UNIDAD V

UNIDAD 5

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos.

La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana.

Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.

MARCO TEORICO

El área de automatización desarrolla actividades educativas de investigación y desarrollo y de extensión, en el área de sistemas dinámicos y sus aplicaciones al control automático, teoría de señales, identificación, modelamiento e Instrumentación.

Dentro de las actividades educativas, el área de Automatización desarrolla cursos de pregrado involucrados dentro de los programas académicos de la Facultad de Ingeniería, y un curso de postgrado Itinerante.

En el área de Investigación y desarrollo, del Programe ofrece asesoría y soporte en el desarrollo e implementación de nuevas técnicas en el área de instrumentación, identificación, tratamiento de señales, ajuste y diseño de controladores.

La apertura ha mostrado que, a pesar de existir en el país, un elevado número de industrias en todos los campos de la producción, la gran mayoría no está en capacidad de competir en los Mercados Internacionales, tanto en cantidad como en calidad. La explicación salta a la vista cuando se observa y analiza el parque de máquina y equipo empleados. Este está formado por una amplia gama de tecnologías, la mayoría de ellas con una alta participación manual en sus procesos. Como resultado, su rendimiento es mínimo y no hay homogeneidad en los bienes producidos. El pretender reponer el parque industrial por aquel do alta tecnología do punta, os una tarea que raya en lo imposible para la casi totalidad de las empresas debido a los altos costos que ello representa. Se puede contar con los dedos de las manos las actuales empresas nacionales que podrían hacerlo. Sin embargo, lo anterior no debe ser una razón para permanecer en el actual estado do atraso. Existen soluciones viables para que cada uno de los grupos o niveles tecnológicos y aprovechando sus propias máquinas y equipos, Implanten una automatización acorde a sus condiciones. Para formar el recurso humano capaz de diseñar y dirigir esta labor, se ha estructurado el programa académico a nivel de Pregrado de Ingeniería en Automatización Industrial.

CONTROL DE MOTORES ELÉCTRICOS

 

El control de la energía eléctrica, es básica cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial está relacionada en primer lugar con el control del equipo eléctrico industrial y sus procesos relacionados.

Cuando se trabaja con equipo eléctrico industrial, es necesario y fundamental, tener la habilidad para leer diagramas esquemáticos; aunque hay distintos tipos de diagramas relacionados con el equipo eléctrico. Existen otros diagramas relacionados con este equipo, como son: el diagrama de bloques, de interconexión, de alambrado, de disposición, los isométricos y los diagramas de construcción.

Existen, algunas condiciones que deben considerarse al seleccionar, diseñar, instalar o dar mantenimiento al equipo de control del motor eléctrico.

E1 control del motor era un problema sencillo cuando se usaba una flecha maestra común, a la que se conectaban varias máquinas, porque el motor tenía que arrancara parar sólo unas cuantas veces al día. Sin embargo, con la transmisión individual el motor ha llegado a ser casi una parte integrante de la máquina y es necesario diseñar el controlador para ajustarse a sus necesidades. 

CONTROL DEL MOTOR

Es un término genérico que significa muchas cosas, desde un simple interruptor de volquete hasta un complejo sistema con componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores. Sin embargo, la función común es la misma en cualquier caso: esto es, controlar alguna operación del motor eléctrico. Por lo tanto, al seleccionar e instalar equipo de control para un motor se debe considerar una gran cantidad de diversos factores a fin de que aquél pueda funcionar correctamente junto a la máquina para la que se diseña. 

PROPÓSITO DEL CONTROLADOR

Algunos de los factores a considerarse respecto al controlador, al seleccionarlo e instalarlo, pueden enumerarse como sigue:

Arranque.

El motor se puede arrancar conectándolo directamente a través de la línea. Sin embargo, la máquina impulsada se puede dañar si se arranca con ese esfuerzo giratorio repentino. El arranque debe hacerse lenta y gradualmente, no sólo para proteger la máquina, sino porque la oleada de corriente de la línea durante el arranque puede ser demasiado grande. La frecuencia del arranque de los motores también comprende el empleo del controlador.

Parada.

Los controladores permiten el funcionamiento hasta la detención de los motores y también imprimen una acción de freno cuando se debe detener la máquina rápidamente. La parada rápida es una función vital del controlador para casos de emergencia. Los controladores ayudan en la acción de parada retardando el movimiento centrífugo de las máquinas y en las operaciones de las grúas para manejar cargas.

Inversión de la rotación.

Se necesitan controladores para cambiar automáticamente la dirección de la rotación de 1as máquinas mediante el mando de un operador en una estación de control. La acción de inversión de los controladores es un proceso continuo en muchas aplicaciones industriales.

Marcha.

Las velocidades y características de operación deseadas, son, función y propósito directos de los controladores. Éstos protegen a los motores, operadores, máquinas y materiales, mientras funcionan.

Control de velocidad.

Algunos controladores pueden mantener velocidades muy precisas para propósitos de procesos. industriales, pero se necesitan de otro tipo para cambiar las velocidades de los motores por pasos o gradualmente.

Seguridad del operador.

Muchas salvaguardas mecánicas han dado origen a métodos eléctricos. Los dispositivos piloto de control eléctrico afectan directamente a los controladores al proteger a los operadores de la máquina contra condiciones inseguras.

Protección contra daños.

Una parte de la función de una máquina automática es la de protegerse a sí misma contra daños, así corno a los materiales manufacturados o elaborados. Por ejemplo, se impiden los atascamientos de los transportadores. Las máquinas se pueden hacer funcionar en reversa, detenerse, trabajar a velocidad lenta o lo que sea necesario para realizar la labor de protección.

Mantenimiento de los dispositivos de arranque.

Una vez instalados y ajustados adecuada mente, los arrancadores para motor mantendrán el tiempo de arranque, voltajes, corriente y troqué confiables, en beneficio de la máquina impulsada y el sistema de energía. Los fusibles, cortacircuitos e interruptores de desconexión de tamaño apropiado para el arranque, constituyen buenas prácticas de instalación que se rigen por los códigos eléctricos.

 CONTROL MANUAL

Interruptor de volquete.

Muchos motores pequeños se arrancan con interruptores de volquete. Esto significa que el motor arranca directamente, sin el empleo de interruptores magnéticos o equipo auxiliar. Los motores que se arrancan con interruptores de volquete se protegen mediante fusibles o cortacircuitos en el circuito derivado y, generalmente, impulsan ventiladores, sopladores u otras cargas por iluminación

Interruptor de seguridad.

En algunos casos se permite arrancar un motor directamente a través del voltaje completo de la línea, con un interruptor de seguridad accionado desde el exterior. El motor recibe protección en el arranque y durante la marcha, con la instalación de fusibles de doble elemento, retardadores de tiempo. El empleo de un interruptor de seguridad para el arranque es una operación manual, por supuesto, y tiene las limitaciones de la mayoría de los arrancadores manuales.

Controlador de tambor.

Los controladores de tambor son dispositivos manuales de interrupción, del tipo rotatorio, que se usan, a menudo, para invertir la dirección del movimiento de los motores y controlar la velocidad de las máquinas de c-a y c-c. Se pueden utilizar sin otros componentes de control en los motores de tamaño más pequeño, generalmente fraccionarios. En los motores de tamaño mayor, se emplean con arrancadores magnéticos, como dispositivos de control.

Tipo de placa frontal

Los controladores del tipo de placa frontal se han utilizado, durante muchos años, para el arranque de los motores de c-c. También se emplean para el control de la velocidad de¡ motor de inducción con rotor devanado. Los contactos de interrupción múltiple, montados cerca de un brazo selector en el frente de una placa aislada, incorporan el uso adicional de resistencias montadas en la parte trasera, como una unidad completa. El empleo de arrancadores de placa frontal ofrece características que no se encuentran en otros controladores manuales.

CIRCUITOS DE CONTROL MANUAL

Un diagrama básico de control expresado en la forma de diagrama de línea, es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito opere.

En la figura siguiente se muestra el diagrama de línea con los símbolos y el diagrama físico de cada componente para ilustrar el aspecto real de éstas y de su representación.

Obsérvese en el diagrama de línea, que las líneas gruesas y las obscuras Ll y L2 representan la alimentación (de fuerza) al circuito; el voltaje de alimentación se debe indicar en alguna parte del circuito y puede ser: 220 V, 440 V ó 2 300 v en corriente alterna.

Cuando se alimenta con voltaje de corriente directa debe indicar la polaridad con signo (- ó +) y los voltajes pueden ser: 50 V, 100 V, 200 V ó 250 V.

CONTROL AUTOMATICO

El concepto de control de motores eléctricos en su sentido más amplio comprende todos los métodos usados para el control del comportamiento de un sistema eléctrico. El sentido que se pretende en este capítulo, está relacionado con el arranque, aceleración, reversa, desaceleración y frenado de un motor y su carga.

Por otra parte el control de motores eléctricos se ha asociado tradicionalmente con el estudio de los dispositivos eléctricos que intervienen para cumplir con las funciones descritas en el párrafo anterior; sin embargo, en la actualidad el concepto de control de motores eléctricos, no sólo se refiere a los dispositivos eléctricos convencionales, también a dispositivos electrónicos, cuyo estudio se relaciona con la llamada electrónica de potencia, lo cual da un mayor grado de complejidad a los circuitos de control y por lo cual, su estudio requeriría de mayor detalle, no sólo en las componentes, sino también en la variedad de circuitos para distintas funciones que se presentan en las instalaciones industriales.

El motor se puede controlar desde un punto alejado, usando estaciones de botones. Deben incluirse interruptores magnéticos con las estaciones de botones para control remoto, o cuando los dispositivos automáticos no tengan la capacidad eléctrica para conducir las corrientes de arranque y marcha del motor. Si éste se controla automáticamente, pueden usarse los siguientes dispositivos.

El controlador de un motor eléctrico es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y paro, con un comportamiento en forma determinada Y en condiciones normales de operación.

El controlador puede ser un simple desconectador (switch) para arrancar y parar al motor, también una estación de botones para arrancar a éste en forma local o a control remoto. Un dispositivo que arranque el motor por pasos o para invertir su sentido de rotación, puede hacer uso de las señales de lo elementos por controlar, como son: temperatura, presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranqué o paro del motor, y que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad.

Cada circuito de control, por simple o complejo que sea, está compuesto de un cierto numero de componentes básicas conectadas entre sí para cumplir con un comportamiento determinado. El principio de operación de estos componentes es el mismo, y su tamaño varía dependiendo de la potencia del motor que va a controlar, aun cuando la variedad de componentes para los circuitos de control es amplia. Los principales elementos eléctricos para este fin, son los que a continuación se mencionan:

1. Desconectadores (switches).

2. Interruptores termomagnéticos.

3. Desconectadores (switches) tipo tambor.

4. Estaciones de botones.

5. Relevadores de control.

6. Relevadores térmicos y fusibles.

7. Contactores magnéticos

8. Lámparas piloto.

9. Switch de nivel, límite y otros tipos.

Interruptor de flotador. La elevación o descenso de un flotador unido mecánicamente a contactos eléctricos, puede arrancar bombas impulsadas por motor para vaciar o llenar tanques, según se desee. También se utilizan para abrir o cerrar válvulas de tubería para controlar fluidos.

Es un switch de baja potencia de mando que convierte una acción de tipo mecánico dada por el nivel o posición del agua, en una señal eléctrica que actúa en el circuito de control del motor para arrancar o parar. Su uso más frecuente se encuentra en equipos para bombeo, o bien del tipo hidroneumático y su función principal, es mantener los valores límite (definidos por límite máximo y límite mínimo) en cisternas y tinacos. Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo principio y están constituidos por un conjunto de contactos que se accionan por dispositivos mecánicos, ajustando los rangos de apertura y cierre.

Interruptor de presión. Los interruptores de presión se emplean para controlar la presión de los líquidos y gases (aire) dentro de una amplitud deseada. Los compresores de aire, por ejemplo, se arrancan directa o indirectamente de acuerdo con la demanda de más aire, mediante un interruptor de presión.

Reloj de control de tiempo. Cuando se requiere un periodo definido de "cerrado y abierto" prácticamente, sin necesidad de ajustes para largo s lapsos, pueden usarse relojes para control. Un arreglo típico es un motor que debe arrancar a la misma hora y detenerse cada noche a una hora determinada.

Termostato. junto con dispositivos piloto sensibles a los niveles de los líquidos, presiones de los gases, y hora del día, se utilizan ampliamente los termostatos sensibles a los cambios de temperatura. Éstos controlan indirectamente motores grandes en los sistemas de acondicionamiento de aire y en muchas aplicaciones industriales. Hay muchos tipos diferentes de termostatos e interruptores que funcionan por la acción de la temperatura.

Interruptor de límite. Los interruptores de límite se usan, probablemente, con más frecuencia, para parar máquinas, equipo y productos en proceso, durante el curso. Estos dispositivos piloto se emplean en circuitos de control de arrancadores magnéticos, para gobernar el arranque, la parada o la inversión de la rotación de los motores eléctricos.

Interconexión eléctrica o mecánica con otras máquinas. Es posible, y probable, que muchos de los dispositivos piloto eléctricos que se describen, se conecten juntos en un sistema de interconexión en el que la operación final de uno o muchos motores depende de la posición eléctrica de cada dispositivo piloto individual. Un interruptor de flotador puede demandar más líquido, pero éste no fluirá hasta que lo admita un interruptor de presión o un reloj de control de tiempo. La obtención de la habilidad para comprender todo el sistema operacional y la función de los componentes individuales, es vital en el diseño, instalación y mantenimiento de los controles eléctricos en cualquier sistema de interconexión eléctrica o mecánica. Es posible, con la práctica, transmitir el conocimiento de circuitos y descripciones para la comprensión de otros controles semejantes.

Es imposible, en cualesquiera materiales instructivos de control, mostrar cada sistema de interconexión diseñado e instalado individualmente. Sin embargo, comprendiendo las funciones básicas del control y los circuitos elementales, y tomando algún tiempo para trazar y dibujar los diagramas Mostrados, los difíciles sistemas de control de interconexión se tornarán mucho más fáciles de comprender. 

CONTROL AUTOMATICO DE MOTORES ELECTRICOS