Automatización de faja transportadora de carbón grueso para el ahorro de energía

eléctrica

Egresado: Bringas Quesquén, Junior Enrique

TECSUP – Tecnología Mecánica Eléctrica

RESUMEN

• La faja transportadora es utilizada para transportar carbón, el cual forma parte del combustible de los hornos.

• Debido a su permanente funcionamiento, con carga o sin carga, es que se genera un consumo innecesario de energía, así como el desgate de todos sus componentes.

• Esta faja opera las 24 horas del día. El 40% del tiempo sin carga de material.

Importancia y Justificación del estudio

• La faja de carbón grueso, es la única y principal faja que alimenta carbón hacia el sistema de combustible para los hornos rotatorios, por ello su correcto funcionamiento es de vital importancia para la empresa.

• La faja opera un promedio de 14 horas con carga y 10 horas sin carga por día. Un kVA para la empresa Cementos Pacasmayo S.A.A. tiene un valor de 0.06 dólares

 Total

(US$)

Faja Con carga

(US$)Faja Sin carga

Consumo mensual  861, 09 614,13 246.96

Consumo anual  10482, 65 7477, 97 3004, 68

Objetivo General

• Controlar el funcionamiento de la faja transportadora de carbón grueso mediante el uso de un arrancador de estado sólido y un sensor fotoeléctrico; consiguiendo, con ello, un 30 % de ahorro en consumo de energía eléctrica comparada con el consumo actual.

Objetivos Específicos

• Diseñar un circuito para el accionamiento automático de la faja transportadora mediante un arrancador de estado sólido y un sensor fotoeléctrico.

• Diseñar un circuito secundario para la apertura y cierre semiautomático de la tolva que alimenta el carbón grueso.

• Seleccionar los aparatos y componentes bajo criterio técnico económico para que el sistema sea rentable y confiable.

• Recuperar la inversión económica dentro del primer año de aplicada la solución.

Marco teórico referencial

Motor trabaja a menor eficiencia.

Motores de clase NEMA D es del 300 %.

De 6 a 7 veces la corriente nominal. Genera distorsión en la red.

Carga no nominal

El par de arranque

Corriente de arranque

Las tensiones mecánicas en los componentes tiende a aumentar durante el arranque, golpeteos, desgaste, desalineamientos, excesiva vibración y solturas.

Ventajas del uso de un arrancador de estado sólido

• Disminuye en gran porcentaje la distorsión generada en la red.

• Requiere de poco mantenimiento, puesto que los componentes utilizados para armar el circuito, son eléctricos-electrónicos.

• Se logra detener el motor en los momentos innecesarios de funcionamiento.

• Se evita las vibraciones, tensiones mecánicas y golpeteos, al momento del arranque.

• Bypass incorporado lo que permite un pequeño espacio, ahorro de energía y aumento de la vida útil del mismo arrancador.

• Se requiere de menos componentes, como cables, relés contactores, etc.

• Para seguridad de que el motor si arranca correctamente, el arrancador proporciona un pulso alto de corriente por un período corto al momento del arranque.

• Proporciona seguridad contra sobrecargas y sobrecorriente.

Desarrollo de la solución

Datos del motor: 

Datos de la faja:Longitud de la banda = 220 m

Longitud del equipo = 100 m

Material que transporta = Carbón

Corriente de línea:

Ilínea = 22 000 W / (√3 x 440 V x 0,9 x 0,895)

Ilínea = 35, 87 A

Ilínea = P / (√3 x V x cosө x η)

Corriente del conductor:

Id = 1,25 x Ilínea

Id = 1,25 x 35,87 A

Id = 44,84 A

Caída de tensión L1:ΔU = (0, 0309 x L x Id x cosө) / S

ΔU = (0, 0309 x 80 m x 44,84 A x 0,9) / 13,3 mm²

ΔU = 7, 5 V

Caída de tensión L2:ΔU = (0, 0309 x 95 m x 44,84 A x 0,9) / 13,3 mm²

ΔU = 8, 9 V

Cilindro neumático:Carrera = 300 mmPeso de la compuerta = 5 Kgf (49,05 N)Paire = 5 barD = 33, 6 mmd = 12 mm

SalidaF (N) = Paire x ᴫ x D² / 40

F (N) = 5 Bar x ᴫ x (33, 6)² mm² / 40

F(N) = 443 ,34 N

RetornoF (N) = Paire x ᴫ x (D² - d²) / 40

F (N) = 5 Bar x ᴫ x (33,6² - 12²) / 40

F(N) = 386, 79 N

Lista componentes:

Diseño del circuito:

Para el control de la faja

Para el control de la compuerta de 

la tolva

Circuito de fuerza:

A implementar

Recomendado por el manual

Circuito de mando:

Cálculo del ROI:

Ganancia Anual Neta = $ 3004.68

Inversión Total = $ 2996.45

ROI = (GANANCIA ANUAL NETA / INVERSIÓN TOTAL) * 100 %

ROI = ($ 3004.68 / $ 2996.45) * 100 %

ROI = 100, 27 %

La inversión se recupera dentro del primer año de implementado el proyecto. Luego, en los siguientes años, esto representará un ahorro de dinero neto anual.

Conclusiones:

• Se logró diseñar un circuito para el control automático de la faja que lleva consigo componentes eléctricos (relé contactor, alambres y cables, interruptor termomagnético, fusible), componentes electrónicos (Arrancador suave, Sensor fotoeléctrico, fuente de poder, relé temporizador); y componentes neumáticos (electro válvula 5/2, válvulas estranguladoras antiretorno, cilindro neumático).

• Se diseñó un circuito para el funcionamiento semiautomático de la compuerta de la tolva, puesto que esta abre y cierra cuando se presiona uno de los dos pulsadores.

• Se seleccionó el equipamiento necesario para los circuitos bajo criterio técnico (características, dimensiones, fácil configuración, funcionamiento, etc.), y comparando cada uno de ellos de acuerdo al precio o costo (criterio económico).

• De acuerdo al ROI, el proyecto es rentable, ya que la inversión se recupera dentro del primer año de implementado el sistema, en un aproximado de 11 a 12 meses.

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