirve para el arranque y paro de un motor al igual que el circuito anterior tenemos un botón de paro y un botón de arranque una bobina que es la salida que activa el motor y un contacto para enclavar el circuito. Lo que hace este circuito es que cuando se presiona el botón de arranque activa la bobina lo que hace que el circuito se enclave y se active el motor como está enclavado aunque se suelte el botón de arranque sigue funcionando el circuito hasta que se presione el botón de paro que hace que se des energice la bobina se desenclave el circuito y se pare el motor. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 6 Arranque y Paro de un motor Prioridad al Arranque Sistema Europeo 18 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 7 Arranque y Paro de un motor prioridad al arranque Sistema Americano OBSERVACIONES Si se aprietan los 2 botones al mismo tiempo en este circuito se queda encendido el motor ya que es prioridad al arranque. Cuando se intentan soltar los 2 botones al mismo tiempo se puede quedar encendido el motor o apagarse, esto depende de la velocidad de transición de los botones y de cual se soltó un poco antes. Figura 8: Arranque y paro con prioridad al arranque. 19 ESQUEMA 3: ARRANQUE Y PARO DE MANERA LOCAL Y REMOTA El motor se puede controlar desde un punto alejado, usando estaciones de botones. Deben incluirse interruptores magnéticos con las estaciones de botones para control remoto. El controlador de un motor eléctrico es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y paro. El controlador puede ser un simple desconectador (switch) para arrancar y parar al motor. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 5 Arranque y Paro de un motor de manera local y remota Sistema Europeo DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 5 Arranque y Paro de un motor de manera local y remota Sistema Americano OBSERVACIONES Gracias a este circuito se puede controlar el paro y arranque de un motor desde dos lugares diferentes, osea tenemos una estación local y una estación remota esto sucede gracias a la conexión y orden en que se pusieron los botones de paro y arranque. 20 Figura 9: Arranque y paro con estación local y remota. ESQUEMA 4: ARRANQUE Y PARO CON JOGGEO AL 95% Al activarse el botón de arranque se activa la bobina A y esta queda enclavada debido al contacto de la bobina que podemos observar en serie con BJ (Botón de Joggeo) normalmente cerrado lo que causa que el motor gire, cuando se presiona BJ normalmente abierto sigue girando el motor pero cuando este se deja de presionar automáticamente el motor se detiene, esto sucede porque tenemos ese mismo botón pero con su estado contrario en serie con el contacto de A lo que hace que abra el circuito y deje de pasar energía al contacto y se desactive el motor. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 10: Arranque y paro con joggeo 95%. Sistema Europeo.. 21 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 11: Arranque y paro con joggeo 95%. Sistema Americano. OBSERVACIONES El circuito tiene un 95% de confiabilidad ya que si se aprieta muy rápido BJ no permite que el se desactive el motor, esto debido a que la transición del botón ya que es más rápido que pase de un NC a NA que de un NA a NC. ESQUEMA 5: ARRANQUE, PARO Y JOGUEO PRIORIDAD AL JOGUEO 100% Este circuito es una mejora al circuito anterior con jogueo que funciona de la misma manera en este se tienen 3 botones un botón de paro, un botón de arranque y un botón de jogueo en este circuito cuando se aprieta el botón de arranque se activa la bobina KA que es una bobina auxiliar y con esta se enclava el circuito de esta bobina por lo que se queda encendida al mismo tiempo activa un contacto que activa la bobina KM que activa el motor si se aprieta el botón de paro se apagan las 2 bobinas y se apaga el motor. También si se aprieta el botón de jogueo se enciende el motor pero solo queda encendido en lo que esta apretado este botón cuando se deja de apretar se detiene el motor y al mismo tiempo este botón tiene un contacto normalmente cerrado conectado en serie al botón de paro y al de arranque por lo que cuando se aprieta el botón de jogueo no funciona la parte de arranque y paro normal del circuito. 22 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 12 Arranque, Paro y Jogueoprioridad al jogueo 100% Sistema Europeo DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 13: Arranque, Paro y Jogueoprioridad al jogueo 100% Sistema Americano OBSERVACIONES Debido a que en este circuito se utilizó una bobina auxiliar se elimina el error del transitorio y así evitar que se quede enclavado. 23 Figura 14: Arranque, Paro y Jogueo prioridad al jogueo 100% ESQUEMA 6: ARRANQUE, PARO E INVERSION DE GIRO PRIORIDAD AL PARO Los dos arranques individuales incluyen su respectivo paro individual, ademásdeberá existir un paro general del sistema. Ambos sentidos de giro son excluyentes, entre si, por lo cual nunca se podrán encenderse los dos contactores de potencia. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 9 Arranque, Paro e inversión de giro prioridad al paro 100% Sistema Europeo 24 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 9 Arranque, Paro e inversión de giro prioridad al paro 100% Sistema Americano OBSERVACIONES Si se activa BAM1, M1=1 se puede activar BAM2, M2=1 pero si intentas M2=0 antes de detener M1 este no va a parar por lo tanto para que salga M2 primero debera salir M1. Figura 15: Arranque, Paro e inversión de giro prioridad al paro 100% 25 ESQUEMA 7: INVERSION DE GIRO SIN PASAR POR PARO Este circuito invierte el sentido del motor, como sabemos se necesitan cambiar dos fases para que el motor cambie su sentido de giro es por eso que necesitaremos de dos boninas. Este circuito hace en cambio del sentido de giro sin pasar por paro lo que quiere decir que no es necesario que presionemos BP para poder hacer que gire en el sentido contrario. Para lo lograr esto como ya vimos anteriormente necesitamos que estén enclavadas las dos bobinas para que se mantenga al motor funcionando, para poder evitar el BP conectamos los estados contrario del BA alternamente lo que causa que si presionamos BA1 NA este se cierra y su estado contrario NC se abre lo que causa que no se accione B al mismo tiempo que A y cambie de giro sin problemas y lo mismo pasa con BA2, cuando lo activamos el BA2 NC se va a abrirlo que va a ocasionar que ya no pase energía a la bobina A y no se efectué algún corto. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 16: Inversiónde giro sin pasar por paro. Sistema Europeo. 26 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 17: Inversión de giro sin pasar por paro. Sistema Americano. OBSERVACIONES En este circuito hay que tener mucho cuidado con las conexiones ya que debido a que necesitamos cambiar el sentido del motor se están invirtiendo dos fases lo que con una mal conexión puede existir un corto muy fuerte ya que las líneas se están juntando. Figura 18: Inversión de giro sin pasar por paro 27 ESQUEMA 8: LOGICA SECUENCIAL Este es el primer circuito de lógica secuencial por lo que algunas acciones necesitan que ocurran otras acciones antes las salidas dependen de los estados anteriores en este circuito es el arranque y paro de 2 motores pero el segundo motor no se puede encender hasta que se enciende primero esto se debe a que en el circuito para encender el segundo motor se tiene un contacto abierto de la primer bobina en serie con el botón de arranque y el enclavamiento del segundo motor abarca todo el espacio del motor de arranque y del contacto de la bobina 1 para que aunque se apague el primer motor no afecte al segundo motor y esto hace que cualquiera de los 2 motores se pueda apagar en cualquier momento sin importar la condición del otro. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 19 Lógica Secuencial Sistema Europeo 28 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 20 Lógica Secuencial Sistema Americano OBSERVACIONES Si se activa BAM1 se puede activar BAM2 el paro general puede detener a los 2 motores, por si solo BAM2 no se puede accionar se necesita que primero se accione BAM1 y en cualquier momento se puede para cualquiera de los 2 motores por separado. Figura 21: Logica Secuencial. 29 ESQUEMA 9: FIFO (FIRST INPUT FIRST OUTPUT) El interruptor accionara el primer motor y posteriormente se podra accionar el segundo, este segundo motor no se podra parar hasta que se haya desenergizado el primer motor. De igual manera no se podra energizar el segundo motor hasta que se accione el primero. Cuenta con ds sobrecargas en serie al final para parar el sistema. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 13 Lógica Secuencial FIFO Sistema Europeo DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 13 Lógica Secuencial FIFO Sistema Americano 30 OBSERVACIONES Si se activa BAM1, M1=1 se puede activar BAM2, M2=1 pero si intentas M2=0 antes de detener M1 este no va a parar por lo tanto para que salga M2 primero deberá salir M1. Figura22: FIFO ESQUEMA 10: LIFO (LAST INPUT FIRST OUTPUT) En este diagrama se pone en práctica la lógica secuencial ya que como su nombre lo dice LIFO significa el último en entrar es el primero en salir. Para lograr esto se hace uso de dos bobinas para cada uno de ellos motores y aparte dos bobinas auxiliares que nos ayudaran a cumplir con las condiciones, cuando se activa el BAM1 se activa la bobina A y la bobina KA1, el enclave se hace de forma normal el contacto abierto de A se conecta en paralelo con el BAM1, para que se active el motor dos el motor 1 debe estar encendido primero y esta condición se cumple con el contacto abierto de KA1 que está en serie con el BAM2. Una vez encendido el motor 1 podemos encender sin problemas el motor 2. Para que el M1 pueda desactivarse primero debemos desactivar el M2 ya que fue el último en entrar, esta condición se cumplió gracias al contacto KA2 que está en paralelo con el BPM1 ya que al estar la bobina KA2 activada este va a estar cerrado permitiendo el paso de la corriente sin problemas, hasta que KA2 se desactiva este contacto se abre permitiendo activar el BPM1 sin problemas. 31 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 23: LIFO. Sistema Europeo. DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 24: LIFO. Sistema Americano. OBSERVACIONES Para que se pueda cumplir la condición de que el ultimo en estar fuera el primero en salir se tuvieron que analizar todas las opciones, primero habíamos hecho el circuito sin la utilización de bobinas auxiliares pero después de analizarlo mejor y ver que no funcionaría correctamente recurrimos al uso de bobinas auxiliares. 32 Figura 25: LIFO ESQUEMA 11: ARANQUE Y PARO DE 2 MOTORES CON UN TIMER TON Este circuito es el primero circuito que utiliza temporizadores en este caso se utilizó un TON para hacer un circuito en el cual con un solo botón de arranque y un solo botón de paro se accionen 2 motores pero con una diferencia de tiempo primero se activa un motor y después de un cierto tiempo se activa el segundo motor por lo cual se utilizó un circuito normal de arranque y paro para controlar el primer motor pero de manera paralela a la bobina que activa el primer motor se conecta la bobina de un temporizador TON por lo que después de que se activa el primer motor también empieza a contar el temporizador cuando lleva un cierto tiempo encendido se activa el contacto de este temporizador el cual activa la bobina de activación del segundo motor cuando se aprieta el botón de paro paran los 2 motores ya que cuando se des energiza la bobina del temporizador su contacto cambia a su posición inicial y se resetea el temporizador. Si se aprieta el botón de paro antes de que se active el segundo motor cuando se vuelva a encender el primer motor volverá a contar el temporizador desde el inicio. 33 DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 26 Arranque y Paro de 2 motores con timer TON Sistema Europeo DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 27: Arranque y Paro de 2 motores con timer TON Sistema Americano OBSERVACIONES Cuando se activa el BA acciona el primer motor después de 5 seg se acciona el segundo motor por sí solo. 34 Figura 28: Arranque y Paro de 2 motores con timer TON ESQUEMA 12: ARRAQNUE Y PARO DE DOS MOTORES CON TON Y TOF Un botón de arranque accionara la bobina K1 con su correspondiente enclavamiento para mantener girando el motor, así como los temporizadores TON este después de 8 segundos el contacto se cerrará y un TOF que después de 5 segundos abrirá el contacto. Cuenta con dos sobrecargas en serie al final para parar el sistema. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 17 Arranque y Paro de 2 motores con TON y TOF Sistema Europeo 35 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 17: Arranque y Paro de 2 motores con TON y TOF Sistema Americano OBSERVACIONES Cuando se oprime BA entra el M1 y 5 segundos después entra M2, cuando oprimimos el BP y pasan 8 segundos se detiene M2. El M1 lo podemos parar en cualquier momento. Figura 29: Arranque y Paro de 2 motores con TON y TOF 36 ESQUEMA 13: FIFO (FIRST INPUT FIRST OUPUT) TEMPORIZADO En este circuito el primero en entrar tiene que ser el primero en salir, pero debido a que es temporizado aparte de cumplir con esas condiciones entra M1 y aparte tiene que pasar un tiempo para que pueda entrar M2, y lo mismo pasa a la salida para que pueda salir M2 tiene que salir primero M1 y aparte que pase un tiempo establecido. Analizando el circuito se puede observar que se hace un de un TON y un TOFF los cuales son energizados en cuanto el BAM1 se pulsa lo que también causa que se enclave el M1, para que se cumpla la condición de que el M2 solo se activa hasta que este activado M1 y pase el tiempo se colocó un contacto NA de T1 el cual va a cerrar pasado el tiempo permitiendo que pulsemos sin problemas el BAM2 y este se sostenga gracias al contacto NA que está en paralelo con este mismo botón. Para que pueda salir M2 primero tiene que salir M1 y que pase un tiempo establecido, para cumplir esta condición se colocó un contacto NA de T2 en paralelo con el BPM2. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 30: FIFO. Sistema Europeo. 37 DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 31: FIFO. Sistema Americano OBSERVACIONES Este circuito aunque ya lo habíamos hecho se complicó un poco por la adición de los temporizadores, como observamos se cumplió con las condiciones correctamenteya que no podíamos activar M2 si antes estar activado M1 y pasado el tiempo y no podía salir M2 si antes haber salido M1 y pasado el tiempo. Figura32: FIFO 38 ESQUEMA 14: LIFO (LAST INPUT FIRST OUPUT) TEMPORIZADO En este circuito se tiene que primero se accionara un motor, transcurrido un tiempo por medio de un TON, accionara el segundo motor, este último debe ser el primero en dejar de operar, de otra manera no se podrá parar el primer motor, hasta que transcurra cierto tiempo que el segundo se haya desenergizado, para hacer esta función se requiere de un TOF para que transcurrido un tiempo abra el contacto correspondiente. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 19: LIFO Temporizado Sistema Americano DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 20: LIFO Temporizado Sistema Europeo 39 OBSERVACIONES Cuando se presiona BAM1 el motor encenderá transcurridos 5 seg, encenderá el segundo motor y se apagara el primer motor. M2 se debe desenergizar primero para que posteriormente M1 apague. Figura 33: LIFO temporizado. ESQUEMA 15: CICLICO DE 2 MOTORES Este es un circuito en el que al activarse empieza a funcionar el primer motor después de un cierto tiempo el primer motor se para y se enciende el segundo motor después de otro tiempo se apaga el segundo motor y se vuelve a encender el primer motor y así sigue continuamente hasta que se aprieta el botón de paro. El circuito funciona de tal manera que cuando se aprieta el botón de inicio se activa la bobina KM3 que solo sirve para mantener enclavado el circuito, la bobina KM1 que es la de activación del primer motor y se activa la bobina del temporizador TON (T1) esto hace que empiece a contar este temporizador y después de un cierto tiempo se activa lo que manda un pulso la bobina del segundo temporizador que es un TOF (T2) este temporizador al activarse cambian sus contactos inmediatamente lo que desactiva el primer motor y la bobina del TON y activa la bobina del segundo motor que es la KM2 pero al desactivarse el TON su contacto se vuelve a abrir lo que des energiza la bobina del TOF lo que hace que este empiece a contar y después de un cierto tiempo sus contactos regresan a su posición original lo que vuelve a activar el 40 primer motor y el TON y sigue haciendo lo mismo hasta que se aprieta el botón de paro del sistema. DIAGRAMA SISTEMA EUROPEO Figura 34 Cíclico 2 motores Sistema Europeo DIAGRAMA SISTEMA AMERICANO Figura 35 Cíclico 2 motores Sistema Americano OBSERVACIONES Esta es un circuito que se realizó utilizando solo los elementos del tablero por lo cual se utilizaron un temporizador TON y uno TOFF y se tuvieron que ocupar las 3 bobinas del tablero 2 para activar los motores y la otra solo para enclavar el circuito. 41 EJEMPLO DE APLICACION PLANTEAMIENTO Se requiere hacer la distribución de agua en Plaza oriente para lo cual se tiene que tener el control de las bombas de distribución de agua, por lo tanto, se diseñara toda la logística del proyecto desde la creación de los planos hasta la correcta distribución del gabinete. Para este proyecto se tendrá que hacer el arranque y paro de las bombas de manera manual y automática para que funcionen solo cuando sea necesario en un determinado tiempo y despuésya sea manual o automáticamente estas bombas puedan ser desactivadas. Para cubrir toda la plaza se cuentan con tres bombas de distribución con sus tres respectivos tinacos, cada una de ella será independiente de las demás lo que quiere decir que se podrán activar y desactivar en tiempos diferentes, las bombas se activaran cuando su tinaco este vacío o el operador active las bombas manualmente y estas volverá a ser desactivadas cuando el tinaco este lleno o el operador la desactive manualmente. Para el diseño de la instalación eléctrica fue crucial el tener a la mano una copia de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005 Instalaciones Eléctricas (utilización) en la cual se deben basar todas las proyecciones de instalaciones que se ejecuten dentro del territorio nacional. Figura 36: Plaza Oriente 42 PLAN DE TRABAJO El plan de trabajo para el diseño del proyecto se basó en dos fases las cuales serán descritas a continuación. Fase 1: Definición de las necesidades (3 días): Donde es necesario determinar el tipo de conexiones a utilizar lo que se determina conociendo la naturaleza de la aplicación, la relación de los circuitos de control. Definición de los requerimientos del usuario/cliente(3 días): conjuntamente con el usuario/cliente se definirán las preferencias, nivel de seguridad a aplicarse, disponibilidad requerida, normatividades deseadas, arquitecturas deseadas, marcas y modelos, espacios disponibles, etc. Recopilación de información(2 días): A partir de los documentos del proyecto como lo son las hojas de especificaciones se define la información necesaria para generar los sumarios de las funciones. Emisión de documentos de compra(1día):Es aquí donde se realizan las órdenes de compra que deberán contener suministros de equipos, accesorios, refacciones, pruebas, cursos de capacitación, supervisión para la instalación, asistencia en el sitio, garantías, etc. Junta de arranque(1 día): Después de la orden de compra se efectuar una junta de arranque, en donde el proveedor, el usuario/cliente definen detalladamente los alcances, fechas, responsabilidades y términos legales. Fase 2: Diseño del diagrama de conexiones(3 días):Aquí se hace el diseño de cómo se va a conectar el circuitos para que cumpla las especificaciones del usuario/cliente satisfactoriamente. Integración del gabinete(5 días):La siguiente etapa es la asignación por parte del proveedor de todos los equipos, accesorios y partes que constituirán al gabinete. Aquí se finaliza de ensamblar el gabinete. Pruebas de aceptación en fábrica FAT(2 días): Las pruebas se realizan para que el cliente revise a satisfacción el estado físico y funcional de cada uno de los componentes que integran al gabinete. 43 Transporte(1día):Después de haber sido efectuadas las pruebas FAT, se procede al adecuado empaque, embalaje y transporte del gabinete, debiéndose tener las consideraciones necesarias para la integridad física del gabinete. Pruebas de aceptación en sitio SAT(2 días): Después de la instalación se comprueba el sistema para detectar y en su caso corregir los desperfectos ocasionados durante el transporte. Comisionamiento(3 días): Denota principalmente la integración del gabinete, se verifica con pruebas en campo. Capacitación(4 días): Se deberán proporcionar cursos de capacitación dirigidos al personal de operación, técnico y de ingeniería. Puesta en operación(1día):Esta etapa resume todos los esfuerzos de un adecuado desarrollo del proyecto, dependerá de que pueda ser puesto en operación sin problemas y dentro de los requerimientos establecidos. Como se puede observar el proyecto de considero en dos fases las cuales tienen una duración total de 31 días desglosados en: Fase 1: 10 días Fase 2: 21 días. A continuación se muestra el proyecto desglosado donde se podrá apreciar mejor ya que podremos ver los días no laborables que son los sombreados con gris, y como se notara se marcaron los días festivos en el calendario ya que no se va a laborar en esos días, por supuesto se tuvieron en consideración así que no afectara el desarrollo del proyecto. Se pretende trabajar de lunes a viernes 8 horas diarias. 8 horas diarias por 5 días a la semana. 40 horas a la semana. 20 días al mes. 44 45 46 MATERIALES DEL EJEMPLO DE APLICACIÓN CANTIDAD DESCRIPCION MARCA N. PARTE 1 Interruptor de Seguridad Tipo 1.5 N Royer 2231 3 Contactor Siemens 3RT1054-1AP36 3 Contactor Térmico de Sobrecarga Siemens 3RU1136-1HB0 3 Black PushButton N/A – N/C Siemens 3SB1400-0A 3 Red Push Button N/A – N/C Siemens 3SB1400-0A 3 Bomba Trifásica Franklin Electric 45FMH2S3-T 3 Indicadores luminosos rojos Siemens 3SB3244-6AA20 3 Indicadores luminosos verdes Siemens 3SB3244-6AA40 DESARROLLO Para poder realizar este proyecto primero se diseñó el diagrama de control y de fuerza del sistema el cual es un arranque y paro de 3 motores cada uno se puede prender y apagar de manera automática con los sensores que se encuentran en la cisterna o de manera manual apretando los botones con los que se controla cada bomba desde el tablero de control. También el tablero de control incluye indicadores luminosos que nos dicen si las bombas están encendidas o apagadas y cada bomba tiene su protección separada de las demás por lo que si ocurre algo en una bomba no afecta a las demás. 47 DIAGRAMA EN SISTEMA EUROPEO Figura 37 Circuito de control y fuerza del caso de aplicación en sistema europeo L1 L2 L3 L1 L2 I1 I1 I1 10 Amp. 10 Amp. 10 Amp. KM1 KM1 KM1 KM2 KM2 KM2 SC1 SC2 M1 M2 I2 I2 10 Amp. 10 Amp. BP1M1 BA1M1 KM1 KM1 SC1 BPG KM3 KM3 KM3 SC3 M3 BP2M1 BA2M1 BP1M2 BA1M2 KM2 KM2 SC2 BP2M2 BA2M2 BP1M3 BA1M3 KM3 KM3 SC3 BP2M3 BA2M3 KM1 MOTOR 1 APAGADO Rojo MOTOR 1 LLENANDO Verde KM1 KM2 MOTOR 2 APAGADO Rojo MOTOR 2 LLENANDO Verde KM2 KM3 MOTOR 3 APAGADO Rojo MOTOR 3 LLENANDO Verde KM3 48 DIAGRAMA EN SISTEMA AMERICANO Figura 38 Circuito de control y fuerza del caso de aplicación en sistema americano MEMORIA DE CÁLCULO Carga por lámparas 𝑊1= (∑ de lámparas) (Consumo de cada una de ellas) (F.C) 𝑊1= (6)(50 W)(1.0) 𝑊1=300 W Carga por motores eléctricos 𝑊2= (∑ de motores*HP) (746 Watts/HP) (F.C) 𝑊2= ((3 motores) *(2 HP)) *(746 W) (1.0) L1 L2 L3 L1 L2 I1 I1 I1 10 Amp.10 Amp.10 Amp. A A A B B B SC1 SC2 M1 M2 I2 10 Amp. I2 10 Amp. BP1M1 BA1M1 A BP1M2 BA1M2 B A SC1 BPG C C C SC3 M3 BA2M1 BA2M2 BP2M1 SC2 BP2M2 BP1M3 BA1M3 C C BA2M3 SC3 BP2M3 BOMBA 1 APAGADA Rojo A BOMBA 1 LLENANDO Verde A BOMBA 2 APAGADA Rojo B BOMBA 2 LLENANDO Verde B BOMBA 3 APAGADA Rojo C BOMBA 3 LLENANDO Verde C 49 𝑊2=4476 W Donde F.C es el factor de continuidad ya sea 1.25 para sistemas continuos o 1.0 para sistemas discontinuos En este caso serán discontinuos ya que se requiere de un ahorro de energía y nuestras bombas no requieren operar todo el tiempo. 𝑊𝑇𝑂𝑇=300 W + 4476 W 𝑊𝑇𝑂𝑇=4776 W Para el cálculo de conductores eléctricos 𝐼 = 𝑊𝑇𝑜𝑡 √3𝐸𝑓𝑐𝑜𝑠∅ = 4776 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 √3∗220∗𝑐𝑜𝑠.85 = 12.53 𝐴 Donde Ef es igual a la tensión entre fase y fase 𝐼𝑐 = (𝐼)(𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎) 𝐼𝑐 = (12.53 𝐴)(0.7)=8.77 𝐴 𝐼𝑝 = (𝐼𝑐)((𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜)) 𝐼𝑝 = (8.77 𝐴)(1.25)=10.96 𝐴 Ahora con las tablas que se encuentran en el anexo D se seleccionaran los conductores eléctricos Para el calibre es necesario la corriente corregida (Ic) y se usara un aislamiento TW Calibre: 14 A.W.G. Para el área del conductor es necesario el calibre, de las tablas se tiene que: Área del conductor: 28.53 𝑚𝑚2 En el diámetro de tubería se requiere el área del conductor, de la correspondiente tabla se tiene: Diámetro de la tubería:1/2" ó 13mm Por último se requiere la corriente protegida (Ip) para calcular la pastilla Pastilla:3x15 A 50 DISEÑO DEL GABINETE Para la distribución del gabinete se realizó un dibujo en SolidWorks en donde se muestra como se vera de manera física el gabinete. Este gabinete ya que controlara 3 motores de manera automática o manual incluirá por cada motor un botón de paro y un botón de arranque y 2 indicadores luminosos uno rojo que indica cuando la bomba se encuentra apagada y uno verde que indicara cuando la bomba esté funcionando en cualquier momento se puede prender o apagar cualquiera de las bombas con solo apretar los botones desde el gabinete o funcionara sola con las señales que provienen de los sensores. Figura 39: Diseño del gabinete. 51 COSTOS Costos de Materiales Tabla 2: Costo de Materiales Descripción Cantidad Precio Interruptor de Seguridad Tipo 1.5 N 1 $359.00 $359.00 Contactor 3 $3,895.97 $11687.91 Contactor Térmico de Sobrecarga 3 $627.24 $1881.72 Black Push Button N/A – N/C 3 $95.00 $285.00 Red Push Button N/A – N/C 3 $95.00 $285.00 Bomba Trifásica 3 $26,610.73 $79832.19 Indicadores luminosos rojos 3 $177.67 $353.01 Indicadores luminosos verdes 3 $183.56 $550.68 di $95234.51 Mano de obra Tabla 3: Mano de obra Descripción Días Precio por 8 horas Por los tres empleados Diseño 13 $195.00 $7605.00 Ensamble del gabinete 5 $195.00 $2925.00 Transporte 1 $1360.00 $1360.00 Pruebas e instalación 12 $195.00 $7020.00 TOTAL $18910 Duración total de 31 días desglosados 8 horas diarias por 5 días a la semana Se consideró 3 personas para la elaboración del proyecto 52 Para consultar los precios del material ver anexo C Costos Fijos Tabla 4: Costos Fijos Descripción Precio Teléfono e Internet $600.00 Luz $280.00 Agua $400.00 TOTAL $1280 Costo total de la obra: $115,424.51 CONCLUSIONES GENERALES Se aprendió la teoría de control electromagnético de manera satisfactoria ya que desde un inicio se llevó a practica cada uno de los ejemplos descritos en clase previamente, es conocido que la teoría debe complementarse con la práctica y en ese aspecto los laboratorios cuentan con módulos didácticos donde pudimos observar el funcionamiento de cada circuito. Previamente en clase definimos los elementos comunes en un circuito tanto de control y de fuerza diferenciando estos dos últimos, además de haber elaborado una práctica anterior de reconocimiento de equipo en laboratorio donde se profundizo más en el tema para aplicar los conocimientos en la elaboración de circuitos de esta unidad. Se observó la importancia de la lógica secuencial ya es la base para ejemplos de aplicación en diferentes áreas en donde podremos desenvolvernos en un futuro y dar paso para la siguiente unidad de aprendizaje que es el PLC. Después de lógica secuencial se procedió a analizar el siguiente elemento que es el Timer y la importancia que este tiene para ahora que ya se tiene la lógica secuencial, como se puede hacer una rutina de manera automática con elementos que se definen en función del tiempo sin nosotros tener que activarlos o desactivarlos simplemente con su correcta implementación una rutina puede ser automática. Finalmente se aplicaron todos los conocimientos de esta unidad en un ejemplo de aplicación en el cual no solo aplicamos dichos conocimientos, si no que se abarco más temas con este ejemplo como lo son planes de trabajo donde interviene la administración, cálculos de instalaciones 53 eléctricas, etc. Por lo cual es importante señalar que es una técnica de aprendizaje en conjunto y su importancia radica en que más adelante en nuestro trabajo seamos capaces de desarrollar un proyecto donde englobe todo lo anterior y mencionado CONCLUSIONES PARTICULARES ARROYO FERNANDEZ JORGE EDUARDO A lo largo de toda esta unidad pudimos aprender sobre el control electromagnético como utilizarlo y los elementos que se ocupan en esta clase de control como son los contactores, temporizadores, y las protecciones de sobrecarga y utilizando todo esto realizamos toda clase de circuitos de las diferentes aplicaciones que se pueden resolver de manera sencilla con control electromagnético utilizando los elementos disponibles en el laboratorio y nos ayudó mucho este unidad para poder reforzar nuestros conocimientos de las materias vistas anterior mente como maquinas eléctricas.También fue de gran ayuda ya que vimos cómo se hacen los diagramas de escalera que es lo que se utiliza para diseñar estos circuitos y vimos sus equivalentes en circuitos con compuertas. Por último, pudimos aprender de lo que es un CCM y como diseñar uno ya que con el caso de aplicación que realizamos tuvimos que investigar cómo se hacen estos gabinetes que te permiten controlar los motores y diseñar toda la planeación para poder realizarlo. CHAVEZ PAREDES CESAR En esta práctica se comprobó experimentalmente por medio de circuitos elaborados en los módulos correspondientes del laboratorio, el funcionamiento de los distintos elementos que lo componen como lo son Timers, bobinas, sobrecargas, etc. Esto conlleva a aprender la teoría de control electromagnético la cual tiene una lógica de funcionamiento que anteriormente no había visto en mi formación y cabe recalcar su importancia en la industria ya que es la base para las nuevas tecnologías de control como lo es el PLC y su correspondiente lenguaje de programación conocido como "escalera". Conforme se fue avanzando en el desarrollo de los circuitos más dificultades se fueron presentando ya que debes tener una base de conocimientos previos de máquinas eléctricas y circuitos lógicos, entonces debes recordar dichos conceptos. Observe la funcionalidad de los timers y su importancia que tienen ya que se puede establecer un control automático, conectándolos de manera correcta. A mi consideración fue muy buena la práctica ya que es mejor el aprendizaje con las practicas experimentales ya que observas la manera en la que 54 se conectan los elementos así como su propósito en nuestros requerimientos, es importante prestar atención al momento de conectar ya que se puede presentar errores que pueden causar daños al equipo para ello se hacen pruebas en vacío antes de conectar la carga, así como su simulación correspondiente en el software para visualizar el funcionamiento del circuito y este cumpla con los requerimientos que se nos exigían. CUELLAR LEON LAURA NELLY Como resultado del desarrollo de esta práctica, es posible concluir que se adquirieron los conocimientos vistos en esta unidad, empezando del esquema más sencillo que fue arranque y paro de un motor donde aprendí que el motor no va a funcionar continuamente solo apretando el botón de arranque. Posteriormente con el desarrollo de los demás esquemas adquirí conocimientos de lógica secuencial, en especial estos circuitos son un reto para mí ya que no se me hace tan sencillo crear la lógica para que el diagrama funcione correctamente, pero gracias a que fueron varios esquemas del mismo tipo cada vez se me hacía más fácil plantear la lógica correcta. Me quedo claro que para poder hacer la inversión de giro de un motor tengo que tener conocimientos del funcionamiento del motor y esto para llegar a la conclusión de que se tienen que invertir las fases para que efectivamente haga la inversión de giro. Con respecto a los temporizadores también me costaban un poco de trabajo, más que nada, porque confundo su funcionamiento con uno y otro es por esto que cuando empecé a ver la lógica secuencial con temporizadores se me complico un poco más, pero gracias a los circuitos anteriores de lógica secuencial pude resolverlos sin problemas. En general no me cuesta trabajo conectar teniendo un diagrama, pero con la ayuda de esta unidad no solo se conecta sino también se diseñar un diagrama en escalera correctamente. Por otra parte, se me aclararon dudas en cuanto a los elementos a utilizar como lo son los contactores, relevadores de sobrecarga o un guarda motor porque anteriormente los conocía pero aun no me había quedado claro la función de cada uno de ellos. Algo muy importante que recalcar es que teníamos que hacer el diagrama lógico equivalente al diagrama en escalera y esto será de gran ayuda para la unidad siguiente “PLC” En mi opinión personal esta práctica fue muy importante para mi desarrollo académico y posteriormente aplicarlo en mi ambiente laboral si se da el caso. BIBLIOGRAFIA https://tesisalfovan.wordpress.com/fdfdf/ https://tesisalfovan.wordpress.com/fdfdf/ 55 ANEXO A 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 ANEXO B 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 ANEXO C 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 ANEXO D 96 97 98 99
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