Instrumentación y Dispositivo de Control Automático Para El Accionamiento de Bombas Eléctricas

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Universidad de la serenaFacultad de ingenieraDepartamento de ing. de minasServicio a la minera

Instrumentacin y dispositivo de control automtico para el accionamiento de bombas elctricas

Integrantes:-Natalia Aguirre Skarlis -Juan Arancibia Muoz-Felipe Campos Mndez-Gabriela Castillo Diaz-Nicols Escudero Barrera-Rosa Soto Hernndez

23 de mayo del 2014ndice

Introduccin2

Desarrollo del tema3

Componentes de los dispositivos controladores4

Arranque y parada6Clasificacin general de sistemas automticos de arranque y control:7

Comparacin entre mtodos de arranque de un motor elctrico.8

Arrancadores suaves8Ejemplos de arrancadores suaves:8

Ventajas y desventajas de los dispositivos de control automtico:10

Conclusin11

IntroduccinHoy en da, gracias al buen sustento econmico que ofrece la minera, por obvias razones se intenta lograr una mayor optimizacin en los diversos sistemas utilizados en la empresa minera. Y un importante factor para el eficiente logro de la extraccin del mineral, es la extraccin de las aguas presentes en este proceso.Al muchas veces ser imposible el desarrollo de las explotaciones, si es que no son removidas las aguas existentes en la mina, es necesario extraerlas, por eso mismo la tecnologa cumple una importante funcin. Es por eso que se debe disear una buena red de desage en la mina, lo cual se puede lograr de dos maneras, la primera evitando que entre en la mina, lo cual es la primera solucin factible que se puede llevar a cabo siguen de el orden lgico del ingreso acufero a la mina, lo cual se puede lograr atreves de la creacin de canales perimetrales, impermeabilizacin o desvos de cauces. Y la otra manera, que se ver en esta investigacin, es el bombeo del agua afuera de la mina.Por esa razn, el desarrollo de la investigacin ser precisamente los sistemas automticos de bombas elctricas, lo cual lleva a un ahorro monetario, y posibles problemas en el accionamientos de estas maquinas, que no son exactamente de bajo costo monetario, al automatizar estos mecanismos, existe una serie de ventajas y desventajas, que se vern en el informe, al igual que los distintos sistemas posibles de uso, ya que existen varias opciones distintas de automatizacin.

Desarrollo del temaAntes de entrar de lleno al tema, empezaremos por explicar brevemente algunos conceptos importantes para el desarrollo de este: Qu es el control automtico?Es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condicin midiendo el valor existente, comparndolo con el valor deseado y utilizando la diferencia para proceder a reducirla, en consecuencia, el control automtico exige un lazo cerrado de accin y reaccin que funcione sin intervencin humana. Las motobombas se pueden controlar desde un punto cercano o alejado, usando diferentes dispositivos de accionamiento de control, por ejemplo, nivel superior e inferior de un estanque, con los cuales monitoreamos automticamente sin necesidad de supervisin permanente.

Qu es un dispositivo de control automtico?El controlador de una motobomba es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y la detencin de la bomba, con un comportamiento en forma determinada y en condiciones normales de operacin.El controlador puede ser un simple switch para arrancar y parar a la motobomba, como tambin una estacin de botones para arrancar a ste en forma local o a control remoto. Un dispositivo que encienda el motor de la motobomba por los pasos que puedan controlar, como son: la presin, nivel de un lquido o cualquier otro cambio fsico que requiera el arranque o paro de la motobomba, y otras operaciones que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad.

Componentes de los dispositivos controladoresCada circuito de control, por simple o complejo que sea, est compuesto de un cierto nmero de componentes bsicos conectados entre s para cumplir con un comportamiento determinado. El principio de operacin de estos componentes es el mismo, y su tamao vara 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 elctricos para este fin, son los que a continuacin se mencionan: Des conectores (switches). Interruptores Estaciones de botones. Relevadores de control. Relevadores trmicos y fusibles. Contactores magnticos Lmparas piloto. Switch de nivel limite

Ahora, los principales componentes de los dispositivos que veremos en el informe, es decir, los dispositivos de control automtico para el accionamiento de bombas son: El Interruptor de flotador: La elevacin o descenso de un flotador unido mecnicamente a contactos elctricos, puede arrancar motobombas impulsadas por motor para vaciar o llenar tanques, segn se desee. Tambin se utilizan para abrir o cerrar vlvulas de tubera para controlar fluidos.Es un switch de baja potencia de mando que convierte una accin de tipo mecnico dada por el nivel o posicin del agua, en una seal elctrica que acta en el circuito de control del motor para arrancar o parar. Su uso ms frecuente se encuentra en equipos para bombeo, o bien del tipo hidroneumtico y su funcin principal, es mantener los valores lmite (definidos por lmite mximo y lmite mnimo) en cisternas y tinacos.Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo principio y estn constituidos por un conjunto de contactos que se accionan por dispositivos mecnicos, ajustando los rangos de apertura y cierre. Interruptor de presin: Los interruptores de presin se emplean para controlar la presin de los lquidos y gases (aire) dentro de una amplitud deseada. Mantienen la presin y el flujo, por ejemplo en los compresores de aire se arrancan directa o indirectamente de acuerdo con la demanda de ms aire, mediante un interruptor de presin.

Reloj de control de tiempo: Cuando se requiere un periodo definido de "cerrado y abierto" prcticamente, sin necesidad de ajustes para largos lapsos, pueden usarse relojes para control. Un arreglo tpico es una motobomba 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 lquidos, presiones de los gases, y hora del da, se utilizan ampliamente los termostatos sensibles a los cambios de temperatura. stos 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 accin de la temperatura.

Interruptor de lmite: Los interruptores de lmite se usan, probablemente, con ms frecuencia, para detener mquinas, equipo y productos en proceso durante el curso. Estos dispositivos piloto se emplean en circuitos de control de arrancadores magnticos, para gobernar el arranque, la parada o la inversin de la rotacin de los motores elctricos.

Interconexin elctrica o mecnica con otras mquinas: Es posible, y probable, que muchos de los dispositivos piloto elctricos que se describen, se conecten juntos en un sistema de interconexin en el que la operacin final de uno o muchos motores depende de la posicin elctrica de cada dispositivo piloto individual. Por ejemplo un interruptor de flotador para el control de motobombas puede demandar ms lquido, pero no la detendr hasta que un interruptor de presin o un reloj de control de tiempo cumplan con ciertos parmetros establecidos por el operador. Laobtencin de la habilidad para comprender todo el sistema operacional y la funcin de los componentes individuales, es vital en el diseo, instalacin y mantenimiento de los controles en cualquier sistema de interconexin elctrica o mecnica. Es posible, con la prctica, transmitir el conocimiento de circuitos y descripciones para la comprensin de otros controles semejantes.

Arranque y paradaEl arranque est definido como una funcin en la cual la motobomba opera cuando se acciona un botn o un dispositivo detecta una seal, y frena cuando el botn se desacciona mediante un controlador u operacin manual. Esta accin de arranque y frenado se usa con mquinas, en las cuales el motor debe opera por perodos breves para conducir a la mquina a su posicin o punto de, operacin.

Muchas mquinas y procesos industriales se arrancan y restablecen automticamente mediante dispositivos automticos, con un ahorro enorme de horas, mano de obra y materiales. Los dispositivos de parada automtica se usan en los sistemas de control para motobombas, porque estos reducen grandemente los riesgos de funcionamiento de algunas mquinas, tanto para el operario como en la precisin demandada.

Comnmente es necesario que muchos motores paren instantneamente. Algunas exigencias de seguridad son tales, que es necesario hacer que las mquinas se detengan tan rpidamente como sea posible. Los controles automticos y aplicados, facilitan el retardo y frenan la velocidad de un motor.Para detenciones exactas, como la detencin de un control de nivel, se facilitan con un equipo automtico de parada suave y rpida. Los dispositivos piloto automticos se interconectan con los sistemas de control, por ejemplo para detener los carros de los elevadores en una posicin exacta a determinados niveles.

Adems la proteccin contra sobrecarga es una caracterstica esencial de todos los controladores, que se disea para proteger adecuadamente un motor y obtener su mxima potencia disponible bajo cierta variedad de condiciones de sobrecarga y temperatura. La sobrecarga puede originarse por un exceso de carga en la mquina impulsada, por un voltaje bajo en la lnea, o por una lnea abierta en un sistema polifsico, lo que resulta en operacin monofsica.Generalmente, la proteccin contra corto circuito se instala en la misma envolvente que el medio de desconexin del controlador, usualmente para controladores ms grandes que los fraccionarios. Los fusibles que se instalan para este propsito, y los cortacircuitos, son dispositivos de sobrecorriente que tratan de proteger los conductores del circuito derivado del motor, los aparatos de control de ste, y los motores contra sobrecorriente sostenida debida a corto circuitos, escapes a tierra y corrientes prolongadas y excesivas de arranque.

Clasificacin general de sistemas automticos de arranque y control: Aceleracin por limitacin de corriente (tiempo de compensacin): Se refiere a la cantidad de corriente o cada de voltaje necesarios para abrir o cerrar los interruptores magnticos. La elevacin y la cada de las corrientes y voltajes determinan un periodo de control de tiempo que se usa principalmente para el control del motor de corriente continua.

Aceleracin por retardo de tiempo: ste es del tiempo definido, del tipo periodo de control de tiempo. Una vez que se ajusta el periodo de control de tiempo, no cambia, independientemente de los cambios de corriente o voltaje que se encuentren con la aceleracin del motor.

La construccin de este dispositivo permite montarlo en diversos lugares, cuando el espacio disponible es pequeo. El tipo descubierto, o abierto, es un dispositivo que se puede montar en una caja ordinaria para interruptor o para grupo. Las posiciones "cerrado" y "abierto" estn marcadas claramente en la palanca de operacin, que es muy similar a la que se emplea en un interruptor estndar, del tipo de volquete, para alumbrado.

Los arrancadores manuales para potencia fraccionario tienen proteccin trmica contra recarga. En una sobrecarga, la palanca se mueve automticamente hacia la posicin central a indicar que se han abierto los contactos.

Se pueden conseguir cajas para proteger las partes vivas contra contacto accidental, para montar en las cavidades de la mquina, para proteger al arrancador contra polvo y humedad, o para evitar la posibilidad de una explosin cuando ese aparato se use en localidades peligrosas.

Casi cualquier motor debe controlarse con un arrancador de tipo manual. Los dispositivos de control automtico, tales como interruptores de presin, de flotador, o termostatos, se pueden 'utilizar en unin de arrancadores manuales de potencia fraccionario.

Comparacin entre mtodos de arranque de un motor elctrico.

Arrancadores suavesLos Arrancadores Suaves optimizan las secuencias de arranque y de parada (aceleran y desaceleran), aumentan la productividad, permiten ahorro de energa / mantenimiento y protegen los motores de induccin trifsicos. El control de la tensin aplicada al motor por medio de los ajustes del ngulo de disparo de los tiristores permite a estos arrancadores arrancar y parar un motor elctrico de modo suave y controlado. Con los ajustes adecuados de las variables, el par producido es ajustado a las necesidades de la carga para que la corriente necesaria sea la ms baja posible en los arranques.

Ejemplos de arrancadores suaves:

SSW-05 PlusAporta un excelente rendimiento durante los arranques/paradas de motores elctricos con excelente beneficio/coste.La interfaz de operacin permite una fcil programacin, lo que simplifica la puesta en marcha y las actividades operacionales. Beneficios Reduccin del estrs mecnico y en los sistemas de transmisin (reductores, roldanas, correas, etc). Aumento de la vida til del motor y equipo mecnico debido a la reduccin del estres mecnico. Fcil operacin, programacin y mantenimiento. Instalacin elctrica y mecnica sencilla. Operacin en ambiente hasta 55C (122F). Bypass incorporado lo que permite tamao reducido, ahorro de energa y aumento de la vida til del Arrancador Suave. SSW-06 Es controlada va microprocesador, totalmente digital y diseada con tecnologa de ltima generacin .Adems de proporcionar arranques y paradas controladas, proteccin completa del motor y funciones dedicadas, ofrece una excelente relacin beneficio/coste a los accionamientos. Adems posee la funcin SOFTPLC que permite la programacin/edicin de lgicas de automatismo y la funcin Pump Control que permite un reajuste de los parmetros en aplicaciones de bombeo (evitar el Golpe de Ariete).

Ventajas y desventajas de los dispositivos de control automtico:

Ventajas Permiten automatizar las labores

Disminuye la cantidad de operarios y posibles riesgos asociados a condiciones de peligro en las faenas. Permiten una mayor precisin y evitan errores ocasionados por mal manejo del operador

Ahorran horas/hombre prescindiendo de personal con el fin asignndolos a otras labores. Desventajas Costo de adquisicin y de instalacin

Antes de instalar el controlador automtico se debe capacitar al personal respecto al funcionamiento Algunos dispositivos requieren de mantencin cada cierta operacin/tiempo monitoreando el desgaste de piezas que deben ser reemplazadas, o si es necesario el controlador en su totalidad Consumo de energa de los controladores elctricos

Conclusin

Como se ha mostrado, existe una gran variedad de dispositivos por los cuales se puede automatizar el sistema de bombeo a interior de minas, mientras tanto en minas de cielo abierto existen mas maneras de evitar estas inundaciones, y de por si es mas sencillo evacuar las aguas que en minas subterrneas, en especial se aumenta la dificultad cuando estas minas subterrneas poseen grandes longitudes de galera, ya que al existir grandes extensiones, son necesarias una mayor cantidad de bombas, ya que como se menciono desde un principio, esa es un apartado fundamental en toda mina, ya que siempre existirn filtraciones, adems de el uso del agua en las perforaciones, toda esta agua debe ser bombeada de la mina, para evitar inundaciones y problemas de debilitaciones en el macizo rocoso.Por razones obvias las bombas elctricas son de fundamental uso en minas subterrneas, ya que al utilizar energa elctrica para su funcionamiento, y no petrleo, no existe una liberacin de gases, por lo tanto no existe dao a los trabajadores y se puede transitar libremente por la mina, por eso se utilizan motobombas elctricas y no de otro tipo de alimentacin (adems de las bombas neumticas, ya que funcionan bajo aire comprimido proporcionado por un compresor)Uno de las mayores ventajas de tener sistemas automticos para el bombeo de aguas al interior de minas, es la eficiencia de ellas, por razones de que funcionan bajo condiciones especificadas por los operadores, lo cual aumenta la eficiencia y disminuye los peligros.La disminucin de contratacin de operadores para cada motobomba, lo cual logra un ahorro en horas hombre, que puede llegar a ser considerable, en minas con largas galeras, evita el traslado dentro de esta, para el checkeo constante de cada una de ellas, por parte del personal. Ya que al poseer grandes galeras, un funcionario a cargo de unas cuantas moto bombas, deber recorrer esas distancias de alguna manera, que probablemente sea bajo un vehculo motorizado, por lo que tambin se ahorra esta inversin.Lo errores humanos son un importante factor que se evita con la automatizacin de las maquinas, y este caso no es una excepcin.Al ser automatizadas, un solo operador/controlador, podr operar y supervisar un gran nmero de bombas, a diferencia de que si no fuesen automatizadas.Al estar automatizada, al presentarse algn problema en la motobomba, esta se detendr hasta que llegue el operador de turno y verifique su correcto funcionamiento, o en su defecto solucione el problema que se present en la bomba, la cual produjo su detencin.Estos sistemas automatizados facilitar el ahorro de dinero en pocas como las de invierno, ya que el sistema elctrico en esas fechas, impone horas de alto consumo, en las cuales el costo de KW/hora es mayor, y bajo estos sistemas automatizados, se puede programar el bombeo de las aguas, anteponiendo estos horarios y apagando los motores, lo cual reducira los costos al interior de la mina.Como se declar, existen varias razones por las cuales sera preferible instalar sistemas automatizados para el bombeo de las aguas a interior de minas, pero por razones de costos de instalacin, siempre ser factible la instalacin de estas maquinas en proyectos a largo plazo, y no a corto, ya que en si por su alta eficiencia y ahorro, en trabajos a largo plazo es una inversin, ya que tiempo despus de la instalacin, se logra un considerable ahorro.En tanto en pequeas minas, o minas que estn recin empezando su explotacin, no es recomendable la instalacin de estos mecanismos automticos, por razones de que sus labores an son muy pequeas y no vale la pena una alta inversin en esas condiciones, pero mientras el proyecto se considere a largo plazo, siempre ser una importante inversin la instalacin de mecanismos automticos.Cabe tambin sealar que estos sistemas son recomendados y utilizables siempre y cuando los caudales que se filtran a la mina sean elevados.6

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