Tg-jorge Luis Tovar Goitia-V18231908

U N E X P O

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA ANTONIO JOS DE SUCRE VICE - RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA TRABAJO DE GRADO

Rediseo del Sistema Elctrico de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 en el rea de Tandem I de Laminacin en Fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro

AUTOR Br. Jorge L. Tovar G. C.I. -V- 18.231.908

Ciudad Guayana, Noviembre de 2010


U N E X P O



TUTOR INDUSTRIAL Ing. Francisco Arias C.I. -V- 10.928.970

TUTOR ACADMICO Prof. Jos A. Prez C.I. -V- 12.893.726

Ciudad Guayana, Noviembre de 2010

U N E X P O


ACTA DE APROBACIQuienes suscriben, miembros del Jurado Evaluador designados por el Departamento de Ingeniera Elctrica de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre, Vice-Rectorado Puerto Ordaz, para examinar el Trabajo de Grado presentado por el: Br. Jorge Luis Tovar Goitia, portador de la cdula de identidad: C.I. -V-18.231.908, titulado Rediseo del Sistema Elctrico de los Sistemas

Motrices de la Gra Puente CSM-6 en el rea de Tandem I de Laminacin en Fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro , el cual es presentado para optar por el Ttulo de Ingeniero Electricista, consideramos que dicho trabajo cumple con los requisitos exigidos para tal efecto y por lo tanto se declara como:

APROBADOEn la ciudad de Puerto Ordaz a los diecisis das del mes de noviembre del ao dos mil diez. ____________________ Ing. Alejandro Mrquez C.I. V-8.863.603 Coordinador ____________________ Ing. Jos Prez C.I. -V- 12.893.726 Tutor Acadmico ____________________ Ing. Aurilse Ortz C.I. V-17.338.671 Jurado Principal ____________________ Ing. Francisco Arias C.I. -V- 10.928.970 Tutor Industrial

DEDICATORIA A Dios, por ser el gua que indica el camino a seguir . por ser la luz que despeja de mi mente todas las dudas al atravesar el sendero de la vida y por estar siempre a mi lado. A mis padres, Bruno Tovar Aquino y Nelly Morella Goitia de Tovar, por darme la vida que hoy disfruto tener. Por cuidarme de todo aquello que podra afectarme.por brindarme su amor y apoyo incondicional en todo momento..a ellos, slo por el hecho de haberme brindado la mejor crianza que se le puede dar a un hijo para convertirse en un hombre de bien. A mi querido hermano, Bruno Ricardo Tovar Goitia, quien siempre ha

demostrado con sus sentimientos ser un ejemplo de calidad humana.quien con esfuerzo, dedicacin, constancia y trabajo duro me ha demostrado que cualquier sueo puede convertirse en realidad. A mi querida familia.especialmente, a mi to Ender Goitia, mi to Jorge Goitia, mi ta Aracelis Goitia, mi ta Melida Goitia y mi ta alcanzar cada una de mis metas estando lejos de casa. A mi querida ta Elvira Sifontes, quien por su cario, apoyo y trato ocupa un espacio muy especial en mi corazn. A mis hermanos Manfred Ronca, Jons Muoz, Francisco Gmez, Oscar Doris Goitia, quienes con su cario, comprensin y apoyo silencioso han contribuido a

Carvajal y Simn Mndez, quienes entre alegras, tristezas y molestias han compartido conmigo el camino que nos ha llevado a convertirnos en los hombres de bien que somos hoy

Trabajo de Grado

Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

AGRADECIMIE TO Mi ms sincero agradecimiento

A la empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro, por darme la oportunidad de ingresar a sus instalaciones para cumplir con la realizacin de mi trabajo de grado y contar con el apoyo necesario para culminar el mismo. A mi tutor acadmico, Profesor Jos Prez, por su colaboracin, gua y apoyo en la enseanza de su conocimiento terico aplicable para la realizacin de este trabajo de investigacin. A mi tutor industrial, Ing. Francisco Arias, por su valiosa colaboracin al guiarme bajo las exigencias del ambiente laboral de la Gerencia de Mantenimiento de Gras de Planos en Fro de esta empresa para la realizacin de este trabajo. A todos mis compaeros de trabajo en la Gerencia de Mantenimiento de Gras de Planos en Fro, Jos Gustavo Salazar, Luis Martnez, Elvis Morey, Humberto Flores, Hermilio Pacheco, Eduardo Bello, Julio Oronoz, Jimmy Estrada, Lus Roca, Csar Rondn, Rita Borrero, Yumer Medina, Octavio Arzola, por toda su ayuda, amistad, colaboracin y enseanzas. A la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre Vicerrectorado de Puerto Ordaz, por los conocimientos adquiridos para mi desarrollo acadmico y crecimiento personal.

Trabajo de Grado


I DICE GE ERAL

LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS RESUMEN INTRODUCCIN CAPITULO I. EL PROBLEMA 1.1. Antecedentes 1.2. Planteamiento del Problema 1.3. Formulacin del Problema 1.4. Objetivos 1.4.1. Objetivo General 1.4.2. Objetivos Especficos 1.5. Delimitacin 1.6. Limitaciones 1.7. Justificacin II. MARCO TERICO 2.1. Definicin de Gras 2.1.1. Definicin de Gra Puente CSM-6 2.1.1.1. Sistema Puente 2.1.1.2. Sistema Carro 2.1.1.2.1. Vigas Carrileras 2.1.1.2.2. Vigas Principales 2.1.1.2.3. Alimentacin del Carro 2.1.1.3. Sistema de Izaje 2.1.1.3.1. El Gancho 2.2. Controles Elctricos Industriales 2.2.1. Tipos de Controles Elctricos 2.2.1.1. Manual 2.2.1.2. Semi-automtico 2.2.1.3. Automtico 2.2.2. Automatizacin 2.2.2.1. Qu es un sistema automatizado? 2.2.2.2. Objetivos de la Automatizacin 2.2.3. Autmata Programable Industrial (PLC) 2.2.3.1. Definicin 2.2.3.2. Campos de Aplicacin 2.2.3.3. Ventajas e Inconvenientes 2.2.3.3.1. Ventajas 2.2.3.3.2. Inconvenientes

Pp Vi X Xii 1 4 4 5 7 8 8 8 9 9 10 12 12 12 13 13 14 14 14 14 14 15 16 16 16 17 17 17 18 18 18 18 20 20 21

Trabajo de Grado


2.2.3.4. Funciones Bsicas de un PLC 2.3. Dispositivos de Accionamiento Elctrico 2.3.1. Dispositivos de Mando 2.3.1.1. Interruptor 2.3.1.2. Pulsador 2.3.1.3. Palanca de Mando 2.3.2. Dispositivos de control 2.3.2.1. Rel Auxiliar 2.3.2.2. Temporizador 2.3.2.3. Transductor 2.3.3. Actuadores o Dispositivos de Salida de Control 2.3.3.1. El Electroimn 2.3.3.2. La Bobina 2.3.3.3. Los Polos 2.4. Motores Elctricos 2.4.1. Definicin 2.4.2. Motor de Corriente Directa 2.4.2.1. Motor en Derivacin 2.4.2.2. Motor Devanado en Serie 2.4.2.3. Motor en Compound 2.4.3. Motores de Corriente Alterna 2.4.3.1. Motores Sncronos 2.4.3.2. Motores Asncronos 2.4.3.2.1. Motores de Rotor Devanado 2.4.3.2.2. Motores con Rotor de Jaula de Ardilla 2.4.3.3. Arranque de Motores Asncronos 2.4.3.3.1. Arranque con Impedancia en el Estator 2.4.3.3.2. Arranque por Autotransformador 2.4.3.3.3. Arranque EstrellaTringulo 2.4.3.3.4. Arranque por Variacin de Resistencias en el Rotor 2.4.3.3.5. Arrancador Esttico 2.5. Proteccin de Motores Elctricos 2.5.1. Riesgos Durante la Operacin de un Motor Elctrico 2.5.2. Caractersticas de los Motores a Considerar en la Proteccin

21 23 23 23 24 24 25 25 26 26 26 27 27 28 29 29 29 30 30 30 30 31 31 32 33 33 35 36 37 39 41 43 43 44

Trabajo de Grado


2.5.3. Fundamentos para la Proteccin de Motores Elctricos 2.5.3.1. Proteccin Contra Falla de Fase 2.5.3.2. Sobrecorriente Instantnea de Fase 2.5.3.3. Sobrecorriente de Fase con Retardo de Tiempo 2.5.3.4. Sobrecargas III. MARCO METODOLOGICO 3.1. Tipo de Investigacin 3.1.1. Aplicada 3.1.2. Proyectiva 3.2. Diseo de la Investigacin 3.2.1. Documental 3.2.2. No Experimental de Campo 3.3. Poblacin y Muestra 3.4. Materiales y Equipos a Utilizar 3.5. Procedimiento a Seguir IV. SISTEMA ELCTRICO ACTUAL DE LOS SISTEMAS MOTRICES DE LA GRA PUENTE CSM-6 4.1. Diagnstico 4.1.1. Modificacin de los Componentes de los Sistemas Motrices de la Gra 4.1.2. Desconexin de los Cables que Transmiten las Seales de Mando a los Cuadros de Control para los Sistemas Motrices de la Gra 4.1.3. Desconfiguracin de los Dispositivos de Proteccin Elctrica Instalados para los Sistemas Motrices de la Gra 4.2. Ajuste de los Dispositivos de Proteccin del Sistema Elctrico Actual de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 4.2.1. Sistema de traslacin del Carro 4.2.2. Sistema de Traslacin del Puente 4.2.3. Sistema de Izaje Principal y Auxiliar 4.3. Modelacin del Sistema Elctrico Actual de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 4.3.1. Modelacin del Proceso de Control de los Sistemas de Traslacin del Puente y Carro 4.3.2. Modelacin del Proceso de Control de los Sistemas de Izaje Principal y Auxiliar V. SISTEMA ELCTRICO MODIFICADO DE LOS SISTEMAS MOTRICES DE LA GRA PUENTE

45 46 46 47 47 48 48 48 48 49 49 49 49 50 51 54 54 54 59 62 65 66 67 69 72 72 81 88

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CSM-6 5.1. Clculo de los Parmetros de disparo de las protecciones del Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 5.1.1. Motores del Sistema de Traslacin del Puente 5.1.1.1. Proteccin durante el Arranque 5.1.1.2. Proteccin de Sobrecarga 5.1.1.3. Proteccin contra Desequilibrio de Tensin 5.1.2. Motor del Sistema de Traslacin del Carro 5.1.2.1. Proteccin durante el Arranque 5.1.2.2. Proteccin de Sobrecarga 5.1.2.3. Proteccin contra Desequilibrio de Tensin 5.1.3. Motores del Sistema de Izaje 5.1.3.1. Proteccin durante el Arranque 5.1.3.2. Proteccin de Sobrecarga 5.1.4. Proteccin General de Sobretemperatura 5.2. Simulacin y Validacin del Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 5.2.1. Programacin de la Unidad Maestro TWIDO TELEMECANIQUE 5.2.2. Programacin de las Unidades Esclavo ZELIO TELEMECANIQUE 5.2.3. Pruebas al Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 5.2.3.1. Prueba de Control de los Motores de los Sistemas de Traslacin del Puente y Carro 5.2.3.2. Prueba de Control de los Motores de los Sistemas de Izaje Principal y Auxiliar. 5.2.4. Validacin del Sistema Elctrico Modificado para los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 5.2.4.1. Sistema de Traslacin del Puente

89 89 89 90 91 92 92 93 94 95 95 97 98 100 100 101 102 103 114 130 131

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5.2.4.2. Sistema del Carro 5.2.4.3. Sistema Principal y Auxiliar

de de

Traslacin Izaje

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CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS APNDICE A COMPONENTES NECESARIOS PARA LAS MODIFICACIONES DEL SISTEMA ELCTRICO DE LOS SISTEMAS MOTRICES DE LA GRA PUENTE CSM-6 ANEXO A PLANOS ELCTRICOS ACTUALES DE LOS SISTEMAS MOTRICES DE LA GRA PUENTE CSM-6 ANEXO B PLANOS ELCTRICOS MODIFICADOS DE LOS SISTEMAS MOTRICES DE LA GRA PUENTE CSM-6

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Trabajo de Grado


LISTA DE FIGURASFIGURA Pp 13 34 35 36 37 38 39 40 41 56 56 57 58 58 59 60 60 61

2.1. Esquema Representativo de la Accin de Transporte de Carga de los Sistemas Motrices que conforman a la Gra Puente CSM-6 2.2. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque Directo 2.3. Circuito de Potencia y Control para un Arranque con Resistencias en el Estator 2.4. Circuito de Potencia para un Arranque por Autotransformador 2.5. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque por Autotransformador 2.6. Circuito de Potencia para un Arranque Estrella-Tringulo 2.7. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque Estrella-Tringulo 2.8. Circuito de Potencia para un Arranque con Variacin de Resistencias Rotricas de Tres Etapas 2.9. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque con Variacin de Resistencias Rotricas 4.1. Vista de la Modificacin Para Inclusin del Freno de Corriente Alterna 4.2. Sntesis del Aviso de Avera Emitido el 01/08/2008 por Prdida de Rigidez Mecnica de la Leva Instalada 4.3. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 01/08/2008 por Prdida de Rigidez Mecnica de la Leva Instalada 4.4. Sntesis Del Aviso de Avera Emitido el 02/08/2008 por Fractura de la Leva Instalada. 4.5. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 02/08/2008 por Fractura de la Leva Instalada 4.6. Vistas del Conjunto de Cables Correspondientes a las Seales Emitidas por las Palancas Manipuladoras de cada uno de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 4.7. Sntesis Del Aviso de Avera Emitido el 05/07/2008 por Desprendimiento de Cable del Manipulador del Sistema de Traslacin del Puente 4.8. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 05/07/2008 por Desprendimiento de Cable del Manipulador del Sistema de Traslacin del Puente 4.9. Sntesis Del Aviso de Avera Emitido el 05/07/2008 por Desprendimiento de Cable en el Tablero del Sistema de Traslacin del Puente. viTrabajo de Grado


4.10. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 05/07/2008 por Desprendimiento de Cable en el Tablero del Sistema de Traslacin del Puente 4.11. Sntesis Del Aviso de Avera Emitido el 13/07/2008 por Configuracin de Trmicos en Automtico y Desajuste de Frenos 4.12. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 13/07/2008 por Configuracin de Trmicos en Automtico y Desajuste de Frenos 4.13. Sntesis Del Aviso de Avera Emitido el 22/07/2008 por Falla del Dispositivo de Proteccin de 130 A 4.14. Texto Explicativo para el Aviso de Avera Emitido el 22/07/2008 por Falla del Dispositivo de Proteccin de 130 A 4.15. Esquemas Generales del Proceso de Control de los Sistemas de Traslacin del Puente y Carro 4.16. Esquemas Generales del Proceso de Control de los Sistemas de Izaje Principal y Auxiliar 5.1. Detalle del Direccionamiento de la Seal del punto de aceleracin cinco hacia delante del Sistema de Traslacin del Puente en la palabra %MW0 del Programa cargado en la unidad Maestro que ser enviada por Comunicacin Serial 5.2. Estado Inicial de las Entradas de Control para las Seales de Falla en el Arranque, Sobrecarga, Desequilibrio de Tensin y Sobretemperatura en los Motores del Sistema de Traslacin del Puente 5.3. Estado Inicial de las Entradas de Control para las Seales de los contactos auxiliares del contactor M y la proteccin BPR del Sistema de Traslacin del Puente 5.4. Seal BFWD1 del Sistema de Traslacin del Puente en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.5. Activacin del Contactor BF para el avance en sentido hacia delante del Sistema de Traslacin del Puente 5.6. Seal BREV1 del Sistema de Traslacin del Puente en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.7. Activacin del Contactor BR para el avance en sentido reversa del Sistema de Traslacin del Puente 5.8. Seal BFWD5 del Sistema de Traslacin Entrada de Control JXT1 de la Unidad TELEMECANIQUE 5.9. Activacin de los Contactores BP1 y BP al punto de aceleracin BFWD2 despus de viiTrabajo de Grado

61 63 63 64 65 73 82 103

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del Puente en la Remota ZELIO correspondientes 2 seg de haber

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colocado la palanca Master en el punto de aceleracin BFWD5. 5.10. Activacin de los Contactores B1A1 y B1A correspondientes al punto de aceleracin BFWD3 despus de 4 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin BFWD5. 5.11. Activacin de los Contactores B2A1 y B2A correspondientes al punto de aceleracin BFWD4 despus de 6 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin B FWD5. 5.12. Activacin de los Contactores B3A1 y B3A correspondientes al punto de aceleracin BFWD5 despus de 8 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin BFWD5. 5.13. Estado Inicial de las Entradas de Control para las Seales de Falla en el Arranque, Sobrecarga y Sobretemperatura en el Motor del Sistema de Izaje Principal 5.14. Estado Inicial de las Entradas de Control para las Seales de los contactos auxiliares del Limit Switch LSR, UV, VR y la posible proteccin de sobrecarga del motor del gancho giratorio del Sistema de Izaje Principal 5.15. Seal HOIST1 del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.16. Activacin de los Contactores M, H,DB,BR para el avance en sentido ascendente del Sistema de Izaje Principal 5.17. Seal LOWER1 del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.18. Activacin de los contactores M, 2A, 3A,4A, 1L, BR para el avance en sentido descendente del Sistema de Izaje Principal 5.19. Seal HOIST5 del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.20. Activacin del Contactor 1A correspondiente al punto de aceleracin HOIST2 despus de 2 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin HOIST5. 5.21. Activacin del aceleracin HOIST3 palanca Master en el 5.22. Activacin del aceleracin HOIST4 palanca Master en el 5.23. Activacin del Contactor 2A correspondiente despus de 4 seg de haber punto de aceleracin HOIST5 Contactor 3A correspondiente despus de 6 seg de haber punto de aceleracin HOIST5 Contactor 4A correspondiente viiiTrabajo de Grado

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al punto de colocado la al punto de colocado la al punto de

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aceleracin HOIST5 despus de 8 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin HOIST5 5.24. Seal LOWER5 del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT1 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.25. Activacin de los Contactores 2L,DB correspondientes al punto de aceleracin LOWER2 despus de 2 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin LOWER5 5.26. Desactivacin de los Contactores 3A, 4A correspondientes al punto de aceleracin LOWER3 despus de 4 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin LOWER5 5.27. Desactivacin del Contactor 2A correspondiente al punto de aceleracin LOWER4 despus de 6 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin LOWER5 5.28. Energizacin de la bobina del Rel de Tensin VR el contactor 3L correspondientes al punto de aceleracin LOWER5 despus de 8 seg de haber colocado la palanca Master en el punto de aceleracin LOWER5 5.29. Seal GSH del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT2 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.30. Energizacin de la bobina del Contactor para el Giro en Sentido Horario del Gancho del Sistema de Izaje Principal 5.31. Seal GSAH del Sistema de Izaje Principal en la Entrada de Control JXT2 de la Unidad Remota ZELIO TELEMECANIQUE 5.32. Energizacin de la bobina del Contactor para el Giro en Sentido Antiorario del Gancho del Sistema de Izaje Principal 5.33. Energizacin de la lmpara piloto indicadora de Falla en el Motor del Gancho Giratorio del Sistema de Izaje Principal

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ixTrabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

LISTA DE TABLATABLA Pp 66 68 69 71 74 74 75 78 78 81 83 83 88 99 112 113 130 131 132 134

4.1. Especificaciones del Motor del Sistema Carro 4.2. Especificaciones del Motor del Sistema Puente 4.3. Especificaciones del Motor del Sistema de Izaje 4.4. Ajuste de las Protecciones para los Motores de los Sistemas Motrices de laGra Puente CSM-6 4.7. Entradas y Salidas del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Puente 4.8. Entradas y Salidas del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Carro 4.9. Condiciones Iniciales del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Puente 4.10. Condiciones de Operacin del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Puente 4.11. Condiciones Iniciales del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Carro 4.12. Condiciones de Operacin del Circuito de Control del Sistema de Traslacin del Carro 4.13. Entradas y Salidas del Circuito de Control del Sistema de Izaje Principal 4.14. Condiciones Iniciales del Circuito de Control del Sistema de Izaje Principal 4.15. Condiciones de Operacin del Circuito de Control del Sistema de Izaje Principal 5.1. Resumen de Parmetros de Disparo de las Protecciones del Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 5.2. Resumen de Simulacin de la Unidad de Control del Sistema de Traslacin del Puente 5.3. Resumen de Simulacin de la Unidad de Control del Sistema de Traslacin del Carro 5.4. Resumen de Simulacin de la Unidad de Control del Sistema de Izaje Principal 5.5. Comparacin entre las Condiciones Iniciales de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Puente 5.6. Comparacin entre las Entradas de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Puente 5.7. Comparacin entre las Salidas de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Puente xTrabajo de Grado


5.8. Comparacin entre las Condiciones Iniciales de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Carro 5.9. Comparacin entre las Entradas de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Carro 5.10. Comparacin entre las Salidas de los Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Traslacin del Carro 5.11. Comparacin entre las Condiciones Iniciales de Proceso de Control, actual y modificado, del Sistema de Izaje 5.12. Comparacin entre las Entradas de Proceso de Control, actual y modificado, del Sistema de Izaje 5.13. Comparacin entre las Salidas de Procesos de Control, actual y modificado, del Sistema de Izaje

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xiTrabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA ANTONIO JOS DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRICA TRABAJO DE GRADO

Rediseo del Sistema Elctrico de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 en el rea de Tandem I de Laminacin en Fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro Autor: Br. Jorge L. Tovar G Tutor Acadmico: Ing. Jos Prez Tutor Industrial: Ing. Francisco Arias

RESUME El equipo de transporte de carga denominado Gra Puente CSM-6, ubicada en el rea de Tandem I de Laminacin en Fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro ha presentado serios inconvenientes en el control y proteccin elctrica de los motores que la conforman. Debido a esta situacin, se desarroll este proyecto que persigui como objetivo general redisear el sistema elctrico actual de los sistemas motrices de la gra a travs de la implementacin de un Autmata Programable Maestro TWIDO TELEMECANIQUE y unidades esclavo ZELIO TELEMECANIQUE, que permitiesen corregir las principales debilidades ocasionadas por la naturaleza de los circuitos de control de lgica alambrada existentes. La metodologa utilizada es de tipo aplicada y proyectiva con un diseo documental y no experimental de campo . De esta forma, la aplicacin de esta propuesta resulta de vital importancia para la empresa ya que permitira evitar demoras en el proceso de reduccin de espesor de lminas llevado a cabo en la lnea de Tandem I.

PALABRAS CLAVES: Rediseo, Proteccin, Control, Autmata, Motrices.

xiiTrabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

I TRODUCCI

La empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro ocupa el primer lugar como principal productor de acero en Venezuela. Sus productos planos (bobinas de acero laminado, hojalata) y largos ( palanquillas, cabillas) son utilizados en innumerables aplicaciones en la industria y en el desarrollo de imponentes estructuras arquitectnicas. Sin embargo, ocupar esta posicin como empresa modelo en Venezuela en lo que al ramo del acero se refiere no constituye una tarea fcil, pues requiere de la eficiencia y confiabilidad de todos los recursos tecnolgicos y humanos que participan en su proceso productivo.

El buen desempeo de las gras puente es vital en el rea de laminacin en fro, ya que sus lneas de produccin dependen fundamentalmente del transporte de bobinas de acero laminado cuyas masas son imposibles de manipular por la mano del hombre. Debido a esto, la Gerencia de Mantenimiento de gras ha manifestado su inconformidad por el bajo rendimiento que ha venido presentando el sistema elctrico de las gras puente en el rea de laminacin en fro, cuyas causas se deben, en primer lugar, a las modificaciones no planificadas en los circuitos de control y ajustes inadecuados en los dispositivos de proteccin asociados a los motores que conforman dichas gras y, en segundo lugar, al deterioro de esos mismos dispositivos existentes para las funciones de proteccin y control de estas gras. Es por ello, que se ha tomado la decisin de llevar a cabo modificaciones que permitan mejorar el desempeo del sistema elctrico de una gra puente que sirva de patrn a seguir al momento de implementar esta propuesta en las dems gras dispuestas en laminacin en fro. 1Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Esta gra se ubica en la lnea de reduccin de espesor de lminas Tandem I y tiene como ubicacin tcnica en la empresa la denominacin PLF-NAV-NACD-G006, que significa gra puente CSM-6 ubicada en la nave CD de laminacin en fro. La labor que desempea esta gra es necesaria en el proceso realizado en esta lnea, puesto que es la encargada de la sustitucin de cilindros de distintos dimetros para ajustar el espesor de salida de las lminas de acero que sern utilizadas en los procesos posteriores. De manera que desarrollar este proyecto es necesario para realizar las correcciones pertinentes, y as conseguir un mejor desempeo en esta importante lnea de produccin de laminacin en fro. Para el desarrollo de este proyecto, se debe realizar un diagnstico de la situacin en la cul la gra puente se encuentra desempeando su labor actualmente, de manera que se pueda identificar las debilidades a corregir en funcin de las condiciones del espacio disponible en la gra, el rgimen de trabajo, la disponibilidad de distintos componentes en la planta y la confiabilidad necesaria que debe poseer un sistema integral que controle el accionamiento y proteja elctricamente las unidades de fuerza que constituyen a la gra puente CSM-6. Es por ello que se procede a la revisin de los avisos de falla emitidos por el sistema de gestin SAP (Systeme, Anwendungen und Produkte) que sirvan de indicadores de las causas mas frecuentes de falla en los sistemas de izaje, puente y carro de la gra, as como la observacin directa de estos sistemas con el objetivo de desarrollar una propuesta orientada de la mejor manera posible a la realidad operativa de la gra puente CSM-6. En este trabajo se desarrollara una propuesta de rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la Gra Puente CSM-6 mediante la utilizacin de una red de comunicacin maestro-esclavo, en la que la unidad maestro sea un autmata programable TWIDO TELEMECANIQUE y las unidades remotas sean ZELIO TELEMECANIQUE. De esta forma, el informe a 2Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

desarrollar con fines de mostrar al lector esta propuesta ser estructurado primeramente por un captulo I, en el que se presente todo lo concerniente al problema que se esta presentando, en segundo lugar por un captulo II que muestre el marco terico en el que esta propuesta se desarrolla; luego, un captulo III que muestre las estrategias metolgicas que permitan dar cumplimiento a los objetivos propuestos. Posteriormente, un captulo IV, en el que se realiza el diagnstico de los sistemas de control y proteccin elctrica dispuestos en estos momentos para la gra CSM-6, un captulo V donde se desarrollan las modificaciones al sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra que permitan corregir las debilidades del sistema elctrico determinadas mediante el diagnstico realizado. Finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones obtenidas despus del desarrollo del trabajo.

3Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1.

Antecedentes

A travs de los ltimos aos se ha observado claramente un aumento de temas de investigacin basados en la aplicacin de autmatas programables, los cuales se han orientado a promover la actualizacin tecnolgica y sustituir la lgica alambrada en el control de procesos industriales de las principales empresas del aluminio y el acero de la regin. En la empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro (hasta hace poco Ternium Sidor), se han desarrollado propuestas de automatizacin en algunas maquinarias pertenecientes a las lneas de produccin distribuidas en el rea de laminacin en fro. Por ejemplo, la Ing. Yuglys Marcano (2007) desarroll su trabajo de grado en el rea de recocido contnuo y plante un sistema de control basado en la aplicacin de un autmata programable MODICOM para los bancos de electrovlvulas ubicados en esa rea. El Ing. Nstor Martnez(2006), desarroll su trabajo de grado en el rea de decapado II , el cual fue basado en la automatizacin del sistema de control de la mquina aceitadora dispuesta en el lugar mediante la utilizacin de un autmata programable MODICOM.

Trabajo de Grado


A pesar de que se han automatizacin de procesos

realizado distintos trabajos enfocados en la

en las reas de laminacin en fro, ninguno de

ellos se ha relacionado con las gras puente ubicadas estas reas. Esto trae como resultado que se considere a esta propuesta de rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 en el rea de Tandem I de laminacin en fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro una de las primeras en su tipo en esta empresa.

1.2.

Planteamiento del Problema

Desde la puesta en marcha del rea de laminacin en fro en el ao 1974 se ha llevado a cabo un proceso productivo que ha consistido en la reduccin del espesor de las laminas de acero provenientes del rea de laminacin en caliente mediante el uso de bastidores (TANDEM), que luego a travs de la accin de la lnea de preparacin de bobinas (LPB) y Temple le otorgan propiedades mecnicas y recubrimientos especiales para procesos industriales posteriores. Como resultado de la ejecucin de este proceso se obtiene para la exportacin y consumo interno dentro del pas, acero laminado con acabados mas elaborados en comparacin a los realizados por el rea de laminacin en caliente. Entre estos acabados se pueden mencionar la presentacin de bobinas de acero con espesores de lamina mucho mas finos recubiertos con capas protectoras de estao y cromo, as como la elaboracin de lminas de hojalata principalmente destinadas al envasamiento de productos enlatados en industrias alimenticias a lo largo y ancho del territorio nacional. Puesto que en el rea de laminacin en fro se presenta un proceso productivo contnuo, se debe garantizar la operatividad de todos los sistemas de 5Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

transporte, sistemas elctricos de control, sistemas elctricos de protecciones, iluminacin, entre otros. Sin embargo, la presencia de mquinas que datan de aos incluso previos al establecimiento del rea de laminacin en fro dificultan en el presente la operacin ptima de todos los sistemas anteriormente mencionados. Una muestra clara de esta situacin la constituye el deterioro de los sistemas de control y proteccin elctricos dispuestos actualmente en los sistemas puente, carro e izaje que conforman la gra puente CSM-6 ubicada en Tandem I, la cual representa slo una de las cincuenta y cuatro gras puente existente en la cadena de produccin de laminacin en fro. La presencia de tecnologa alambrada o analgica en los sistemas de control del puente, carro e izaje de la gra puente CSM-6 ha trado como consecuencia la innumerable aparicin de escenarios de falla en los mismos, causadas, en primer lugar, por el envejecimiento de todos los elementos constitutivos de los sistemas de control analgico que conforman a esta gra, los cuales se someten a reparaciones recurrentes que no constituyen mas que soluciones temporales que solo ocultan la verdadera raz del problema, generando puntos de conexin crticamente propensos a falla que afectan la estabilidad del control de los sistemas motrices de esta gra. En segundo lugar, las modificaciones hechas necesariamente a travs del tiempo al intercambiar componentes de fbrica (ausentes en el mercado) por otros que buscan igualar sus funciones produce alteraciones en el desempeo natural de los sistemas de control de esta gra produciendo deficiencias en los mismos. Por otro lado, la existencia de sistemas de protecciones elctricas basadas fundamentalmente en interruptores de tiempo inverso (breakers), fusibles y rels de sobrecarga analgicos no sirven de apoyo ante la aparicin de escenarios de falla en los que la sobrecorriente no sea el nico parmetro de 6Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

medicin para el despeje de la falla, como es el caso de la aparicin de corrientes de secuencia negativa que generan sobrecalentamiento en los devanados de los motores trifsicos, sobretensiones, entre otras. Adems, los ajustes realizados en estos dispositivos de proteccin estn generalmente en los valores de placa de los motores, los cuales han sufrido variaciones por efecto de los cambios internos de estas mquinas con el pasar de los aos. Esto se traduce en un ajuste de estos dispositivos fuera de las condiciones reales de operacin que no cumple con su cometido principal de salvaguardar la estabilidad del sistema. En consecuencia a los hechos presentados anteriormente, ocurren

demoras considerables en la lnea de produccin de laminacin en fro que se traducen en la prdida econmica derivada de la inoperatividad de un sistema de transporte de material necesario y que debe estar garantizado en cualquier momento. Es por ello, que se considera de vital importancia el rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 basado principalmente en tecnologa a control remoto, rels programables y un autmata programable industrial que permita, en primer lugar, minimizar la aparicin de fallas en los sistemas de control del puente, carro e izaje de la gra puente CSM-6 gracias a la sustitucin de la lgica alambrada existente , en segundo lugar, disponer de un sistema de protecciones elctricas debidamente ajustado segn las condiciones de trabajo para responder adecuadamente en caso de presentarse alguna contingencia , y que finalmente promueva la actualizacin tecnolgica de los sistemas existentes en la planta.

1.3.

Formulacin del Problema

La obsolescencia de los sistemas elctricos de control analgico y de protecciones elctricas de los sistemas puente, carro e izaje de la gra puente 7Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

CSM-6 en Tandem I de laminacin en fro produce demoras del proceso de reduccin de espesor de las bobinas de acero y prdidas econmicas considerables para la empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro, por lo cual se propone el rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 mediante la implementacin del autmata programable TWIDO TELEMECANIQUE y unidades remotas ZELIO TELEMECANIQUE.

1.4.

Objetivos

1.4.1.

Objetivo General

Redisear el sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 en el rea de Tandem I de laminacin en fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro

1.4.2.

Objetivos Especficos

Determinar la Situacin Actual del Sistema Elctrico de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6

Modelar el Sistema Elctrico Actual de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6

Calcular los parmetros de disparo de las protecciones del Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6

Simular y Validar el Sistema Elctrico Modificado de los Sistemas Motrices de la Gra Puente CSM-6 8Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Trabajo de Grado

1.5.

Delimitacineste proyecto est destinada a redisear el sistema

La realizacin de

elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 en el rea de Tandem I de laminacin en fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro.

1.6.

Limitaciones

Las limitaciones bajo las cuales est sujeto la propuesta de rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 en el rea de Tandem I de laminacin en fro de la Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro son diversas. Entre las ms resaltantes se pueden mencionar las siguientes: La empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro expresa que los individuos con perfil de pasantes tesistas no estn autorizados para la manipulacin de los sistemas que constituyen los distintos procesos productivos de la empresa y slo se les permite la observacin directa bajo la estricta supervisin de los inspectores encargados de los sistemas de inters. Esto crea una dependencia con respecto al grado de disponibilidad del personal tcnico que labora en el rea para contribuir con la realizacin de este proyecto. Las constantes modificaciones realizadas en los sistemas elctricos de control analgicos ante las distintas contingencias que requieren solucin inmediata provoca la prdida de informacin tcnica actualizada en relacin a los componentes montados en los circuitos de control. Esta situacin trae como consecuencia que la existencia de planos de los 9Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

sistemas de control existentes no se consideren como suministro de informacin tcnica confiable y sea necesario la observacin directa e incluso manipulacin de los circuitos de control analgicos existentes para identificar parmetros importantes en el elctrico de los rediseo del sistema sistemas motrices de la gra puente CSM-6, lo que

constituye una violacin a la normativa de la empresa para los estudiantes universitarios. Debido a la variedad de fabricantes para los distintos dispositivos de proteccin y control a utilizar para esta propuesta de rediseo, la comprensin del lenguaje en el que se presenta la mayora de los manuales, catlogos y dems fuentes tcnicas de informacin constituye un motivo de retraso para la realizacin del proyecto. La imposibilidad de cargar programas de planimetra, simulacin y programacin bajo la condicin de pasante tesista, retrasa las labores de programacin, elaboracin de planos y dems actividades necesarias para la ejecucin de esta propuesta.

1.7.

Justificacin

El rediseo del sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 en el rea de gran necesidad ante la de Tandem I de laminacin en fro de la aparicin de las fallas que se presentan Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro, se considera una solucin factible y constantemente en el sistema elctrico en esta gra. Su desarrollo constituye, en primer lugar, una estrategia para garantizar un mejor desempeo de las labores de reduccin de espesor de lminas llevados a cabo en Tandem I cuyos productos constituyen la materia necesaria 10Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

para los procesos de las dems lneas que constituyen el rea de laminacin en fro. En segundo lugar, llevar a cabo el proyecto permitir reducir costos de mantenimiento sobre los sistemas elctricos de control y protecciones elctricas que conforman a la gra CSM-6, lo que constituye una estrategia que contribuye a la economa de la empresa. De este modo, la ejecucin de este proyecto es de vital importancia para evitar demoras operativas, facilitar las labores de mantenimiento y optimizar los procesos llevados a cabo en laminacin en fro a un menor costo y ajustado a las necesidades reales de la empresa.


CAPITULO II

MARCO TERICO

2.1.

Definicin de Gras

Son equipos de levantamiento accionados elctrica o mecnicamente que permiten el traslado de materiales a travs del uso de guayas y eslingas. Estos equipos pueden operar con deslizamiento horizontal, apoyados sobre vas, como en el caso de las gras puente, gras ferroviarias, carros gras, etc.; o pueden ser estacionarias, sin desplazamiento horizontal, como gras pluma, polipastos, etc.

2.1.1. Definicin de la Gra Puente CSM-6 Es una mquina utilizada para la elevacin y transporte de cilindros de trabajo y apoyo dentro del rea de Tandem I, donde se ejecutan labores de reduccin de espesor de las bobinas de acero laminado provenientes del tren de laminacin en caliente, las cuales permitirn obtener productos de acero laminado con acabados mucho ms elaborados mediante los procesos llevados a cabo en el tren de laminacin en fro. De all que, la combinacin de movimientos de la estructura del puente y carro permitan transportar los cilindros de trabajo y apoyo a travs de toda el rea de tndem I en los ejes longitudinal, transversal y vertical.

Trabajo de Grado


S I S T E M A D E I Z A J E

Figura 2.1. Esquema Representativo de la Accin de Transporte de Carga de los Sistemas Motrices que conforman a la Gra Puente CSM-6

2.1.1.1.

Sistema de Traslacin del Puente

Es el encargado de sostener el carro y a la vez permitir el traslado de la gra horizontalmente a lo largo de la nave. Est compuesto por una doble estructura rematada en dos testeros automotores sincronizados dotados de ruedas con doble pestaa para su encarrilamiento. 2.1.1.2. Sistema de Traslacin del Carro

Es el sistema cuya funcin se orienta al desplazamiento del sistema de izaje a lo largo del puente. Tiene dos Boogies que corren a lo largo de un par de rieles sobre el puente. Por lo tanto, le da al equipo de izar, un movimiento transversal en las naves, es decir, se acerca o aleja al gancho de la cabina. La energa elctrica que acciona al motor, llega al carro a travs de una lnea de cables viajeros. 13Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

2.1.1.2.1. Vigas Carrileras Estas son elementos de traslacin unidos entre s por las vigas principales del puente. Estas mantienen el espacio necesario para la operacin apropiada de carro entre las estructuras metlicas del puente 2.1.1.2.2. Vigas Principales Las vigas principales soportan el sistema carro de la gra. Sobre cada una de ellas se encuentra un riel sobre el cual se desplazan las vigas carrileras del carro. Las vigas estn unidas por otras vigas de traslacin que se desplazan a lo largo de los rieles de la nave. 2.1.1.2.3. Alimentacin del Carro Es un conjunto de cables unidos al carro mediante un sistema de soportes deslizantes que permiten que se mueva a lo largo de todo el puente sin cortar el flujo de electricidad. 2.1.1.3. Sistema de Izaje

Es el sistema que permite el ascenso y descenso de las cargas con los ganchos.

2.1.1.3.1. El Gancho El corazn de la gra est constituido por el sistema de elevacin del gancho. El sistema de elevacin o izamiento es el conjunto de la gra que levanta y baja la carga. Est fijo al carro y, por lo tanto, se desplaza con ste sobre el puente. Sobre la base del carro se apoya el equipo de izar. Este est constituido por el motor, las transmisiones necesarias, un servofreno, una caja reductora y el tambor de


arrollamiento del cable de acero. A travs de una abertura en esta plataforma, pasan los cables de acero con su correspondiente gancho.

2.2.

Controles Elctricos Industriales

En los comienzos de la industrializacin las mquinas fueron gobernadas esencialmente a mano e impulsadas desde un eje comn de transmisin o de lnea. Dicho eje de transmisin era impulsado por un gran motor de uso continuo el cual accionaba mediante una correa tales mquinas en el momento que fuese necesario, una de las desventajas principales que este sistema de transmisin de potencia fue que no era conveniente para una produccin de nivel elevada. El funcionamiento automtico de una mquina se obtiene exclusivamente por la accin del motor y del control de la mquina. Este control algunas veces es totalmente elctrico y otras veces suele combinarse al control mecnico, pero los principios bsicos aplicados son los mismos. Una mquina moderna se compone de tres partes principales que son las siguientes: La mquina destinada a realizar una labor determinada. El motor, el cual es seleccionado considerando los requisitos de la mquina en cuanto a la carga, tipo de trabajo y de servicio para el cual se requiere. El sistema de control, que est estrechamente relacionado a las condiciones de funcionamiento tanto del motor como de la mquina.


2.2.1. Tipos de Controles Elctricos Estos pueden ser del tipo: 2.2.1.1. Manual

Este tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que est colocada la mquina. Este control es el ms sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para el arranque de motores pequeos a tensin nominal. Este tipo de control se utiliza frecuentemente con el propsito de la puesta en marcha y parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagntico equivalente. El arrancador manual proporciona generalmente proteccin contra sobrecarga y desenganche de tensin mnima, pero no proteccin contra baja tensin. Este tipo de control abunda en talleres pequeos de metalisteria y carpintera, en que se utilizan mquinas pequeas que pueden arrancar a plena tensin sin causar perturbaciones en las lneas de alimentacin o en la mquina. Una aplicacin de este tipo de control es una mquina de soldar del tipo motor generador. El control manual se caracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botn para que se efecte cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la mquina o del equipo en cuestin. 2.2.1.2. Semiautomtico

Los controladores que pertenecen a esta clasificacin utilizan un arrancador electromagntico y uno o ms dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos anlogos. Quizs los mandos ms utilizados son las combinaciones de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente econmica. El control semi16Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

automtico se usa principalmente para facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible. La clave de un sistema de control semiautomtico es el hecho de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagntico. 2.2.1.3. Automtico

Un control automtico est formado por un arrancador electromagntico o contactor controlado por uno o ms dispositivos pilotos automticos. La orden inicial de marcha puede ser automtica, pero generalmente es una operacin manual, realizada en un panel de pulsadores e interruptores. En algunos casos el control puede tener combinacin de dispositivos manuales y automticos. Si el circuito contiene uno o ms dispositivos automticos, debe ser clasificado como control automtico. 2.2.2. Automatizacin 2.2.2.1. Qu es un sistema automatizado?

La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnolgicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales, la parte de mando y la parte operativa La Parte de Mando suele ser un autmata programable (tecnologa programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban rels electromagnticos, tarjetas electrnicas o mdulos lgicos neumticos (tecnologa cableada) . En un sistema de fabricacin automatizado el autmata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado. La Parte Operativa es la parte que acta directamente sobre la mquina. Son los elementos que hacen que la mquina se mueva y realice la operacin deseada. Los elementos que forman la parte operativa 17Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

son los accionadores de las mquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera 2.2.2.2. [1]

Objetivos de la Automatizacin

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la produccin y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulacin del proceso productivo. Integrar la gestin y produccin.

2.2.3. Autmata Programable Industrial (PLC)

2.2.3.1.

Definicin

Un autmata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrnico diseado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la informacin recibida por los captadores y el accionadores de la instalacin 2.2.3.2.[2]

programa lgico interno, actuando sobre los

Campos de Aplicacin

El PLC por sus especiales caractersticas de diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. La constante evolucin del hardware y software ampla 18Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, sealizacin, etc., por tanto, su aplicacin abarca desde procesos de fabricacin industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin, la modificacin o alteracin de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: Espacio reducido Procesos de produccin peridicamente cambiantes Procesos secuenciales Maquinaria de procesos variables Instalaciones de procesos complejos y amplios Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso

Ejemplos de aplicaciones generales: Maniobra de mquinas Maquinaria industrial de plstico Mquinas de transferencia Maquinaria de embalajes Maniobra de instalaciones Instalacin de aire acondicionado, calefaccin... Instalaciones de seguridad Sealizacin y control Chequeo de programas Sealizacin del estado de procesos 19Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

2.2.3.3.

Ventajas e Inconvenientes

No todos los autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones tcnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones obligan e referirse a las ventajas que proporciona un autmata de tipo medio 2.2.3.3.1. Ventajas Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que: o No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas booleanas, ya que, por lo general la capacidad de almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente grande. o La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos. Mnimo espacio de ocupacin. Menor costo de mano de obra de la instalacin. Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la confiabilidad del sistema, al eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden indicar y detectar averas. Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo autmata. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado. Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el autmata sigue siendo til para otra mquina o sistema de produccin. 20Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

2.2.3.3.2. Inconvenientes Como inconvenientes se puede hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido, pero hoy en da ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento. El costo inicial tambin puede ser un inconveniente.

2.2.3.4. fabricacin.

Funciones Bsicas de un PLC

Deteccin:

Lectura de la seal de los captadores distribuidos por el sistema de

Mando:

Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina:

Mantener un dilogo con los operarios de produccin, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programacin:

Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicacin del autmata. El dialogo de programacin debe permitir modificar el programa incluso con el autmata controlando la maquina.


Redes de comunicacin:

Permiten establecer comunicacin con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicacin y el intercambio de datos entre autmatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisin:

Tambin los autmatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisin industrial. Esta comunicacin se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexin por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos:

Adems de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autmatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de mdulos de entrada y salida analgicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que estn programados en el autmata.

Entradas- Salidas distribuidas:

Los mdulos de entrada-salida no tienen porqu estar en el armario del autmata. Pueden estar distribuidos por la instalacin, se comunican con la unidad central del autmata mediante un cable de red.

Buses de campo:

Mediante un solo cable de comunicacin se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autmata consulta cclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.


2.3. Dispositivos de Accionamiento Elctrico

2.3.1. Dispositivos de Mando Estos aparatos nos permiten el manejo de las instalaciones. Se denominan as a los interruptores, palancas de mando, pulsadores, entre otros. Diferenciamos dos tipos de aparatos de mando: Aparatos de Mando Permanente: Son aquellos que al ser accionados permanecen en su nueva posicin hasta que se acte nuevamente sobre ellos para devolverles a su posicin inicial. Como ejemplo tenemos los selectores o conmutadores que se mantienen en la posicin seleccionada hasta que se acte de nuevo sobre ellos y pueden conectar uno o varios circuitos. Aparatos de Mando Instantneo (a Impulsos): Son aquellos que una vez accionados recuperan la posicin inicial en el momento en que se deja de actuar sobre ellos. Como ejemplo claro los Pulsadores Se sitan en el interior de cajas llamadas cajas de pulsadores que son de aluminio colado o polister con fibra de vidrio. Entre algunos de estos elementos de mando se pueden definir los siguientes:

2.3.1.1.

Interruptor

Un interruptor elctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente elctrica. En el mundo moderno las aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciente un bombillo, 23Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

hasta un complicado selector de transferencia automtico de mltiples capas controlado por computadora. Su expresin ms sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte mvil que en una de sus posiciones hace presin sobre los contactos para mantenerlos unidos. 2.3.1.2. Pulsador

Un botn o pulsador es un dispositivo utilizado para activar alguna funcin. Estos son de diversa forma y tamao y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos elctricos o electrnicos. Los botones son por lo general activados al ser pulsados, normalmente con un dedo 2.3.1.3. Palanca de Mando

Es una unidad considerada como Master Switch o manipulador en aplicaciones donde se requiere de varios puntos de aceleracin en el accionamiento de motores elctricos para conseguir distintas velocidades segn las necesidades de la tarea a realizar por los componentes mecnicos del sistema controlado. En su mayora estn constituidos por varios bloques de contactos que van cambiando de una condicin normalmente abierto a normalmente cerrado viceversa, dependiendo del punto en que est posicionado la palanca de mando. Sin embargo, existen en el mercado dispositivos de este tipo basados en potencimetros encargados de enviar las seales de mando a travs de una referencia de tensin en vez de una seal 1 0 como en el anterior.


2.3.2. Dispositivos de Control Se consideran as a los elementos de accionamiento elctrico que permiten la conjugacin de las seales de entrada de control en la lgica de programacin para cumplir con los objetivos del controlador[3]

Entre algunos de estos elementos se pueden definir los siguientes: 2.3.2.1. Rel Auxiliar

Son aquellos contactos cuya funcin especfica es permitir o interrumpir el paso de corriente a las bobinas de los contactores a los elementos de sealizacin, por lo cual estn diseados para intensidades dbiles. stos actan tan pronto se energiza la bobina a excepcin de los retardados. Existen dos clases: Contactos A: llamados tambin instantneos de cierre, cuya

funcin es cerrar un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen. Contactos C: llamados tambin de instantneos apertura, cuya funcin es abrir un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen. Uno de los contactos auxiliares NA debe cumplir la funcin de asegurar la autoalimentacin de la bobina, por lo cual recibe el nombre especfico de auxiliar de sostenimiento o retencin. Estos rels funcionan cuando la bobina es recorrida por una corriente elctrica que genera un campo magntico intenso, de manera que el ncleo atrae con un movimiento muy rpido. Al producirse este movimiento, todos los contactos del contactor (tanto principales como auxiliares) cambien de posicin solidariamente: Los contactos cerrados se abren y los abiertos se cierran. Para volver los contactos a su posicin inicial reposo basta con desenergizar la bobina. 25Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

2.3.2.2.

Temporizador

El circuito electrnico que ms se utiliza tanto en la industria, es el circuito temporizador o de retardo, dentro de la categora de temporizadores, cabe destacar el ms econmico y tambin menos preciso consiste en una resistencia y un condensador, a partir de aqu se puede contar con un sinfn de opciones y posibilidades. Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la necesidad de precisin en el tiempo, base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepcin y diseo. Como se ha mencionado anteriormente un temporizador bsicamente consiste en un elemento que se activa o desactiva despus de un tiempo ms o menos preestablecido. De esta manera podemos determinar el parmetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de temporizarse, se detenga o empiece a funcionar o simplemente cierre un contacto o lo abra. 2.3.2.3. Transductor

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energa de entrada, en otra diferente de salida. Es un dispositivo usado principalmente en la industria para obtener informacin de entornos fsicos y qumicos y conseguir (a partir de esta informacin) seales o impulsos elctricos o viceversa. Adems, son dispositivos que sirven de interfaz para controladores lgicos programables al transformar seales desde un nivel de tensin considerable a un nivel de 0-10 V 4 a 20 mA que permita la utilizacin de estas seales en el controlador. 2.3.3. Actuadores o Dispositivos de Salida de Control En su mayora, los elementos encargados de ejecutar esta accin se denominan contactores. Estos dispositivos bsicamente constituyen el elemento final del sistema de control encargados de accionar uno o varios motores 26Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

considerados como las unidades de fuerza a controlar. Los contactores son dispositivos electromagnticos, en el sentido de que en ellos se producen fuerzas magnticas cuando pasan corrientes elctricas por las bobinas del hilo conductor que estos poseen y que respondiendo a aquellas fuerzas se cierran o abren determinados contactos por un movimiento de ncleos de succin o de armaduras mviles. Estos dispositivos se componen de los siguientes elementos: 2.3.3.1. El Electro-imn

Es el elemento motor del contactor. Se compone de un circuito magntico, (una bobina y un ncleo de hierro). Su forma vara en funcin del tipo del contactor y puede eventualmente diferir segn sea la naturaleza de corriente de alimentacin alterna o continua. Un pequeo entre-hierro evita en el circuito magntico en posicin de cierre, todo riesgo de remanencia. Los resortes son los que aseguran la presin entre los polos al momento en que la bobina est energizada. 2.3.3.2. La Bobina

Produce el flujo magntico necesario para la atraccin de la armadura mvil del electro-imn. Est concebida para resistir a los choques mecnicos provocados por el cierre y la apertura de los contactores, as como a los choques electromagnticos debido al paso de la corriente por sus espiras. Las bobinas empleadas actualmente son muy resistentes a las sobretensiones, a los choques, a las atmsferas agresivas; estn realizadas en hilo de cobre de esmalte reforzado; algunas son reforzadas en cuanto a su construccin.


2.3.3.3.

Los Polos

Son los encargados de establecer o interrumpir la corriente en el circuito de potencia. Estos a su vez estn elaborados para permitir el paso de la corriente nominal del contactor en servicios continuos sin calentamiento anormal. Se componen de una parte fija y de otra mvil. Los polos estn generalmente equipados de contactos de plata-xido de cadmio, material inoxidable de una gran resistencia tanto mecnica como al arco elctrico. Cuando el contactor corta en carga; esta carga es cortada para resolver determinados problemas de automatismo. Los polos estn formados por contactos los cuales pueden tener las diferentes combinaciones: Contacto Instantneo de Cierre (NA), abierto cuando el contactor est en reposo y cerrado cuando el electro-imn est en tensin. Contacto Instantneo de Apertura (NC), cerrado cuando el contactor est en reposo y abierto cuando el electro-imn est en tensin. Contacto Instantneo (NANC), cuando el contactor est en reposo uno de los contactos est cerrado mientras que el otro permanece abierto. Cuando cierra el circuito magntico los contactos se invierten.


2.4.

Motores Elctricos2.4.1. Definicin

Son mquinas que convierten la energa elctrica en energa mecnica de rotacin, para suministrar potencia motriz a una amplia variedad de maquinaria domstica e industrial. Existen varios mtodos para clasificar los motores elctricos, con base a la alimentacin de energa elctrica, los motores se clasifican como de corriente continua (dc) o alterna (ac) 2.4.2.[4]

.

Motor de Corriente Directa

Es una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, principalmente mediante el movimiento rotativo. Se usan en una amplia variedad de aplicaciones industriales en virtud de la facilidad con la que se puede controlar la velocidad. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores elctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen traccin sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta mquina de corriente continua es una de las ms verstiles en la industria. Su fcil control de posicin, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatizacin de procesos. Pero con la llegada de la electrnica han cado en desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios ms accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente continua contina y se usan en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvas) o de precisin (mquinas, micromotores, etc.) La principal caracterstica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vaco a plena carga. Una mquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da 29Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

soporte mecnico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilndrica. En el estator adems se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre ncleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilndrica, tambin devanado y con ncleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. Los motores de cd de campo devanado se clasifican como: 2.4.2.1. Motor en Derivacin

El devanado est conectado en paralelo con la armadura, se utiliza en aplicaciones de velocidad constante. 2.4.2.2. Motor Devanado en Serie

El devanado del campo est conectado en serie con la armadura, se usa en aplicaciones en las que se requiere un alto par de arranque, como en la traccin elctrica, gras, etc. 2.4.2.3. Motor en Compound

En el que se tiene un devanado del campo en serie y otro en paralelo, la cada de la caracterstica velocidad-par se puede ajustar para que se adecue la carga 2.4.3. Motores de Corriente Alterna Se define como una mquina rotativa conformada por un inducido y un estator. A travs del estator circula una corriente alterna que produce un flujo de campo magntico que inicia el movimiento del rotor en un determinado sentido gracias al efecto de la ley de Faraday. Hay dos clases principales de motores de este tipo: los motores sncronos y los motores de induccin.


2.4.3.1.

Motores Sncronos.

Son un tipo de motor elctrico de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y viene determinada por la frecuencia de la tensin de la red a la que est conectado y por el nmero de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". La expresin matemtica que relaciona la velocidad de la mquina con los parmetros mencionados es:

donde: f: Frecuencia de la red a la que est conectada la mquina (Hz) p: Nmero de pares de polos que tiene la mquina (nmero adimensional) n: Velocidad de sincronismo de la mquina (revoluciones por minuto) Por ejemplo, si se tiene una mquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una red de 50 Hz, la mquina operar a 1500 r.p.m. 2.4.3.2. Motores Asncronos

Son un tipo de motores elctricos de corriente alterna. El motor asncrono trifsico est formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifsicas y estn desfasadas entre s 120. Segn el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifsicas, se induce un campo


magntico giratorio que envuelve al rotor. Este campo magntico variable va a inducir una tensin en el rotor segn la Ley de induccin de Faraday:

Entonces, se da el efecto Laplace ( efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente elctrica, inmerso en un campo magntico experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultneamente se da el efecto Faraday ( efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magntico se induce una tensin. El campo magntico giratorio gira a una velocidad denominada de sincronismo. Sin embargo el rotor gira algo ms despacio, a una velocidad parecida a la de sincronismo. El hecho de que el rotor gire ms despacio que el campo magntico originado por el estator, se debe a que si el rotor girase a la velocidad de sincronismo, esto es, a la misma velocidad que el campo magntico giratorio, el campo magntico dejara de ser variable con respecto al rotor, con lo que no aparecera ninguna corriente inducida en el rotor, y por consiguiente no aparecera un par de fuerzas que lo impulsaran a moverse. Los motores asncronos o de induccin se encuentran clasificados segn el diseo del rotor. Sin embargo, independientemente del diseo del rotor, en el estator se encontrar siempre tres devanados desfasados 2/3P, siendo P la cantidad de pares de polos de la mquina. Los tipos de motor asncronos son:

2.4.3.2.1. Motores de Rotor Devanado En estos motores los devanados del rotor son similares a los del estator con el que est asociado. El nmero de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator; pero, lo que si tiene que ser igual es el nmero de polos. Los devanados del rotor estn conectados a anillos colectores montados 32Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

en el eje que permiten realizar en estos motores variaciones en el arranque del motor y de este modo, adaptar las curvas de par-velocidad para aplicaciones en que se necesita un par de arranque mximo como en el caso de gras. Estos anillos hacen contacto con unas escobillas, generalmente de grafito, unidas solidariamente al estator que permiten realizar el contacto del rotor al exterior a travs de los bornes de conexin. Aunque desde el punto de vista constructivo el motor de rotor bobinado es mas complejo y menos robusto que el de jaula de ardilla, permite obtener un par aproximadamente 2.5 veces mayor al nominal , adems de reducir la corriente de arranque y permitir la regulacin de velocidad mediante la insercin de resistencias en el circuito rotrico.. 2.4.3.2.2. Motores con Rotor de Jaula de Ardilla Los conductores del rotor bobinado estn distribuidos igualmente por la periferia del rotor y estn conectados entre si, lo que impide el contacto del devanado del rotor con el exterior. Est formado por barras de cobre o aluminio dispuestas en ranuras inclinadas en la corona rotrica y unidas en sus extremos a dos anillos del mismo material para mejorar las propiedades de arranque y disminuir los ruidos. Aunque son motores mas baratos y ampliamente utilizados en la industria en general, el par de arranque en estos motores es relativamente bajo y la intensidad que absorben en el momento del arranque es bastante alta.

2.4.3.3. Arranque de Motores Asncronos Para el arranque de los motores asncronos se requiere una corriente elevada que puede provocar una cada de tensin en los dems consumidores, 33Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

de manera especial si la seccin de los cables de alimentacin del motor no es lo suficientemente grande. Muchas veces, esta cada de tensin resulta perceptible en los aparatos de alumbrado. En el arranque de motores asncronos conectados directamente a la red elctrica la corriente inicial puede llegar a ser 6 veces superior a la nominal, y su par de arranque inicial 1.5 veces mayor que el nominal.

Figura 2.2. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque Directo

Para evitar este incremento de la corriente y del par se suelen utilizar diversos sistemas de arranque que limitan la corriente en el instante inicial. En el caso de los motores de jaula de ardilla, los mtodos de arranque que se


utilizan se basan en una reduccin de la tensin aplicada en los bornes del estator del motor. Estos mtodos son : Insercin de una impedancia estatrica. Arranque estrella-tringulo Arranque por autotransformador. Insercin de una impedancia rotrica. Arrancador esttico[5]

En el caso de los motores de rotor bobinado, adems de los mtodos anteriores, existe la posibilidad de agregar un conjunto de resistencias en el circuito del rotor gracias a los anillos rozantes.

2.4.3.3.1. Arranque con Impedancia en el Estator En este tipo de arranque se busca disminuir la tensin aplicada en los bornes del estator del motor por medio de la inclusin de resistencias. En el momento del arranque estarn conectadas y posteriormente, cuando el motor adquiera velocidad, se irn desconectando paulatinamente.

Figura 2.3. Circuito de Potencia y Control para un Arranque con Resistencias en el Estator.


2.4.3.3.2. Arranque por Autotransformador En este mtodo de arranque se conecta un autotransformador trifsico alimentando al estator con una tensin menor que la nominal, de tal forma que la corriente de arranque sea la deseada. Cuando el motor alcanza las condiciones de funcionamiento se desconecta el autotransformador y se alimenta al motor con tensin nominal. Este mtodo se aplica a motores cuya potencia nominal es mayor a 5 Kw.

Figura 2.4. Circuito de Potencia para un Arranque por Autotransformador.

Este proceso se acostumbra a ser realizado en dos o tres pasos con tensiones no inferiores al 40-60 y 75 % de la tensin nominal de alimentacin del motor. Este mtodo de arranque posee los siguientes inconvenientes: Disminuye el par de arranque al disminuir la tensin de alimentacin en un factor x2, siendo x el factor de reduccin de la tensin de alimentacin. 36Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensin a otra. Aumenta el tiempo de arranque.

Figura 2.5. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque por Autotransformador

2.4.3.3.3. Arranque Estrella-Tringulo Este mtodo de arranque se puede aplicar tanto a motores de rotor en jaula de ardilla como a motores de rotor devanado, la nica condicin que se debe cumplir es que se tenga completo acceso a los bornes de conexin del estator. Este tipo de arranque consiste en aplicar en el arranque la tensin nominal del motor en la conexin de tringulo cuando ste est conectado en 37Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

estrella, con lo que la tensin de alimentacin del motor se reducir en 3 y el par de arranque en 1/3. Una vez que el motor ha empezado a girar ( se aconseja pasar de la conexin estrella a tringulo cuando se haya conseguido al menos el 80% de la velocidad nominal), se conmuta la conexin de los devanados a tringulo, con lo que se le est aplicando la tensin nominal de alimentacin.

Figura 2.6. Circuito de Potencia para un Arranque Estrella-Tringulo

Este mtodo presenta los siguientes inconvenientes: Disminuye el par de arranque al disminuir la tensin de alimentacin en un factor de 1/3. El motor se deja de alimentar durante el cambio de la conexin de estrella a tringulo en los devanados del estator Aumenta el tiempo de arranque. 38Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Figura 2.7. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque Estrella-Tringulo.

2.4.3.3.4. Arranque por Variacin de Resistencias en el Rotor Slo en los motores de anillos rozantes se puede limitar la corriente de arranque por medio de la inclusin en el circuito rotrico de resistencias, que posteriormente, se irn cortocircuitando. El ajuste de tiempo para reducir la corriente inicial mediante este mtodo de arranque debe ser de dos segundos aproximadamente entre etapas de cortocircuito, de tal manera que el motor se aproxime a la velocidad de rango y as se reduzcan los KVA pico en el momento de la interrupcin. Todo este proceso mencionado anteriormente permite arrancar con un par mximo ideal para aplicaciones en gras. 39Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Figura 2.8. Circuito de Potencia para un Arranque con Variacin de Resistencias Rotricas de Tres Etapas.

Este mtodo presenta los siguientes inconvenientes: El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensin a otra. Aumenta el tiempo de arranque Es un mtodo caro puesto que los motores de rotor devanado son ms caros que los de jaula de ardilla. Aumentan las prdidas, debido a la potencia disipada en la resistencia adicional. 40Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Figura 2.9. Curvas Caractersticas para Motores Bajo Arranque con Variacin de Resistencias Rotricas.

2.4.3.3.5. Arrancador Esttico Este arranque est basado en un convertidor esttico, alterna-alterna, generalmente transistores, que permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicacin progresiva de tensin con la consiguiente limitacin de corriente y par de arranque. Este arrancador se puede dividir en dos partes, 41Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

como lo son el circuito de potencia con tiristores y el circuito de maniobra y de regulacin de tiristores. Al poner en servicio al equipo, los tiristores dejan pasar la corriente que alimenta al motor de acuerdo con la programacin realizada sobre el circuito de maniobra, que ir progresivamente aumentando hasta alcanzar los valores nominales de tensin de servicio. Generalmente el arranque de un motor con arrancador esttico no se inicia desde cero, sino que se parte de un valor mnimo de aproximadamente el 33% del valor nominal o de otro mayor, segn el tipo de motor y de arranque de que se trate. Este sistema de arranque ofrece las siguientes ventajas: No tiene elementos mviles, ni contactos, como es el caso de los contactores. Permite arranques suaves, sin transiciones ni saltos Limitacin de la corriente de arranque Posibilidad de ajustar en tiempo la rampa de aceleracin del motor Ahorra energa cuando el motor funcione parcialmente cargado, con accin directa sobre el factor de potencia. Detectar y controlar la falta de fase en la entrada y salida del equipo Control directo por autmata o por microprocesador sobre el arranque y marcha del motor Mejor rendimiento del motor El equipo no tiene limitacin en cuanto al nmero de arranques, como sucede con la vida de los contactos. 42Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

2.5. Proteccin de Motores ElctricosLa proteccin de los motores elctricos vara en forma considerable, y se puede decir que es menos estandarizada que la proteccin de otros aparatos o componentes de un sistema elctrico. Esto es como resultado de la gran variedad de tamaos, tipos y aplicaciones de los motores elctricos, de all que la proteccin se base principalmente en la importancia del motor.

2.5.1. Riesgos Durante la Operacin de un Motor Elctrico Durante la operacin de los equipos y aparatos elctricos se pueden presentar algunos riesgos de operacin que estn presentes en forma potencial. Los que se consideran normalmente son : [6]

Fallas por cortocircuito entre fases y/o a tierra. Dao trmico por: Sobrecarga Contnua o Intermitente Rotor Bloqueado (Falla en el arranque o frenado)

Condiciones anormales de operacin Operacin desbalanceada. Bajo voltaje o alto voltaje Inversin de fases Reenergizacin cuando se desconecta y an opera Condiciones ambientales desfavorables (alta temperatura, goteo, amortiguamiento) Secuencia de arranque incompleta

En ocasiones, estas fallas se reclasifican como: Trabajo de Grado

Propias del motor 43Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

Fallas de aislamiento. Fallas en las chumaceras. Fallas mecnicas Debidas a la carga Sobrecarga Frenado Alta inercia Debidas al ambiente Problemas de ventilacin Ambientes contaminados, hmedos o altas temperaturas Debido a la operacin Sincronizacin, cierre o recierre fuera de fase Ciclo de trabajo severo Arranque y frenado Debidas a la fuente de alimentacin Cortocircuito, fases abiertas Sobrevoltaje o bajo voltaje Inversin de fases

2.5.2. Caractersticas de los Motores a Considerar en la Proteccin Cuando se estudia la proteccin de motores elctricos, es necesario considerar con cierto detalle algunas de sus caractersticas de operacin como son: Las curvas de corriente de arranque Las curvas de capacidad trmica, que deben incluir el lmite trmico a rotor bloqueado.


La constante K de las relaciones entre resistencias del rotor.

Los lmites trmicos son tres curvas distintas, las cuales en muchos casos se dibujan a una curva general. Estos lmites trmicos son zonas relativamente indeterminadas que se desean tener representadas por una curva especfica. La porcin de corriente mas alta, indica el nmero permisible de veces la corriente a rotor bloqueado que representa el tiempo en que el rotor puede permanecer en reposo despus que el motor ha sido energizado antes de que ocurra el dao trmico en las barras del rotor y los anillos colectores. La curva de lmite trmico de aceleracin de la corriente a rotor bloqueado a la corriente de par de arranque del motor es de aproximadamente el 75% de la velocidad. Finalmente, la curva de lmite trmico de operacin que representa la capacidad de sobrecarga del motor durante la operacin en emergencia.

2.5.3. Fundamentos para la Proteccin de Motores Elctricos Los fundamentos bsicos de la proteccin de motores elctricos,

establecen que se debe permitir operar por encima, pero sin exceder demasiado sus lmites trmicos y mecnicos, para sobrecargas y condiciones de operacin anormales, proporcionando la mxima sensibilidad para fallas. Todos los motores se deben proteger contra sobrecargas peligrosas y fallas en el arranque, por medio de un dispositivo trmico sensible a la corriente. Si la sobrecorriente es por falla, se deben usar fusibles o interruptores con la capacidad adecuada. Segn el tipo de escenario de falla hay dispositivos que pueden ser utilizados para garantizar la estabilidad del sistema elctrico y de la integridad del motor, tal como se puede observar a continuacin:


2.5.3.1.Proteccin Contra Falla de Fase Para este tipo de falla, se pueden usar relevadores de sobrecorriente del tipo instantneo no direccionales. Por lo general, estas fallas producen una corriente mayor que la de arranque a rotor bloqueado. La contribucin del motor al cortocircuito es relativamente pequea y decae rpidamente en unos cuantos ciclos. Los transformadores de corriente (TCs) que alimentan a estos

relevadores se deben seleccionar de manera que la mxima corriente del motor proporcione entre 4A y 5A en el secundario. Estos relevadores se deben ajustar arriba de la corriente a rotor bloqueado y debajo de la mnima corriente de falla.

2.5.3.2.Sobrecorriente Instantnea de Fase El propsito de esta proteccin, es detectar condiciones de falla de fase con retardo no intencional. Esta proteccin se logra con la aplicacin de relevadores de sobrecorriente instantneos de fase, alimentados por TCs de fase, junto a interruptores de medio voltaje y contactores tipo arrancador de medio voltaje sin fusibles de potencia. La implementacin de esta proteccin permite: Limitar los daos en el punto de falla. Limitar la variacin de voltaje que acompaa a la falla. Limita la posibilidad de que la falla se extienda y provoque fuego o dao por explosin.


Entre las protecciones que se encuentran para sobrecorrientes de tipo instantneo, se pueden considerar los dispositivos de sobrecorriente de accin instantnea y directa, tales como los interruptores para motores en baja tensin, los fusibles que brindan proteccin rpida contra cortocircuito en motores de media y baja tensin.

2.5.3.3.Sobrecorriente de Fase con Retardo de Tiempo El propsito de esta proteccin est dirigido a detectar fallas al acelerar a velocidad nominal en el intervalo normal de arranque as como detectar fallas momentneas de baja magnitud.

2.5.3.4.Sobrecargas Para proteger un motor ante este escenario de falla, se usan interruptores termomagnticos electromagnticos. Estos dispositivos se ajustan considerando lo establecido en el Cdigo Elctrico Nacional, para motores de servicio contnuo mayores a 1 HP. En este caso se aplica un factor no mayor al 125% de la corriente a plena carga, para un factor de servicio no menor 1.15 y elevaciones de temperatura no mayores a 40 C. En cualquier otro caso, se aplica un factor del 115%. Cuando los valores indicados anteriormente no sean suficientes para arrancar el motor, se permitir tomar los valores superiores, sin exceder los siguientes lmites: Un factor de 140% de la corriente a plena carga para motores con factor de servicio no menor a 1.15 y elevacin de temperatura no mayor a 40 C. Un factor de 130% para todos los dems motores


CAPITULO III

MARCO METODOLGICO

3.1.

Tipo de Investigacin

Aplicada: Puesto que el desarrollo de este proyecto se lleva a cabo con procedimientos de trabajo que se rigen los principios fundamentales de la electricidad, con el fin de obtener una mejora en el sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 de Tandem I en laminacin en fro de la empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro.

Proyectiva: Debido a que el objetivo principal que persigue este proyecto lo constituye la realizacin de una propuesta de rediseo para el sistema elctrico de los sistemas motrices de la gra puente CSM-6 a partir del estudio de los procesos realizados actualmente por los sistemas de control y protecciones instalados.

Trabajo de Grado


3.2.

Diseo de la Investigacin

3.2.1. Documental: Se considera este proyecto con diseo documental debido a que las principales fuentes de informacin tcnica y registro de fallas se encuentran condensados en reportes, avisos, hojas de inspeccin y planos elctricos registrados por la empresa que son de validez ante cualquier evaluacin y/o auditoria y forman parte de la base de datos de su sistema de gestin y registro.

3.2.2.

o Experimental de Campo: A pesar de que una

de las

estrategias a seguir para llevar a cabo este proyecto ser la observacin directa del sistema de control y las protecciones de la gra CSM-6, no se realizarn experimentos con ellos por la condiciones universitario. que establece la empresa para el estudiante

3.3.

Poblacin y MuestraEl rea de laminacin en fro cuenta con una poblacin de cincuenta

y cuatro gras dispuestas en las distintas reas que la conforman. El rediseo del sistema elctrico desarrollado en este proyecto se aplicar sobre una muestra constituida por los sistemas que ponen en funcionamiento al puente, carro e izaje de la gra puente CSM-6 ubicada en Tandem I. 49Trabajo de Grado Br. Jorge L. Tovar G. C.I. 18.231.908.

3.4.

Materiales y Equipos a Utilizar Para la observacin directa del estado fsico en el que se encuentra el sistema elctrico de control analgico y las protecciones de los sistemas motrices de la gra CSM-6 se utilizar una cmara fotogrfica Kodak 12x. Para obtener los registros de falla relacionados al sistema de control analgico y protecciones de la gra CSM-6 se usar los informes de aviso de falla emitidos por el software SAP, que ejecuta funciones de registro y lectura de la base de datos cargada con las contingencias de las diversas plantas que conforman a la empresa Siderrgica del Orinoco Alfredo Maneiro El Software ZelioSoft2 para la programacin y simulacin de los rels programables esclavos que conformarn el sistema elctrico modificado para los sistemas motrices de la gra CSM-6. El Software TwidoSoft para la programacin y simulacin

del autmata programable maestro que conformar el sistema elctrico modificado para los sistemas motrices de la gra CSM-6. Paquete de manejo de datos, Microsoft office para la

elaboracin y edicin del informe final de este proyecto.


3.5.

Procedimiento a SeguirPara desarrollar la propuesta del rediseo del sistema elctrico de los

sistemas motrices de la gra puente CSM-6 es necesario

Tg-jorge Luis Tovar Goitia-V18231908

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