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UNIVERSIDAD TCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERA
INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA
PROGRAMA ESPECIAL DE TITULACIN
PROYECTO DE GRADO DIRIGIDO
REDISEO DEL SISTEMA DE CONTROL DE
LOS GRUPOS GENERADORES
ELECTRGENOS DE ENTEL S.A.
AUTOR: ALFREDO HUANCA MARTNEZ
TUTOR: ING. ARMENGOL BLANCO BENITO
TRABAJO DIRIGIDO PARA OPTAR AL TTULO DE
LICENCIADO EN INGENIERA ELECTRNICA
Oruro, Abril de 2015
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UNIVERSIDAD TCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERA
INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA
PROGRAMA ESPECIAL DE TITULACIN
PROYECTO DE GRADO DIRIGIDO
REDISEO DEL SISTEMA DE CONTROL DE
LOS GRUPOS GENERADORES
ELECTRGENOS DE ENTEL S.A.
Autor: Alfredo Huanca Martnez
Proyecto de Grado dirigido presentado al tribunal:
Ing. Vctor Hugo Flores Arancibia
Ing. Jos Alfredo Vargas Oroza
Ing. Odon Orlando Condori Capuma
Oruro, Abril del 2015
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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
A mis hermanos Edgar, Silvia,
Janneth y Henrry, por estar siempre
en los momentos importantes de mi
vida, por ser el ejemplo para salir
adelante y por los concejos que han
sido de gran ayuda para mi vida y
crecimiento. Gracias por confiar en
m y darme la oportunidad de
culminar esta etapa de mi vida.
Tambin agradezco a los docentes de
mi gloriosa FNI, a mi tutor Ing.
Armengol Blanco, a mis amigos y
compaeros con los que cursamos las
aulas.
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iv
NDICE
Agradecimiento iii
ndice de Figuras vii
ndice de tablas viii
Resumen ix
CAPTULO I
GENERALIDADES
1.1 Antecedentes..1
1.2 Planteamiento del Problema.1
1.3 Objetivos.2
1.3.1 Objetivo General...2
1.3.2 Objetivos Especficos2
1.4 Justificacin del Proyecto..2
1.5 Alcance del Proyecto..2
1.6 Organizacin del Trabajo..3
CAPTULO II
ANLISIS DEL SITEMA ELCTRICO DE LAS ESTACIONES DE ENTEL S.A.
2.1 Introduccin....5
2.2 Resea Histrica.5
2.3 Evaluacin del Sistema Actual..6
2.3.1 Funcionamiento de los Interruptores de Transferencia Automticos...10
2.4 Diagnsticos de Falla en las Estaciones de Telecomunicaciones de ENTEL S.A11
CAPTULO III
FUNDAMENTO TERICO
3.1 Introduccin..13 3.2 Sistemas Redundantes de Energa Elctrica..13
3.2.1 Sistema Basado en UPS..13 3.2.2 Sistema Solar Fotovoltaico.14 3.2.3 Sistemas Elicos..16 3.2.4 Grupos Generadores Electrgenos16
3.3 Elementos Auxiliares del Grupo Generador..19 3.3.1 Proteccin del Motor..21 3.3.2 Sensor de Temperatura..22 3.3.3 Sensor de Agua22
3.4 Controlador Lgico Programable PLC..23 3.4.1 Estructura del PLC.23 3.4.2 Clasificacin de Controladores Lgicos Programables...25 3.4.2.1 Clasificacin por su Estructura.25
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v
3.4.2.2 Clasificacin por la Cantidad de Entradas y Salidas..25 3.5 Lenguaje de Programacin......26 3.6 Automatizacin.29
CAPTULO IV
IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE CONTROL
4.1 Introduccin.30 4.2 Requerimientos para la Seleccin de un PLC...30 4.3 Rel Lgico Programable SIEMENS LOGO 12/24 RC con Mdulo de Ampliacin
DM8 12/2431 4.4 Software LOGO SOFT COMFORT V 5.032 4.5 Programacin del Rel Lgico Programable SIEMENS LOGO 12/24 RC32 4.6 Lgicas de Control....42 4.7 Descripcin del Proceso43
4.7.1 Modo OFF...43 4.7.2 Modo de Funcionamiento Manual44 4.7.3 Modo Automtico....44 4.7.4 Modo de Parada de Emergencia44 4.7.5 Funcionamiento del Interruptor de Transferencia Automtico.44 4.7.5.1 Secuencia de Eventos de Transferencia de Modo Normal a Emergencia..44
4.7.5.2 Secuencia de Eventos de Transferencia de Modo de Emergencia a
Normal..46 4.8nSimulacin del Proceso....47
4.8.1 Entradas y Salidas...47 4.8.2 Secuencia sin Corte de Red Comercial.48 4.8.3 Secuencia Cuando Falla la Red Comercial...48 4.8.4 Secuencia de Transferencia Automtica...49 4.8.5 Retorno de la Red Comercial y Apagado del GGE.50 4.8.6 Secuencia de Arranque/Paro Manual...52
CAPTULO V
MANTENIMIENTO
5.1 Introduccin.54 5.2 Tipos de Mantenimientos54
5.2.1 Mantenimiento Predictivo.54 5.2.2 Mantenimiento Preventivo54 5.2.3 Mantenimiento Correctivo54 5.2.4 Mantenimiento Mejorativo....55 5.2.5 Mantenimiento Detectivo...55
5.3 Etapa de Planeamiento del Mantenimiento...55 5.4 Levantamiento de Informacin del Grupo Electrgeno...55 5.5 Identificar los efectos de Falla.56 5.6 Identificar Tareas Detectivas...57
CAPTULO VI
SISTEMA DE PROTECCIONES
6.1 Introduccin..60 6.2 Interferencia Electromagnticas y Compatibilidad Electromagntica (EMC)..60 6.3 Caractersticas Tcnicas Especficas del Requerimiento de ENTEL S.A. para el
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vi
Mejoramiento del Sistema de Tierras62
6.4 Determinacin de la Resistividad Aparente del Suelo ()...64 6.4.1 Clculo de la Resistividad Aparente.65
6.5 Clculo de la Resistencia de la Malla de Puesta a Tierra..66 6.6 Tratamiento Qumico Electroltico del Terreno de los Pozos...68 6.7 Supresores de Transitorios de Sobre Voltaje.69 6.7.1 Solucin...71
CAPTULO VII
EVALUACIN ECONMICA
7.1 Introduccin..73 7.2 Anlisis de Costos de Repuestos Necesarios para la Automatizacin..73
CAPTULO VIII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1 Introduccin..75 8.2 Conclusiones..75 8.3 Recomendaciones..76
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.
ANEXOS.
A1 Diagrama esquemtico (Red Pblica al Punto Muerto)..80
A2 Diagrama Esquemtico (Punto Muerto al Grupo Generador Electrgeno).81
A3 Diagrama Esquemtico (Grupo Generador Electrgeno al Punto Muerto).........82
A4 Diagrama Esquemtico (Punto Muerto a la Red Pblica)..83
A5 Diagrama de Conexionado del Rel Lgico..84
B1 Placa de Especificaciones de Grupo Generador Electrgeno.86
B2 Caractersticas del Interruptor Automtico de Transferencia...87
B3 Tarjeta de Control PCC 1301.88
B4 Panel de Control del PCC 1301..89
B5 Dimensiones del LOGO 12/24 RC y DM8 12/24 R...90
B6 Caractersticas del LOGO 12/24 RC.91
B7 Caractersticas del Mdulo de Ampliacin...92
B8 Conexin de proteccin del LOGO 12/24 RC...93
B9 Conexin de Entradas del LOGO 12/24 RC.94
B10 Conexin de salidas del LOGO 12/24 RC...95
B11 Datos tcnicos Generales...96
B12 Datos Tcnicos del LOGO 12/24 RC y DM8 12/24 RC..98
B13 Capacidad de Conmutacin y Vida til de las Salidas de Rel..101
C1 Formulario de Mantenimiento del Grupo Generador Cummnis.103
C2 Formulario de Mantenimiento del ATS, Rectificador, UPS, Red Comercial y
Puesto de Transformacin......104
C3 Precio de la PCC1301....105
C4 Precio del LOGO y Mdulos de Ampliacin.......106
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vii
NDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Estacin Tpica de Telecomunicaciones (Estacin Manasaya TCT)....8
Figura 2.2 Diagrama Unifilar de la Estacin......9
Figura 2.3 Interruptor de Transferencia Automtico GTEC.....10
Figura 3.4 Diagrama en Bloques de un S.A.I...14
Figura 3.5 Diagrama de Bloques de un Sistema Solar Fotovoltaico....15
Figura 3.6 Diagrama de Bloques de un Sistema Elico...16
Figura 3.7 Diagrama de Bloques del Generador y el AVR..19
Figura 3.8 Conjunto Rectificador Giratorio.....20
Figura 3.9 Sensor de Presin....22
Figura 3.10 Sensor de Temperatura..22
Figura 3.11 Sensor de Nivel de Agua...23
Figura 3.12 Diagrama Ladder...27
Figura 3.13 Lenguaje Nemnico..27
Figura 3.14 Diagrama de Funciones Lgicas o FBD...28
Figura 3.15 Diagrama GRAFSET....28
Figura 4.16 Controlador Lgico Siemens LOGO 12/24 RC con Mdulo de ampliacin...31
Figura 4.17 cono Instalador del Software Logo Soft Comfort V 5.0..33
Figura 4.18 Pantalla para Escoger el Idioma....33
Figura 4.19 Parmetros para Continuar la Instalacin del Software....34
Figura 4.20 cono para Acceso Directo al Programa...34
Figura 4.21 Ventana de Programacin.35
Figura 4.22 Ventana de Interface.35
Figura 4.23 Barra de Men..36
Figura 4.24 Barra de Herramientas Estndar...36
Figura 4.25 Ventana de Informacin.......36
Figura 4.26 Barra de Estado .......37
Figura 4.27 Barra de Herramientas..37
Figura 4.28 Herramientas de los Botones Constantes y Bornes de Conexin.....38
Figura 4.29 Funciones Bsicas y Barra de Herramientas.....39
Figura 4.30 Funciones Especiales y Barra de Herramientas....40
Figura 4.31 Barras de Herramientas de Simulacin.....42
Figura 4.32 Diagrama de Flujo.....43
Figura 4.33 Red Comercial sin Corte en el Suministro....48
Figura 4.34 Secuencia de Funcionamiento Automtico del GGE....48
Figura 4.35 Posicin Neutral del Interruptor de Transferencia....49
Figura 4.36 Posicin del Interruptor Automtico en la Fuente de Respaldo....49
Figura 4.37 GGE Operativo..50
Figura 4.38 Posicin Neutral de Interruptor de Transferencia.50
Figura 4.39 Re-transferencia Hacia la Posicin Red Comercial..51
Figura 4.40 GGE apagado....51
Figura 4.41 Arranque Manual del GGE...52
Figura 4.42 Posicin Neutral del Interruptor de Transferencia....52
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viii
Figura 4.43 Posicin del Interruptor Automtico en la Fuente de Respaldo....53
Figura 6.44 Sistema de Tierra en Estacin de Radio....63
Figura 6.45 Disposicin de las Jabalinas..64
NDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Relevamiento de las Estaciones de ENTEL S.A..6
Tabla 2.2 Fallas de las Estaciones...11
Tabla 4.3 Entradas y Salidas del Rel Lgico Programable Usadas para el Mando...47
Tabla 6.4 Resistividad del Tipo de Suelo64
Tabla 6.5 Clculo de la Resistencia de la Malla de Tierra..67
Tabla 6.6 Dosificacin del Thor-Gel...69
Tabla 7.7 Costos de Operacin73
Tabla 7.8 Detalle Correspondiente a Mano de Obra Calificada y Equipos.74
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ix
RESUMEN
Las Estaciones de Telecomunicaciones de ENTEL S.A. que estn equipados con Grupos
Generadores Electrgenos, ofrecen respaldo de energa elctrica a la estacin.
En la mayora de las Estaciones de Telecomunicaciones, los Grupos Generadores
Electrgenos presentan falla, tanto en el encendido automtico controlado por la tarjeta PCC
1301 y el interruptor de transferencia automtico (ATS).
Por lo que se solicitan repuestos de costo elevado que demoran bastante tiempo e incluso
no estn configurados para operar de forma correcta.
Motivo por el cual se decide encarar este problema y dar una solucin con la
implementacin de un PLC para controlar el arranque de forma automtica y manual, realizar
la transferencia y re-transferencia, utilizando todos los componentes perifricos, y as reducir
el costo de los mdulos reemplazados.
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CAPTULO I
GENERALIDADES
1.1 Antecedentes
La Empresa de Luz que provee la energa elctrica a las Estaciones de
Telecomunicaciones de ENTEL S.A., en poca de lluvia es deficiente, ocurren fallas en la lnea
de Media Tensin (M.T.), implicando corte de suministro comercial, a consecuencia la estacin
sale fuera de servicio, por lo que la Autoridad de Fiscalizacin y Control Social de
Telecomunicaciones y Transportes (ATT) multa a ENTEL S.A.
1.2 Planteamiento del Problema
Las fallas de las tarjetas de control PCC 1301 [2] y el interruptor automtico de
transferencia (ATS) [3], ocasionan a que la estacin interrumpa su servicio por tiempos
prolongados.
Debido a estas fallas se despliega un grupo de trabajo para dirigirse a la estacin y
realizar el encendido manual o la transferencia tambin manual, en algunos casos realizar las 2
acciones, si la red comercial demora en la solucin del problema se tiene que realizar otro viaje
hacia la estacin para apagar el GGE y realizar la re-transferencia de forma manual, implicando
gastos de operacin.
Debido a estos inconvenientes se realiza un rediseo e implementacin del sistema de
control y el ATS, reemplazando y/o reutilizando algunos de sus componentes.
Por lo que se utiliza un PLC, por ser ms comerciales y fciles de programar adems
tienen costos relativamente considerables en comparacin de la PCC 1301 y el POWER
COMAND [2] de los Grupos Generadores Electrgenos Cummins.
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2
1.3 Objetivos
El presente proyecto de rediseo del sistema de control de los Grupos Generadores
Electrgenos, describen dos tipos de objetivos los cuales son los siguientes:
1.3.1 Objetivo General
Realizar el rediseo del sistema de control e implementacin, cumpliendo normas y
reglamentos exigidos para este tipo de instalaciones con el fin de garantizar el servicio de
telefona mvil en el departamento de Oruro.
1.3.2 Objetivos Especficos
Los objetivos especficos son los siguientes:
Reducir gastos operativos.
Reducir costos de reemplazos de dispositivos.
Proveer de un mejor respaldo de energa elctrica a las estaciones.
Realizar la implementacin de los mdulos de control en diferentes grupos electrgenos
y verificar su correcta operacin.
1.4 Justificacin del Proyecto
La importancia de tener un sistema automatizado en el control de Grupos Generadores
Electrgenos, disminuye el tiempo de accionamiento en distintos elementos actuadores,
evitando daos materiales y econmicos.
Para este fin, en particular permitir que las Estaciones de Telecomunicaciones de
ENTEL S.A. no interrumpan su servicio de telefona mvil celular, puesto que el porcentaje de
falla en el suministro de red comercial es elevado especialmente en poca de lluvia.
Haciendo un anlisis detallado de las fallas se encontr que la mayora se relaciona
directamente con los mdulos de control de los GGEs, los cuales se daan a causa de tormentas
elctricas o por daos en los dispositivos perifricos que interactan con ellos.
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3
Tambin se encontr en el proceso que la mayora de tcnicos e ingenieros tiene poca o
ninguna experiencia en la configuracin y operacin de los mdulos de control.
La accin normal en estos casos sera la sustitucin de estos mdulos de control. Sin
embargo los mismos no se los puede conseguir de forma inmediata.
Ante este panorama se tom la decisin de comenzar a estudiar a detalle el
funcionamiento de los mdulos de control para comprender mejor su operacin y as poder
sustituirlos.
Por medio de la investigacin, pruebas de campo, se pretende hacer un rediseo de estos
sistemas, para luego adaptar un PLC y automatizar el GGE y el ATS [3].
1.5 Alcance del Proyecto
Debido a la importancia de los GGEs en las Estaciones de Telecomunicaciones de
ENTEL S.A., el rediseo contempla el encendido y apagado automtico, encendido manual,
incluyendo el control del ATS, mediante la implementacin de un PLC, tambin se realiza la
proteccin de los equipos.
1.6 Organizacin del Trabajo
Con el objeto de estudiar el rediseo e implementacin de los sistemas de control de los
GGEs de las Estaciones de Telecomunicaciones de ENTEL S.A., el presente proyecto de grado,
est organizado de la siguiente forma:
En el captulo I, se presenta los antecedentes y el planteamiento del problema; se definen
los objetivos, justificacin del proyecto, alcance del proyecto y la organizacin del trabajo.
En el captulo II, hace nfasis en los sistemas elctricos actuales de las Estaciones
Telecomunicaciones de ENTEL S.A.
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4
En el captulo III se presenta el marco terico del proyecto de grado, se realiza una
revisin bibliogrfica de los principales sistemas auxiliares de generacin elctrica y otros
componentes fundamentales para comprender mejor el problema.
En el captulo IV, se automatiza, escogiendo el PLC, implementacin y/o adaptacin
del sistema de control de los GGEs,
En el captulo V, se hace la planificacin del mantenimiento para estos GGEs.
En el captulo VI, se estudia las protecciones actuales, se analiza las fallas que estas
presentan.
En el captulo VII, se realiza el anlisis econmico del proyecto.
En el captulo VIII, se destacan las conclusiones a las que se llegaron tras haber realizado
este rediseo e implementacin.
Tambin se presentan referencias bibliogrficas.
Se anexan los catlogos de los GGEs y manuales.
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5
CAPTULO II
ANLISIS DEL SISTEMA ELCTRICO DE LAS ESTACIONES DE ENTEL S.A.
2.1 Introduccin
En este captulo, se presenta el anlisis y descripcin del sistema elctrico de las
Estaciones de Telecomunicaciones, se realiza el diagnstico de los problemas del sistema
elctrico.
2.2 Resea Histrica
ENTEL fue fundada el 22 de diciembre de 1965 como Sociedad Annima Mixta con
representacin oficial del Estado Boliviano, con la finalidad de desarrollar las
telecomunicaciones en todas sus modalidades y formas en el territorio nacional. En 1966 se
convirti en Empresa pblica descentralizada, bajo la tutela del Ministerio de Transportes,
Comunicaciones y Aeronutica Civil.
El 27 de noviembre de 1995, se concedi a ETI - STET International (Telecom Italia)
el 50% de las acciones de ENTEL y la gestin de la Empresa. Adicionalmente, la Ley de
Telecomunicaciones (Ley N 1632 del 5 de Julio de 1995) acord a ENTEL un monopolio
durante seis aos sobre los servicios de telefona de larga distancia nacional e internacional.
Telecom Italia, por su lado, se comprometi a implementar un plan de inversin por un total de
610 millones de dlares, y a cumplir con las metas de expansin y calidad definidas por la ley
y por el contrato de concesin.
En 2005, al ser electo Presidente de la Repblica, Evo Morales Ayma anunci, conforme
al mandato otorgado en referndum por el pueblo boliviano, que recuperarn los recursos
naturales y se nacionalizar las Empresas estratgicas del pas.
A diez aos de la capitalizacin y cinco de la liberalizacin de las telecomunicaciones
en Bolivia, ENTEL ocupa una posicin de liderazgo frente a sus competidores.
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6
El 1ro de mayo de 2008, ENTEL se nacionaliza por Decreto Supremo N29544. El
Estado Boliviano es ahora el titular del 97% de las acciones de la empresa; se garantiza la
estabilidad laboral de los trabajadores y las trabajadoras de ENTEL, as como los contratos
suscritos con clientes y proveedores.
En este nuevo marco, la inversin del Estado y la rentabilidad de la empresa permiten
asegurar un acceso equitativo a las telecomunicaciones - derecho humano fundamental - y el
despliegue de nuevos servicios, vectores de desarrollo econmico y de soberana nacional [1].
2.3 Evaluacin del Sistema Actual
ENTEL S.A. tiene varios proyectos, entre ellos estn el proyecto Territorio con
Cobertura Total (TCT), este proyecto entra en marcha a partir de finales del 2009, adems tiene
la particularidad de llevar un Grupo Generador Electrgeno en la estacin.
Este proyecto instala 29 estaciones en el territorio de Oruro, siendo las mismas:
Tabla 2.1 Relevamiento de las estaciones de ENTEL S.A.
GGE
Nombre de la Estacin Marca Modelo
Ca
pacid
ad
To
tal
KV
A
Ca
pacid
ad
Uti
liza
da
Am
p.
Ca
pacid
ad
dep
si
to d
e
com
bu
stib
le
(Lit
ros)
Observaciones del
estado Actual
(Incluir fecha de
comentario)
ANCACATO_TCT CUMMNIS ES17D5 17 8 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
ANCORCAYA _TCT CUMMINS ES17D5 17 8 1000 OPERATIVO
CALA CALA_TCT CUMMINS ES17D5 17 6 1000
NO REALIZA LA
TRANSFERENCIA
CALA PATA _TCT FG WILSON P16.5-45 17 6 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
CARANGAS_TCT CUMMINS ES17D5 17 7.4 1000 OPERATIVO
CARIPE_TCT CUMMINS ES17D5 17 5 1000 OPERATIVO
CHALGUAMAYU _TCT
FG WILSON P16.5-45 17 6 1000
RETIRAR GGE QUE NO
ESTA EN
FUNCIONAMIENTO
CHUQUICHAMBI _TCT CUMMINS ES17D5 17 3.3 1000 OPERATIVO
SANTA FE_TCT CUMMINS ES17D5 17 5 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
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7
COHANI_TCT
CUMMINS ES17D5 17 8 1000
LOS 2 GGE NO
FUNCIONAN POR
FALTA DE ALGUNAS
PARTES.
HUACANAPI _TCT FG WILSON PEP17 16.5 8.5 1000 OPERATIVO
HUAYLLAS _TCT CUMMINS ES17D5 17 8,5 1000
NO REALIZA LA
TRANSFERENCIA
HUNCALLANI _TCT CUMMINS ES17D5 17 6 1000 OPERATIVO
ICHALULA _TCT CUMMINS ES17D5 17 7.1 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
JULO_TCT CUMMINS ES17D5 17 5.2 1000 OPERATIVO
LA RIVERA _TCT CUMMINS ES17D5 17 5.7 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMATICA
LAGUNILLAS_TCT FG WILSON P16.5-45 17 6 1000 OPERATIVO
LLANQUERA _TCT
FG WILSON P16.5-45 17 8 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA
AUTOMTICA.
MANASAYA_TCT CUMMINS ES17D5 17 10 1000 OPERATIVO
MIKAYA _TCT
CUMMINS ES17D5 17 7 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA
AUTOMTICA.
MOROCOCALA _TCT
CUMMINS ES17D5 17 7 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA
AUTOMTICA.
OPOQUERI _TCT CUMMINS ES17D5 17 16 1000 OPERATIVO
PUQUI_TCT CUMMINS ES17D5 17 6.2 1000 OPERATIVO
SAN PEDRO DE
CHALLACOLLO_TCT CUMMINS ES17D5 17 6.2 1000 OPERATIVO
SEPULTURAS_TCT FG WILSON P16.5-45 17 6 1000 OPERATIVO
SICAULLAME _TCT CUMMINS ES17D5 17 8 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
SILLOTA BELEN_TCT FG WILSON P16.5-45 17 10.5 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
TOTORAL_TCT CUMMINS ES17D5 17 6 1000
NO ENCIENDE DE
FORMA AUTOMTICA
URMIRI DE
QUILLACAS_TCT CUMMINS ES17D5 17 10 1000 OPERATIVO
Fuente: Datos obtenidos de la contratista DIMESAT SRL.
La siguiente fotografa muestra la estructura tpica de las estaciones de
telecomunicaciones de ENTEL S.A., en la misma se puede apreciar los equipos, banco de
bateras, tableros de distribucin elctrica, torre, GGE, ATS, tanque de almacenamiento de
combustible y pilastra del medidor de energa elctrica.
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8
Figura 2.1 Estacin tpica de Telecomunicaciones (Estacin de Manasaya TCT).
Fuente: autor.
En la mayora de los casos, la energa elctrica suministrada a una estacin de
telecomunicaciones es proporcionada por la Empresa elctrica. Sin embargo, durante un corte
de energa elctrica, ya sea programado por mantenimiento, por fallas en la red o cualquier
perturbacin en las lneas de distribucin, hace necesario que un sistema automtico realice las
maniobras de arranque y transferencia de carga hacia el grupo electrgeno, el cual es operado
por un motor disel que mueve un generador elctrico y de esta forma tener energa de respaldo.
Cuando se normaliza la red comercial, es necesario que el sistema automticamente transfiera
la carga hacia la red comercial y apague el grupo electrgeno.
Para aplicaciones ms crticas, se han desarrollado sistemas de respaldo que cuentan con
dos grupos electrgenos accionados por transferencias duales. De esta forma si un grupo falla,
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9
el otro pueda operar automticamente. Estos sistemas son ms complejos pero ofrecen un doble
respaldo de energa.
A continuacin, se muestra un diagrama unifilar tpico del sistema elctrico.
C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14
F3 F4
C15
F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F172XC32A 2XC25A 2XC20A 2XC20A 2XC20A 2XC16A 2XC20A 2XC20A 2XC16A 2XC16A 2XC16A 2XC16A 2XC10A 2XC10A 2XC6A10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA 10KA
8mm2
F2
2xC80A
10KAFLASTRAB
40KA
G
KWh
A.T.S.100A
230/400V
50/60Hz
LIBRE LIBRE BALIZALUMINARIALIBRE
LIBRE CARG. DE
BATERIASLIBRE LIBRE LIBRE LUMINARIA BALIZA LIBRE GALVANOMETRO
50Hz 220V (F-N)
ACOMETIDA ELECTRICADUPLEX 6AWG
F1
2xC63A
F2
2XC80A
F3
25mm2
2x25 mm2
2X25mm2
PHOENIX
FLASHTRAB
60KA
TOMA
CORRIENTE
2xC100A
Lnea MT. ELFEO SA.
24.9 Kv, 2F, 50Hz
15KVA
24900/220 V
2F, 50Hz, ONAN
6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2 6mm2
C1APM
Figura. 2.2 Diagrama unifilar de la estacin.
Fuente: contratista DIMESAT SRL
Funcionamiento:
La energa elctrica que alimenta la carga es provista por la compaa elctrica, a travs
de un transformador exclusivo que alimenta el medidor y el interruptor de proteccin principal,
luego pasa al Interruptor de Transferencia Automtico (ATS) y finalmente al tablero de
distribucin principal (carga).
Cuando se interrumpe la alimentacin de la compaa elctrica, el GGE arranca
automticamente y el interruptor de transferencia conmuta para que el GGE suministre energa
elctrica, de esta forma se restablece el suministro de energa a la carga. El tiempo que dura la
transicin entre el corte de la red comercial, el arranque del GGE y el cambio de la transferencia
-
10
es un tiempo de aproximadamente 10 minutos, los equipos en el lapso de este tiempo funcionan
con el banco de bateras que tiene de respaldo.
Cuando la red comercial retorna se realiza el proceso inverso. Primero la transferencia
conmuta para que la red comercial suministre energa elctrica a la carga, luego se mantiene el
GGE activado durante unos minutos sin carga y luego se apaga, quedando nuevamente listo
para la operacin automtica en caso de un nuevo evento.
2.3.1 Funcionamiento de los Interruptores de Transferencia Automticos
Un interruptor de transferencia automtico (ATS) es un dispositivo que permite
seleccionar el medio por el cual se alimenta una carga: Con la red comercial proporcionada por
cualquier Empresa Elctrica o por un generador de emergencia. Cuando nos referimos a un
dispositivo automtico se refiere a que es un dispositivo accionado elctricamente por medio
de un motor lineal o un solenoide.
Los interruptores de transferencia estn provistos de un controlador digital que permite
su operacin completamente autnoma e independiente del generador de emergencia. En la
figura 2.3 se muestra un interruptor de transferencia tpica con sus componentes ms
importantes
Figura 2.3 Interruptor de Transferencia Automtico GTEC
Fuente: Autor
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11
2.4 Diagnsticos de Falla en las Estaciones de Telecomunicaciones de Entel S.A.
Las fallas ms frecuentes que se tiene en las estaciones de telecomunicaciones, son en
el mdulo de control y el interruptor de transferencia automtico, a continuacin se detallan en
la siguiente tabla:
Tabla 2.2. Fallas de las estaciones.
Nombre de la Estacin Falla del ATS Falla del mdulo de control
ANCACATO_TCT SI SI
ANCORCAYA _TCT NO NO
CALA CALA_TCT SI SI
CALA PATA _TCT SI SI
CARANGAS_TCT NO NO
CARIPE_TCT NO NO
CHALGUAMAYU _TCT SI S
CHUQUICHAMBI _TCT SI SI
SANTA FE_TCT SI NO
COHANI_TCT NO SI
HUACANAPI _TCT NO NO
HUAYLLAS _TCT SI SI
HUNCALLANI _TCT NO NO
ICHALULA _TCT SI SI
JULO_TCT NO NO
LA RIVERA _TCT SI SI
LAGUNILLAS_TCT NO NO
LLANQUERA _TCT NO NO
MANASAYA_TCT NO NO
MIKAYA _TCT SI SI
MOROCOCALA _TCT SI SI
OPOQUERI _TCT NO NO
PUQUI_TCT NO NO
SEPULTURAS_TCT SI SI
SICAULLAME _TCT SI SI
SILLOTA BELEN_TCT SI SI
TOTORAL_TCT SI SI
URMIRI DE QUILLACAS_TCT NO NO
VENTA Y MEDIA _TCT NO SI
Fuente: autor
Una falla en el ATS implica, a que tras un corte de la red comercial, si bien arranca el
GGE de forma automtica, y el ATS no conmuta hacia la posicin del GGE, los equipos se
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12
quedan sin energa elctrica llegando a ocasionar un corte en el servicio celular, afectando a
una comunidad.
Una falla en el mdulo de control del GGE ocasiona a que este no arranque de forma
automtica y por ende el ATS tampoco realice la transferencia, dejando a la estacin sin
suministro elctrico, ocasionando corte en el servicio celular.
Adems de estas estaciones, tambin se tienen sitios repetidores los cuales son de suma
importancia, puesto que adems de brindar servicio a una comunidad tambin sirven como
saltos para otras estaciones, tambin tienen GGE y requieren que estos funcionen de manera
automtica.
Se hace nfasis en los grupos electrgenos, los cuales estn formados por un motor
disel, un generador de corriente alterna y un mdulo de control, ya que son estos ltimos, el
tema central de este trabajo, sin embargo, existen otros tipos de sistemas elctricos de respaldo
como lo son las plantas elctricas de corriente directa que tienen rectificadores y bancos de
bateras; los sistemas de respaldo elicos, los sistemas solares y otros que se analizarn
brevemente en el captulo III.
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13
CAPTULO III
FUNDAMENTO TERICO
3.1 Introduccin
En este captulo, se aborda los fundamentos tericos de los sistemas redundantes de
energa elctrica, Los componentes ms importantes de los GGEs, los PLCs y los conceptos
fundamentales para realizar la automatizacin.
3.2 Sistemas Redundantes de Energa Elctrica
Existen diferentes formas de garantizar el suministro elctrico cuando se tienen
aplicaciones importantes. En la actualidad la ingeniera se enfoca en tener energa de respaldo
principalmente en el rea de informtica y telecomunicaciones. Sin embargo tambin son de
gran importancia las aplicaciones hospitalarias, control y automatizacin industrial y muchos
sectores ms.
Aunque en este trabajo se hace nfasis a los sistemas redundantes de corriente alterna
para telecomunicaciones, tambin los conceptos pueden aplicarse en otras reas en las que se
requiera energa sin interrupciones.
Los principales sistemas redundantes de energa son los siguientes:
3.2.1 Sistema Basado en UPS
Sistema de alimentacin ininterrumpida (SAI), es un dispositivo que gracias a sus
bateras u otros elementos almacenadores de energa, puede proporcionar energa elctrica por
un tiempo limitado y durante un apagn elctrico a todos los dispositivos que tenga conectados.
Otras de las funciones que se pueden adicionar a estos equipos es la de mejorar la calidad de la
energa elctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensin y eliminando
armnicos de la red en el caso de usar corriente alterna.
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Los SAI dan energa elctrica a equipos llamados cargas crticas, como pueden ser
aparatos mdicos, industriales o informticos que, como se ha mencionado anteriormente,
requieren tener siempre alimentacin y que sta sea de calidad, debido a la necesidad de estar
en todo momento operativos y sin fallos (picos o cadas de tensin).
La unidad de potencia para configurar un SAI es el volamper (VA), que es la potencia
aparente, o el vatio (W), que es la potencia activa, tambin denominada potencia efectiva o
eficaz, consumida por el sistema. Para calcular cunta energa requiere un equipo de SAI, se
debe conocer el consumo del dispositivo. Si la que se conoce es la potencia efectiva o eficaz,
en vatios, se multiplica la cantidad de vatios por 1,4 para tener en cuenta el pico mximo de
potencia que puede alcanzar el equipo. Por ejemplo: (200 vatios 1,4) = 280 VA. Si lo que
encuentra es la tensin y la corriente nominales, para calcular la potencia aparente (VA) hay
que multiplicar la corriente (amperios) por la tensin (voltios), por ejemplo: (3 amperios 220
voltios) = 660 VA [4].
Figura 3.4. Diagrama en bloques de un SAI.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alimentaci%C3%B3n_ininterrumpida
3.2.2 Sistema Solar Fotovoltaico
Un Sistema Solar Fotovoltaico es el conjunto de dispositivos cuya funcin es convertir
la energa solar directamente en energa elctrica, acondicionando esta ltima a los
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15
requerimientos de una aplicacin determinada. Consta principalmente de los siguientes
elementos:
1) Arreglos de mdulos de celdas solares.
2) Estructura y cimientos del arreglo.
3) Reguladores de voltaje y otros controles, tpicamente un controlador de carga de
batera, un inversor de corriente cd/ca o un rectificador ca/cd.
4) Bateras de almacenamiento elctrico y recinto para ellas.
5) Instrumentos.
6) Cables e interruptores.
7) Red elctrica circundante.
8) Cercado de seguridad, sin incluir las cargas elctricas.
Un Sistema Solar Fotovoltaico no siempre consta de la totalidad de los elementos aqu
mencionados. Puede prescindir de uno o ms de stos, dependiendo del tipo y tamao de las
cargas a alimentar, el tiempo, hora y poca de operacin y la naturaleza de los recursos
energticos disponibles en el lugar de la instalacin [5].
Figura 3.5. Diagrama de bloques de un sistema solar fotovoltaico.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica
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3.2.3 Sistema Elico
Con la ayuda de un aeromotor, es posible aprovechar la energa del viento para producir
un voltaje. En la figura 3.6 podemos ver un sistema tpico. La energa de corriente directa del
aeromotor llega al controlador de carga al igual que la energa rectificada de la red comercial.
La corriente directa en la salida del controlador de carga mantiene la carga de las bateras y
alimenta el inversor.
Figura 3.6. Diagrama de bloques de un sistema elico.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica
3.2.4 Grupos Generadores Electrgenos
Un equipo electrgeno es aquel que mueve un generador de electricidad a travs de un
motor de combustin interna. Los grupos electrgenos ms usados son aquellos en los cuales
el generador (alternador) es accionado por un motor ya sea disel, gasolina o gas. En grupos
electrgenos de pequeas potencias es comn encontrar motores a gasolina, as como en altas
potencias se emplean motores a gas y en un nivel intermedio de potencia son empleados
comnmente los motores disel.
Entre algunas clasificaciones de los grupos electrgenos, tipos de transferencia y re-
transferencia existen:
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a) De acuerdo al tipo de combustible:
- Con motor a gas (LP) o natural.
- Con motor a gasolina.
- Con motor a disel.
- Sistema bifuel (disel/gas).
b) De acuerdo a su instalacin.
- Estacionarias.
- Mviles.
c) Por su operacin.
- Manual.
- Semiautomtica.
- Automtica (ATS) Interruptor de transferencia automtica (Automatic Transfer Switch).
- Automtica sincrona.
d) Por su aplicacin.
- Continuo.
- Stand-by o emergency (preparado para una emergencia).
Los grupos electrgenos para servicio contnuo:
Se aplican en aquellos lugares en donde no hay energa elctrica por parte de la
compaa suministradora, o bien en donde es indispensable una continuidad estricta, tales
como: en una radiotransmisora, un centro de cmputo, etc.
Los grupos electrgenos para servicio de emergencia:
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Se utilizan en los sistemas de distribucin modernos que usan frecuentemente dos o ms
fuentes de alimentacin. Su aplicacin es por razones de seguridad o economa de las
instalaciones en donde es esencial la continuidad del servicio elctrico, por ejemplo:
- Instalacin en hospitales, en reas de ciruga, recuperacin, terapia y cuidado intensivo,
laboratorios, salas de tratamiento, etc.
- Para la operacin de servicios de importancia crtica como son los elevadores pblicos,
bombeo de aguas residenciales, etc.
- Instalaciones de alumbrado de locales a los cuales un gran nmero de personas acuda a ellas
como son: estadios, deportivos, aeropuertos, transporte colectivo (metro), hoteles, cines,
teatros, centros comerciales, salas de espectculos, etc.
- En instalaciones de computadoras, bancos de memoria, el equipo de procesamiento de datos,
radares, etc.
Los grupos electrgenos manuales:
Son aquellos que requieren para su funcionamiento que se operen manualmente con un
interruptor para arrancar o parar dicho grupo. Es decir, que no cuenta con la unidad de
transferencia de carga sino a travs de un interruptor de operacin manual (switch o botn
pulsador).
Los grupos electrgenos semiautomticos:
Son aquellos que cuentan con un control automtico, basado en un microprocesador, el
cual les proporciona todas las ventajas de un grupo electrgeno automtico como: protecciones,
mediciones, y operacin pero que no cuenta con un sistema de transferencia.
Los grupos electrgenos automticos (ATS): Automatic Transfer Switch:
Este tipo de grupos electrgenos cuenta con un control basado en un microprocesador,
el cual provee al grupo electrgeno un completo grupo de funciones para:
Operacin
Proteccin
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Supervisin
Contienen funciones estndar y opcionales en su mayora programables por estar basada la
operacin en un microprocesador provee un alto nivel de certeza en sus funciones como:
mediciones, protecciones, funciones de tiempo, y una alta eficiencia, en su sistema de
transferencia.
Los grupos electrgenos automticos para sincrona:
Este tipo de grupos cuenta con un control para un grupo electrgeno automtico, el cual es
capaz de manejar funciones de sincrona (abierta o cerrada) que se requieren para realizar un
proceso de poner en paralelo el grupo y red o grupo con grupo [6].
3.3 Elementos Auxiliares del Grupo Generador
Este generador instalado es del tipo autoexcitado con regulacin por unidad de control
de voltaje (AVR).
Figura 3.7. Diagrama de Bloques del Generador y el AVR.
Fuente: Manual de Operacin y Mantenimiento Cummins.
El estator principal proporciona energa para la excitacin del campo a travs de la
unidad de control de voltaje (AVR) que es el dispositivo para regular el nivel de excitacin que
requiere el campo segn carga aplicada. La AVR responde a la seal derivada de los devanados
del estator principal, al controlar la potencia baja del campo de excitacin se consigue el control
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20
de la potencia alta exigida por el campo principal mediante la salida rectificada del estator de
excitacin.
La corriente continua para excitar el rotor se obtiene por medio de rectificadores que se
conectan al devanado del estator del alternador, ya que en el primer momento el dbil campo
de magnetismo remanente del rotor en rotacin induce en el devanado del estator una f.e.m.
alterna pequea. Y los rectificadores de silicio conectados a la corriente alterna dan una
corriente continua que intensifica el campo del rotor y la tensin del alternador aumenta.
A la vez posee un supresor de cresta que es un varistor de xido metlico y est
conectado a los extremos de las dos placas rectificadoras para evitar que altos voltajes
transitorios inversos del devanado de induccin causen desperfectos en los diodos.
Figura 3.8. Conjunto rectificador giratrio.
Fuente: http://www.directindustry.es/prod/apc-mge/grupos-electrogenos-diesel-de -
emergencia -62943-747231.html.
Componentes rectificadores:
1.- Conexin C.A.
2.- Placas de rectificado.
3.- Diodo (negativo o inverso.)
4.- Diodo (positivo).
5.- Supresor de cresta (varistor).
6.- Alimentacin del rotor C.D.
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21
7.- Centro de rectificado.
El (AVR) [7] regulacin por unidad de control de voltaje; esta unidad detecta la tensin
media entre dos fases para asegurar una regulacin muy constante. Adicionalmente, detecta la
velocidad del motor de accionamiento y provoca una breve cada de tensin en proporcin a la
cada de la frecuencia por debajo de un punto ajustable, evitando as una sobreexcitacin y
facilitando un alivio al motor de accionamiento en caso de golpes de carga. Tambin
proporciona una proteccin contra sobreexcitacin que acta en retardo, desexcitando el
generador en el caso de un voltaje excesivo en el campo de excitacin.
De las principales caractersticas que posee el AVR son:
- Proteccin de sobrevoltaje lleva un circuito interno y permite configurar el mximo valor de
voltaje tolerable por el generador con corte de 280 Vca Y regreso de 260 Vca.
- Limitacin de la corriente de corto circuito; este accesorio funciona en conjunto con la AVR
para facilitar un ajuste del nivel mximo de la corriente de cortocircuito.
Se instala un transformador de corriente (CT) en cada fase para facilitar la limitacin de
corriente en el caso de cualquier fallo entre fases o fase y neutro.
El motor cuenta con diferentes protecciones necesarias para su buen funcionamiento
como son:
3.3.1 Proteccin del Motor
Se compone de un interruptor de presin en comunicacin con el circuito de lubricacin,
que se halla tarado a una determinada fuerza. El interruptor es accionado por la presin del
aceite en el crter, abriendo o cerrando el circuito cuando se alcanza una presin determinada
de tarado, lo que provoca el apagado de la lmpara testigo en el cuadro de instrumentos [6].
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22
Figura 3.9. Sensor de Presin.
Fuente: Autor.
3.3.2 Sensor de Temperatura.
El sensor de temperatura es el dispositivo que nos permite medir la diferencia de
temperatura que tiene el refrigerante que circula por el motor. Se instala cerca de donde se
encuentran ubicados los termostatos [6].
Figura 3.10. Sensor de temperatura.
Fuente: Autor.
3.3.3 Sensor de Nivel de Agua.
El dispositivo nivel de agua es una proteccin que en el momento que el nivel de agua
en el radiador sea bajo, el dispositivo manda una seal al mdulo para indicar la falla en el
sistema [6].
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23
Figura 3.11. Sensor de nvel de agua.
Fuente: Autor.
3.4. Controlador Lgico Programable (PLC)
Un controlador lgico programable es un equipo electrnico que posee una memoria
programable la cual permite almacenar una serie de ordenes en su interior y ejecutarlas de forma
cclica con el fin de realizar una tarea determinada, este equipo fue diseado con el propsito
de reemplazar los circuitos secuenciales de relevadores para el control de mquinas y procesos
industriales.
Una ventaja importante que posee este dispositivo es que si por algn motivo fuera necesario
cambiar todo el proceso o modificar parte del mismo, basta con ingresar al software de
programacin y realizar el cambio respectivo, adems tambin cabe mencionar que este equipo
nos permite saber el estado del proceso incluyendo la adquisicin de datos [8].
3.4.1 Estructura del PLC.
El controlador lgico programable est formado por diferentes tipos de componentes,
los cuales se encuentran distribuidos en su estructura interna y en su estructura externa.
Estructura interna
La estructura interna de un PLC est constituida por los siguientes elementos:
Seccin de entradas.
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Seccin de salidas.
Unidad central de proceso (CPU).
Seccin de entradas: Son accesos de informacin del PLC las cuales pueden ser de tipo digital
o analgico. A los canales de entrada se unen elctricamente captadores pasivos o activos los
cuales pueden ser pulsadores, finales de carrera, detector fotoelctrico etc., donde la
informacin recibida en estos es enviada a la unidad central de proceso (CPU) para ser
procesada de acuerdo a la programacin residente.
Captadores pasivos. Son aquellos elementos que por medio de una accin mecnica varan un
estado lgico activando o no activando los canales de entrada, estos captadores pueden ser
pulsadores, interruptores, finales de carrera, etc.
Captadores activos. Son dispositivos electrnicos que necesariamente deben ser alimentados
por un voltaje para que pueda cambiar su estado lgico, como es el caso de detectores
inductivos, capacitivos, fotoelctricos, etc.
Seccin de salida: Su notacin se realiza con la letra Q las cuales pueden ser de carcter digital
o analgico, segn sea el requerimiento del proceso.
Unidad central de proceso (CPU): Esta unidad es la encargada de procesar el programa de
usuario, para ello dispone de diferentes zonas de memoria, registros e instrucciones de
programa.
Un controlador lgico programable trabaja atendiendo sus entradas y dependiendo de su estado
conecta o desconecta sus salidas operando en tiempo real.
Como pueden existir gran cantidad de entradas y salidas, es necesario indicarle a la CPU la
direccin de la entrada o salida a la que el programa usuario se est refiriendo [8].
Estructura externa
La estructura externa o configuracin externa de un PLC se refiere al aspecto fsico exterior,
bloques o elementos en que est dividido el dispositivo, bsicamente existen tres tipos de
estructuras las cuales son las ms comunes en estos equipos y estas son:
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25
Estructura compacta.
Estructura semi-modular (estructura americana).
Estructura modular (estructura europea).
3.4.2 Clasificacin de Controladores Lgicos Programables
Debido a las diversas caractersticas que poseen los controladores lgicos programables,
tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto fsico y en otras particularidades, es
necesario clasificar a estos autmatas o PLC de diferentes maneras, las cuales son indicadas a
continuacin en el siguiente resumen [8].
3.4.2.1 Clasificacin por su Estructura
De acuerdo al tipo de estructura un autmata o PLC puede clasificarse de la siguiente
manera:
Estructura compacta. Este tipo de controlador lgico se caracteriza por presentar en un solo
bloque todos los elementos que lo constituye.
Estructura semi-modular. Se caracteriza por separar las entradas y salidas del resto del
controlador lgico de tal forma que en un bloque compacto estn reunidas la CPU, la memoria
de usuario y la fuente de alimentacin y separadamente se encuentran las unidades de entrada
y salida.
Estructura modular. Su caracterstica principal es que existe un mdulo para cada uno de los
diferentes elementos que forman parte del PLC.
3.4.2.2 Clasificacin por la Cantidad de Entradas y Salidas
Controlador lgico programable PLC tipo Nano. Este es un equipo que por las
caractersticas que posee se lo conoce como rel lgico programable esta unidad puede manejar
un conjunto reducido de entradas y salidas generalmente en un nmero de hasta 32 E/S
(ENTRADAS/SALIDAS). Este dispositivo ser utilizado para nuestro fin.
-
26
Controlador lgico programable PLC tipo micro. Este tipo de PLC puede manejar un
conjunto de entradas y salidas entre 33 y 128.
Controlador lgico programable PLC tipo compacto. Su tamao es superior a los PLC tipo
nano y micro, adems que tienen incorporado la fuente de alimentacin, su CPU y mdulos de
entradas y salidas en un solo mdulo principal y permiten manejar desde unas pocas E/S hasta
varios cientos (alrededor de 500 E/S), estos PLC soportan una gran variedad de mdulos
especiales tales como:
Expansiones de entrada y salida
Entradas y salidas anlogas
Mdulos de comunicaciones
Interfaces de operador
Controlador lgico programable PLC tipo mediano. Este tipo de PLC puede ser del tipo
integrado o modular y puede manejar un conjunto de entradas y salidas entre 512 y 1023.
Controlador lgico programable PLC tipo grande. Esta clase de PLC tiene la caracterstica
de ser un sistema redundante por lo cual tiene la capacidad de manejar un gran conjunto de
entradas y salidas las que pueden ser mayores a 1024 [8].
3.5 Lenguajes de Programacin [9]
El lenguaje de programacin es una codificacin a una lista de instrucciones que el PC
del controlador lgico programable pueda entender.
Existen diferentes tipos de lenguajes para programar un PLC entre los cuales se puede
mencionar a los siguientes:
Diagrama ladder o escalera. Este es un lenguaje bsico muy convencional ya que las
instrucciones son equivalentes a los smbolos para contactos usados en rels, temporizadores
contadores, funciones lgicas, etc. Este tipo de programacin se lo puede apreciar en la figura
3.12.
-
27
Figura. 3.12. Diagrama Ladder
Lenguaje por lista de operaciones o nemnico. Este lenguaje consiste en elaborar una lista
de instrucciones o nemnicos que se asocian a los smbolos y su combinacin en un circuito
elctrico a contactos, este tipo de programacin se lo puede apreciar en la figura 3.13.
Figura. 3.13. Lenguaje nemnico.
Diagrama de funciones lgicas. El diagrama de funciones lgicas o conocido tambin como
FBD es un lenguaje grfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para
ser cableados entre si de forma anloga al esquema de un circuito, en la figura 3.14. se puede
observar un modelo de este tipo de programacin.
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28
Figura. 3.14. Diagrama de funciones lgicas o FBD
Grfico secuencial de funciones (GRAFCET). Este es un lenguaje grfico que proporciona
una representacin en forma de diagrama de las secuencias del programa, en la figura 3.15 se
puede apreciar un ejemplo de este tipo de programacin.
Figura. 3.15. Diagrama GRAFCET.
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29
Texto estructurado. Este es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una
sintaxis parecida al lenguaje de programacin PASCAL este tipo de programacin puede ser
empleado para realizar rpidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio
rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analgicos y digitales [9].
3.6 Automatizacin [10]
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 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 son los accionadores de las mquinas como motores, cilindros, compresores
y los captadores como fotodiodos, finales de carrera, etc.
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 est en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los
constituyentes de sistema automatizado.
Los objetivos de la automatizacin son:
Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la produccin y mejorando
la calidad de la misma.
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 [10].
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30
CAPTULO IV
IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE CONTROL
4.1 Introduccin
En este captulo se realiza la seleccin del PLC, antes de efectuar las especificaciones
funcionales del proceso se debe realizar la descripcin del mismo, se realiza la automatizacin
de control del GGE, mediante la aplicacin de metodologas que ayudan a resolver el
funcionamiento automtico.
4.2 Requerimientos para la Seleccin de un PLC [10]
Para seleccionar un PLC es necesario considerar ciertos requerimientos que debe
cumplir el dispositivo desde el punto de vista del hardware y el software.
La cantidad de entradas y salidas, dependern del esquema para el circuito a controlar es decir
depende del nmero de captadores y actuadores que el diseo lo disponga.
Tipo de entradas y salida: Esto se refiere a que hay que sealar si las entradas son de tipo ON
OFF o son entradas de tipo anlogo.
Fuente de alimentacin. Se debe verificar los niveles de voltaje necesario el cual puede variar
desde 220, 110, 24, 12 voltios.
Capacidad de memoria. Es importante definirla al momento de realizar el programa, debido
a que segn el nmero de instrucciones o largo del programa ser la capacidad de memoria a
utilizar.
Programa fcil de editar. La visualizacin del programa debe ser editada en una pantalla en
forma simple, y en cualquier lenguaje de programacin.
Poseer una memoria no voltil y de respaldo. Esta memoria de respaldo es importante ya que
permite almacenar el programa necesario.
-
31
Protocolos. Esto se refiere a los diferentes tipos de protocolos necesarios para la comunicacin
con los dispositivos a interactuar [10].
4.3 Rel Lgico Programable SIEMENS LOGO 12/24 RC con Mdulo de
Ampliacin DM8 12/24 [11].
Este es un dispositivo lgico universal de Siemens el cual puede ser empleado en
diferentes tipos de operaciones debido a que esta unidad y los mdulos de ampliacin de
entradas y salidas permiten una adaptacin muy flexible y precisa a cada aplicacin especial,
ofreciendo soluciones que abarcan desde una pequea instalacin domstica hasta labores
complejas.
Un equipo LOGO puede ampliar el nmero de entradas y salidas nicamente con mdulos de
ampliacin de la misma clase de tensin. Mediante una codificacin mecnica (clavijas en la
carcasa) se impide que se puedan conectar entre si dispositivos de una clase de tensin diferente,
este conjunto se lo puede apreciar en la figura 4.16 [11].
Figura. 4.16. Controlador lgico Siemens LOGO 12-24 RC con mdulo de ampliacin
Fuente: Manual LOGO
Se puede distinguir el tipo de unidad LOGO mediante un cdigo que proporciona informacin
sobre las caractersticas que posee cada elemento, tal como se indica a continuacin en el
siguiente listado [11].
Cdigos.
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32
12: Versin de 12 V.
24: Versin de 24 V.
230: Versin de 115240 V.
R: Salida de rel (sin R), las salidas sern de transistor.
C. Temporizador semanal integrado.
o: Variante sin pantalla (LOGO! Pure).
DM: Mdulo digital.
AM: Mdulo analgico.
CM: Mdulo de comunicacin (AS-Interfaces).
4.4 Software LOGO SOFT COMFORT V 5.0 [13].
Para crear un programa de control la unidad lgica programable Siemens Logo 12/24
RC posee dos probabilidades para elaborar el mismo, la primera de ellas es hacerlo desde el
panel de manejo que se encuentra en el dispositivo y la segunda posibilidad es realizarlo
mediante la ayuda de un software de programacin, para nuestro caso se ha seleccionado la
segunda alternativa.
El software compatible con este dispositivo es Logo Soft Comfort V5.0, este es un programa
muy verstil ya que permite crear, modificar, simular, probar, guardar e imprimir programas y
establecer de esta manera los sistemas de automatizacin de acuerdo a la necesidad requerida,
se debe tomar en cuenta que este software existe en diferentes versiones las cuales varan en
ciertas modificaciones pero no presenta inconveniente alguno por que son compatibles con esta
unidad de control.
4.5 Programacin del Rel Lgico Programable SIEMENS LOGO 12/24RC [13].
La sistematizacin del PLC se realiza mediante un computador que posea las
caractersticas requeridas por el software con el que se crear un programa que seguidamente
ser enviado a la unidad controladora por medio de un cable de comunicacin.
-
33
Logo Soft Comfort tiene capacidad de servidor adems proporciona comodidad y ayuda en el
manejo de funciones y funcionalidades para la elaboracin de un programa.
Para proceder a elaborar un programa en Logo Soft Comfort V 5.0 es preciso que dicho software
se encuentre instalado en el computador, en el siguiente resumen se indica el procedimiento a
seguir para instalar el mencionado programa.
Como primer punto se debe ingresar en el computador la unidad instaladora del programa,
haciendo doble clic en el icono Setup. exe se empieza con el proceso de instalacin del software
ver figura 4.17
Figura. 4.17 Icono instalador del software Logo Soft Comfort V 5.0.
Fuente: logo Soft Comfort.
A continuacin se presentara otra pantalla en donde se deber escoger el idioma y se
continuara la instalacin haciendo clic en el botn OK as como se muestra en la figura 4.18.
Figura. 4.18 Pantalla para escoger el idioma.
Fuente: logo Soft Comfort.
Seguidamente aparece otra imagen en donde se indica ciertos parmetros necesarios que
se debe aceptar para poder seguir con la instalacin del software ver figura 4.19.
-
34
Figura. 4.19 Parmetros para continuar la instalacin del software
Fuente: logo Soft Comfort.
Cuando todo este proceso haya concluido y el software se encuentre instalado en su
totalidad, entonces aparecer una representacin grfica o icono el cual es utilizado para
identificar el acceso directo al programa Logo Soft Comfort 5.0 en la ubicacin que se haya
seleccionado como acceso directo ver figura 4.20.
Figura. 4.20 Icono para acceso directo al programa.
Fuente: logo Soft Comfort.
Una vez que el proceso de instalacin del programa, a concluido se puede acceder a
trabajar con el software, a continuacin se indicar cual es el procedimiento a seguir para editar
un programa y utilizar las herramientas del sistema en forma adecuada.
Para empezar la programacin se debe ingresar al software haciendo doble clic en el icono de
acceso directo que se muestra en la figura 4.20, al abrir el programa se desplegar una ventana
con una barra de herramientas, en dicha ventana se deber hacer clic en el botn nuevo y de
esta forma empezar a crear algn tipo de programa, ver figura 4.21.
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35
Figura. 4.21. Ventana de programacin.
Fuente: logo Soft Comfort.
En seguida se puede apreciar la pantalla de interfaz de usuario, en esta ventana se
encuentra las herramientas necesarias para realizar la programacin es decir que en este espacio
se hallan los smbolos y enlaces del programa, tal como se muestra en la figura 4.22.
Figura. 4.22 Ventana de interface.
Fuente: logo Soft Comfort.
Barra de mens. Esta barra contiene los diferentes comandos necesarios para editar y gestionar
los programas, aqu se encuentra adems las configuraciones y funciones de transferencia del
programa ver figura 4.23.
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Figura. 4.23 Barra de men.
Fuente: logo Soft Comfort.
Barra de herramientas estndar. Esta barra esta acoplada a la barra de men y permite
acceder en forma directa a las principales funciones del software como son crear un nuevo
programa, guardar, imprimir, cortar copiar, etc., as como se lo ve en la figura 4.24.
Figura. 4.24 barra de herramientas estndar.
Fuente: logo Soft Comfort.
Ventana de informacin. Esta ventana permite apreciar los datos e indicaciones, adems se
presentan los mdulos LOGO recomendados como posibles mdulos para un respectivo
programa, ver figura 4.25.
Figura. 4.25. Ventana de Informacin.
Fuente: logo Soft Comfort.
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Barra de estado. En esta barra se indica la informacin acerca de la herramienta activa, el
estado del programa, el valor del zoom ajustado, la pgina general del esquema y el dispositivo
seleccionado, ver figura 4.26.
Figura. 4.26 Barra de Estado.
Fuente: logo Soft Comfort.
Barra de herramientas-herramientas. Esta barra de herramientas contiene conos que son
tiles para la creacin y procesamiento de programas, en la figura 4.27 se puede apreciar cmo
est conformada esta barra.
Figura. 4.27 Barra de Herramientas.
Fuente: logo Soft Comfort.
A continuacin se explicar cmo trabaja cada una de estos elementos:
Herramienta de seleccin 1 . Este elemento es utilizado para la seleccin y desplazamiento
de bloques, textos y lneas de conexin, esta herramienta se puede activar pulsando la tecla Esc
o haciendo clic en el icono.
Herramienta de conexin 2. Esta herramienta permite conectar las entradas y salidas de los
bloques ubicados.
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Constantes y bornes de conexin 3 . Esta herramienta es utilizada cuando se necesita
posicionar bloques de entrada, bloques de salida marcas o constantes en el entorno de la
programacin, es decir que al seleccionar esta opcin se despliega otra barra de herramientas
como se ve en la figura 4.28.
Figura. 4.28 Herramientas de los Botones Constantes y Bornes de Conexin.
Fuente: logo Soft Comfort.
Entradas: Estos bloques representan los bornes de entrada de un LOGO, se pueden utilizar
hasta 24 entradas digitales.
Salidas: Estos bloques representan los bornes de salida de un LOGO, se puede utilizar hasta
16 salidas.
Bits de registro de desplazamiento.
Teclas del cursor.
Nivel fijo.
Bornes abiertos.
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Marcas.
Entradas analgicas.
Salidas analgicas.
Marca analgica.
Funciones bsicas 4. Esta herramienta es til cuando se necesita posicionar elementos de
conexin bsicos simples del algebra booleana en el entorno de la programacin por lo que al
seleccionar este botn se desplegar una nueva barra de herramientas, como se indica en la
figura 4.29.
Figura. 4.29. Funciones Bsicas y Barra de Herramientas.
Fuente: logo Soft Comfort.
Este bloque representa la condicin lgica AND, el estado lgico de la salida de esta funcin
ser 1 o estar conectada siempre que sus entradas tambin tengan su estado lgico en uno.
Este bloque representa la condicin lgica AND con evaluacin de flancos.
Este bloque representa la condicin lgica NAND.
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Este bloque representa la condicin lgica NAND con evaluacin de flancos.
Este bloque representa la condicin lgica OR, el estado lgico de la salida de esta funcin
ser 1 si al menos una de sus entradas tiene el valor lgico 1, es decir est conectada.
Este bloque representa la condicin lgica NOR.
Este bloque representa la condicin lgica XOR.
Este bloque representa la condicin lgica NOT, donde el estado lgico de la salida ser 1
si la seal de entrada es 0, es decir en la salida se invierte el valor lgico que tenga la entrada.
Funciones especiales 5 . Esta herramienta es til cuando se necesita posicionar funciones
adicionales con remanencia o comportamiento de tiempo en el entorno de la programacin,
cuando se selecciona este botn se despliega una nueva barra de herramientas, la cual se la
puede observar a continuacin en la figura 4.30.
Figura. 4.30. Funciones Especiales y Barra de Herramientas.
Fuente: logo Soft Comfort.
Retardo a la conexin: Este bloque tiene la caracterstica de activar la salida una vez que
ha corrido un espacio de tiempo parametrizable.
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Retardo a la desconexin: Este bloque tiene la caracterstica de poner en cero la salida una
vez que ha corrido un espacio de tiempo parametrizable.
Retardo a la conexin/desconexin: Este bloque tiene la caracterstica de activar la salida
una vez transcurrido un determinado tiempo y se pone en cero la salida una vez que ha corrido
otro espacio de tiempo parametrizable.
Retardo a la conexin memorizada.
Rel de barrido/Salida de impulsos.
Rel de barrido disparo por flanco.
Generador de impulsos asincrnicos.
Generador aleatorio.
Interruptor de alumbrado para escalera.
Interruptor confortable.
Temporizador semanal.
Temporizador anual.
Rel auto-enclavador
Rel de impulsos.
Contador de adelante/atrs.
Contador de horas de funcionamiento.
Comparador analgico.
Multiplexor analgico.
Herramientas de texto 6 . Esta herramienta permite editar o modificar texto o comentarios
en torno de la programacin.
Tijeras/conector 7 . Esta herramienta permite eliminar y restablecer conexiones entre los
bloques y restablecer enlaces separados.
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Barra de herramientas de simulacin 8 . Esta herramienta es utilizada solo para simular
un programa que haya sido realizado, dicha barra se la puede apreciar en la figura 4.31.
Figura 4.31 Barras de Herramientas de Simulacin.
Fuente: logo Soft Comfort.
Herramientas prueba online 9 . En la prueba online y la simulacin se puede observar
cmo se procesa el programa y como este reacciona a los diferentes estados de las entradas
[13].
4.6 Lgicas de Control.
El grupo de emergencia debe seguir una determinada secuencia tanto para el momento
de arranque como para el momento en que cese su funcionamiento.
Para lo cual el momento del arranque debe darse cuando se haya determinado la falla o carencia
de voltaje por parte de la empresa suministradora de la energa elctrica, para lo cual se
necesitar de un dispositivo de vigilancia, el mismo que deber transmitir dicha informacin
con cierto tiempo de retardo, esto es para evitar un arranque fallido cuando la energa se
interrumpe en intervalos muy breves.
Para el momento de parada del sistema de emergencia primero habr que verificarse el
restablecimiento de la energa que provee la Empresa Elctrica, sin embargo el grupo deber
quedar funcionando por determinado tiempo en vaco, luego de que la carga se haya transferido
a la red principal.
Para el entendimiento de la lgica de control se tiene el siguiente diagrama en el que se muestra
la secuencia de encendido/apagado y transferencia/re-transferencia automtica.
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Figura. 4.32. Diagrama de Flujo.
Fuente: Autor.
4.7 Descripcin del Proceso
A continuacin se realiza una descripcin del funcionamiento de los GGEs.
4.7.1 Modo OFF.
Estando en el modo Off, el control no permite el arranque del Grupo Electrgeno. Si el
Grupo Electrgeno ya est funcionando y el control es puesto en Off, este inicia una secuencia
de corte normal [2].
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4.7.2 Modo de Funcionamiento Manual.
Estando en el modo de Funcionamiento Manual, el Grupo Electrgeno arranca y
permanece funcionando hasta que sea puesto en el modo Off. Estando en el modo de
Funcionamiento Manual, cualquier seal de arranque remoto es ignorada [2].
4.7.3 Modo Automtico
Estando en modo Automtico, el Grupo Electrgeno puede arrancar en cualquier
momento. Cuando una seal de arranque remoto es recibido.
Si el Grupo Electrgeno est funcionando en modo Automtico y el botn Off es presionado,
el control para inmediatamente el Grupo Electrgeno y el control pasa para el modo Off.
Cuando todas las seales de arranque remoto son removidas, el control ejecuta una secuencia
de corte normal, la cual puede incluir un perodo de tiempo de retardo de arranque [2].
4.7.4 Modo Parada de Emergencia
Cuando el botn opcional de parada de emergencia es utilizado, el mismo corta
inmediatamente el grupo electrgeno, ignorando cualquier perodo de tiempo de retardo de
parada [2].
4.7.5 Funcionamiento del Interruptor de Transferencia Automtico.
El control ejecuta una secuencia de eventos predeterminada cada vez que se accione el
conmutador de transferencia.
4.7.5.1 Secuencia de Eventos de Transferencia de Modo Normal a Emergencia.
A continuacin se describe la secuencia de eventos en un conmutador de transferencia
GTEC durante una interrupcin de la alimentacin normal (red pblica).
Los pasos 1 al 8 describen lo que normalmente sucede cuando el conmutador de transferencia
se encuentra en la posicin normal, se interrumpe la alimentacin de la red pblica y el
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conmutador se transfiere al punto muerto (ver anexo A1). Los pasos 9 al 12 describen lo que
normalmente sucede cuando el conmutador se mueve del punto muerto a la posicin de
emergencia (ver anexo A2).
1. Mientras el conmutador de transferencia est conectado a la red pblica (posicin normal),
la alimentacin de la red se interrumpe. La luz piloto de alimentacin de red pblica conectada
permanece iluminado, pero la luz piloto de alimentacin de red pblica disponible se apaga.
2. El retardo de arranque del motor (TDES) empieza a contarse.
3. Cuando se vence el TDES, el contacto interno de arranque cierra la conexin entre P5-6 y
P5-7, lo cual enva una seal de arranque al grupo electrgeno.
4. Cuando el grupo electrgeno arranca y genera energa, la luz piloto de alimentacin del grupo
electrgeno disponible se ilumina.
5. Se empieza a contar el retardo de fuente normal a fuente de emergencia (TDNE).
6. Luego que se vence el TDNE, el control habilita la salida abierta normal por medio de poner
a tierra a P5-1, lo cual acciona la bobina del rel K4.
7. El conmutador de transferencia se mueve al punto muerto.
8. El interruptor auxiliar ASW1 desconecta la seal de puesta a tierra de P4-7, indicando que el
conmutador de transferencia se ha desconectado de la fuente normal; el LED de alimentacin
de red pblica conectada se apaga.
9. El control activa el cronmetro de retardo de transicin programada (TDPT).
10. Cuando se vence el cronmetro de TDPT, las salidas abierta normal (P5-1) y cerrada de
emergencia (P5-4) se conectan con tierra, lo cual activa las bobinas de los rels K3 y K4 para
mover el conmutador de transferencia del punto muerto a la posicin de emergencia.
Un interruptor auxiliar dentro del conmutador de transferencia interrumpe la seal.
11. La carga se transfiere al generador.
12. El interruptor auxiliar BSW1 proporciona una seal de puesta a tierra a P4-8, para indicar
que el conmutador se ha transferido; la luz piloto de grupo electrgeno conectado se enciende.
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El control entonces desconecta la seal de tierra de las salidas abierta normal (P5-1) y cerrada
de emergencia (P5-4), lo cual desactiva los rels K3 y K4 [3]
4.7.5.2 Secuencia de Eventos de Transferencia de Modo de Emergencia a Normal.
A continuacin se describe la secuencia de eventos del conmutador de transferencia
GTEC que suceden despus de que la carga se ha transferido al grupo electrgeno y se
restablece la alimentacin de la red pblica. En este ejemplo, los retardos TDEN y TDPT han
sido fijados a un valor mayor que cero, TDEL se ha fijado en cero y la comprobacin de fases
no est habilitada.
Los pasos 1 al 5 describen lo que normalmente sucede cuando el conmutador de
transferencia se encuentra en la posicin de emergencia (conectado al grupo electrgeno), se
interrumpe la alimentacin de la red pblica y el conmutador se transfiere al punto muerto (ver
anexo A3). Los pasos 6 al 10 describen lo que normalmente sucede cuando el conmutador se
mueve del punto muerto a la posicin de normal (ver anexo A4).
1. Se restablece la alimentacin de la red pblica. La luz piloto de alimentacin de red pblica
disponible se ilumina.
2. Se empieza a contar el retardo de fuente de emergencia a fuente normal (TDEN).
3. Una vez que se vence el TDEN, el control conecta la salida abierta de emergencia (P5-3) con
tierra, lo cual acciona la bobina del rel K1.
4. El conmutador de transferencia se mueve al punto muerto.
5. El interruptor auxiliar BSW1 desconecta la seal de puesta a tierra de P4-8, indicando que el
conmutador de transferencia se ha desconectado de la fuente de emergencia; la luz piloto de
alimentacin del grupo electrgeno conectada se apaga.
6. El control arranca el cronmetro de TDPT.
7. Cuando se vence el cronmetro de TDPT, el control conecta las salidas abierta de emergencia
(P5-3) y cerrada normal (P5-2) con tierra, lo cual activa las bobinas de los rels K1 y K2 para
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mover el conmutador de transferencia del punto muerto a la posicin normal. La carga se
transfiere a la red pblica.
8. El interruptor auxiliar ASW1 proporciona una seal de puesta a tierra a P4-7, para indicar
que el conmutador se ha transferido; la luz piloto de red pblica conectada se enciende. El
control entonces desconecta la seal de tierra de las salidas abierta de emergencia (P5-3) y
cerrada normal (P5-2), lo cual desactiva los rels K1 y K2.
9. El control arranca el cronmetro de retardo de enfriamiento del motor (TDEC).
10. Cuando se vence el cronmetro de TDEC, el contacto de P5-6 a P5-7 se abre, el grupo
electrgeno deja de funcionar y la luz piloto de alimentacin del grupo electrgeno disponible
se apaga [3].
4.8 Simulacin del Proceso.
Tras haber realizado el diagrama de flujo y el procedimiento de secuencias de la
automatizacin del GGE, se procede a realizar la simulacin el programa.
4.8.1 Entradas y Salidas.
La siguiente tabla nos muestra las entradas y salidas que se usan en el programa.
Tabla 4.3 Entradas y Salidas del Rel Lgico Programable usadas para el mando
ENTRADAS
SALIDAS
Comentarios
I1 Parada de emergencia
I2 Sensor de temperatura
I3 Sensor de Presin
I4 Sensor de nivel de agua
I5 Sensor nivel de combustible
I6 Detector de red
I7 Pulsador de marcha manual
I8 Pulsador de parada.
Q1 Rel de arranque.
Q2 Bobina K4
Q3 Bobina K3
Q4 Bobina K1
Q5 Bonina K2
Q15, Q16 Salidas auxiliares Fuente: Autor.
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4.8.2 Secuencia sin Corte de Red Comercial.
En esta secuencia se puede apreciar que el interruptor automtico de transferencia se encuentra
de tal forma que la energa suministrada por la red comercial pasa en forma directa al tablero
de distribucin de la estacin.
Figura. 4.33 Red Comercial sin Corte en el Suministro.
Fuente: Autor.
4.8.3 Secuencia Cuando Falla la Red Comercial.
Tras una falla de red comercial, comienza el proceso de encendido automtico del GGE,
Al transcurrir 10 seg. el GGE se enciende, como se aprecia en la figura 4.34.
Figura. 4.34. Secuencia de Funcionamiento Automtico del GGE.
Fuente: Autor.
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4.8.4 Secuencia de Transferencia Automtica.
En esta secuencia el programa manda una seal para que el interruptor automtico se
encuentre en la posicin neutral, como se aprecia en la figura 4.35.
Figura. 4.35 Posicin Neutral del Interruptor de Transferencia.
Fuente: Autor.
Al haber transcurrido 10 seg. el programa manda una seal para que el interruptor de
transferencia se encuentre en la posicin de la fuente de respaldo (GGE) como se aprecia en la
figura 4.36.
Figura. 4.36. Posicin del Interruptor Automtico en la Fuente de Respaldo.
Fuente: Autor.
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En la siguiente figura 4.37. se aprecia que el GGE se encuentra activo.
Figura. 4.37. GGE operativo.
Fuente: Autor.
4.8.5 Retorno de la Red Comercial y Apagado del GGE.
Al retornar la red comercial comienza el proceso de re-transferencia y posterior apagado
del GGE.
En la figura 4.38 se aprecia que tras haber transcurrido 10 seg. el interruptor de transferencia se
encuentra en la posicin neutral, pero el GGE permanece operativo.
Figura. 4.38 Posicin Neutral del Interruptor de Transferencia.
Fuente: Autor.
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Tras haber transcurrido otros 10 seg. el interruptor de transferencia se coloca en la posicin de
red comercial como se aprecia en la figura 4.39.
Figura. 4.39. Re-transferencia Hacia la Posicin Red Comercial.
Fuente: Autor.
Posterior mente el GGE se apaga como se puede apreciar en la fig. 4.40.
Estas secuencias corresponde al comportamiento que debe de tener el GGE cuando se tiene
corte de red comercial.
Figura. 4.40. GGE Apagado.
Fuente: Autor.
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4.8.6 Secuencia de Arranque/Paro Manual.
En esta seccin se proceder a describir el comportamiento que debe de tener el GGE
en el arranque y paro de forma manual.
En la figura 4.41 se aprecia que al presionar el pulsador de arranque manual, el GGE se
enciende de forma inmediata, para luego empezar el proceso de transferencia del interruptor
automtico, como se aprecia en la figura 4.42 y figura 4.43 respectivamente.
Figura. 4.41 Arranque Manual del GGE.
Fuente: Autor.
Figura. 4.42 Posicin Neutral del Interruptor de Transferencia.
Fuente: Autor.
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Figura. 4.43 Posicin del Interruptor Automtico en la Fuente de Respaldo.
Fuente: Autor.
Tambin se realizaron las pruebas accionando falla de los sensores, parada de
emergencia y otros, ante todas estas pruebas el programa se ejecut satisfactoriamente.
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CAPTULO V
MANTENIMIENTO.
5.1 Introduccin.
Este captulo describe los tipos de mantenimiento que deben de cumplir para que los
GGEs y los equipos no tengan mayores inconvenientes, tambin se plantea los pasos a seguir
para realizar el mantenimiento a los GGEs y los equipos, se anexa el formulario actual de la
contratista DIMESAT SRL. (ver anexo C1 y C2).
5.2 Tipos de Mantenimientos.
A continuacin se har una breve descripcin de los tipos de mantenimientos.
5.2.1 Mantenimiento Predictivo.
Las tareas predictivas o basadas en condicin implican constatar si algo est fallando.
Consiste en inspeccionar los equipos o componentes de un equipo a intervalos regulares y tomar
accin para prevenir las fallas o evitar consecuencias de las mismas segn su condicin. Este
tipo de actividades incluye tanto las inspecciones objetivas (con instrumentos) como subjetivas
(con los sentidos), como la reparacin por defecto [15].
5.2.2 Mantenimiento Preventivo.
Las tareas preventivas o basadas en el tiempo, generalmente implican restaurar items o
reemplazar componentes a intervalos fijos de tiempo [15].
5.2.3 Mantenimiento Correctivo.
Las tareas correctivas o a rotura, implican reparar items cuando se descubre que est
fallando o cundo han fallado; generalmente ocurren en urgencias o emergencias [15].
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5.2.4 Mantenimiento Mejorativo.
No es una tarea de mantenimiento, consiste en tareas de modificacin, rediseo o
cambios de las condiciones originales del equipo o instalacin [15].
5.2.5 Mantenimiento Detectivo.
Las tareas detectivas o bsqueda de fallos, consiste en la inspeccin de las funciones
ocultas a intervalos regulares, para ver si han fallado y reacondicionarlas en caso de falla.
Solamente aplica para fallos ocultos o no evidentes [15].
5.3 Etapa de Planificacin del Mantenimiento.
La finalidad de crear una etapa de planificacin del mantenimiento es la de aumentar la
confiabilidad y disponibilidad de los grupos electrgenos disel como fuente de energa de
respaldo que suple autnomamente la falta de energa por fallas en el sistema de la red comercial
de energa elctrica.
Estableceremos una estrategia de ejecucin de un plan de mantenimiento detectivo de
fallas, encaminado al logro de la mxima confiabilidad y disponibilidad del grupo electrgeno
disel como fuente de energa de respaldo enmarcado bajo las ltimas tendencias de
mantenimiento, en bsqueda de mejorar de las condiciones de seguridad, la continuidad en el
funcionamiento y la estructuracin de un diagnstico real del mismo, identificando fallas
ocultas y no evidentes en sus componentes de forma que puedan ser reparados o reemplazados
oportunamente [15].
5.4 Levantamiento de Informacin del Grupo Electrgeno [16]
Se presentan las fichas tcnicas del grupo electrgeno ver anexo adjunto.
Observamos que tanto en el generador, el motor y el tablero de control, se cuentan con
dispositivos que realizan funciones de proteccin, acciones de proteccin y ambas, pero qu
puede causar una falla funcional en los dispositivos?
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- Que no estn ajustados a la referencia de activacin requerida.
- Que presenten piezas daadas y/o deterioradas en su estructura.
- Que cumplan con su vida til.
- Una mala instalacin.
- No realizar pruebas funcionales sobre los dispositivos.
- Condiciones que sobrepasan umbrales funcionales.
- Usar dispositivos no recomendados por el fabricante.
- Mala calidad.
- Una mala conectividad.
- Ausencia de mantenimiento.
5.5 Identificar los Efectos de Falla.
Qu ocurre cuando sucede cada falla en los dispositivos de proteccin?
Cada uno de los dispositivos de proteccin presentes en el motor disel son dispositivos
que realizan una funcin protectora. En el evento de que ocurra una falla en los dispositivos de
proteccin, no se detectara la condicin anormal para la cual han sido dispuestos; esto generara
en el motor:
- Altas temperaturas de operacin en el motor.
- Evaporacin y consumo contino del lquido refrigerante.
- Incendio del motor.
- Dilatacin mecnica de los componentes activos.
-Deterioro de la estructura mecnica del motor debido a la baja inyeccin de aceite en sus partes
activas.
- Fugas de aceite.
- Sobre velocidades en la volante del motor.
- Arrastres excesivos durante arranques.
- Quema excesiva de aceite (el motor empieza a pasar aceite) por bajos niveles de combustible.
-
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- Bajas velocidades en el cigeal del motor por baja inyeccin del combustible.
El generador se cuenta con dispositivos que realizan funciones y acciones de proteccin.
En el evento de que ocurra una falla funcional de estos dispositivos en el contexto operacional
no se detectara la condicin anormal o no se realizara la accin protectora para la cual han
sido dispuestos; esto se formara en el generador:
- Destruccin del aislamiento y partes del generador.
- Deterioro de la vida til del generador.
- Elevadas temperaturas en el generador.
- Incendio en el generador.
- Daos de tarjetas electrnicas en los reguladores de voltaje AVR.
- Prdida de sincronismo.
- Inestabilidad en el sistema.
- Un nivel de voltaje por debajo del nominal.
- Daos y/o deterioros en el devanado del campo principal.
- Daos y/o deterioros en los diodos giratorios.
En el tablero de control se cuentan con dispositivos que realizan acciones de proteccin
basadas en las funciones de proteccin tanto del motor como del generador; por esto en el
evento de tener fallas funcionales en estos dispositivos de acciones de proteccin, se tendran
los mismos efectos relacionados tanto para el motor como para el generador.
5.6 Identificar Tareas Detectivas.
Qu se puede hacer para detectar cada modo de falla en los dispositivos de proteccin?
Para identificar las tareas que deben ser emprendidas para detectar las fallas ocultas o
no evidentes, se deben ejecutar actividades de rutina de bsquedas de fallo que consisten
bsicamente en:
- Medir el ajuste de parmetros de los dispositivos.
-
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- Inspeccionar los sensores y verificar la funcionalidad mecnica y elctrica de cada
pieza.
- Verificar que los sensores todava se encuentren dentro de su vida til.
- Verificar que las condiciones de la instalacin sean apropiadas.
- Realizar pruebas funcionales sobre los dispositivos (dentro y fuera de los rangos
operativos).
- Verificar que los sensores sean los recomendados por el fabricante.
- Verificar la calidad del dispositivo.
- Verificar el conexionado del dispositivo y su interfaz con otros elementos.
- Verificar los mantenimientos preventivos realizados.
As entonces para los elementos:
Motor Disel:
En cuanto el sistema de engrase, se seguirn las instrucciones indicadas por el fabricante
al elegir el tipo de aceite. En general, se recomienda sustituir el aceite una vez al ao o cada
200 horas de funcionamiento aproximadamente (segn fabricante), lo que venza primero.
El lquido refrigerante debe cambiarse cada dos aos o cada 3000 horas de
funcionamiento, lo que venza primero.
Aunque el grupo funcione espordicamente en casos de emergencia por fallo de red,
debe realizarse igualmente el cambio, ya que la resistencia calefactora del motor disel
mantiene permanentemente caliente el lquido y ste pierde sus propiedades.
Generador:
Se recomienda una limpieza y chequeo de parmetros, los cuales se revisarn el
momento de arrancar los grupos para realizar pruebas peridicas con carga cada dos semanas.
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Aunque los fallos en el generador suelen ser mnimos, una vez al ao se recomienda
checar el estado de los devanados midiendo la resistencia de aislamiento a tierra.
En los rodamientos, comprobar el desgaste y la posible prdida de engrase, los
rodamientos deben ser sustituidos despus de 25000 horas de servicio aproximadamente.
Equipo elctrico:
Para el mantenimiento del equipo elctrico, slo se necesitar que una o dos veces al
ao se efecte una prueba de todos los automatismos a travs de su sistema automtico, y se
efecte un reapriete de todos sus bornes, tanto de maniobra como de potencia.
Bateras:
En grupos electrgenos para fallo de red se debe poner especial atencin al
mantenimiento de las bateras. Cada mes ser conveniente efectuar una comprobacin del nivel
de electrolito, as como una medida de la densidad del mismo para evaluar su nivel de carga. El