CD-5611

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL 
 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y 
ELECTRÓNICA 
 
 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS 
DE UNA A.P.U. (AUXILIARY POWER UNIT) APLICABLE EN 
AVIONES C-130 DE LA FUERZA AÉREA ECUATORIANA 
 
 
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE 
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL 
 
IVÁN JAVIER CURAY MINIGUANO 
ivan.curay@gmail.com 
 
STALIN FABRICIO QUISHPE SALGUERO 
stalinfq18@gmail.com 
 
DIRECTOR: MSc. JORGE LUIS ROSERO BELTRÁN 
jorge.rosero@epn.edu.ec 
 
CODIRECTOR: Dr. JORGE ANDRÉS ROSALES ACOSTA 
andres.rosales@epn.edu.ec 
 
 
Quito, Abril 2014 
 
I 
 
 
DECLARACIÓN 
 
 
 
 
 
Nosotros, Iván Javier Curay Miniguano y Stalin Fabricio Quishpe Salguero, 
declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que 
no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, 
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este 
documento. 
 
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad 
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, 
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por 
la normatividad institucional vigente. 
 
 
 
 
 
 
 
 _______________________ _______________________ 
 Iván Javier Curay Miniguano Stalin Fabricio Quishpe Salguero 
 
 
 
 
 
 
 
 
II 
 
 
 
 
 
 
 
CERTIFICACIÓN 
 
 
 
 
 
Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Iván Javier Curay 
Miniguano y Stalin Fabricio Quishpe Salguero, bajo nuestra supervisión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 _______________________ _______________________ 
 Ing. Jorge Luis Rosero, Msc. PhD. Andrés Rosales 
 DIRECTOR DEL PROYECTO CO-DIRECTOR DEL PROYECTO 
 
 
 
 
 
 
III 
 
 
AGRADECIMIENTO 
 
En primer lugar agradezco a Dios, quien me ha dado la fortaleza y sabiduría para 
levantarme y alcanzar un objetivo más en mi vida. A mi madre santísima del 
Cisne, quien es de mi devoción y es la que guía mi camino. 
 
A mi madre Laura Miniguano, quien siempre me ha apoyado y me ha ayudado a 
cumplir mis objetivos. Gracias por estar ahí cuando lo he necesitado, por 
brindarme todo tu amor y confianza. A mi padre Marcelino Curay, quien ha sido un 
ejemplo de lucha y perseverancia para llegar a cumplir mis objetivos. Gracias por 
los consejos y vivencias que me has compartido. A mis hermanos Fabián y Ariel, 
por ser un apoyo en mi vida. 
 
A Alejandra Días, quien es mi compañera de vida y madre de mi hijo, la persona 
que amo y respeto. Gracias por tu amor y apoyo incondicional. A mi hijo Matías 
Curay quien ha llegado a iluminar mi vida, quien con su presencia me ha dado la 
fortaleza, ilusión y confianza de seguir creciendo para él. Gracias por ser mi 
inspiración. 
 
A mi amigo Stalin Quishpe, que a pesar de los inconvenientes hemos salido 
adelante con esfuerzo y dedicación, formando un buen equipo de trabajo. 
 
A la mejor universidad del país la Escuela Politécnica Nacional, por haberme 
permitido formar profesionalmente junto a los mejores docentes. 
 
A toda mi familia y personas que siempre estuvieron pendientes de mí. Gracias 
por su apoyo y preocupación. 
 
A todos los miembros del Escuadrón Mantenimiento No.1121 del Ala de 
Transportes No. 11 de la FAE, en especial a Sgto. Figueroa, Sgto. Durango, Sgto. 
Revelo y Sgto. Amagua. 
 
 Iván Javier Curay Miniguano 
IV 
 
 
AGRADECIMIENTO 
 
Agradezco a mi Poderoso Dios, mi Salvador, mi Maestro y fiel Amigo, quien 
renueva mis fuerzas cada mañana y me sostiene en todo momento, porque me ha 
demostrado que sus planes siempre van más alto y son mejores que los míos, 
junto a Él cada segundo de mi vida es intenso. 
 
A mi amada madre Fanny Salguero quien me demuestra su amor de todas las 
maneras posibles, una mujer llena de sabiduría, una luchadora quien siempre ha 
estado dispuesta a sacrificar su propio bienestar por el de su familia, mi respeto y 
admiración. A mi querido padre Pedro Quishpe quien es mi ejemplo a seguir de 
dedicación, entrega y sacrificio, por estar siempre pendiente de su familia, un 
hombre de Dios valiente y esforzado. A mi hermano Alexis Quishpe mi primer 
mejor amigo, por tu valiosa compañía y apoyo, no te cambiaría por nadie. 
 
A mi mamita Delita, mi segunda madre gracias por cuidarme siempre. A mis tíos, 
mis primos, gracias por su preocupación constante, los amo hasta la eternidad. 
 
A mi amigo Iván Curay, por su responsabilidad y entrega, por el tiempo invertido, 
no lo hubiera hecho solo, misión cumplida hermano. 
 
A los miembros del Escuadrón Mantenimiento del Ala de Transportes No. 11 de la 
FAE, Sgto. Durango, Sgto. Revelo y Sgto. Amagua gracias por su valiosa ayuda. 
 
A la mejor universidad del país la Escuela Politécnica Nacional, por su formación 
académica de gran valor, al Msc. Jorge Rosero y al PhD. Andrés Rosales por ser 
nuestros directores y sus oportunas ideas para el presente proyecto. 
 
A todas aquellas personas, que han compartido gratos y duros momentos, 
amigos, compañeros de trabajo y conocidos, gracias por su tiempo, cada uno es 
importante y único en sus enseñanzas. 
 
Stalin Fabricio Quishpe Salguero 
V 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
Este trabajo está dedicado a mis padres que siempre me han apoyado y dado su 
amor. 
 
A mis hermanos y familiares que de una u otra manera me han brindado su apoyo 
y valiosos consejos. 
 
A Alejandra y Matías quienes son mi inspiración. 
 
Iván Javier Curay Miniguano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
A mis padres, Pedro y Fanny, a mi hermano Alexis, quienes son la mayor 
bendición que Dios me ha dado, por su dedicación y entrega incondicional, los 
amo mucho. 
 
Stalin Fabricio Quishpe Salguero 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VII 
 
 
 
CONTENIDO 
 
RESUMEN ............................................................................................................................ XI 
PRESENTACIÓN ............................................................................................................... XIII 
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................. 1 
1 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................................... 1 
1.1 A.P.U. (UNIDAD DE POTENCIA AUXULIAR) ............................................................................ 1 
1.1.1 HISTORIA DE LA A.P.U. .................................................................................................. 1 
1.1.2 UBICACIÓN DE LA A.P.U. EN LA AERONAVE ................................................................. 2 
1.1.3 COMPONENTES GENERALES DE UNA A.P.U. ................................................................ 3 
1.1.3.1 Sección de potencia ............................................................................................. 4 
1.1.3.2 Compresor de carga ............................................................................................. 4 
1.1.3.3 Caja de engranajes ............................................................................................... 4 
1.1.4 TIPOS DE A.P.U. ............................................................................................................ 4 
1.1.4.1 Grupos de Arranque de TransmisiónMecánica .................................................. 4 
1.1.4.2 Grupos de Arranque Neumático ......................................................................... 5 
1.1.4.2.1 Grupos con Alimentación de Aire por Compresor de Prioridad...................... 5 
1.1.4.2.2 Grupos con Alimentación de Aire con compresor de Carga ........................... 5 
1.1.5 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES DE USO DE LA A.P.U. ......................... 6 
1.1.6 FASE DE OPERACIÓN DEL AVIÓN .................................................................................. 6 
1.1.6.1 En Tierra ............................................................................................................... 6 
1.1.6.2 En Vuelo ............................................................................................................... 6 
1.1.6.3 En el Despegue..................................................................................................... 7 
1.2 AVIÓN HÉRCULES C-130 ........................................................................................................ 7 
1.3 A.P.U. DEL AVIÓN HÉRCULES C-130 ....................................................................................... 9 
1.3.1 PARTES DEL SISTEMA DE LA A.P.U. ............................................................................. 10 
1.3.2 COMPONENTES DE LA A.P.U. ..................................................................................... 11 
1.3.2.1 Compresor ......................................................................................................... 12 
1.3.2.2 Potencia ............................................................................................................. 12 
1.3.2.3 Sección de Accesorios ........................................................................................ 13 
1.3.3 CONTROL ELÉCTRICO DE LA A.P.U. ............................................................................. 14 
1.3.4 SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE LA A.P.U. .................................................................... 15 
VIII 
 
 
1.3.5 SISTEMA DE COMBUSTIBLE ........................................................................................ 17 
1.3.6 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA A.P.U. ................................................................ 20 
 
CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................... 21 
2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS PARA LA A.P.U. ............................ 21 
2.1 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS .................................................... 21 
2.2 SELECCIÓN DE EQUIPOS DE CONTROL Y SENSORES ............................................................ 22 
2.2.1 SELECCIÓN DE EQUIPOS DE CONTROL ........................................................................ 22 
2.2.1.1 Plc ....................................................................................................................... 22 
2.2.1.2 Módulo de entradas de señales analógicas ....................................................... 23 
2.2.1.3 Pantalla táctil ..................................................................................................... 24 
2.2.1.4 Relés ................................................................................................................... 25 
2.2.2 SELECCIÓN DE SENSORES ........................................................................................... 26 
2.2.2.1 Sensores de Presión ........................................................................................... 26 
2.2.2.2 Sensores de Nivel ............................................................................................... 27 
2.2.2.3 Sensor de Temperatura ..................................................................................... 27 
2.3 DISEÑO DE LOS TABLEROS DE CONTROL ............................................................................. 28 
2.3.1 TABLERO PRINCIPAL DE CONTROL.............................................................................. 28 
2.3.2 TABLERO SECUNDARIO DE CONTROL ......................................................................... 29 
2.4 IMPLEMENTACIÓN DEL TABLERO PRINCIPAL ...................................................................... 30 
2.4.1 FUNCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL PRINCIPAL ..................... 32 
2.4.1.1 Interruptor MASTER SWITCH ............................................................................. 32 
2.4.1.2 Interruptor STOP, START, RUN .......................................................................... 33 
2.4.1.3 Interruptor AIR UNLOAD .................................................................................... 33 
2.4.1.4 Interruptor START VALVE SWITCH ..................................................................... 34 
2.4.1.5 Luz START APU ................................................................................................... 34 
2.4.1.6 Luz ON SPEED ..................................................................................................... 34 
2.4.1.7 Luz AIR PRESSURE .............................................................................................. 34 
2.4.1.8 Luz START VALVE................................................................................................ 34 
2.4.1.9 Pantalla KTP600 ................................................................................................. 34 
2.4.1.10 Relés ................................................................................................................... 35 
2.4.1.11 Plc S7-1200 ......................................................................................................... 35 
2.4.1.12 Módulo SM 1231 ............................................................................................... 35 
IX 
 
 
2.5 IMPLEMENTACIÓN DEL TABLERO SECUNDARIO ................................................................. 35 
2.5.1 FUNCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL SECUNDARIO ................. 37 
2.5.1.1 Relé de arranque................................................................................................ 37 
2.5.1.2 Relé de apagado de emergencia ........................................................................ 37 
2.5.1.3 Relé de la electroválvula de combustible .......................................................... 38 
2.5.1.4 Relé de APU dentro de la velocidad nominal .................................................... 38 
2.5.1.5 Fuente de alimentación Logo ............................................................................ 38 
2.6 CONEXIÓN DE LOS SENSORES DE PRESIÓN.......................................................................... 39 
2.7 CONEXIÓN DE LOS SENORES DE NIVEL ................................................................................ 40 
2.8 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE VOLTAJE, TEMPERATURA Y VELOCIDAD. ............. 41 
2.8.1 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DE TEMPERATURA ........................................... 42 
2.8.2 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DE VOLTAJE ..................................................... 44 
2.8.3 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DEL TACO GENERADOR ................................... 45 
2.9 PRESENTACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS DE LA APU ..................................................... 50 
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................................ 52 
3 DESARRROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC Y PANTALLA KTP600 ..................... 52 
3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL ....................................................................................................... 52 
3.2 DESARROLLO DEL PROGRAMA DEL PLC ............................................................................... 53 
3.2.1 DIAGRAMAS DE FLUJO................................................................................................ 53 
3.2.1.1 Tipos de operación............................................................................................. 54 
3.2.1.2 Encendido Manual ............................................................................................. 54 
3.2.1.3 Encendido automático ....................................................................................... 55 
3.2.1.4 Simulación de parámetros ................................................................................. 56 
3.2.1.5 Apagado de la APU ............................................................................................ 57 
3.2.1.6 Apagado de Emergencia .................................................................................... 58 
3.2.2 PROGRAMACIÓN EN TIA PORTAL ............................................................................... 59 
3.2.2.1 Estructura del programa .................................................................................... 60 
3.2.2.2 Encendido de la APU .......................................................................................... 61 
3.2.2.3 Apagado de emergencia .................................................................................... 63 
3.2.2.4 Escalado de los sensores de presión .................................................................. 64 
3.3 DESARROLLO DE LA INTERFAZ GRÁFICA .......................................................................... 64 
3.3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL .............................................................................................. 65 
3.3.1.1 Imagen de Bienvenida. ...................................................................................... 66 
X 
 
 
3.3.1.2 Imagen Procedimiento de Seguridad ................................................................ 67 
3.3.1.3 Imagen Operación de la A.P.U. .......................................................................... 67 
3.3.1.4 Imagen Tipo de Operación ................................................................................. 68 
3.3.1.5 Imagen de pasos para el encendido .................................................................. 69 
3.3.1.6 Imagen de datos ................................................................................................ 69 
3.3.1.7 Imagen del visor de curva .................................................................................. 70 
3.3.1.8 Imagen de pasos para el apagado ..................................................................... 70 
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................................ 71 
4 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL FUNCIOAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS DE LA APU ....... 71 
4.1 FUNCIONAMIENTO DE LA APU ............................................................................................ 71 
4.2 FUNCIONAMIENTO Y SIMULACIÓN DE LA APU.................................................................... 72 
CAPÍTULO 5 ............................................................................................................................ 75 
5 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 75 
5.1 CONCLUCIONES ................................................................................................................... 75 
5.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 77 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 79 
ANEXOS .................................................................................................................................. 82 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XI 
 
 
RESUMEN 
 
El actual proyecto, desarrolla el diseño e implementación de un banco de 
pruebas de una A.P.U. (Auxiliary Power Unit) aplicable en aviones C-130 de la 
Fuerza Aérea Ecuatoriana, el cual cumple con los requerimientos técnicos de 
funcionamiento y con las necesidades del personal a cargo del sistema. 
 
La A.P.U. está ubicada en una estructura de acero inoxidable el cual está 
adaptado para la instalación de los diferentes componentes del banco de 
pruebas, como tableros de control y visualización, soportes para los 
transductores de presión y tarjeta de acondicionamiento de señales; es 
importante señalar que el sistema tiene la capacidad de ser transportado al 
lugar que los técnicos lo requieran. 
 
El sistema está compuesto por una pantalla HMI y un PLC que permite el 
control y supervisión de la operación de la A.P.U.; el banco de pruebas está 
diseñado para operar la A.P.U. tanto de una manera manual como automática. 
 
Modo Manual 
En el modo manual el sistema está compuesto por dos subsistemas: arranque 
normal y simulador de parámetros. 
 
En el arranque normal, la A.P.U. entra en funcionamiento como lo hace en el 
avión; por tal motivo tiene instalado un panel de control similar al que se 
encuentra en cabina. 
 
En el simulador de parámetros, la A.P.U. funciona normalmente como en el 
arranque normal, con la diferencia, que cuando alcance los valores nominales 
de operación, se puede ingresar valores de cualquier parámetro que se 
encuentra bajo supervisión por el sistema, esto con el fin de simular errores de 
operación en la A.P.U., en este subsistema los valores que ingresan se 
comparan con los valores teóricos y el sistema realiza las acciones 
XII 
 
 
preventivas como apagado de emergencia de la A.P.U., indicando siempre 
información, como mensajes de error, diagnóstico y posibles soluciones. 
 
Este modo de funcionamiento está dedicado para el personal con un mayor 
conocimiento con respecto a la puesta en marcha del sistema. 
 
Modo Automático 
En el modo automático la A.P.U. entra en funcionamiento únicamente con la 
habilitación de un pulsador en la pantalla de visualización, con el fin de facilitar 
y agilizar el proceso de arranque. 
Este modo está dedicado para todo el tipo de personal que requiera el uso de 
la A.P.U. 
 
En todos los modos de operación, el sistema explica cada uno de los pasos a 
seguir para evitar interpretaciones en su operación por parte del personal a 
cargo; adicionalmente el monitoreo en tiempo real es una herramienta que se 
utiliza en el sistema, el banco de pruebas consta de gráficas para cada una de 
las señales monitoreadas, las cuales se almacenan en memoria, esto con el 
fin de tener datos de funcionamiento durante todo el tiempo de uso de la 
unidad para los 4 arranques que permite el sistema, donde se puede visualizar 
valores máximos y mínimos, rangos de operación y hacer un análisis completo 
de acuerdo al tipo de gráfica que se obtenga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XIII 
 
 
PRESENTACIÓN 
 
En este proyecto se presentó la oportunidad de estudiar y trabajar con los 
diferentes mecanismos que equipan una aeronave, el conocimiento previo de los 
instrumentos de vuelo, es importante para el diseño e implementación del banco 
de pruebas, permitiéndonos en todo momento una operación eficiente y en 
condiciones seguras del sistema; por tal motivo se ha desarrollado 5 capítulos 
para cumplir con esta meta. 
 
El FUNDAMENTO TEÓRICO brinda información detallada acerca de la A.P.U., 
componentes, funcionamiento y especificaciones técnicas, además de una 
descripción general acerca de su utilidad y aplicación en el avión Hércules C-130. 
 
El DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN abarca todo lo que se refiere a la selección y 
dimensionamiento de la instrumentación utilizada para el proyecto, que esta 
implementada y fusionada con los instrumentos de vuelo. Además del diseño de 
tableros y acondicionamiento de señales. 
 
La parte correspondiente al DESARROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROLpresenta los diagramas de flujo y criterios de programación para el control del 
PLC y la pantalla táctil HMI. 
 
PRUEBAS Y RESULTADOS presenta un informe en modo de tablas sobre las 
pruebas de cada una de los modos de operación del banco de pruebas, hasta 
llegar a cumplir con todos los requisitos planteados. 
 
El último capítulo presenta las conclusiones que se obtuvo después de haber 
realizado el proyecto, así como las recomendaciones que se dejan planteadas 
para la correcta operación del banco de pruebas. 
 
 
1 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
1 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 
1.1 A.P.U. (UNIDAD DE POTENCIA AUXULIAR) 
 
A.P.U. son las siglas de Auxiliary Power Unit, o Unidad de Potencia Auxiliar, esta 
unidad consiste en un generador eléctrico empleado para el arranque de motores 
a reacción, un ejemplo de estos motores es el turborreactor, turbofan, turbohélice 
(Figura 1.1) que es el cual se usa en el C-130; otras aplicaciones de la A.P.U. es la 
de suministrar energía neumática para el sistema de aire acondicionado, 
proporcionar independencia de los equipos en tierra para la operación de los 
diferentes sistemas de una aeronave y es de mucha ayuda al brindar una fuente 
alternativa de energía en vuelo. 
 
La tarea principal de la A.P.U. es el arranque de motores a reacción y el 
acondicionamiento del aire en la cabina. [1] 
 
Figura 1.1 Motor a reacción tipo turbohélice usado por el avión Hércules C-130 [2] 
 
1.1.1 HISTORIA DE LA A.P.U. 
 
Durante la Primera Guerra Mundial, las aeronaves de clase costeros británicos, 
llevaban un motor auxiliar de 1.75 caballos de fuerza el cual operaba como 
2 
 
 
generador para el transmisor de radio y en caso de emergencia, podía encender 
un ventilador auxiliar; uno de los primeros aviones militares en usar una A.P.U. fue 
el Noel Pemberton Billing P.B.3. Durante la 2 ª Guerra Mundial, varios aviones 
militares de gran tamaño ya estaban equipados con una Unidad de Potencia 
Auxiliar A.P.U. [3] 
 
El Boeing 727 en el año 1963 fue la primera aeronave comercial en incorporar en 
su sistema una A.P.U., consiguiendo de esta manera una operabilidad en 
pequeños aeropuertos sin hacer uso de las instalaciones propias de la base. La 
A.P.U. puede ser identificada en muchos aviones modernos por un tubo de 
escape en la cola de la aeronave. [4] 
 
1.1.2 UBICACIÓN DE LA A.P.U. EN LA AERONAVE 
 
Aunque las A.P.U. se montan en diferentes lugares de los aviones tanto civiles 
como militares normalmente se encuentran ubicados en el compartimiento de 
accesorios en la parte posterior del avión, la unidad está protegida por un sistema 
de detección y extinción de incendios que puede ser operado desde el panel de 
control en la cabina. 
 
Figura 1.2 Ilustración de las opciones de montaje de la A.P.U. en un avión 
 
 
Las ventajas que ofrece al encontrarse ubicado en la parte posterior son: 
· El espacio amplísimo que encuentra en el cono de cola. 
· Disminución del nivel de ruido. 
· Reducción de contaminación al nivel del suelo por gases de escape. 
3 
 
 
· Disminución del riesgo general del avión en caso de incendio. 
· Disminución del riesgo general en caso de fragmentación de algún disco del 
rotor o turbina del eje de la A.P.U. 
 
1.1.3 COMPONENTES GENERALES DE UNA A.P.U. 
 
La APU posee un sistema autónomo de arranque, generalmente con tres o cuatro 
etapas de compresión y dos rotores en la turbina, también dispone de uno o más 
purgas de aire a distintas presiones para abastecer las necesidades del sistema 
neumático. 
 
Principalmente una A.P.U. está compuesta por una turbina y un compresor que 
puede ser centrífugo, axial o una combinación de ambos; estos dos componentes 
trabajan en conjunto pues la sección de alabes del compresor se encuentra 
acoplado al eje de la turbina. 
 
Adicionalmente, el eje del compresor está acoplado a un segundo compresor 
llamado compresor de carga, con el fin de producir energía neumática para el 
sistema de control medioambiental y la puesta en marcha de la planta de potencia 
del avión. [1] 
 
 
Figura 1.3 Secciones y componentes principales de una A.P.U. [5] 
4 
 
 
Una A.P.U., se divide en tres secciones principales: Ver Figura 1.3 
· Sección de potencia 
· Compresor de carga 
· Caja de engranajes 
 
1.1.3.1 Sección de potencia 
Es una sección compuesta por un compresor centrífugo, una cámara de 
combustión y el grupo de turbinas, este conjunto se convierte en un generador 
que proporciona energía a la APU para su funcionamiento. 
 
1.1.3.2 Compresor de carga 
Este compresor es el encargado de suministrar la energía neumática necesaria a 
la aeronave, con este sistema se pone en marcha los motores y es de gran ayuda 
para el sistema de acondicionamiento de aire en la cabina. 
 
1.1.3.3 Caja de engranajes 
Esta sección es indispensable pues es la encargada de transmitir la fuerza a un 
generador eléctrico mediante una transmisión mecánica directa que se encuentra 
acoplado al compresor de carga. 
 
La energía eléctrica que proporciona la A.P.U. permite el funcionamiento del 
sistema general del avión, algunos de estos sistemas son la unidad de control de 
combustible, el módulo de lubricación y el ventilador de refrigeración. 
 
1.1.4 TIPOS DE A.P.U. 
Debido al arranque de la A.P.U. se clasifican en dos grupos: 
· Grupos de arranque de transmisión mecánica. 
· Grupos de arranque neumático. 
 
1.1.4.1 Grupos de Arranque de Transmisión Mecánica 
 
La A.P.U. mecánica se pone en marcha mediante un motor eléctrico, alimentado 
de los acumuladores eléctricos a bordo, una vez encendida la cámara de 
5 
 
 
combustión, se dispone de potencia mecánica en el eje de salida de la unidad. La 
APU transmite al motor el movimiento de giro necesario por medios mecánicos. 
[6] 
 
Estas unidades son ampliamente utilizadas en la aviación militar, su característica 
operacional es: 
· La simplicidad. 
· Bajo coste. 
· Potencia de salida pequeña. 
 
1.1.4.2 Grupos de Arranque Neumático 
Este grupo se emplea en la aviación comercial, y son los que cumplen en todo 
aspecto la funcionalidad de una A.P.U. 
 
Las A.P.U. neumáticas se clasifican por el modo de alimentación de aire de 
servicio a los sistemas del avión. [6] 
· Grupos con alimentación de aire por compresor de prioridad. 
· Grupos con alimentación de aire con compresor de carga. 
 
1.1.4.2.1 Grupos con Alimentación de Aire por Compresor de Prioridad 
Aquí el arrancador por turbina se alimenta con aire a presión procedente del 
compresor centrífugo del propio APU. 
El flujo de aire comprimido se divide a la salida del compresor en dos ramas, una 
rama se dirige a la cámara de combustión del APU y la otra se canaliza hacia la 
turbina de aire de puesta en marcha. Obviamente la función de alimentar con aire 
la cámara de combustión del propio APU tiene siempre prioridad sobre la cesión 
de aire de servicio al exterior. [6] 
 
1.1.4.2.2 Grupos con Alimentación de Aire con compresor de Carga 
En este caso, la turbina de potencia del APU conduce a un compresor centrífugo 
independiente, llamado compresor de carga. El compresor de carga admite aire 
exterior por su boca de entrada, y lo comprime. El aire comprimido pasa a la 
turbina de aire para la puesta en marcha y/o servicios neumáticos del avión. El 
6 
 
 
APU con compresor de carga permite mejor adaptación del grupo a las 
necesidades de aire de servicio del avión. Es la solución óptima para aviones poli 
motores. Por ello es el más usado en aviones comerciales. [6] 
 
1.1.5 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES DE USO DE LA 
A.P.U. 
 
La A.P.U. está diseñada de forma que pueda funcionar hasta unos 9.000 metros 
de altitud y en condiciones de formación de hielo. 
Sus características son variables según el tipo de avión que deba equipar. 
 
Dependiendo de la aeronave la APU suministra en vuelo solo energía eléctrica, 
otras A.P.U. solo se utilizan en tierra,y en algunos casos son capaces de 
suministrar energía eléctrica y neumática hasta unos 4.500 metros de altitud. [7] 
 
1.1.6 FASE DE OPERACIÓN DEL AVIÓN 
Según la fase de operación del avión, estas funciones se dividen de la siguiente 
manera: 
 
1.1.6.1 En Tierra 
La A.P.U. abastece de aire de su propio compresor para el arranque de los 
motores y para el sistema de acondicionamiento de aire, adicionalmente 
suministra energía eléctrica al sistema general del avión. [8] 
 
1.1.6.2 En Vuelo 
La A.P.U. actúa como sistema de respaldo en la aeronave, y suministra servicios 
como: 
• Energía eléctrica. 
• Energía Neumática. 
• Anti hielo de planos principales. [8] 
 
7 
 
 
1.1.6.3 En el Despegue 
Presente en algunos aviones, la A.P.U. proporciona aire a presión para la 
presurización de la cabina. [8] 
 
1.2 AVIÓN HÉRCULES C-130 
 
El avión Hércules C-130 es un avión de transporte militar, el cual posee cuatro 
motores turbohélice, fue fabricado por la compañía LOCKHEED MARTIN en el 
año de 1950 en Estados Unidos. 
 
El compartimiento del Hércules C-130 puede ser una bodega de carga libre o se 
puede adaptar para el transporte de tropas. Su diseño tuvo como primer objetivo 
el transporte de carga, de tropas y para apoyo médico, sin embargo puede ser 
acondicionado para apoyo aéreo, búsqueda, rescate y asalto aéreo. 
 
El avión Hércules presta su servicio en más de 50 países, con sus diferentes 
versiones y distintos modelos. El C-130 se convirtió en el año de 2006 la quinta 
aeronave en alcanzar 50 años de uso continuo, en la actualidad es la única 
aeronave militar que continua en producción. [9] 
 
Figura 1.4 Avión Hércules C-130H. [10] 
 
 
Las dimensiones de la bodega de almacenamiento en el Hércules C-130 son 
12.50 [m] de longitud, 3.14 [m] de ancho y 2.74 [m] de altura; esta aeronave se 
8 
 
 
encuentra equipada con cuatro motores Allison T56 A-15 de 4910 C.V. de 
potencia, proporcionando mejores características para despegues cortos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5 Bodega de Almacenamiento del Hércules C-130 [11] 
 
Posee un indicador de posición de choque y un radar de navegación y 
meteorología AN/APN-59, el cual cumple funciones como detección 
meteorológica, mapeo terrestre y navegación con un alcance de detección mayor 
a los 380 [Km]. [12] 
 
Un avión C-130 H puede transportar hasta 20 toneladas de peso, es decir el 
equivalente a 5 vehículos militares multipropósito HUMVEE o 2 helicópteros cobra 
AH-1; toda la carga puede ser llevada hasta una altura de 2.298 [km]. [9] 
 
 
Figura 1.6 Capacidad de carga del C-130 
9 
 
 
1.3 A.P.U. DEL AVIÓN HÉRCULES C-130 
 
El sistema de Unidad de Potencia Auxiliar (A.P.U.) en el avión C-130, en zonas 
aisladas o bases donde los equipos de apoyo en tierra no están disponibles, 
proporciona al avión la capacidad de ser independiente en el mantenimiento y 
análisis de problemas, así como en la operación normal de la aeronave. Durante 
el vuelo, la A.P.U. es una fuente de alimentación auxiliar de emergencia que 
permite mejorar las capacidades operativas. [13] 
 
La A.P.U. del Hércules C-130 es relativamente pequeña y está diseñada para 
ocupar el menor espacio posible dentro de la aeronave, la distribución de los 
componentes y sistemas principales, hacen que la APU sea un equipo 
relativamente compacto y que el trabajo de los operadores sea fácil con respecto 
a otras A.P.U. 
 
 
Figura 1.7 A.P.U. del avión Hércules C-130 [14] 
 
10 
 
 
1.3.1 PARTES DEL SISTEMA DE LA A.P.U. 
 
La A.P.U. en el Hércules C-130, está instalada en un compartimiento situado en la 
parte delantera de la rueda de tren de aterrizaje principal izquierdo, como se 
indica en la Figura 1.8 
 
El compartimiento se construye a partir de materiales a prueba de fuego, además 
tiene una puerta de acceso grande que proporciona el fácil mantenimiento o 
reemplazo de la unidad. El compartimiento de la APU consta de ventilación, 
detección y extinción de incendios, conductos de admisión de aire y de escape. 
 
El sistema de la APU está compuesto por un suministro de combustible, el 
sistema de encendido/arranque, purga de aire, panel de control e indicadores de 
la APU, tubo de escape, y los subsistemas de suministro de aceite. 
 
Figura 1.8 Ubicación y Partes de la A.P.U. del C-130 [14] 
 
El panel de control de la A.P.U. se encuentra adyacente a la esquina superior 
izquierda del panel de control del sistema anti-hielo del avión. Dicho panel está 
compuesto por un medidor de temperatura de los gases de escape y un indicador 
de velocidad en RPM, interruptores para los sistemas de admisión de aire, purga 
11 
 
 
de aire, al igual que tres luces indicadoras: DOOR OPEN (rojo), START (ámbar), y 
ON SPEED (verde). Ver Figura 1.9 
 
 
Figura 1.9 Ubicación del Panel de Control de la A.P.U. 
en la Cabina del C-130. [14] 
 
La energía eléctrica para el funcionamiento de la APU puede ser suministrada por 
la batería del avión o mediante una alimentación externa, como es el caso de una 
planta de energía que suministre 28V DC, la FAE dispone de varios tipos de 
plantas externas pero la más utilizada por el Hércules C-130 es un sistema portátil 
de energía recargable, fácil de transportar y dedicado exclusivamente para el 
arranque de grandes motores. 
 
1.3.2 COMPONENTES DE LA A.P.U. 
 
El APU se compone de tres secciones básicas. 
· Compresor 
· Potencia (Cámara de combustión y la turbina) 
· Sección de accesorios 
 
 
12 
 
 
1.3.2.1 Compresor 
 
La sección del compresor está formada por un compresor de dos etapas, es decir 
un compresor formado por dos impulsores y dos difusores. 
En términos simples, el compresor es como una bomba de aire. Los impulsores 
rotativos absorben un gran volumen de aire desde el pleno de entrada y provocan 
que el gas se acelere a gran velocidad debido al movimiento de los alabes del 
impulsor. Mientras giran los alabes se genera una fuerza centrífuga que empuja el 
aire hacia afuera, esto produce una baja presión en el ojo del impulsor que hace 
que atraiga más aire. 
 
Del borde exterior del impulsor el aire es llevado hacia un pasaje llamado difusor, 
el difusor reduce la velocidad del gas y convierte la energía en aumento de 
presión. 
 
Figura 1.10 Ilustración de funcionamiento de un impulsor 
 y difusor en un compresor centrifugo. [13] 
 
1.3.2.2 Potencia 
 
La sección de potencia consta de los componentes que proporcionan la potencia 
para accionar la unidad, estos son: 
· Cámara de combustión 
· Cámara de Turbina 
· Turbina 
13 
 
 
 
La sección de potencia está apoyada por la segunda etapa de entrada del difusor 
del compresor, la cámara de turbina es la que recibe la descarga de aire 
comprimido y también sirve como un compartimento para la cámara de 
combustión, en la cual el aire comprimido se mezcla con el combustible, 
quemándose y produciendo gas caliente. 
 
El calor generado por la combustión aumenta la presión del aire dentro de la 
cámara, este flujo de gas caliente sale de la cámara, pasa a través de los álabes 
de la turbina haciendo que el gas pierde presión y gane velocidad, esta energía 
hace que la A.P.U. sea autosustentable en su accionamiento. 
 
1.3.2.3 Sección de Accesorios 
 
La sección de accesorios consiste en el tren de engranajes de reducción 
(impulsada por el rotor) y la cubierta. Los accesorios necesarios para el 
funcionamiento de la unidad básica, y el generador de AC que proporciona 
energía eléctrica auxiliar, se encuentran en la cubierta. 
 
 
Figura 1.11 Diagrama de Bloques del Funcionamiento de la A.P.U. 
 
 
La turbina convierte la energía calorífica en potencia del eje (torque) para accionar 
el compresor y accesorios. 
14 
 
 
 
Figura 1.12 Ilustración de ensamblaje de las secciones que componen la A.P.U. 
[14] 
 
1.3.3 CONTROL ELÉCTRICO DE LA A.P.U. 
 
La APU está diseñada para proporcionarun sistema de control sencillo. El 
interruptor de control “APU CONTROL” posicionado a START, RUN, o STOP 
controla la unidad. El interruptor de la válvula de purga de aire “BLEED AIR 
VALVE” posicionado para abrir o cerrar, controla la extracción de aire. 
 
El encendido se inicia con el interruptor de control de la APU. Una vez que se 
selecciona START, el sistema de control eléctrico es automático. El flujo de 
combustible y la ignición se inician automáticamente por un interruptor de presión 
de aceite, a su vez inicia el encendido del motor de arranque y la unidad. 
 
El motor de arranque y el encendido se desactivan automáticamente por el 
interruptor de velocidad centrífuga accionado por la APU, cuando la unidad llega a 
la velocidad máxima que soporta el sistema. 
15 
 
 
El interruptor de la válvula de purga de aire se utiliza para controlar el uso de aire 
de la unidad. Este circuito es controlado por el interruptor de velocidad centrífuga 
accionado por la APU. 
 
Se proporcionan varias funciones automáticas para proteger de daños a la unidad. 
El interruptor de presión de aceite, no permite el flujo de combustible o de 
encendido sin que la presión de aceite sea la adecuada, y se apaga 
automáticamente el flujo de combustible si la unidad tiene una pérdida de presión 
de aceite durante el funcionamiento de la unidad. 
 
Un interruptor de sobre velocidad apaga automáticamente el flujo de combustible 
en el caso de que haya exceso de velocidad durante el funcionamiento. El sistema 
de control está diseñado para probar la función de apagado automático de exceso 
de velocidad cada vez que la unidad se encuentra en funcionamiento. 
 
1.3.4 SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE LA A.P.U. 
 
El sistema de lubricación de la A.P.U., es un sistema de presión positiva, sirve 
para la lubricación de los cojinetes principales de la unidad, para los accesorios de 
accionamiento del tren de engranajes, para la recolección de residuos del aceite y 
para la refrigeración del aceite antes de su devolución al depósito de suministro. 
Los componentes principales del sistema son: 
 
· Tanque de alimentación de aceite 
· Montaje de la bomba de aceite 
· Presostatos 
· Enfriador de aire-aceite 
 
La función del sistema de lubricación es evitar el desgaste de las piezas de la 
APU, la bomba de presión toma aceite del tanque y lo fuerza a través del filtro de 
aceite, la caída de presión a través del filtro es muy baja. 
 
 
16 
 
 
El diferencial de entrada del filtro y la presión de salida se aplica a la válvula de 
derivación del filtro que se encuentra normalmente cerrada, si el filtro se obstruye 
por lo que se evita una lubricación adecuada de los cojinetes y engranajes, la 
válvula de derivación se abre y permite que el aceite se desvíe del filtro. 
 
Después del filtro, el aceite fluye a los puertos alojados en la bomba, estos 
puertos están disponibles para la instalación de un bulbo de temperatura y / o un 
conector de prueba de presión de aceite. El aceite posteriormente pasa a un 
grupo de puertos de descarga, este se dirige a la conexión de entrada en la parte 
superior de la caja de transmisión de accesorios, allí el aceite es forzado a través 
de conductos y surtidores para lubricar los engranajes de los accesorios, 
rodamientos, sistema de engranaje de la unidad, y el cojinete principal delantero; 
los dos interruptores de presión de aceite también están conectados a esta línea 
de presión. 
El aceite fluye desde un segundo puerto y a través de una línea externa a la parte 
inferior de la segunda etapa del compresor, en el que se fuerza a través de un 
tubo para lubricar la parte trasera del cojinete principal de la turbina. 
 
La bomba de lubricación proporciona aproximadamente 4.5 galones por minuto a 
la velocidad nominal de funcionamiento. La restricción al flujo a través del filtro, 
líneas, pasajes y chorros, ocurre cuando hay exceso de presión en el sistema, por 
lo tanto el exceso de flujo se desvía de nuevo a la entrada de la bomba de aceite 
por la válvula de regulación de presión. 
 
La válvula está configurada para regular la presión del sistema en 
aproximadamente 95 PSIG que proporciona la lubricación deseada para los 
rodamientos y engranajes. 
 
Cualquier fallo de la APU que resulta en la contaminación del sistema de aceite, 
requiere la limpieza del depósito de suministro de aceite y las tuberías asociadas 
para evitar posible fallo prematuro y la sustitución de la APU. 
 
 
17 
 
 
 
Figura 1.13 Diagrama Esquemático del Sistema de Aceite 
 
 
1.3.5 SISTEMA DE COMBUSTIBLE 
 
El funcionamiento del sistema de combustible es totalmente automático y no 
requiere que el operador manipule los controles, después del accionamiento del 
interruptor de arranque de la APU, el sistema de combustible proporciona el flujo 
de combustible necesario para el arranque y la aceleración. 
 
Durante el funcionamiento, el sistema regula el flujo de combustible según sea 
necesario, para mantener una velocidad relativamente constante. El sistema de 
combustible no sólo protege de sobrecalentamiento a la turbina durante el 
arranque y la aceleración, sino también al funcionamiento en velocidad sin carga 
de purga de aire. 
 
El sistema de combustible se compone de cuatro componentes principales: 
· La unidad de control de combustible 
· Válvula solenoide de corte de combustible 
· Atomizador de combustible 
· Termostato neumático 
 
 
18 
 
 
El tanque principal del avión, suministra combustible al sistema de la A.P.U., un 
filtro de combustible se encuentra en la línea adyacente al compartimiento de la 
unidad. 
 
La bomba de combustible de la unidad de control es una bomba de 
desplazamiento positivo, bombea mayor volumen de combustible durante el 
arranque; el combustible pasa a través del filtro, si el filtro se ensucia y restringe el 
flujo de combustible, puede provocar un funcionamiento anormal de la unidad, el 
flujo de combustible pasa al atomizador cuando el operador abre la electroválvula 
permitiendo el paso de combustible de la unidad. 
 
La unidad de control de combustible tiene tres componentes 
· Válvula de limitación de aceleración 
· Gobernador de combustible 
· Válvula de alivio de alta presión 
 
La válvula de alivio de alta presión no es un componente de medición; su función 
es la de evitar daños a la unidad de control de combustible y las líneas al limitar a 
la presión máxima de funcionamiento. 
 
La válvula de limitación de aceleración y el gobernador de combustible son los 
dos dispositivos de medición de combustible. 
 
El limitador de aceleración proporciona el control de flujo de combustible para el 
arranque y la aceleración hasta que la APU alcance la velocidad deseada (95 % a 
100 %). Como la presión de combustible se acumula con la rotación de la bomba, 
el limitador de aceleración permite aproximadamente 60 PSI de presión de 
combustible. Esto se conoce como presión de apertura, y es uno de los ajustes de 
la unidad de control de combustible. 
 
El limitador de aceleración establece una condición de derivación que proporciona 
un mayor flujo de combustible cuando se requiera mantener la velocidad de la 
A.P.U., esto proporciona la energía de calor adicional que se requiere para 
19 
 
 
continuar la suave aceleración hasta que la unidad alcance la velocidad nominal 
de funcionamiento. 
 
El motor de arranque eléctrico es el encargado del arranque inicial y ayuda a la 
turbina hasta que la APU alcance el 35% de RPM. SI la velocidad está debajo del 
35% de la velocidad nominal, la turbina no tiene la capacidad de desarrollar la 
potencia necesaria para la aceleración. Si la velocidad está encima del 35%, se 
considera autosuficiente para el funcionamiento normal de la APU. 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.14 Diagrama Esquemático del Sistema de Combustible [14] 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 
1.3.6 ESPECIFICACIONES TÉCNICASDE LA A.P.U. 
 
 
Tabla 1.1 Especificaciones Técnicas de la A.P.U. Modelo GTCP85-180L [13] 
 
DIMENSIONES MEDIDAS 
Largo 36 pulgadas 
Ancho 32 pulgadas 
Alto 20 pulgadas 
Peso 290 libras 
VELOCIDAD DEL MOTOR 
Velocidad del Motor sin carga 42.000 RPM 
TEMPERATURA DEL MOTOR 
Temperatura de gases de escape 620°C (1150°F) 
SISTEMA DE LUBRICACIÓN 
Presión de Operación 95+ 5 PSIG 
SISTEMA ELÉCTRICO 
Fuente de Alimentación 
Electroválvula de paso de combustible 
Voltaje de Operación 
Corriente de Operación 
26+2 VDC 
26+2 VDC 
11 a 30 VDC 
1 A 
ARRANQUE 
Voltaje de Operación 
Corriente de Operación inicial 
Disparo 7% aproximadamente 
Arranque 35% 
14 a 30 VDC 
900 A 
300 A 
70 A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
CAPÍTULO 2 
 
2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL BANCO DE 
PRUEBAS PARA LA A.P.U. 
 
2.1 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS 
 
Según las necesidades y requerimientos del personal de la sección de Motoristas 
del avión C-130 de la Fuerza Aérea Ecuatoriana, el banco de pruebas debe 
constar de lo siguiente: 
 
· HMI 
 
En el HMI se indica todos los pasos, requisitos y protecciones que se necesitan 
tanto para el encendido como para el apagado de la APU. Además, durante el 
funcionamiento se puede monitorear las variables de presión de combustible, 
aceite y aire, la temperatura de funcionamiento, y la velocidad de rotación del 
compresor de la APU, se puede visualizar alarmas y probables fallas que se 
produzcan durante el funcionamiento. 
 
· CONTROL DE ENCENDIDO Y APAGADO 
 
El control de encendido y apagado, en el modo manual, se realiza a través de 
interruptores colocados en el panel de control principal, y en el modo automático, 
se realiza mediante un pulsante colocado en la HMI; estas acciones son 
determinadas de acuerdo a los parámetros de funcionamiento de la APU, las 
cuales son programadas en el controlador; esto nos ayudará a tomar acciones 
correctivas en el caso que sea necesario. 
 
 
 
22 
 
 
2.2 SELECCIÓN DE EQUIPOS DE CONTROL Y SENSORES 
 
2.2.1 SELECCIÓN DE EQUIPOS DE CONTROL 
 
De acuerdo a las necesidades expuestas anteriormente para el control y 
monitoreo del funcionamiento de la APU; se utiliza un PLC, un módulo de 
entradas de señales analógicas, relés para el control de encendido y apagado, y 
una pantalla táctil en la cual se visualizara las variables de la APU. 
 
2.2.1.1 Plc 
 
Para el control del funcionamiento del Banco de Pruebas, se utiliza un PLC 
SIEMENS S7-1200 1214c DC/DC/DC modelo 6ES7214-1AG31-0XB0 (figura 2.1), 
en la siguiente tabla se indica las principales especificaciones técnicas: 
 
Tabla 2.1 Especificaciones técnicas del PLC S7-1200 1214c DC/DC/DC [15] 
 
Tensión de alimentación 24 V DC 
Rango admisible, límite inferior (DC) 20,4 V 
Rango admisible, límite superior (DC) 28,8 V 
Intensidad de consumo 1,5ª 
Memoria de usuario 75 Kbyte 
Tiempos de ejecución de la cpu 
Para operaciones a bits 0,085 µs/instrucción 
Para operaciones a palabras 1,7 µs /instrucción 
Para aritmética de coma flotante 2,5 µs /instrucción 
Número de entradas digitales 14 
Número de salidas 10 
Número de entradas analógicas 2 de 0 a 10V 
Interfaz 
Tipo de interfaz PROFINET 
Norma física Ethernet 
Temperatura de funcionamiento Min -20 °C Max 60 °C 
Dimensiones 
Ancho 110 mm 
Alto 100 mm 
Profundidad 75 mm 
Peso aproximado 415 g 
 
 
23 
 
 
 
 
Fig. 2.1 PLC SIEMENS S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC [15] 
 
 
2.2.1.2 Módulo de entradas de señales analógicas 
 
Para las señales tomadas de la APU, tres son de presión y una de temperatura; 
por tal motivo se utiliza un módulo de cuatro entradas analógicas de la marca 
SIEMENS SM 1231 AI4 modelo 6ES7 231-4HD30-0XB0 (figura 2.2), en la Tabla 
2.2 se indica las principales especificaciones técnicas: 
 
 
Tabla 2.2 Especificaciones técnicas del módulo SM 1231 AI4 [16] 
 
Tensión de Alimentación 24 V DC 
Intensidad de Consumo 45 mA 
Número de entradas analógicas 4 tipo corriente o tensión 
Tiempo de ciclo (todos los canales), máx. 625 µs 
Rangos de entrada 
Tensión ±10 V, ±5 V, ±2,5 V 
Intensidad 0 a 20 mA 
Temperatura de funcionamiento 0 °C a 55 °C 
Dimensiones 
Ancho 45 mm 
Alto 100 mm 
Profundidad 75 mm 
Peso aproximado 180 g 
 
24 
 
 
 
Fig. 2.2 Módulo SIEMENS SM1231 AI4 [16] 
 
2.2.1.3 Pantalla táctil 
 
Para el monitoreo y control del funcionamiento de la APU, se utiliza una pantalla 
táctil SIEMENS SIMATIC KTP600 BASIC COLOR PN modelo 6AG1647-0AD11-
2AX0 (figura 2.3), en la Tabla 2.3 se indica las principales especificaciones 
técnicas: 
 
Tabla 2.3 Especificaciones técnicas SIMATIC KTP600 Basic Color PN [17] 
 
Tensión de Alimentación 24 V DC 
Rango admisible, límite inferior (DC) 19,2 V 
Rango admisible, límite superior (DC) 28,8 V 
Intensidad de Consumo 0.35 A 
Resolución (píxeles) 
Resolución de imagen horizontal 320 
Resolución de imagen vertical 240 
Memoria de usuario 1 Mbyte 
Display 
Tipo de display TFT 
Diagonal de pantalla 5,7 in 
Anchura del display 115,2 mm 
Altura del display 86,4 mm 
Nº de colores 256 
Interfaz 
Tipo de interfaz PROFINET 
Norma física Ethernet 
LED de estado Industrial Ethernet 2 
Temperatura de funcionamiento Min -20 °C Max 60 °C 
25 
 
 
 
Fig. 2.3. Pantalla SIEMENS SIMATIC BASIC COLOR PN [17] 
 
2.2.1.4 Relés 
 
Para el control de las salidas del PLC, tanto para el encendido y apagado; y para 
realizar acciones de protección y/o corrección en el caso que lo requiera el 
sistema, se utiliza relés SIEMENS LZX PT370024, en la Tabla 2.4 se indica las 
principales especificaciones técnicas: 
 
Tabla 2.4 Especificaciones técnicas relé SIEMENS LZX [18] 
 
Tipo de tensión DC 
Tensión de mando 24 V 
Corriente máxima 10 A 
Número de contactos de apertura 
para contactos auxiliares 0 
Número de contactos NA 
para contactos auxiliares 0 
Número de conmutadores 
para contactos auxiliares 3 
Corriente de servicio / de los contactos auxiliares 
a 24 V 8 A 
Ejecución de la función de maniobra conmutador 
Comportamiento de conmutación monoestable 
26 
 
 
Ejecución de la conexión eléctrica conexión por tornillo 
Ejecución del accionamiento de relé con polaridad 
Anchura 22,5 mm 
Altura 28 mm 
Profundidad 35 m 
 
2.2.2 SELECCIÓN DE SENSORES 
 
2.2.2.1 Sensores de Presión 
 
Para las señales de presión de combustible, aceite y aire, se necesita sensores 
que soporten una presión máxima de 200 psi, que sean robustos y compatibles 
para cualquier fluido, por lo cual se utiliza sensores de la marca SICK modelo 
PBT- RB016SGTSSNALA0Z número de serie 6042297 (figura 2.4), en la tabla 
2.5 se indica las principales especificaciones técnicas: 
 
Tabla 2.5 Especificaciones técnicas sensor SICK [19] 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4 SICK modelo PBT-RB016SGTSSNALA0Z serie 6042297 [19] 
Tensión de alimentación: 8 V DC ... 30 V DC 
Tipo de presión Manómetro 
Margen de medida: 0 bar ... 16 bar 
Temperatura de funcionamiento 0 °C ... 80 °C 
Salida de señal: 4...20 mA 
Precisión: <= +/- 1 % (del span) 
Consumo de corriente: Max. 8 mA para señal de salida de 
voltaje, señal de corriente (máx. 25 
mA) para la salida de corriente 
27 
 
 
2.2.2.2 Sensores de Nivel 
 
Para medir el nivel mínimo y máximo de combustible en el tanque, se necesita 
dos sensores discretos de nivel, por lo que se utiliza sensores de nivel SICK 
modelo MHF15-21NG1HSM número de serie 1052273 (figura 2.5), en la tabla 2.6 
se indica las principales especificaciones técnicas: 
 
Tabla 2.6 Especificaciones técnicas sensor SICK modelo MHF15-21NG1HSM 
serie 1052273 [20] 
 
Tensión de alimentación: 8 V DC ... 30 V DC 
Consumo de corriente: ≤ 30 mA 
Medio: Fluidos 
Medición: Switch 
Fuente de luz: LED 
Tipo de luz: Luz roja 
Longitud de onda: 650 nm 
Presión de funcionamiento: -0,5 bar ... 16 bar 
Temperatura de Funcionamiento -25 °C ... 55 °C 
Tiempo de respuesta: 2 ms 
Frecuencia de conmutación:250 Hz 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5 SICK modelo MHF15-21NG1HSM serie 1052273 [20] 
 
2.2.2.3 Sensor de Temperatura 
 
Para el monitoreo de la temperatura en la APU se utiliza una termocupla tipo K de 
la marca Honeywell propia de la unidad (figura 2.6), la cual está formado por los 
elementos de Cromel y Alumel; la temperatura máxima de funcionamiento de la 
28 
 
 
termocupla es 1200 °C. Por motivos de seguridad de la FAE no se puede indicar 
las características generales, número de modelo y parte de la termocupla 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.6 Termocupla Honeywell de Cromel y Alumel 
 
2.3 DISEÑO DE LOS TABLEROS DE CONTROL 
 
2.3.1 TABLERO PRINCIPAL DE CONTROL 
 
En el tablero principal de control se encuentra el PLC, el módulo de entradas 
analógicas, cinco relés electromecánicos, la pantalla Ktp600, cuatro interruptores, 
y cuatro luces piloto. 
El tablero principal tiene una dimensión estandarizada de 40x30x20 cm, fabricado 
en lámina de acero estirado y pintado con pintura anticorrosiva. 
 
En la parte frontal del tablero se encuentra la pantalla táctil Ktp600, los cuatro 
interruptores, y las cuatro luces piloto, que son: 
- Interruptor MASTER SWITCH 
- Interruptor de tres posiciones: STOP, START, RUN 
- Interruptor AIR UNLOAD 
- Interruptor START VALVE SWITCH 
- Luz START APU 
- Luz ON SPEED 
29 
 
 
MASTER
SWITCH
RUN
START
STOP
AIR
UNLOAD
START VALVE
SWITCH
START
APU
ON
SPEED
AIR
PRESSURE
START
VALVE
- Luz AIR PRESSURE 
- Luz START VALVE 
 
A continuación se presenta en la figura 2.7 el diseño de la parte frontal del tablero 
de control: 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.7 Parte frontal del tablero principal 
 
En el interior del tablero se encuentra el PLC, el módulo de señales analógicas, 
los cinco relés electromecánicos. Además, se encuentran canaletas y borneras de 
conexión para la distribución del cable eléctrico entre todos los elementos. Todos 
estos elementos se encuentran sujetos por medio de riel din, distribuido en el 
doble fondo del tablero de control. 
 
En el Anexo B se presenta el diseño con la distribución de los elementos en el 
tablero principal de control: 
 
2.3.2 TABLERO SECUNDARIO DE CONTROL 
 
Para el diseño del tablero de control se toma en consideración: cuatro relés 
propios del avión C-130H para el control del arranque y apagado de la APU, 
barras de distribución de voltaje de 28 VDC; y además se encuentran borneras de 
conexión y canaletas para la distribución del cable eléctrico. También se 
encuentra una fuente de poder logo de 24VDC para los sensores y equipos de 
control SIEMENS. 
30 
 
 
Tomando en consideración lo expuesto anteriormente se utiliza un tablero de 
control metálico de medidas estandarizadas de 60x40x20 cm, fabricado en lámina 
de acero estirado y pintado con pintura anticorrosiva. 
 
En el Anexo B se presenta el diseño con la distribución de los elementos en el 
tablero secundario de control: 
 
En la parte frontal del tablero como se indica la figura 2.8, se coloca un selector de 
tres posiciones para encender el sistema de control, ya sea para alimentar a la 
fuente logo con 110v para que suministre al sistema de control con 24VDC, o con 
la opción de suministrar al sistema con una batería externa recargable de 24VDC. 
El sistema de control a alimentar está comprendido por el PLC, el módulo de 
entradas analógicas, relés SIEMENS, interruptores, pantalla ktp600, y los 
sensores. 
 
 
 
 
Fig. 2.8 Parte frontal del tablero secundario 
 
2.4 IMPLEMENTACIÓN DEL TABLERO PRINCIPAL 
 
Para el montaje de todos los elementos eléctricos antes mencionados en el 
tablero principal de control, se utiliza lo siguiente: 
- Gabinete metálico 40x30x20 cm 
- Canaletas ranurada 25x40 mm 
- Riel din 15mm 
- Borneras 2.5mm² (AWG 26…12) 
 
Para la conexión eléctrica de los interruptores, luces, PLC, módulo de entradas 
analógicas, relés SIEMENS, y pantalla Ktp600, se utiliza conductor comercial 
AWG número 18, en la tabla 2.7 se indican las principales especificaciones 
técnicas: 
OFF
ON 110VON BATERIA 25V
31 
 
 
Tabla 2.7 Especificaciones técnicas de los conductores eléctricos AWG [21] 
 
Calibre 
awg 
ó mcm 
Sección 
mm2 
Espesor 
chaqueta 
mm. 
Diámetro 
exterior 
mm. 
Capac. de 
corriente 
para 1 
conductor 
al aire libre 
amp. 
Capac. de 
corriente 
para 3 
conductores 
en conduit 
amp. 
20 0,519 0,10 1,77 15 10 
18 0,823 0,10 1,98 15 10 
2/0 67,43 0,18 13,50 300 195 
 
De acuerdo al diseño expuesto anteriormente, en la figura 2.9 y la figura 2.10 se 
presenta el tablero ya implementado: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.9 Vista frontal del tablero principal de control 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.10 Conexión interna del Tablero principal de control 
32 
 
 
El PLC y la pantalla KTP600 se comunican mediante protocolo Ethernet TCP/IP, 
por lo que se utiliza cable Ethernet con sus respectivos conectores RJ45 como se 
observa en la figura 2.10. 
 
2.4.1 FUNCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL 
PRINCIPAL 
 
2.4.1.1 Interruptor MASTER SWITCH 
 
El interruptor MASTER SWITCH es de palanca de dos posiciones ON-OFF. En la 
posición ON se energizan con 28 VDC todos los relés del sistema de control de 
encendido y apagado de la APU ubicados en el tablero secundario de control, 
además, se abre la electroválvula de paso de combustible a la APU. 
La batería que energiza al sistema es propia de los aviones C-130, esta 
suministra 28VDC y 2400A máx., en la figura 2.14 se indica las especificaciones 
de la batería. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.11 Especificaciones de la batería de alimentación de la APU 
 
En la posición OFF desenergiza toda el sistema de encendido de la APU. El 
interruptor también sirve como paro de emergencia en el caso que se requiere 
apagar por completo la unidad cuando esté en funcionamiento. 
 
33 
 
 
2.4.1.2 Interruptor STOP, START, RUN 
 
El interruptor STOP, START, RUN es de palanca de tres posiciones. El interruptor 
en la posición START el sistema de control eléctrico es automático de la APU, se 
energiza todos los componentes de la APU para el encendido, comprendido por el 
motor de arranque (STARTER), el relé de encendido y la unidad de ignición. En la 
posición RUN, se da un pulso para encender el motor de arranque y empieza la 
secuencia de encendido automático de la APU. En la figura 2.12 se indican los 
componentes del sistema de arranque e ignición de la APU. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.12 Componentes del sistema de arranque e ignición [14] 
 
2.4.1.3 Interruptor AIR UNLOAD 
 
El interruptor AIR UNLOAD es de palanca de dos posiciones ON-OFF, su función 
es controlar la apertura o cierre del suministro de aire de la APU; en caso de 
apoyo en tierra, este suministro ayuda a romper la inercia inicial de los motores 
para el arranque del avión C-130H. 
 
34 
 
 
2.4.1.4 Interruptor START VALVE SWITCH 
 
El interruptor STAR VALVE SWITCH es un interruptor de palanca retorno; en 
caso de apoyo en tierra, su función es dar un pulso de voltaje de 28 VDC a la 
electroválvula del motor del avión C-130H. 
 
2.4.1.5 Luz START APU 
 
Esta luz es de color ámbar, indica que la APU ha arrancado y está en secuencia 
de encendido. 
 
2.4.1.6 Luz ON SPEED 
 
Esta luz es de color verde, indica que la APU ha alcanzado la velocidad nominal 
de funcionamiento, que es 420000 RPM. 
 
2.4.1.7 Luz AIR PRESSURE 
 
Esta luz es de color rojo, indica que se realizó la apertura de la válvula de 
expulsión de aire de la APU. 
 
2.4.1.8 Luz START VALVE 
 
Esta luz es de color rojo, indica que se está enviando 28VDC por el terminal 
instalado hacia la electroválvula del motor del avión C-130H. 
 
2.4.1.9 Pantalla KTP600 
 
En la pantalla se indica todos los parámetros de funcionamiento de la APU, 
condiciones de encendido y apagado, protecciones, alarmas, visualización de las 
variablesde presión, temperatura, voltaje y velocidad. Además, durante el 
funcionamiento de la APU se muestra el histórico de cada una de las variables 
para facilitar el registro de datos que realice el personal a cargo. 
35 
 
 
2.4.1.10 Relés 
 
Los relés están controlados mediante el PLC, este toma la acción de cada 
interruptor mencionado anteriormente, y según las condiciones de funcionamiento 
se activan o se desactivan los relés, y así estos realizan la acción de los 
interruptores. 
 
2.4.1.11 Plc S7-1200 
 
El PLC es un controlador en donde se programa todos los requerimientos para el 
encendido y apagado de la APU; también se programa todas las protecciones y 
acciones de emergencia que se toma durante el funcionamiento de la APU. 
 
2.4.1.12 Módulo SM 1231 
 
En el módulo señales analógicas ingresan las señales de presión de 
combustible, aceite, aire y la señal acondicionada del voltaje de alimentación de la 
APU, estas señales ingresan acondicionadas de 4 a 20mA y de 0 a 10V, y por 
medio del programa del PLC se realiza el respectivo escaldo de la señal para 
poder visualizar en la pantalla principal. 
 
2.5 IMPLEMENTACIÓN DEL TABLERO SECUNDARIO 
 
En este tablero se encuentra todo el circuito electrónico de encendido y apagado 
propios de la APU, consta de cuatro relés del avión C-130H, barras de distribución 
para el voltaje de 28VDC, además se encuentra la fuente logo de SIEMENS. 
 
Para el montaje de todos los elementos eléctricos mencionados, utilizamos lo 
siguiente: 
- Gabinete metálico 60x40x20 cm 
- Canaletas ranurada 25x40 mm y 40x40mm 
- Riel din 15mm 
- Borneras 2.5mm² (AWG 26…12) 
36 
 
 
- Selector/manija metálico tres posiciones Siemens 3SB3602-2KA11 
 
Para la conexión eléctrica de los elementos del sistema de encendió y apagado 
de la APU, y de los relés ON speed, apagado de emergencia, y de la 
electroválvula, se utilizó conductores AWG número 20. 
 
Para la toma del voltaje externo de la batería de 28VDC, para las barras de 
voltaje, y la conexión del motor de arranque se utiliza conductores AWG número 
2/0, en la tabla 2.7 se indica las principales características eléctricas de los 
conductores: 
 
De acuerdo al diseño expuesto anteriormente, en la figura 2.13 se observa el 
tablero ya implementado: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.13 Conexión interna del Tablero secundario de control 
 
 
37 
 
 
2.5.1 FUNCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL 
SECUNDARIO 
 
2.5.1.1 Relé de arranque 
Este relé tiene como función permitir el paso de los 28 VDC y 300A de la batería 
de alimentación hacia el motor de arranque de la APU. En la figura 2.14, se indica 
el relé implementado: 
 
Fig. 2.14 Relé de arranque de la APU 
 
2.5.1.2 Relé de apagado de emergencia 
Este relé permite el apagado de emergencia de la APU, cuando el operador lo 
crea conveniente, por ejemplo, ya sea por sobre velocidad del rotor del 
compresor, sobre presión o sobre temperatura de la APU. En la figura 2.15, se 
indica el relé implementado: 
 
Fig. 2.15 Relé de apagado de emergencia de la APU 
38 
 
 
2.5.1.3 Relé de la electroválvula de combustible 
 
Este relé tiene como función permitir el cierre o apertura de la electroválvula al 
paso de combustible del tanque hacia la APU. En la figura 2.15, se puede 
observar el relé con sus especificaciones. 
 
2.5.1.4 Relé de APU dentro de la velocidad nominal 
 
Este relé ayuda a verificar el funcionamiento de la APU, verifica que la velocidad 
de rotación del compresor tenga una velocidad mayor al 95% de RPM y alcance la 
velocidad nominal del 100%. En la figura 2.16 se indica el relé con sus 
especificaciones técnicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.16 Relé de ON SPEED 
 
2.5.1.5 Fuente de alimentación Logo 
 
La fuente de alimentación logo, necesita una alimentación de 110VAC para 
suministrar 24 VDC a los sensores y todos los elementos de control del tablero 
principal. 
 
39 
 
 
Aquí cabe señalar que el banco de pruebas también debe ser un equipo de apoyo 
terrestre y debe ser trasportable, por tal motivo no debe depender de fuentes de 
alimentación estáticas. Tomando en consideración lo antes dicho, los sensores y 
los elementos del tablero principal pueden ser alimentados con baterías 
recargables, por tal motivo se utiliza dos batería de 12VDC de 7A en serie. 
 
2.6 CONEXIÓN DE LOS SENSORES DE PRESIÓN 
 
Para la conexión de los sensores de presión se utiliza cable de mando Chainflex 
PVC de tipo CF140.05.05.UL, en la tabla 2.8 se indica las especificaciones del 
cable utilizado: 
 
Tabla 2.8 Especificaciones técnicas del cable de mando CF140.05.05.UL [22] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para los sensores de presión de combustible, aceite y aire, se realiza una 
conexión a dos hilos como se indica en la figura 2.17. 
 
 
American Wire Gauge AWG 20 
Apantallado/No apantallado Apantallado 
Color de la Funda Gris 
Diámetro Externo 9mm 
Forma del Cable Multiconductor 
Material Conductor Cobre Desnudo 
Material de Aislamiento Elastómero Termoplástico 
Material de la Funda PVC 
Máxima Temperatura de funcionamiento +70°C 
Número de Núcleos 5 
Resistente al Fuego Sí 
Tipo de Pantalla Trenza 
40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.17 Conexión de sensores de 4 a 20mA a dos hilos [23] 
 
En las figura 2.18 se puede observar los sensores de presión ya implementados 
en el banco de pruebas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.18 Sensores de presión implementados en el banco de pruebas 
 
2.7 CONEXIÓN DE LOS SENORES DE NIVEL 
 
Para la conexión de los sensores de nivel se utiliza cable receptor M12-5PIN de 
SICK tipo DOL-1205-W05M, en la tabla 2.9 se indica las principales 
especificaciones técnicas del cable utilizado: 
 
41 
 
 
Tabla 2.9 Especificaciones técnicas del cable SICK DOL-1205-W05M [24] [25] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 2.19 se puede observar el sensor de nivel ya implementado en el 
tanque de combustible, estos sensores indican el nivel alto y bajo de combustible 
en el tanque. 
 
Fig. 2.19 Sensores de Nivel implementado en el tanque de combustible 
 
2.8 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE VOLTAJE, 
TEMPERATURA Y VELOCIDAD. 
 
Además, de conocer la presión de combustible, de aceite y de aire, a la cual está 
funcionando la APU, también se debe conocer la temperatura de los gases de 
expulsión, la velocidad de rotación del compresor y el voltaje que suministra la 
batería de 28 VDC para el arranque de la APU; por lo que se acondiciona estas 
señales de 0 a 10 V, para que ingrese al PLC y así poder escalar las señales a 
sus valores reales en grados centígrados (°C), en revoluciones por minuto (RPM 
y %) y voltaje (V) respectivamente. 
 
Rosca M12 
Número de pines 5 
Versión de conexión Angular 
Conector Enchufe 
Tensión de trabajo máx. 30V CA, 36V CC 
Corriente de trabajo máx. 4ª 
Temperatura de trabajo -25...80°C 
Material de aislamiento PVC 
42 
 
 
2.8.1 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DE TEMPERATURA 
 
Como se explicó anteriormente, se utiliza una termocupla tipo K de cromel y 
alumel propia de la APU. Para acondicionar esta señal se toma como referencia el 
manual de la APU, que indica que la termocupla entrega un voltaje de 28 a 28.3 
mV a la temperatura de 677°C. 
 
La temperatura se acondiciona de la siguiente manera: al valor de 0 °C 
corresponda el valor de 0 V y al valor de 1000°C corresponda el valor de 10V. A 
1000 °C la termocupla nos entrega 41.2 a 41.4 mV. 
 
Utilizando un amplificador diferencial no inversor como se indica en la figura 2.20, 
la ganancia es la siguiente: 
Fig. 2.20 Amplificador diferencial no inversor 
 
 
 
Para el acondicionamiento se utiliza dos etapas, la primera de ganancia 10 y la 
segunda de ganancia 24. 
Por lo tanto, para el primer amplificador de ganancia 10, el valor de las 
resistencias es la siguiente: 
 
 
+
-
V2R2
R1
R1
R2
Vo
43 
 
 
Sea 
 
Por lo tanto: 
 
 
Para el segundo amplificador de ganancia 24, el valor de las resistencias es la 
siguiente: 
 
Sea: 
 
Por lo tanto: 
 
 
Para un mejor acople de impedancias y disminuir el efecto de acople del mismo, 
se utiliza un seguidor de voltaje a la entrada del primer amplificador. 
 
En la salida del segundo amplificador se coloca un diodo zener de 10 V para 
limitar el voltaje que ingresa al PLC. 
 
En la figura 2.21 se puede observar el diseño del circuito de acondicionamiento 
de la temocupla. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.21 Circuito de acondicionamiento de la termocupla 
44 
 
 
2.8.2 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DE VOLTAJE 
 
Para el arranque y funcionamiento de la APU, se necesita una fuente de 
alimentación externa, en este caso es la batería de 28VDC antes mencionada. Se 
toma la señal de voltaje de la fuente y se le acondiciona de 0 a 10 V para que 
ingrese al PLC y posteriormente se pueda visualizar en la pantalla el voltaje real 
de la fuente de alimentación para la APU. 
 
El voltaje se acondicionó de la siguiente manera: al valor de 0V corresponda el 
valor de 0V y al valor de 30V corresponda el valor de 10V. 
 
Para el acondicionamiento primero se realiza un divisor de voltaje como se indica 
en la figura 2.22, que corresponda los valores antes mencionados, por lo tanto se 
tiene: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.22 Circuito divisor de voltaje 
 
 
Sea 
 
Por lo tanto: 
 
 
Para un mejor acople de impedancias y disminuir el efecto de acople del mismo, 
se utiliza un seguidor de voltaje a la salida del divisor. 
Vin
R1
R2
Vout
45 
 
 
Además, se utiliza un amplificador diferencial no inversor como se indica en la 
figura 2.20, de ganancia 1, para filtrar y estabilizar la señal de voltaje que ingresa 
al PLC, por lo tanto se tiene: 
 
 
 
Sea: 
 
Entonces: 
 
En la salida del amplificador se coloca un diodo zener de 10 V para limitar el 
voltaje que ingresa al PLC. 
 
En la figura 2.23 se puede observar el diseño del circuito de acondicionamiento 
del voltaje de la fuente de alimentación para la APU. 
Fig. 2.23 Circuito de acondicionamiento del voltaje de la fuente para la APU 
 
2.8.3 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DEL TACO GENERADOR 
 
Durante el funcionamiento se necesita monitorear la velocidad del taco generador 
del rotor del compresor. Para acondicionar las señal de voltaje se toma como 
46 
 
 
referencia el manual de la APU; el manual indica que a 42000 RPM nos entrega 
28.4 VAC a 70 Hz. 
 
Para el acondicionamiento primero se realiza un puente rectificador de onda 
completa con filtro capacitivo como se indica en la figura 2.24. Para esto tomamos 
en consideración los parámetros de funcionamiento de la APU, el sistema 
funciona normalmente a una velocidad de 98% a 110% máx. de la nominal que es 
42000 RPM, por lo tanto vamos a condicionar la señal de 0 a 50400 RPM. 
 
El taco generador a 50400 RPM entrega 34 VAC, por lo tanto se rectifica esta 
señal y por medio del capacitor se obtener un voltaje continuo. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.24 puente rectificador de onda completa con filtro capacitivo 
 
Primero se encuentra el voltaje pico: 
 
 
 
Donde Vn es el voltaje nominal a acondicionar de la señal del taco generador y D 
es la caída de voltaje producida por los diodos, que está entre 0,7 V a 1 V, como 
es un rectificador tipo puente conducen de dos en dos los diodos, por lo que el 
voltaje de caída es 2V. 
 
Por lo tanto: 
 
34 V C RL
+
-
47 
 
 
Un capacitor > a 1000uF tiene como ventaja disminuir el Voltaje de rizado ( ) por 
lo que la señal rectificada será más continua, el Voltaje promedio rectificado ( ) 
será mayor, y la impedancia capacitiva será menor. 
 
Sea , , y el valor de la frecuencia es 140Hz porque es un 
puente rectificador de onda completa, por lo tanto el voltaje de rizado es: 
 
 
Dónde: 
 
Y: 
 
 
Por lo tanto: 
 
 
Despejando el voltaje de rizado : 
 
 
Se obtiene: 
 
 
El valor promedio en la carga es: 
 
 
Por lo tanto: 
 
 
48 
 
 
Una vez ya rectificado el voltaje, se acondiciona de la siguiente manera: al valor 
de 0V corresponda el valor de 0V y al valor de 46,08 V corresponda el valor de 
10V. 
 
Para el acondicionamiento primero realizamos un divisor de voltaje como se indica 
en la figura 2.20, por lo tanto se tiene: 
 
 
 
Sea 
 
Por lo tanto: 
 
 
Para se utiliza un potenciómetro de . 
 
Para mejor la señal de voltaje continuo obtenido por la rectificación y el divisor de 
voltaje, a continuación se coloca un filtro de butterworth pasa bajos, para que 
permita el paso de frecuencias bajas desde la frecuencia cero hasta su frecuencia 
de corte. Para el diseño de este filtro se utiliza el software FILTER PRO, en la 
figura 2.25 se puede observar el circuito obtenido del filtro de butterworth: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.25 Filtro pasa bajos de butterworth 
+
-
Vin
C2
R1 R2
V0
C1
8.2kΩ 15kΩ 
220nF
100nF 
49 
 
 
Para un mejor acople de impedancias y disminuir el efecto de acople del mismo 
se utiliza un seguidor de voltaje a la salida del divisor de voltaje. 
 
Se utiliza un amplificador diferencial no inversor como se indica en la figura 2.20, 
de ganancia 1, para mejorar y estabilizar la señal de voltaje que ingresa al PLC, 
por lo tanto se tiene: 
 
 
 
Sea: 
 
Entonces: 
 
En la salida del amplificador se coloca un diodo zener de 10 V para limitar el 
voltaje que ingresa al PLC. 
 
En la figura 2.26 se puede observar el diseño del circuito de acondicionamiento 
del taco generador del rotor del compresor de la APU. 
Fig. 2.26 Circuito de acondicionamiento de la señal de voltaje del taco generador 
 
En la figura 2.27 se puede observar el diseño ya implementado con los tres 
circuitos de acondicionamiento de las señales de voltaje, temperatura y velocidad 
 
50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.27 Circuito de acondicionamiento de las señales 
 
2.9 PRESENTACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS DE LA APU 
 
A continuación se presenta las fotografías del banco de pruebas ya 
implementado (figura 2.28 y figura 2.29), en donde se indica las partes principales 
que lo conforman y en donde se encuentran ubicados. 
 
Además, en el ANEXO A se puede observar el diagrama de conexiones eléctricas 
de los elementos de control del banco de pruebas ubicados en del tablero 
principal de control. 
 
 
 
 
 
51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.28 Vista frontal del Banco de pruebas de la APU 
 
 
 
 
 
Fig. 2.29 Vista lateral del Banco de pruebas de la APU 
52 
 
 
CAPÍTULO 3 
 
3 DESARRROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROL DEL 
PLC Y PANTALLA KTP600 
 
3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 
 
Para la programación tanto del PLC Siemens S7-1200 y para la pantalla táctil 
KTP600 se utiliza el software de siemens TIA “Totally Integrated Automation” 
PORTAL BASIC V11. 
 
A continuación se indican los pasos para configurar los dispositivos en el software: 
 
1. Se crea un nuevo proyecto en el software TIA Portal. 
 
2. Se configura el PLC, seleccionando la CPU 1214C DC/DC/DC y el modelo 
6ES7214-1AG31-0XB0. 
 
3. Se configura la HMI, seleccionando la pantalla de 6 pulgadas SIMATIC 
KTP600 BASIC COLOR PN modelo 6AG1647-0AD11-2AX0. 
 
4. Se determina la conexión entre el PLC y la pantalla, se conectan mediante 
interfaz PROFINET, con protocolo Ethernet TCP/IP, como se indica en la 
figura 3.1. 
 
5. Una vez configurado el PLC y la pantalla se configura el módulo de 
entradas analógicas, se selecciona el módulo AI4 de 13 bits modelo 6ES7 
231-4HD30-0XB0, como se indica en la figura 3.2. 
 
Una vez configurados todos los dispositivos en el software TIA portal, se puede 
empezar a desarrollar el programar del PLC y la pantalla KTP600. 
 
53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.1 Conexión entre el