ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
INFORME ABP 4. Instrumentos de medida de variables análogas.
NOMBRE: Juan Ignacio Castro, Sbastian Godoy Ureta CARRERA: ASIGNATURA: ASIGNATURA: PROFESOR: FECHA:
TITULO PORTADA TRAB AJ O .................................................. Error! Bookmark not defined. E jemplo de s ubtítulo ................................................................. Error! Bookmark not defined. 1
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E lementos de maqueta multibomba. ......................................................................... 3 1.1
Bomba centrifuga. ....................................................... ....................................................
1.2
Variadores de frecuencia. .............................................................................................. 4
1.3
Medidor de caudal. ...................................................... ....................................................
1.4
Sensores de nivel.( Sonda LA9-RM201). ...................................................................... 7
1.5
Sensor ultrasonico de nivel. .......................................................................................... 7
3
6
Maqueta multibombas. ................................................................................................ 8 2.1
Representación grafica proceso multibombas mediante Infilink. ............................ 8
2.2
Representación grafica de sistema de control de Proceso multibombas. .............. 9
1 Elementos de maqueta multibomba. 1.1 Bomba centrifuga. Las bombas centrífugas convierten la energía en velocidad y luego en energía de presión. Están formadas por un impulsor que gira en una carcasa. Las bombas centrífugas están formadas por la capacidad de fluido descargado en un tiempo determinado, la potencia y el aumento de presión. El objetivo principal de las bombas centrífugas es mover gran volumen de líquido por dos niveles diferentes, transforman algo mecánico en algo hidráulico. Los principales componentes de una bomba son: una tubería de aspiración, la voluta y un rodete. Las bombas centrífugas, también llamadas generadoras, se usan para hacer mover el fluido en contra a la presión, para que un fluido se mueva desde donde hay más presión hacia donde hay menos presión no es necesario utilizar energía, en cambio, si el movimiento tiene que ser contrario es necesario utilizar una bomba, la cual cambia la dirección. Tuberías de aspiración de bombas centrífugas.
La parte por donde se aspira el líquido para proceder a su bombeo es la tubería de aspiración, una parte imprescindible de que el bombeo que genera la bomba centrífuga funcione depende esta tubería, tiene que estar en perfecto estado sin ninguna fisura o poro por el cual pueda entrar aire. Según el funcionamiento las bombas centrífugas cuentan con un aspirador que está limitado, por lo que no es conveniente saturarlas; para evitar las posibles pérdidas de aire es aconsejable utilizar lo menos posibles, codos, válvulas.
Ilustración 1
Rodete o impulsor de bombas centrífugas El rodete o impulsor puede tener diferentes formas dependiendo de la función de la bomba, el rodete se acciona gracias a un motor que va unido a un eje, siendo el eje la única parte que se mueve de la bomba, el líquido entra hasta el rodete cambiando de dirección de forma brusca. Está compuesto por un disco colocado de forma perpendicular al eje, formado por álabes con forma de curva en una dirección contraria. Depende de la función de la bomba centrífuga y de los esfuerzos que tenga que soportar, el impulsor está formado por un material u otro. Voluta de bombas centrífugas. La voluta tiene forma de caracol, es una parte fija que tiene como misión recoger el líquido que deja el rodete, cambia la dirección del movimiento y lo dirige hacia la salida, la voluta la podemos considerar un trasformador de energía porque frena el líquido transformando la energía dinámica en energía de presión. Las bombas centrífugas cuentan con muchas ventajas frente a otros sistemas de bombeo, por ejemplo, son bastante silenciosas y tienen un tamaño pequeño.
1.2 Variadores de frecuencia. Los Convertidores de Frecuencia, tambi n llamados Variadores de Frecuencia (VDF) o Inversores (Inverters) (aunque realmente este nombre corresponde a una parte del VDF, por constituir el componente principal muchos fabricantes usan esta denominaci n), han venido a resolver el problema de poder usar los motores a velocidades variables sin disminuir mayormente su eficiencia, con lo que ahora estos motores conectados a estos equipos permiten ser usados en aplicaciones especiales.
Estos dispositivos forman parte de la familia denominada Drivers en AC (AC Drives), la cual est constituida por otros equipos para comando de motores de corriente alterna, tales como Partidores Suaves, que se emplean s lo para la partida y parada de los motores, y no para modificar la velocidad en r e ́ gimen permanente.
Ilustración 2.
Principio de Funcionamiento .
En definitiva, estos dispositivos entregan voltaje y frecuencia variable conforme a la necesidad del motor y la carga a l conectada. Para tal efecto, toma la alimentaci n ele ́ ctrica de la red, cual tiene voltaje y frecuencia fija, la transforma en un voltaje continuo (Rectificador m s Filtro) y luego lo transforma en voltaje alterno trif sico de magnitud y frecuencia variable por medio de un Inversor. Contando s lo con esta ltima etapa (Inversor) es posible tambi e ́ n alimentar estos motores a partir de un suministro de corriente continua (por ejemplo bater ias). Tambin se puede contar con un rectificador monof a ́ sico de modo de poder alimentar un motor trif a ́ sico a partir de una fuente de alimentaci o ́ n monof a ́ sica. La forma de onda del voltaje de salida en estricto rigor no es una sinusoide perfecta, toda vez que entregan una se al de pulso modulada a partir de una frecuencia de conmutaci n alta. En todo caso con los equipos actuales, donde podemos encontrar frecuencias de conmutacio ́ n del orden de los 50 KHz, los contenidos de arm nica son bastante bajos, por lo que agregando filtros pasivos cumplen las exigencias normativas impuestas por muchos pa ses. ́ La relaci o ́ n frecuencia voltaje es configurada por el usuario seg u ́ n la aplicaci o ́ n, siendo las ma ́ s usuales una relaci o ́ n lineal, cual produce un torque constante en todo el rango de velocidad, una relacio ́ n cuadr a ́ tica, la que el torque disminuye a medida que baja la velocidad. En definitiva, conforme a la consigna de frecuencia que se le otorgue al equipo, la cual puede ser un comando en el mismo equipo o una se n externa, se entregar a al ́ al motor un ̃ voltaje de magnitud seg u ́ n la relaci o ́ n V/F configurada y de frecuencia conforme a la consigna. Esto har a ́ que el motor gire a una velocidad proporcional a la frecuencia.
Funciones adicionales.
Los equipos que se fabrican en la actualidad aprovechan de incorporar varias funciones adicionales, como las protecciones al motor y funciones de control para distintas aplicaciones, como controles PID y controles l gicos y secu nciales. Para permitir estas funciones encontraremos en estos dispositivos una gran cantidad de terminales de control para conectar entradas y salidas digitales y an logas, puertas de comunicaci o ́ n de datos y una gran cantidad de par a ́ metros de configuraci o ́ n.
1.3 Medidor de caudal. La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinaci n de la cantidad de masa o volumen que circula por la conducci o ́ n por unidad de tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudal imetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducci o ́ n.
Ilustración 3.
Los medidores de caudal volum trico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas:
Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o Indirectamente, mediante dispositivos de: presi n diferencial, a ́ rea variable, velocidad, fuerza, etc.
Puesto que la medida de caudal volum e ́ trico en la industria se realiza, generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presi n diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presi o ́ n diferencial. Esta clase de medidores presenta una reducci n de la secci o ́ n de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energ ia cintica y, por consiguiente, su presi n tiende a disminuir en una proporci n equivalente, de acuerdo con el principio de la conservaci n de la energ a, creando una diferencia de ́ presin esttica entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.
1.4
Sensores de nivel.( Sonda LA9-RM201).
El principio de funcionamiento se basa en la modificaci n de la resistencia medida entre los electrodos, sumergidos o libres. Resistencia d e ́ bil entre electrodos: presencia de liquido, resistencia elevada: ausencia de l iquido. Los electrodos se pueden sustituir por otros captadores o sondas, cuyos valores transmitidos son las variaciones de las resistencias. La tensi o ́ n de medida alterna < 30 V galv nicamente aislada de los circuitos de alimentaci o ́ n y de contacto permite su utilizaci o ́ n con toda seguridad y la ausencia de feno ́ menos de electr o ́ lisis. Esta sonda es de tipo "suspensi o ́ n". Es coaxial, es decir, que adem a ́ s del electrodo normal (central), el panel de acero inoxidable puede desempe ar la funci n del electrodo de masa (referencia), lo que permite evitar tener que instalar una sonda separada de referencia. As , para controlar un nivel, ser a ́ suficiente una u ́ nica sonda en lugar de dos, y para 2 ́ niveles, 2 sondas en lugar de 3. El cable de conexi n ser de tipo "2 conductores" con funda com u ́ n de PVC cil ́ndrica y un dimetro ma tambie ́ ximo de 6,3 mm. El panel desempe n a ́ n una funci o ́ n ̃ "tranquilizadora" que evita las imprecisiones debidas a una superficie de l iquido agitada (olas). Temperatura m a ́ xima de empleo: 100 °C La sonda LA9-RM201 puede tambi n fijarse a distintos contenedores (cubetas, depo ́ sitos, etc.) con ayuda de un collar ́n o de cualquier otro dispositivo de fijaci o ́ n.
Ilustración 4.
1.5 Sensor ultrasonico de nivel. Los sensores de ultrasonidos o sensores ultrasónicos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias que van desde pocos centímetros hasta varios metros. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la señal tarda en regresar. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración. Estos sensores trabajan solamente donde tenemos presencia de aire (no pueden trabajar en el vacío, necesitan medio de propagación), y pueden detectar objetos con diferentes formas, diferentes colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los
sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.
Ilustración 5.
Ventajas e inconvenientes. Estos sensores, al no necesitar el contacto físico con el objeto, ofrece la posibilidad de detectar objetos frágiles, como pintura fresca, además detecta cualquier material, independientemente del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de corrección. Los sensores ultrasonidos tienen una función de aprendizaje para definir el campo de detección, con un alcance mínimo y máximo de precisión de 6 mm. El problema que presentan estos dispositivos son las zonas ciegas(blanking)y el problema de las falsas alarmas. La zona ciega es la zona comprendida entre el lado sensible del detector y el alcance mínimo en el que ningún objeto puede detectarse de forma fiable.
2
Maqueta multibombas.
La maqueta consta de dos dep o ́ sitos en los cuales cada uno posee 3 sensores de nivel de liquido, un sensor ultrasonico y un sensor de temperatura con su respectivo transmisor incorporado. Ademas posee 4 variadores de frecuencia en lo cual tres de ellos son asignados a tres bombas centrifugas que hacen recircular el flujo hacia el estanque ubicado a derecha y un variador de frecuencia y una bomba centrif uga esta asignada para enviar el fluido al estanque ubicado a izquierda.En este circuito se pueden hacer tanto una regulaci o ́ n PID controlando el caudal a trav s del circuito como una regulaci o ́ n de nivel del segundo dep o ́ sito. La finalidad de 3 bombas centrifugas es entregar mas potencia al proceso de llenado del estanque a derecha (Controlado por uno o varios variadores de frecuencia), lo cual ayuda a regular la presi o ́ n y el flujo a dicho estanque según la necesidad del proceso. Mediante esta maqueta podriamos realizar controles PiD (nivel, presin, caudal, temperatura fr o y calor) . ́
2.1 Representación grafica proceso multibombas mediante Infilink.
Ilustración 6.
2.2 Representación grafica de sistema de control de Proceso multibombas.
Ilustración 7.
El siguinete esquema da cuenta del sistema de control de la maqueta multibombas, PLC envia una señal al variador de frecuencia el cual regula la frecuencia del motor, el motor cambia sus revoluciones para producior un amumento de flujo a partir de la bomba la cual llena el estanque y el sensor de nivel mide la altura del agua en ese momento, para ajustar los parametros declarados (set point). 1. 2. 3. 4. 5. 6.
PLC : Controlador. VDF: Elemento de correccion/Actuador. Motor: Elemento de correccion/Actuador. Bomba: Elemento de correccion/Actuador. Estanque: Planta. Sonda de nivel/sensor ultrasonico: elementos de retroalimentacion.
