DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA EL CONTROL...

DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA EL CONTROL DE UN CHILLER DE 60 TONELADAS MARCA YORK EN LA EMPRESA MANUFACTURAS

TECNICAS CLIMATIZADAS

ANDRÉS ANTONIO DERAZO LÓPEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2014

DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA EL CONTROL DE UN CHILLER DE 60 TONELADAS MARCA YORK EN LA EMPRESA MANUFACTURAS

TECNICAS CLIMATIZADAS

ANDRÉS ANTONIO DERAZO LÓPEZ

Pasantía para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico

Director JUAN CARLOS MENA MORENO

Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2014

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Nota de aceptación: Aprobado por el comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico. JIMMY TOMBÉ ADRADE Jurado

Santiago de Cali, Junio de 2014

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AGRADECIMIENTOS

Al terminar este trabajo de grado que requirió esfuerzo, mucha dedicación y responsabilidad quiero gradecer el apoyo incondicional de mi papá: Antonio Derazo Rodríguez, mi mamá: Cleotilde Oliva López, mis hermanos Deisy, Katherine y Jorge, mi sobrina: Sara Nathaly Gómez. Sinceros agradecimientos al Ingeniero Juan Carlos Mena quien fue mi director de pasantía; ya que con su apoyo y conocimientos me ayudaron a resolver las dudas e inquietudes que se generaron durante el desarrollo de la pasantía. A Dios, por la fortaleza, paciencia y sabiduría para seguir adelante y poder sacar adelante este trabajo. Al señor José Hermes Ríos, dueño y gerente general de la empresa: Manufacturas Técnicas Climatizadas Ltda., por la confianza depositada y toda la ayuda brindada para la realización del proyecto.

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CONTENIDO

pág.

GLOSARIO 14 RESUMEN 18 INTRODUCCIÓN 19 1. PROBLEMA DE INVESTIGACION 20 2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 22 3. OBJETIVOS DEL PROYECTO 23 3.1 OBJETIVO GENERAL 23 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 23 4. MARCO DE REFERENCIA 24 4.1 DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA EL CONTROL DE UN CHILLER DE 60 TONELADAS MARCA YORK INTERNACIONAL EN LA EMPRESA MANUFACTURAS TECNICAS CLIMATIZADAS 24 4.1.1 Finalidad del Sistema de Control 24 4.1.2 Topología del Lazo de Realimentación 25 4.1.2.1 La naturaleza de los componentes que integra un sistema de control 26 4.1.2.2 La arquitectura de un sistema de control 26 4.1.3 Refrigeración 26

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4.1.3.1 Ciclos típicos de refrigeración 28 4.1.3.2 Ciclo de refrigeración por compresión de vapor 30 4.1.3.3 Ciclo de refrigeración por absorción de amoniaco 32 4.1.3.4 Ciclo de refrigeración de aire normal 33 4.1.3.5 Rendimiento de los sistemas de refrigeración 34 4.1.3.6 Coeficiente de Funcionamiento (C.O.P.) 35 4.1.4 Definición de un enfriador de líquido (CHILLER) 36 4.1.4.1 El Compresor 37 4.1.4.2 El evaporador 37 4.1.4.3 El condensador 37 4.1.4.4 La Válvula Termostática de expansión 38 4.1.4.5 Dispositivos y controles 38 4.1.4.6 Los termostatos 38 4.1.4.7 El presostato de baja presión 38 4.1.4.8 El presostato de alta presión 39 4.1.4.9 El calefactor de Carter 39 4.1.4.10 El filtro deshidratador de succión 39 4.1.4.11 El filtro deshidratador de líquido 39 4.1.4.12 El indicador de líquido o cristal mirilla 39 4.1.4.13 Circuito de control 39 4.1.4.14 El gabinete 39 4.1.4.15 El refrigerante 39 5. SISTEMA DE CONTROL ACTUAL DEL CHILLER 42

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5.1.1.1 Sección de enfriamiento 44 5.1.1.2 Sección de condensación 44 5.1.1.3 Sección de compresión 44 6. PROCESO DE PLANEACIÓN DEL PRODUCTO 45 6.1 ESTUDIO DE MERCADO 45 6.2 SEGMENTO DE MERCADO 45 7. PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN 46 7.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO 46 7.2 PREMISAS Y RESTRICCIONES 46 8. NECESIDADES DEL CLIENTE 47 8.1 REQUERIMIENTOS DE LA EMPRESA 47 9. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PRELIMINARES - MÉTRICAS Y SUS UNIDADES DEL CLIENTE 49 10. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 50 10.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 50 10.2 SUBFUNCIONES 50 11. TIPO DE ARQUITECTURA 53 11.1 ARQUITECTURA ELECTRÓNICA 53 11.2 ARQUITECTURA MECÁNICA 54 11.3 FUNCIONALIDAD DE CADA ELEMENTO 55

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12. DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL PARA EL PLC 57 13. ETAPAS DEL PROCESO DE CONTROL DEL PLC 58 13.1 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES ANÁLOGAS 58 13.2 DETERMINACION DE LA SEÑAL DE PRESION ENTREGADA POR EL TRANSDUCTOR 58 13.3 TOMA DE DATOS PARA LA PRESIÓN 60 13.4 TOMA DE DATOS PARA TEMPERA 67 13.5 PROGRAMA DE CONTROL DEL CICLO DE REFIGERACION DEL CHILLER 68 13.5.1 Reset de falla 69 13.5.2 Entradas Digitales 69 13.5.2.1 Control de temperatura 70 13.5.2.2 Control de presión 73 13.5.2.3 Control de compresores 76 13.5.2.4 Control de ventiladores 80 13.5.2.5 Control de las válvulas solenoide 81 13.6 PANTALLAS DE ALARMA Y DE FUNCIONAMIENTO 82 13.6.1 Pantalla de estado o de funcionamiento 82 13.6.2 Pantalla de falla o pantallas de alarma 83 14. COSTO DEL PROYECTO 89

15. CONCLUSIONES 90

BIBLIOGRAFÍA 91 ANEXOS 94

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LISTA DE CUADROS

pág. Cuadro 1. Identificación de necesidades 47 Cuadro 2. Especificaciones técnicas preliminares 49 Cuadro 3. Arquitectura del producto 53 Cuadro 4. Funcionalidad de cada elemento 55 Cuadro 5. Especificaciones sensor de presión 59 Cuadro 6. Características básicas del Logo 12/24 RC 60 Cuadro 7. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por alta presión 62 Cuadro 8. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por alta presión 74 Cuadro 9. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por baja presión 75 Cuadro 10. Lógica de la función AND 115 Cuadro 11. Características de la función: Conmutador Analógico de Valor Umbral 116 Cuadro 12. Características de la función: Relé Autoenclavador 117 Cuadro 13. Características de la función: Instrucción Aritmética 118 Cuadro 14. Características de la función: NOR 118 Cuadro 15. Características de la función: Generador de Impulsos Asíncron 119 Cuadro 16. Características de la función: Interruptor bifuncional 119 Cuadro 17. Características de la función Texto de Aviso. 120

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LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1. Control de lazo cerrado 25 Figura 2. Ciclo de Carnot Invertido 28 Figura 3. Curva de saturación 29 Figura 4. Ciclo de refrigeración por compresión de vapor 31 Figura 5. Diagrama Ts del ciclo ideal 31 Figura 6. Sistema de absorción 33 Figura 7. Ciclo de Brayton invertido 34 Figura 8. Componentes básicos del Chiller 36 Figura 9. Componentes básicos del Chiller 40 Figura 10. Tablero de Control; Chiller 60 Toneladas Marca York 42 Figura 11. Tablero de Control; Chiller 80 Toneladas. Marca York 43 Figura 12. Interfaz de Control; Chiller 80 Toneladas. Marca York 43 Figura 13. Caja negra del sistema 50 Figura 14. Descomposición funcional del sistema 51 Figura 15. Descomposición funcional del sistema de control 52 Figura 16. Arquitectura electrónica 54 Figura 17. Arquitectura mecánica 55 Figura 18. Programa de control para el PLC 57 Figura 19. Flauta para pruebas de presión 58 Figura 20. Diagrama de conexión del Logo 12/24RC 61

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Figura 21. Gráfico Transductor de alta presión 63 Figura 22. Programa para visualizar presiones en el LOGO! 64 Figura 23. Propiedades del bloque Instrucción Aritmética 65 Figura 24. Propiedades del bloque Texto de Aviso 66 Figura 25. Ejemplos de visualización 67 Figura 26. Diagrama de conexión LM35 67 Figura 27. Reset de Falla 69 Figura 28. Entradas del Sistema 70 Figura 29. Control de temperatura del Sistema 71 Figura 30. Commutador analógicos de valor umbral 71 Figura 31. Retardo a la conexión 72 Figura 32. Control de temperatura MT-512Ri plus 73 Figura 33. Control de presión 73 Figura 34. Panel de control 76 Figura 35. Alternado de compresores 77 Figura 36. Alternado de compresores (Modo de espera) 78 Figura 37. Alternado de compresores (I2 activa y Q2 activa) 79 Figura 38. Alternado de compresores (I2 activa y Q1 activa) 79 Figura 39. Alternado de compresores (I2, I1 activas y Q1, Q2 activas) 80 Figura 40. Ventiladores (Parte superior del Chiller) 81 Figura 41. Simulación de pantalla de estado 83 Figura 42. Falla I2 83

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Figura 43. Falla I3 84 Figura 44. Falla I4 84 Figura 45. Falla I5 85 Figura 46. Falla I6 85 Figura 47. Falla CRC1 – Alta Presión 86 Figura 48. Falla CRC1- Baja Presión 87 Figura 49. Falla I11 87 Figura 50. Falla I12 88 Figura 51. Falla CRC1 Apagado manual 88

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LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Manual de servicios Chiller York 94 Anexo B. Programa de control para el PLC.docx 112 Anexo C. Tabla de datos obtenidos por alta presión 113 Anexo D. Características de las funciones del programa logo SOFT 115 Anexo E. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors 121 Anexo F. MT 512 Ri DIGITAL THERMOSTAT 150 Anexo G. Datos obtenidos para baja presión 151 Anexo H. Plano de Control 152 Anexo I. Controlador de voltaje con protección para cargas trifásicas y Datalogger interno 153 Anexo J. Plano de fuerza 155 Anexo K. Comparativo planeado vs imputado 156

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GLOSARIO

ADITIVIDAD: dicho de una magnitud o propiedad; Que, en una mezcla o combinación, aparece como la suma de las cuantías con que existe en los componentes. AMONIACO: es un refrigerante muy utilizado en la actualidad en el sector industrial. Sus excelentes propiedades térmicas lo hacen ser un refrigerante ideal para grandes instalaciones frigoríficas como fábricas de hielo, almacenes refrigerados. Además, tiene un precio competitivo y no perjudica la capa de ozono ni contribuye al calentamiento global. AUTOMATIZACIÓN: ejecución automática de las tareas industriales, administrativas o científicas, haciendo más ágil y efectivo el trabajo. BTU: (Unidad Térmica Británica) es una unidad de energía utilizada en las industrias de energía, generación de vapor, aire acondicionado y calefacción. En los entornos científicos, la BTU ha sido sustituida por la unidad de Energía del Sistema Internacional, en Julio [J]. 1 BTU = 1,055 KJ; 1 BTU/h = 0,293 W; 12000 BTU/h = 1 Tonelada de refrigeración. CICLO DE REFRIGERACIÓN: en el ciclo de refrigeración circula un refrigerante (Para reducir o mantener la temperatura de un ambiente por debajo de la temperatura del entorno se debe extraer calor del espacio y transferirlo a otro cuerpo cuya temperatura sea inferior a la del espacio refrigerado, todo esto lo hace el refrigerante) que pasa por diversos estados o condiciones, cada uno de estos cambios se denominan procesos. CONFIGURACIÓN: en los programas, es la declaración de las opciones o características con las que deberá ejecutarse determinado programa. CFC (Clorofluorocarburos): son derivados de los hidrocarburos saturados obtenidos mediante la sustitución de átomos de flúor y/o cloro principalmente. Los CFC son una familia de gases que se emplean en múltiples aplicaciones, siendo las principales la industria de la refrigeración y de propelentes de aerosoles

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CHILLER: es una unidad enfriadora de líquidos. Un Chiller es capaz de enfriar ambientes usando la misma operación de refrigeración que los aires acondicionados o deshumidificadores, enfría el agua, aceite o cualquier otro fluido. CICLO: repetición de cualquier fenómeno periódico, en el que transcurrido cierto tiempo, el estado del sistema o algunas de sus magnitudes vuelven a una configuración anterior. CORTINA DE AIRE: es un equipo de ventilación que crea una barrera invisible sobre la puerta para separar dos ambientes diferentes de manera eficiente y sin limitar el acceso de las personas o vehículos. DIVERGENCIA: separación progresiva de dos o más líneas o superficies. ESCALIZACIÓN: tomar una magnitud y convertirla a otra equivalencia pero en una escala diferente. GAS REFRIGERANTE: en el ciclo de refrigeración de un equipo cualquiera de aire acondicionado, circulan gases refrigerantes que sirven para reducir o mantener la temperatura de un ambiente por debajo de la temperatura del entorno, que pasa por diversos estados o condiciones, cada uno de estos cambios se denominan ciclos. HMI: Interface ser humano-maquina. Paquete d software que utiliza una interface gráfica para permitir a un operador controlar una maquina u operación, Por el cual se puede visualizar mensajes o programas acciones y parámetros de control de un sistema. HCFC (Hidroclorofluorcarbouros): es la alternativa de los CFC. Estas moléculas contienen, unidos a los átomos de carbono, átomos de hidrogeno, cloro y/o flúor HOMOGENEIDAD: LOGO!SOFT CONFORT: es el software de programación LOGO! para computadoras. Este software le ayuda a conocer LOGO!, así como a crear, comprobar, imprimir y archivar los programas, independientemente del LOGO!.

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MANEJADORA DE AIRE (U.M.A.): fundamental en el tratamiento del aire en las instalaciones de climatización, en cuanto a los caudales correctos de ventilación (aire exterior), limpieza (filtrado), temperatura (calentamiento o enfriamiento) y humedad (humedeciendo en invierno y deshumedeciendo en verano). MINI SPLIT: es un equipo de aire acondicionado, se compone básicamente de dos partes una que es exterior y se llama condensadora y otra que es la interior y que es la que distribuye el aire en lugar a acondicionar, ambas cuentan con motor para su funcionamiento, solo que en el caso de la condensadora, se tiene el compresor que permite la circulación del refrigerante. PLC: dispositivo diseñado para controlar en tiempo real la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos secuenciales industriales, también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores PID. PLC LOGO: es el modulo lógico universal de Siemens. REPOTENCIACIÓN: aumentar la fuerza o el poder de una cosa; Dotar de la fuerza o ayuda necesaria para que una cosa crezca, se desarrolle o tenga éxito. SALMUERA: es un refrigerante secundario; transfiere el efecto frigorífico desde un circuito primario de refrigeración (desde el evaporador en donde le enfría un refrigerante), al producto a enfriar SET POINT: punto de ajuste o de control. SERVOSISTEMA: o servomecanismo; sistema de control retroalimentado en el que la salida es algún elemento mecánico, sea posición, velocidad o aceleración. SUBLIMACIÓN: o volatilización es el proceso que consiste en el cambio de estado de sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. UNIDAD DE PRECISIÓN: las unidades de aire acondicionado de precisión constituyen soluciones de enfriamiento para el equipo crítico para telecomunicaciones, computadoras, salas limpias y sitios farmacéuticos.

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VÁLVULA SOLENOIDE: es un dispositivo operado eléctricamente, y es utilizado para controlar el flujo de líquidos o gases en posición completamente abierta o cerrara. TONELADA DE REFRIGERACIÓN: 12000 BTU/h = 1 Tonelada de refrigeración.

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RESUMEN

En el presente proyecto se muestra el proceso de diseño de una nueva plataforma de control para el funcionamiento de un Chiller de 60 Toneladas de refrigeración de la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas MTC Ltda; Ya que el sistema de control original había sido hurtado. Para dar solución a este inconveniente, se diseñó una estrategia de control capas de monitorear y controlar el proceso de enfriamiento del Chiller, la interfaz entre el usuario con el ciclo de refrigeración, alarmas de falla y pantallas de proceso. Se puede encontrar un análisis de los componentes existentes en el Chiller, además de la identificación del tipo de señales que los componentes eléctricos y electromecánicos emiten; las cuales aportaron conocimientos a la consecución de este trabajo como opción de grado; se presenta además un estudio de procesamiento de señales y una técnica de escalización de las mismas y así aprovechar al máximo los recursos disponibles en la empresa. Consecuentemente con la solución planteada, se realizó una estrategia de control con protocolos abiertos. Este documento permite particularizar las mejoras que se pueden llegar a concebir con una combinación entre ingeniería inversa y rediseño, permitiendo encontrar eficiencia en procesos; que para este caso la refrigeración industrial, presenta falencias; ya que son difíciles de controlar.

Palabras clave: Plataforma, Control, Chiller, Ciclo de Refrigeración, Escalización, Protocolos, Ingeniería Inversa, Rediseño.

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INTRODUCCIÓN La empresa MTC (Manufacturas Técnicas Climatizadas) es una empresa especializada en el diseño de equipos de aire acondicionado, ventilación, sistemas de refrigeración y el desarrollo de equipos aplicados teniendo en cuenta los requerimientos de sus clientes, brindando servicios de asesoría, fabricación y mantenimiento a nivel comercial, industrial y hospitalario con calidad, cumplimiento, eficiencia tecnología e innovación. MTC Ltda. maneja una serie de maquinaria; importante en cuanto a producción de aires acondicionados se trata, entre las cuales observamos lo que es un condensador de aire, manejadoras de aire, unidades de precisión, mini split, intercambiadores de calor, cortinas de aire y el Chiller (maquina enfriadora de agua). Teniendo en cuenta estos aspectos, en este documento se encontrará el seguimiento de una metodología estructurada mediante una combinación entre la ingeniería inversa y el rediseño, que tiene como objetivo encontrar la mejor técnica para desarrollar una nueva plataforma de control para el funcionamiento de un Chiller de 60 Toneladas de refrigeración marca York International. Orientados en el diseño de un nuevo control para el funcionamiento del Chiller de 60 Toneladas; se requiere aprovechar al máximo los componentes con los que cuenta el Chiller, se pretende realizar un análisis y evaluación de los componentes existentes con los que cuenta el Chiller para su funcionamiento. Con estos lineamientos se podría llegar a un óptimo desarrollo de una nueva plataforma tecnológica para el control del funcionamiento del Chiller de 60 toneladas. Para lo anteriormente mencionado se va a dar aplicación conceptual y practica a los conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera como estudiante de Ingeniería Mecatrónica; generando soluciones frente a diversas problemáticas a nivel industrial. De acuerdo a las capacidades adquiridas en la carrera, es posible una combinación de la ingeniería eléctrica, mecánica, computacional y sistemas informáticos involucrados en los sistemas de control para diseñar procesos inteligentes generando nuevas alternativas en el campo industrial. Este proyecto se pretende realizar conjuntamente con la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas Ltda.

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1. PROBLEMA DE INVESTIGACION Uno de los departamentos que maneja la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas Ltda es MATEC (Mantenimiento de aires acondicionados). Éste último es el departamento encargado de la prestación de servicios técnicos y de mantenimiento a los equipos de aire acondicionado de su propia marca, además de marcas reconocidas en el mercado nacional e internacional. A uno de los clientes de este departamento le robaron la plataforma de control (Circuito de control) de un equipo de enfriamiento tipo Chiller (Enfriador de agua) con una capacidad de 60 Toneladas de Refrigeración, marca York International, debido a esto el equipo sólo cuenta con sus componentes mecánicos y electromecánicos para su funcionamiento. Esta plataforma de control consistía en un sistema eléctrico que le permitía tener un control del encendido de los compresores, ventiladores, de las presiones de los circuitos de refrigeración para que su funcionamiento fuera por alta o baja presión, además tenía un control de la temperatura del líquido que refrigeraba para evitar su congelamiento, así como el congelamiento del equipo mismo. En este sistema se tenía la visualización de las alertas por un funcionamiento no adecuado del Chiller, apertura y cierre de las válvulas solenoides en los circuitos de refrigeración, control del voltaje de alimentación del equipo (las fases de voltaje), control de encendido y apagado de los compresores en una forma alternada para así tener un desgaste uniforme de los compresores La empresa York International realizó una cotización por la reparación del equipo por un valor aproximado a los USD$10000. El arreglo consistía en una nueva plataforma de control; con los mismos protocolos de seguridad y programación; original del equipo. Razón por la cual el cliente cotizó con la empresa MTC la que ofreció al propietario del Chiller: una nueva plataforma de control, con protocolos abiertos para así aprovechar los componentes existentes en el equipo; por un valor cercano a los USD$3000. Para poder realizar este trabajo la empresa MTC necesita de una persona calificada, con la disponibilidad de tiempo y que cuente con la asesoría necesaria para poder desarrollar la nueva plataforma de control del Chiller; es por esta razón que el proyecto se va a realizar de la mano con MTC y con la asesoría de la Universidad Autónoma de Occidente. De esta forma el primer paso a seguir es

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hacer una evaluación de estado del Chiller; el estado de sus componentes y así conjuntamente realizar una documentación detallada de los componentes existentes; para poder investigar que otras alternativas se han implementado y dar el mejor diseño de control que esté requiera.

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2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Viendo la necesidad que tenía la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas para cumplir con los requerimientos del Cliente (Propietario del Chiller) para la puesta en funcionamiento del mismo y con el fin de aprovechar al máximo los componentes mecánicos y electromecánicos con los que cuenta el Chiller opto por buscar una asesoría externa. Al ser un proyecto diferente al que normalmente la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas se dedica en lo que a este tipo de maquinaria compete; que es la producción de Chiller y para lo cual ya se tenían un proceso de producción definido. La empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas decidió darle un enfoque diferente al proyecto para así poder cumplir con las necesidades del cliente. Opto por un tratamiento de reingeniería ya que la condición del proyecto era aprovechar al máximo los componentes existentes en el Chiller y como este tipo de enfoque lleva mucho más tiempo que el proceso de producción de un equipo desde cero para el cual sus componentes están nuevos y calibrados. La empresa decidió tomar a un estudiante de Ingeniería Mecatrónica en pasantía para que este pueda realizar los estudios y pruebas necesarias para el desarrollo de la plataforma de control del Chiller. Un motivo de suma importancia para el cliente y que fue una de las causas por las cuales se escogió a la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas para la realización de proyecto; fueron los costos del proyecto. Ya que al intentar contactar a la empresa fabricante del equipo York International, esta realizo una cotización de reparación del equipo por un valor aproximado a USD$10000 a lo que adiciono que lo entregaba con un protocolo de programación cerrado de propiedad intelectual de York International y como el cliente no tiene acceso a servicio técnico; sin perder originalidad del equipo. Por lo que Manufacturas Técnicas Climatizadas respondió con una propuesta cotizada en USD$3000 y se lo entrega con la programación de protocolos abiertos y el aprovechamiento de los componentes mecánicos y electromecánicos existentes en el equipo.

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3. OBJETIVOS DEL PROYECTO

3.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar una plataforma de control para la automatización de un Chiller con una capacidad de 60 toneladas de refrigeración marca York International, que sea económica, con protocolos abiertos que cumpla y garantice las mismas funciones de control y variables de proceso originales del Chiller para lo cual se debe utilizar los mismos sensores de temperatura, transductor de presión y señales de control; con el fin de conservar el funcionamiento original del equipo.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analizar, documentar y comprobar el correcto funcionamiento de los componentes mecánicos y electromecánicos existentes en el Chiller. Diseñar la plataforma para control y monitoreo de las variables del Chiller. Software LogoSoft. Diseño de la interface hombre maquina en el tablero de control donde se muestre el estado de refrigeración y alarmas de funcionamiento al operario. Diseñar un manual operativo de la plataforma y un manual de mantenimiento y servicio técnico para un óptimo funcionamiento de la máquina. Realizar un estudio sobre la viabilidad del proyecto; teniendo en cuenta la variable "Costo – Beneficio."

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4. MARCO REFERENCIA

4.1 DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN PARA EL CONTROL DE UN CHILLER DE 60 TONELADAS MARCA YORK INTERNACIONAL EN LA EMPRESA MANUFACTURAS TECNICAS CLIMATIZADAS.

El control automático de equipos y sistemas de aire acondicionado normalmente incluye la regulación de la temperatura, la humedad, la presión y caudal de agua o aire. Esto requiere la utilización de dispositivos de control mecánico, eléctrico y electrónico e implica la intervención humana en la conexión y desconexión de las diferentes unidades del sistema, en la fijación de los valores de consigna deseados y en el ajuste de los paramentos que determinan el modo de regulación empleado. En consecuencia, será esencial para el diseñador o personal de mantenimiento entender los fundamentos de la teoría de control, la terminología empleada y los principios operativos de los dispositivos utilizados para el control. Con frecuencia, mediante las oportunas ordenes de control, generadas por el sistema, se incide en la aportación al proceso de una determinada energía disponible que afecta, indirecta o directamente, a la magnitud de la variable física que se pretende controlar. Los sistemas de control pueden calificarse de acuerdo con los siguientes criterios: La finalidad del sistema de control La topología del lazo de retroalimentación La naturaleza de los elementos que intervienen en el sistema de control La arquitectura de un sistema de control. 4.1.1 Finalidad del Sistema de Control. Cuando el sistema de control tiene como objetivo principal el de mantener la salida en torno a un valor prestablecido (consigna o Set Point). Si el sistema tiene como objetivo provocar que si salida, generalmente de carácter mecánico, siga la evolución de la señal de consigna, el sistema de control recibe el nombre de servosistema.

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4.1.2 Topología del Lazo de Realimentación. El control de un sistema acondicionado de aire; alterna las variables del sistema, modificando el régimen de funcionamiento del equipo para adaptarse a los requerimientos de carga. Esto puede conseguirse mediante el empleo de uno de los dos tipos de lazos de control usados habitualmente: los sistemas de lazo abierto o los sistemas de lazo cerrado. En el sistema de control de lazo abierto la medida de la variable que se desea controlar no interviene en la modificación de la acción de control, es decir, la salida del sistema no tiene ningún efecto sobre la acción de control. Un ejemplo de este tipo de control es el que se obtiene al intentar mantener estable la temperatura de una cierta dependencia de un edificio, aportando más o menos calor de acuerdo con la variación de la temperatura exterior. Los sistemas de control de lazo cerrado presentan una mejora notable sobre los sistemas de lazo abierto. En la Figura 1 se muestra un sistema de lazo cerrado típico que controla la temperatura ambiente en la zona a acondicionar. El elemento de control mide los cambios de la variable controlada y actúa sobre el dispositivo controlado para provocar un cambio opuesto, cuyo efecto es de nuevo medido por el controlador. La finalidad de sistema que muestra la figura es la de mantener el valor de una cierta variable física, en este caso la temperatura, próxima al valor deseado. Figura 1. Control de lazo cerrado

Fuente: Maqueta de control PID con Arduino [en línea]. Colombia: Kalipedia, 2007, [consultado el 26 de octubre de 2013]. Disponible en Internet: http://co.kalipedia.com/tecnologia/tema/robotica/sistemas-control-lazo-cerrado.html?x=20070821klpinginf_85.Kes&ap=2

http://real2electronics.blogspot.com/2011/07/maqueta-de-control-pid-con-arduino.html

http://co.kalipedia.com/tecnologia/tema/robotica/sistemas-control-lazo-cerrado.html?x=20070821klpinginf_85.Kes&ap=2


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4.1.2.1 La naturaleza de los componentes que integra un sistema de control. La naturaleza de los componentes que integra un sistema de control determina en muchos casos que se le pueda definir en lineal o no lineal. Un sistema será lineal cuando satisface las propiedades de aditividad y homogeneidad. Si se tiene un sistema en el que cierta entrada 𝒆𝟏origina una salida 𝒔𝟏, y una entrada 𝒆𝟐 origina una salida 𝒔𝟐, el sistema será denominado lineal si cumple: Aditividad: 𝑒1(𝑡) + 𝑒2(𝑡) → 𝑠1(𝑡) + 𝑠2(𝑡) (Ecuación 1. Propiedad de aditividad) Homogeneidad: 𝐾𝑒1(𝑡) + 𝐾𝑠1(𝑡) 𝑜 𝐾𝑒2(𝑡) + 𝐾𝑠2(𝑡) (Ecuación 2. Propiedad de homogeneidad) 4.1.2.2 La arquitectura de un sistema de control. Atendiendo al comportamiento de los componentes que integran un sistema de control, estos pueden ser clasificados en: Analógicos. Pertenecen a este grupo aquellos sistemas que emplean, fundamentalmente, dispositivos capaces de procesar señales de magnitud continua. para trabajar con los modelos matemáticos utilizados en el análisis y síntesis de sistemas analógicos será indispensable conocer ciertas herramientas matemáticas como son los sistemas de ecuaciones deferenciales (para análisis en el dominio del tiempo), la transformada de Laplace (para la extracción de la función de transferencia) y, también, ciertas técnicas para el estudio de la estabilidad como método del lugar de las raíces, Nyquist, Bode, etc. Discretos. Este grupo está constituido por sistemas que emplean dispositivos capaces de procesar u operar con señales de magnitud discontinua. Habitualmente son dominados sistemas digitales y trabajan bajo criterios matemáticos basados en la teoría de muestreo, sistemas de ecuaciones de diferencia, transformada Z, transformada de Fourier, etc.

4.1.3 Refrigeración. En general se define a la refrigeración como cualquier proceso de eliminación de calor, más específicamente, se define a la refrigeración como la rama de la ciencia que trata con los procesos de inducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a temperatura inferior respecto de los alrededores correspondientes. Para lograr lo anterior, debe sustraerse calor del cuerpo que va a ser refrigerado y ser transferido a otro cuerpo cuya temperatura es inferior a la del cuerpo

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refrigerado. Debido a que el calor eliminado del cuerpo refrigerado es transferido a otro cuerpo, es evidente que refrigeración y calentamiento son en realidad los extremos opuestos del mismo proceso. El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecánicos y eléctricos. La eficiencia del hielo como refrigerante se debía a que tiene una temperatura de fusión de 0°C y para fundirse tiene que absorber una cantidad de calor equivalente a 333,1 KJ/Kg. La presencia de una sal en el hielo reduce en varios grados el punto de fusión. El dióxido de carbono sólido, conocido como hielo seco o nieve carbónica, también se usa como refrigerante. La presión atmosférica normal no tiene fase liquida y cambia directamente de la fases solida a la gaseosa (Este proceso es más conocido como Sublimación) a una temperatura de -78,5°C. La nieve carbónica es eficaz para conservar productos a bajas temperaturas, mientras dura su sublimación. En la refrigeración mecánica se obtiene un enfriamiento constante mediante la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve a condensar continuamente. Si no existen perdidas, el refrigerante sirve para toda la vida útil del sistema. Todo lo que se necesita para mantener el enfriamiento es un suministro continuo de energía y un método para disipar el calor. Los dos tipos principales de sistemas mecánicos de refrigeración son el sistema de compresión, empleado en los refrigeradores domésticos grandes y en la mayoría de los aparatos de aire acondicionado, y el sistema de absorción, que en la actualidad se usa sobre todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado también se empleaban en refrigeradores domésticos por calor.

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4.1.3.1 Ciclos típicos de refrigeración. La palabra refrigeración implica el mantenimiento de una temperatura menor que la de los alrededores, esto requiere de una continua absorción de calor a una nivel de temperatura bajo, lo cual se logra por evaporación de un líquido bajo un proceso continuo a régimen permanente. De acuerdo a la formulación del segundo principio de la termodinámica en que: “El calor no se transmite nunca espontáneamente de un cuerpo hacia otro cuya temperatura sea más elevada”, se deduce que para la refrigeración o técnica de frio de absorber a temperaturas inferiores a la ambiental, será necesario emplear cierta cantidad de energía adicional. Ciclo de Carnot invertido El ciclo de Carnot Inverso es considerado como el estándar de comparación dentro de los ciclos de refrigeración existentes, es este caso, el ciclo Carnot debe ser recorrido en sentido opuesto a como se siguen en la maquina térmica. La Figura 2 indica el esquema de una instalación frigorífica, trabajando según el ciclo de Carnot, el cual está compuesto por cuatro procesos reversibles. Figura 2. Ciclo de Carnot Invertido

Fuente: Refrigeration Cycle [en línea]. Canadá: SFU Mbahrami, s.f., [consultado el 5 de noviembre de 2013]. Disponible en Internet http://www.sfu.ca/~mbahrami/ENSC%20461/Notes/Refrigeration%20Cycle.pdf.

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1→2 Compresión Isoentrópico o Adiabática: donde el vapor húmedo que sale del evaporador a la temperatura TL y a la presión correspondiente a la de saturación a esta temperatura, es comprimido hasta la presión P del condensador, pasado de una temperatura T2 a una T3 (Donde T3 > T2) al realizar un trabajo sobre el gas. 2→3 Condensación Isotérmica e Isobárica: donde el vapor saturado (Estado 2) condensa, cediendo calor QH a la zona de alta temperatura o receptor. 3→4 Expansión Isoentrópico o Adiabática: donde el líquido se expande hasta alcanzar la presión del evaporador P0, pasando de una temperatura T4 a una T1 (Donde T1 > T4). 4→1 Evaporación Isobárica e Isotérmica: donde el vapor húmedo formado absorbe calor QL de la zona de baja temperatura y se vaporiza al estado 1. Nótese que para lograr el funcionamiento del ciclo de Carnot reversible, se requiere una entrada de trabajo WC, En la figura 2 se muestra el cambio de estado del refrigerante, que tiene lugar en la zona de vapor húmedo. Figura 3. Curva de saturación

Fuente: Fenómenos de transporte [en línea]. Venezuela: Universidad Experimental del Táchira, s.f., [consultado el 5 de noviembre de 2013]. Disponible en Internet http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-152.htm.

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Aplicando la primera ley de la termodinámica para un proceso cíclico cerrado, el principio de la conservación de la energía requiere que: 𝑊𝐶,𝑒𝑛 = 𝑄𝐻 − 𝑄𝐿 (Ecuación 3. Primera ley de la termodinámica para un proceso cíclico cerrado). Entonces: 𝑄𝐻 = 𝑄𝐿 + 𝑊𝐶,𝑒𝑛 (Ecuación 4. Primera ley de la termodinámica para un proceso cíclico cerrado).

WC,en se obtiene de la diferencia entre el trabajo de compresión W12 y el trabajo de expansión W34. De la figura 3 también puede observarse que el coeficiente de eficiencia del ciclo es:

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑇𝐵

𝑇𝐴−𝑇𝐵 (Ecuación 5. Coeficiente de eficiencia del ciclo).

4.1.3.2 Ciclo de refrigeración por compresión de vapor. El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor (Figura 4) se representa mediante la trayectoria 1-2-3-4-1. Entra vapor saturado a baja presión al compresor y sufre una compresión reversible y adiabática, 1-2. El calor es cedido a presión constante en el proceso 2-3, y la sustancia de trabajo sale del condensador como liquido saturado; sigue un proceso adiabático de estrangulamiento durante 3-4, luego, la sustancia de trabajo se evapora a presión constante durante 4-1, lo cual completa el ciclo. … Véase Figura 4 en la página 31…

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Figura 4. Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

Fuente: Fenómenos de transporte [en línea]. Venezuela: Universidad Experimental del Táchira, s.f., [consultado el 5 de noviembre de 2013]. Disponible en Internet http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-152.htm. La similitud entre este ciclo Carnot y el ciclo de Rankine es evidente, ya que se trata del mismo ciclo, pero invertido. Este proceso de estrangulamiento es irreversible, mientras que el proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo ideal, con el ciclo de Carnot 1-2-3-4-1 es notoria en el diagrama T-s presentando en la figura 5. Figura 5. Diagrama Ts del ciclo ideal

Fuente: Fenómenos de transporte [en línea]. Venezuela: Universidad Experimental del Táchira, s.f., [consultado el 5 de noviembre de 2013]. Disponible en Internet http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-152.htm.

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La razón de la divergencia se debe a que es mucho más conveniente tener un compresor que opere solo vapor y no una mezcla de líquido y de vapor, como sería necesario durante el proceso 1-2 de ciclo de Carnot. Es virtualmente imposible comprimir (en una relación razonable) una mezcla tal, como la representada por el estado 1, y mantener el equilibrio entre el líquido y el vapor, ya que ahí debe haber un calor y una masa transferida a través de los límites de fase; es mucho más sencillo que el proceso de expansión tenga lugar irreversiblemente en una válvula de expansión, a que lo haga en un dispositivo de expansión que reciba liquido saturado, y descargue una mezcla de líquido y de vapor, como se necesitaría en el proceso 3-4. 4.1.3.3 Ciclo de refrigeración por absorción de amoniaco. El ciclo de refrigeración por absorción de amoniaco difiere del ciclo por compresión de vapor en la manera como se lleva a cabo la compresión. En el ciclo de absorción, los vapores del refrigerante (vapor saturado de baja presión) que salen del evaporador son absorbidos en otro fluido (liquido subenfriado) formando una disolución débil de amoniaco; este proceso tiene lugar a una temperatura ligeramente superior que la del medio circulante, y debe transmitirse el calor al medio exterior durante este proceso. La solución liquida fuerte de amoníaco se bombea elevando su presión por medio de una bomba de líquido haciendo circular a través de un intercambiador hacia el generador, donde se mantiene una temperatura y una presión alta; bajo estas condiciones, los vapores de amoníaco son expulsados de la solución como resultado de la transmisión de calor de una fuente de temperatura alta, liberándose el refrigerante como vapor sobrecalentado que continua hacia el condensador. Los vapores van a un condensador donde se condensan, como en un sistema de compresión de vapor, y luego a la válvula de expansión y al evaporador. La solución débil de amoniaco proveniente del generador retorna al absorbedor de los elementos a través del intercambiador de calor. La figura 6 muestra una distribución esquemática de los elementos del sistema. … Véase Figura 6 en la página 33…

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Figura 6. Sistema de absorción

Fuente: SÁNCHEZ, Jackeline. Sistema de absorción [en línea]. Colombia: Blogspot, marzo de 2011, [consultado el 7 de noviembre de 2013]. Disponible en internet: http://raasanchezvaleriojacqueline.blogspot.com/2011/03/los-ciclos-de-absorcion-se-basan.html. 4.1.3.4 Ciclo de refrigeración de aire normal. Su principal uso en la práctica es en la licuefacción de aire y de otros gases y en ciertos casos especiales donde se requiere refrigeración. La forma simple del ciclo de refrigeración de aire normal, que en esencia es el ciclo de Bryton invertido (Figura 7). El compresor y el expansor pueden ser émbolos o rotatorios. Después de la compresión de 1 a 2, el aire se enfría como resultado de la transmisión de calor del medio circundante a la temperatura T0; después se expande el aire en el proceso 3-4 hasta la presión de entrada al compresor, y la temperatura desciende a T4 en el expansor; entonces puede transmitirse el calor al aire que se alcanza la temperatura TL. El trabajo de este ciclo está representado por el área 1-2-3-4-1, y el efecto de refrigeración por el área 4-1-b-a-4. El coeficiente de realización es la relación entre estas dos áreas.

http://raasanchezvaleriojacqueline.blogspot.com/2011/03/los-ciclos-de-absorcion-se-basan.html


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Figura 7. Ciclo de Brayton invertido

Fuente: Ciclo de Brayton invertido [en línea]. Grupo 1MI131 Termodinámica II, noviembre de 2013, [consultado el 15 de Noviembre de 2013]. Disponible en internet: http://termo2-1mi131.blogspot.com/2013/11/ciclo-brayton-invertido.html.

4.1.3.5 Rendimiento de los sistemas de refrigeración. Los sistemas de compresión mecánica que utilizan vapores refrigerantes predominan dentro de los diferentes métodos de refrigeración. Un sistema mecánico de refrigeración es un ciclo termodinámico cerrado. Para expresar el rendimiento de los sistemas de refrigeración se utilizan varios términos arbitrarios. La unidad común de capacidad, excepto en sistemas pequeños, es la Tonelada de Refrigeración, que se define como la extracción de calor a razón de 200 BTU por minuto. La palabra “Tonelada” es un anacronismo, que viene de los días en que el principal medio de refrigeración era el hielo; es la cantidad de calor absorbido cuando se funde una tonelada (2000 lbm) de hielo durante un periodo de 24 horas; la tonelada de refrigeración se calcula multiplicando el peso del hielo que se funde en un día (2000 lb/día) por el calor latente de fusión de hielo (144 BTU/lb), entonces: (2000lb/24horas)(144BTU/lb)= 288,000 BTU/24Horas=288,00 BTU/día

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Al aplicar el factor de conversión correspondiente dividiendo 288,000 BTU/día entre 24 horas, se obtiene el valor de 12,000 BTU/hora, que nos da la equivalencia ya conocida de:

1 Ton de refrigeración = 12,000 BTU/hr Ecuación 6. Tonelada de refrigeración.

4.1.3.6 Coeficiente de Funcionamiento (C.O.P.). El Coefficient Of Performance (C.O.P) o Coeficiente de Funcionamiento, expresa la efectividad de un Sistema de refrigeración. Es una relación adimensional definida por la expresión:

𝐶. 𝑂. 𝑃. =𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑎𝑠

(Ecuación 7. Coeficiente de Funcionamiento. En un sistema de compresión mecánica la fuente externa suministra trabajo; o sea:

𝐶. 𝑂. 𝑃. =𝑄

𝑊 (Ecuación 8. Coeficiente de Funcionamiento).

Es práctica común expresar el rendimiento de un sistema de compresión mecánica en función de la potencia requerida para producir una tonelada de refrigeración, es decir:

𝑊 =𝑄

𝐶.𝑂.𝑃. (Ecuación 9. Rendimiento de un sistema de compresión mecánica).

Y si Q es igual a una tonelada de refrigeración, entonces:

𝐻𝑃 𝑇𝑜𝑛⁄ =12,000

(2,545)(𝐶.𝑂.𝑃.)=

4,72

𝐶.𝑂.𝑃.

(Ecuación 10. Rendimiento de un sistema de compresión mecánica

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4.1.4 Definición de un enfriador de líquido (CHILLER). La definición de Chiller en un diccionario de Inglés–Español se encontró que su traducción es “enfriador” por lo que se definirá Chiller como un equipo de refrigeración utilizado para enfriar cualquier medio líquido, generalmente agua. Un Chiller en modo bomba de calor también puede servir para calentar líquidos. Figura 8. Componentes básicos del Chiller

Fuente: MANUFACTURAS TÉCNICAS CLIMATIZADAS. Documentos de la empresa. Cali, 2011.

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Entre sus componentes básicos se encuentran:

Compresor de refrigeración.

Intercambiador de calor.

Condensador.

Circuito de control.

Líneas de accesorios de refrigeración.

Gabinete.

Refrigerante R-22 o Ecológico. 4.1.4.1 El Compresor. Es el corazón del sistema, ya que es el encargado de hacer circular al refrigerante a través de los diferentes componentes del sistema de refrigeración del Chiller. Succionan el gas refrigerante sobrecalentado a baja presión y temperatura, lo comprime aumentando la presión y la temperatura a un punto tal que se puede condensar por medios condensantes normales (Aire o Agua). A través de las líneas de descarga de gas caliente, fluye el gas refrigerante a alta presión y temperatura hacia la entrada del condensador. 4.1.4.2 El evaporador. Que es un intercambiador de calor del tipo casco y tubo su función es proporcionar una superficie para transferir calor del líquido a enfriar al refrigerante en condiciones de saturación. Mediante la línea de succión fluye el gas refrigerante como vapor a baja presión proveniente del evaporador a la succión del compresor; es el componente del sistema de refrigeración donde se efectúa el cambio de fase del refrigerante. Es aquí donde el calor del agua es trasferido al refrigerante, el cual es evaporado al tiempo de ir absorbiendo el calor. 4.1.4.3 El condensador. Es el componente del sistema que extrae el calor del refrigerante y lo trasfiere al aire o al agua. Esta pérdida de calor provoca que el refrigerante se condense. Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor, a través de la cual pasa el calor del gas refrigerante caliente al medio condensante. Mediante la línea de líquido fluye el refrigerante en estado líquido a alta presión a la válvula termostática de expansión.

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4.1.4.4 La Válvula Termostática de expansión. Cumple la función de controlar el suministro apropiado del líquido refrigerante al evaporador, así como reducir la precisión del refrigerante de manera que vaporice en el evaporador a la temperatura deseada. 4.1.4.5 Dispositivos y controles. Para que un enfriador de líquido trabaje en forma automática, es necesario instalar ciertos dispositivos eléctricos, como son los controles de ciclo. Los controles que se usan en un enfriador son de acción para temperatura, llamados termostatos, de acción por presión, llamados presostatos y de protección de falla eléctrica, llamados relevadores. Los principales dispositivos y controles en un Chiller son: Termostatos. Presostatos de baja presión. Presostatos de alta presión. Calefactor de cárter. Filtro deshidratador de succión. Filtro deshidratador de líquido. Indicadores de líquido o cristal mirilla. 4.1.4.6 Los termostatos. Son dispositivos que actúan para conectar o interrumpir un circuito en respuesta a un cambio de temperatura, instalados en esta unidad, cierran un circuito (Se activan) con un aumento de temperatura y lo interrumpirán (Se desactivan) con una disminución de temperatura. Un segundo tipo de control que se instala en la unidad son los presostatos (Baja presión, cuando se requiera y alta presión). 4.1.4.7 El presostato de baja presión. Se conecta en la succión del compresor y este opera (Abre el circuito) cuando existe una baja presión en el sistema, ya sea por una baja de temperatura en el fluido; actúa como control de seguridad; por falta de refrigerante o por alguna obstrucción en la línea de líquido o de succión.

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4.1.4.8 El presostato de alta presión. Actúa (Abre el circuito) como un dispositivo de seguridad al incrementar la presión a un nivel arriba de los normal, este dispositivo es de restablecimiento manual, el disparo de alta presión puede ocasionarse por obstrucción en el condensador, altas temperaturas en el área de enfriamiento, mal funcionamiento de los abanicos, desajustes en la válvula de expansión en la línea de líquido, etc. 4.1.4.9 El calefactor de Carter. Tiene por objeto calentar el aceite del compresor para que al iniciar la operación este tenga las condiciones correctas de viscosidad, para el compresor el calefactor se energiza, evaporando cualquier vestigio de refrigerante líquido en el cárter, al arrancar la unidad se desenergiza automáticamente. 4.1.4.10 El filtro deshidratador de succión. Se encuentra instalado en la línea de succión y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, así como detener cualquier partícula extraña que viaje al compresor. 4.1.4.11 El filtro deshidratador de líquido. Se encuentra instalado en la línea de líquido y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, así como detener cualquier partícula extraña que viaje al compresor. 4.1.4.12 El indicador de líquido o cristal mirilla. Instalada también en la línea de líquido, permite verificar visualmente que el sistema tenga su carga completa de refrigerante, así como verificar que el refrigerante mantenga seco. 4.1.4.13 Circuito de control. Se encarga de controlar los paros y arranques de los motores de Chiller, así como de las señales de alarma. Las líneas de accesorios de refrigeración conducen el refrigerante de un componente a otro sistema de refrigeración, regulando, filtrando y controlando el paso del refrigerante. 4.1.4.14 El gabinete. Encierra y protege los componentes de control y es el soporte de todos los componentes del equipo. 4.1.4.15 El refrigerante. Extrae el calor del medio a enfriar y los disipa en un medio enfriante como agua o aire.

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Su principio de operación; es extraer el calor sensible de agua o salmuera, empleando un medio refrigerante; en la actualidad los medios refrigerante más comunes son los CFC y HCFC, por lo que la operación se basa en las curvas de operación de los mismos. De manera sencilla el principio es el siguiente. Figura 9. Componentes básicos del Chiller

Fuente: Chillers Aspectos Técnicos [en línea]. Colombia: Cero grados, s.f., [consultado el 20 de enero de 2014]. Disponible en internet: http://0grados.com/chillers-aspectos-tecnicos/. El agua que se requiere enfriar se hace a través de un intercambiador del tipo casco y tubo (Principalmente por el casco). Este flujo de agua transmitirá su calor al flujo del refrigerante, ya que estos se encuentran separados por la pared del tubo. El refrigerante al recibir el calor se evapora debido a sus características y a la baja presión de evaporación. El gas refrigerante es extraído por el compresor, el cual lo envía comprimido hacia el condensador. Durante este proceso el refrigerante se calienta por el efecto de la compresión y del calor del motor del compresor en sistemas con compresor hermético y semihermético. El gas caliente del compresor entra al condensador en donde su calor es transmitido a un medio

http://0grados.com/chillers-aspectos-tecnicos/

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refrigerante que bien puede ser agua o aire principalmente. El calor extraído provoca que el refrigerante se condense a alta presión. El refrigerante en estado líquido a alta presión puede ser almacenado o enviado directamente a la válvula de expansión para su inyección en el evaporador y así el ciclo.

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5. SISTEMA DE CONTROL ACTUAL DEL CHILLER

Tras un simple vistazo al tablero de control del Chiller es obvio darse cuenta que no existe ningún tipo de control ya que a consecuencia del robo solo quedaron algunos implementos eléctricos necesarios para el funcionamiento. Podemos comparar la imagen 1, que nos muestra las condiciones en las que llego el Chiller a la empresa; con la imagen 2, que nos muestra como sería el tablero de control de un Chiller de 80 toneladas marca York en condiciones normales; estos dos tableros comparten grandes similitudes en cuanto a dimensiones y componentes. Figura 10. Tablero de Control; Chiller 60 Toneladas Marca York

Fuente: MANUFACTURAS TÉCNICAS CLIMATIZADAS. Documentos de la empresa. Cali, 2011.

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Figura 11. Tablero de Control; Chiller 80 Toneladas. Marca York

Fuente: Green Industrial [en línea]. Colombia: Gibuys, s.f., [consultado el 15 de noviembre de 2013]. Disponible en internet: http://www.gibuys.com/chillers-and-refrigeration/york-80-ton-air-cooled-scroll-compressor-chiller-460v-model-ycal0080sc46xaa-used.html.

Figura 12. Interfaz de Control; Chiller 80 Toneladas. Marca York

Fuente: Green Industrial [en línea]. Colombia: Gibuys, s.f., [consultado el 15 de noviembre de 2013]. Disponible en internet: http://www.gibuys.com/chillers-and-refrigeration/york-80-ton-air-cooled-scroll-compressor-chiller-460v-model-ycal0080sc46xaa-used.html.

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En cuanto a componentes electromecánicos para control el equipo cuenta con: 5.1.1.1 Sección de enfriamiento Intercambiador de calor: Configuración: Carcasa – tubo Material: Aluminio / Cobre Circuitos: 2 Tubería ∅: 0D 5/8” (0,32”) TSS: 35°F (1,6°C) Válvula de expansión: (2) 30 TN. R407C

5.1.1.2 Sección de condensación: Serpentín aleteado: Tiene enfriamiento por aire Configuración: V Circuitos: 2 Área de la cara: 384Ft2 Aletas / Filas / Espesor: 16/3/0,016 Tubería ∅: 3/8” Motores Cantidad / Potencia / rpm: (4) / 2HP / 1155 Voltaje: 460 / 1 / 60z Ventiladores ∅ / Aspas: 4*26 / 30 Eje ∅: ½” TDS: 120°F Flujo de aire: 22944 CFM (Pie cubico por minuto) Gabinete: Lámina galvanizada. 5.1.1.3 Sección de compresión: Compresor: (4), Tipo Scroll, Marca Copeland, Modelo ZR19M3E-TWD-22 Refrigerante: 407C Potencia: 15 HP Voltaje: 460 VAC/ 3PH / 60 HZ Consumo 69 Amp Aceite POE (Aceite Polioléster Copeland) Arranque: Contactor TDS (Temperatura de descarga) 120°F TSS (Temperatura de suministro)40°F. Ver Anexo A. Manual de servicios

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6. PROCESO DE PLANEACIÓN DEL PRODUCTO 6.1 ESTUDIO DE MERCADO El principal objetivo del proyecto, es diseñar una plataforma de control para la automatización del proceso de refrigeración de un Chiller con una capacidad de 60 toneladas. Se desea innovar en la industria de la repotenciación de equipos, con un equipo de fácil manejo, completamente automatizado, con un sistema de control capaz de cumplir con las funciones originales del equipo. 6.2 SEGMENTO DE MERCADO La segmentación del mercado es la división del mismo en pequeños grupos con características similares, con el fin de llevar a cabo una estrategia comercial diferenciada para cada uno de ellos, que permita satisfacer de forma más efectiva sus necesidades y alcanzar los objetivos comerciales de la empresa. Se tiene los siguientes mercados, en donde un Chiller generaría un servicio y una utilidad. Aires Acondicionados. o Hoteles, Hospitales, Oficinas, Domicilios, Locales Comerciales y en cualquier espacio cerrado que necesiten un ambiente climatizado. Procesos Industriales. o Biodiesel, Modelo de soplado, Maquinas CNC, Fundición, Moldura de enfriamiento de aceite y en cualquier proceso industrial que necesite mantener control de la temperatura durante la producción. Salud o Bancos de sangre, Laboratorios clínicos, Piscinas de agua fría, Farmacéutico y en cualquier proceso en el que se necesite mantener objetos o líquidos a bajas temperaturas. Alimentos o Criaderos de peces, Lácteos, Mezcla de masa, Almacenamiento de frio, Cerveza y en cualquier proceso o lugar en donde se requiera mantener y controlar proceso a bajas temperaturas.

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7. PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN

7.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Plataforma de control para la automatización de un Chiller de 60 toneladas de refrigeración, que cumpla y garantice las funciones de control y variables de proceso originales del Chiller. La automatización se desarrolla por medio de algún tipo de controlador automático y la interfaz gráfica por un medio grafico digital, además, se estará constantemente realizando un censado de las variables de proceso de refrigeración, tales como presión y temperatura. 7.2 PREMISAS Y RESTRICCIONES Una de las restricciones más importantes o que más restringe al proyecto es la de ceñirse a los elementos disponibles en el almacén de la empresa. Reutilizar los componentes eléctricos y electromecánicos presentes en el Chiller. Diseñar una estrategia de control para el PLC con protocolos abiertos. Desarrollar el programa de control para un PLC específico que cuenta con su propio software de programación. Interfaz gráfica de fácil manejo. La interfaz gráfica debe mostrar ventanas emergentes en caso de alarmas.

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8. NECESIDADES DEL CLIENTE

A continuación se presentan los requerimientos propuestos por la empresa, los cuales fueron obtenidos por medio de análisis del estado en el que llego el Chiller a la empresa: 8.1 REQUERIMIENTOS DE LA EMPRESA Calificar el nivel de funcionalidad de los componentes del Chiller. Caracterizar los componentes con los que cuenta el Chiller. Diseño de Interface Hombre Maquina. Diseño de Software de Control. Homogenizar el desgaste de los compresores; esto por medio de Software; alternar el encendido de los 4 compresores. Protecciones por alta presión y baja presión. Protecciones por alta temperatura y baja temperatura. Protecciones eléctricas: Relé, Control de voltaje. Que sea seguro. Fácil implementación. Que sea económico. Fácil de operar. Después de haber visto en detalle los requerimientos del cliente se procede a generar la identificación de necesidades, presentando su nivel de importancia como se muestra en el siguiente cuadro. Cuadro 1. Identificación de necesidades NECESIDADES IDENTIFICACION DE NECESIDADES IMPORTANCIA

1 Nivel de funcionalidad de los componentes del Chiller 5

2 Caracterización de los componentes con los que cuenta el Chiller 5

3 Diseño de Interface Hombre Maquina 5 4 Diseño de Software de Control 5

5 Homogeneizar el desgaste de los compresores: Alternar el encendido de los 4 compresores.

5

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Cuadro 1. (Continuación). NECESIDADES IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES IMPORTANCIA

6 Protecciones por alta presión y baja presión 4 7 Protecciones de temperatura por alta y baja 4

8 Protecciones eléctricas: Relé térmico, Controlador de voltaje 5

9 Que sea seguro 4 10 Fácil implementación 4 11 Que sea económico 4 12 Fácil de operar 4

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9. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PRELIMINARES - MÉTRICAS Y SUS UNIDADES DEL CLIENTE

En esta parte del proyecto se procede a relacionar las necesidades de la empresa con el fin de encontrar criterios y parámetros que se utilicen como cuantificadores de dichos requerimientos, los cuales servirán de guía para el desarrollo del sistema de control. Cuadro 2. Especificaciones técnicas preliminares

MÉTRICA NECESIDADES ESPECIFICACIONES TECNICAS UNIDADES 1 2,4 Potencia HP 2 1,2,3,4,7 Temperatura de proceso °C 3 7,9,10 Temperatura de operación °C 4 1,3,4,5 Control LISTA 5 1,2,6, Presión PSI 5 3,4,12 Facilidad Interfaz Lista 6 1,2,5,11 Inversión $ 7 6,7,8,9,12 Seguridad Lista 8 10,12 Operación Subjetivo

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10. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 10.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL En esta etapa se plantea el problema de manera general, es decir, sin tomar en cuenta el comportamiento interno de todo el sistema. Figura 13. Caja negra del sistema

La figura 13 muestra la caja negra del sistema, en donde podemos observar una simplificación de lo que se desea hacer con el Chiller, el que trabaja principalmente con energía eléctrica para alimentación de los circuitos de refrigeración; controlar el proceso de refrigeración por medio de señales internas del proceso de enfriamiento y externas o de operación del equipo.

10.2 SUBFUNCIONES En la figura 14 se muestra un esquema muy general del proceso de enfriamiento del Chiller, el cual no brinda la suficiente información para profundizar y descomponer el proceso en sub-funciones y sub-conceptos, que permitan entender en detalle el sistema como tal. Por tal razón se genera el siguiente gráfico, con el fin de descomponer el sistema en sub-funciones más detalladas, mostrando el interior de la caja negra; para tener una mejor visualización de como el sistema de control manipula las entradas y genera las salidas deseadas.

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Figura 14. Descomposición funcional del sistema

En la línea puntuada se muestran las señales a procesar por el sistema de control, dichas señales son las de encendido (condiciones iniciales: temperatura ambiente y temperatura inicial del proceso), mediante las cuales se regula el funcionamiento del Chiller; la línea continua es la energía que el proceso necesita para el desarrollo total del Chiller. En la figura 15 se muestra la descomposición de las señales específicas que procesa el sistema de control.

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Figura 15. Descomposición funcional del sistema de control

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11. TIPO DE ARQUITECTURA En el Cuadro 3 se presentan los principales elementos físicos con los que cuenta el Chiller de 60 toneladas de refrigeración, con sus respectivos elementos funcionales, los cuales ya estaban presentes en el equipo. Y de acuerdo a las restricciones de la empresa, se deberían seguir utilizando y así poder garantizar el funcionamiento original del equipo. Cuadro 3. Arquitectura del producto

11.1 ARQUITECTURA ELECTRÓNICA Mediante la arquitectura electrónica de los elementos presentes en el Chiller, se puede observar de forma detallada las funciones que tiene cada uno de los componentes electrónicos del Chiller. (Ver Figura 16).

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Figura 16. Arquitectura electrónica

11.2 ARQUITECTURA MECÁNICA De la misma forma que existe la arquitectura electrónica, existe la arquitectura mecánica, que tiene igual importancia en el proceso de enfriamiento de líquidos, ya que en esta se tiene en cuenta factores tales como la mecánica de fluidos, la

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capacidad de transferencia y extracción de calor del intercambiador de calor. (Ver Figura 17). Figura 17. Arquitectura mecánica

11.3 FUNCIONALIDAD DE CADA ELEMENTO Cuadro 4. Funcionalidad de cada elemento

ELEMENTO FISICO ELEMENTO FUNCIONAL

Red eléctrica 440VAC, 60 HZ Proporciona la energía eléctrica al sistema

PLC Elemento encargado de procesar y controlar el ciclo de refrigeración del Chiller

Sensores Suministran la información que es procesada por el PLC Válvulas

Solenoides Controla el flujo del gas refrigerante

Protecciones Eléctricas

Controla la calidad de la energía, protege cargas trifásicas contra sobre y subtensión, asimetría angular, asimetría modular, falta de fase y secuencia de fase.

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Cuadro 4. (Continuación).

ELEMENTO FÍSICO ELEMENTO FUNCIONAL

Switches Muletilla

Permiten el paso de corriente a los diferentes componentes electromecánicos del Chiller

Filtro Secador Protegen el sistema de refrigeración contra la humedad, las partículas sólidas y los ácidos.

Tubería Medio físico encargado de transportar el gas refrigerante por todo el circuito de refrigeración.

Compresores

Succiona le vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador. Eleva la presión del vapor refrigerante para que la temperatura de saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante.

Ventiladores Extraer el exceso de calor del serpentín condensador

Serpentín Ayuda a disipar las altas temperaturas con las que circula el gas refrigerante por la tubería del serpentín.

Intercambiador Proporciona una superficie donde el líquido a enfriar transfiere el calor al gas refrigerante, el cual se evapora a tiempo de ir absorbiendo el calor.

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12. DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL PARA EL PLC A continuación se va a explicar cuál fue el programa que se diseñó para el control del proceso de enfriamiento del Chiller; este programa se diseñó de acuerdo a las especificaciones y requerimientos de la empresa. (Ver Anexo B). Figura 18. Programa de control para el PLC

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13. ETAPAS DEL PROCESO DE CONTROL DEL PLC 13.1 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES ANÁLOGAS Al no tener un manual con las especificaciones técnicas de algunos de los componentes electromecánicos del Chiller; La primera actividad que se realizó para obtener las señales análogas, fue determinar el tipo y magnitud de las señales entregadas por los componentes electromecánicos presentes en el Chiller. 13.2 DETERMINACION DE LA SEÑAL DE PRESION ENTREGADA POR EL TRANSDUCTOR Para determinar la señal entregada por el transductor presente en el equipo se fabricó una flauta con cinco boquillas adaptadas para dos transductores, y así poder simular el circuito de refrigeración del Chiller, además la flauta cuenta con un manómetro de alta presión, para la visualización de la presión en la flauta y finalmente cuenta con una válvula de purga para eliminar los excesos de presión en la flauta. Para la simulación de presión del circuito de refrigeración se usó Nitrógeno. (Ver Figura 19). Figura 19. Flauta para pruebas de presión

.

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1. Válvula de purga. 2. Transductores de presión. 3. Manómetro de presión. 4. Flauta de pruebas. 5. Entrada de nitrógeno. 1. Válvula de purga: estas válvulas nos permiten eliminar el exceso de presión en la flauta de pruebas, así como realizar la toma de datos, simulando el modo de descarga del sistema. 2. Transductores de presión: en este caso el sensor con el que se realizaron las pruebas fue el transductor de presión 025-29139-001, fabricado por YORK

Corporation; sus especificaciones técnicas, son: (Ver Cuadro 5). Cuadro 5. Especificaciones sensor de presión

YORK 025-29139-001 PRESSURE TRANSDUCER Rango de medición (Relativa) 0 – 400 PSI

Señal de salida 0,5 – 4,5 Vdc @ 5Vdc (Ratiométrico ) Alimentación Eléctrica (Vcc) 4,5 – 5,5 Vdc

Temperatura de operación LP: -30 a +40°C (max. 16 bar) HP: 0 a +80°C (> 16 bar)

Conexión ¼” NPT Grado de protección EMC (Ruidos Electromagnéticos)

3. Manómetro de presión: es un dispositivo que permite visualizar la presión del sistema en una forma análoga y en tiempo real, el manómetro que vamos a utilizar es un manómetro de alta presión; esto quiere decir que su escala de medición va de 0 PSI hasta 500 PSI. 4. Flauta de pruebas: es un tubo de cobre de 8 pulgadas de largo; de calibre L; al cual se le adaptaron cuatro entradas de ¼”, para conectar los accesorios para realizar la toma de datos; cuenta con dos bases de 3 pulgadas que la separan del suelo; y una entrada de ¼” tipo gusanillo.

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5. Entrada de nitrógeno: es una entrada de ¼”, tipo gusanillo; que es por donde entra el nitrógeno que a su vez produce la presión del sistema. En cuanto a la parte electrónica se usa un PLC Logo 12/24RC de Siemens; este dispositivo es el que nos va a recibir, procesar y controlar las señales análogas de los diferentes sensores. (Ver Cuadro 6). Cuadro 6. Características básicas del Logo 12/24 RC

De estas 8 entradas digitales se puede configurar 2 o 4, como entradas analógicas, de acuerdo a nuestras necesidades; en nuestro caso, solo se van a utilizar 2 entradas análogas, ya que son 2 transductores los que van a generar señal de presión. Las entradas I7 (AI1) e I8 (AI2) están disponibles como entradas analógicas en la configuración estándar, tanto si se utilizan como si no. Las entradas I1 (AI3) e I2 (AI4) son entradas analógicas opcionales. 13.3 TOMA DE DATOS PARA LA PRESIÓN Para la toma de datos se acoplan los transductores, la válvula de purga, el manómetro de presión y la entrada del nitrógeno como se ve en la imagen 4. En cuanto a la alimentación y conexión de entradas analógicas se puede observar en la Figura 20.

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Figura 20. Diagrama de conexión del Logo 12/24RC

El primer paso para la toma de datos es registrar los datos entregados por los transductores y manómetro; el voltaje entregado por los transductores será visualizado en el Logo! 12/24RC y confirmado con en un multímetro digital. Para la toma de datos y con la ayuda de la herramienta informática Microsoft Excel se registraron 3 columnas de datos; Voltaje del Multímetro (Vol Mult), Voltaje del Logo (Vol Logo), Presión en el manómetro (PSI); de los cuales se obtuvo el siguiente cuadro. (Ver Cuadro 7). Voltaje del Multímetro (Vol Mult): esta información se utilizó como un método de confirmación de las características de la señal entregada por el Transductor de presión; con lo cual también se puede confirmar el correcto funcionamiento de éste. De acuerdo a las características del transductor, los datos deberían iniciar en 0,5 voltios y tener un tope máximo de 4,5 voltios. Voltaje del Logo (Vol Logo): esta información se puede visualizar en la pantalla del Logo!; si se navega entre las diferentes pantallas que muestra el Logo!; se puede observar una donde muestra el valor de las entradas análogas; que esté censando en tiempo real. Para esto no es necesario haber programado el Logo!; Ya que es una función implícita en el Logo!.

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Las entradas analógicas del Logo! se las puede configurar de en voltaje (0 – 10 Voltios) o en corriente (4 – 20 mA); esto se lo debe hacer por software. Pero para nuestro caso las vamos a configurar de 0 – 10 Voltios. Presión en el manómetro (PSI): es la medida de la presión que registra el manómetro ubicado al final de la flauta de pruebas. Las características del manómetro de presión dicen que es un manómetro de alta presión, su rango de medición va desde los 0 PSI hasta los 500 PSI. (Ver Anexo C). Cuadro 7. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por alta presión

ALTA PSI Vol Mult Vol Logo PSI

0,51 50 0 0,74 74 25 1,02 99 50 1,24 123 75 1,52 151 100 1,76 177 125 2,01 199 150 2,29 227 175 2,51 249 200 2,76 273 225 3,01 299 250 3,27 328 275 3,51 349 300 3,76 375 325 4,02 400 350 4,26 423 375 4,49 446 400

Con la herramienta de insertar gráficos de dispersión, se puede observar el comportamiento lineal del transductor, además esta herramienta genera una ecuación que simboliza el comportamiento matemático de la toma de datos del transductor. (Ver Figura 21).

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Figura 21. Gráfico Transductor de alta presión

𝑌 = 1,0035𝑋 − 50,555 (Ecuación 11. Transductor de alta presión).

El primer paso para poder visualizar dicha presión en el Logo! es programar la ecuación (Ecuación 11); en el Logo!. Esto va a permitir convertir la señal entregada por el transductor y convertirla en la escala de presión que es la que necesitamos visualizar. Para lo anteriormente mencionado se va a utilizar el software de programación LOGO!Soft Confot de Siemens; este software es entregado directamente por el fabricante de los PLC Logo! 12/24RC, a las empresas que adquieren sus productos. Para la visualización de las presiones se diseñó un programa sencillo; que permite tomar la señal análoga, convertirla en una señal digital y así poder modificarla; es decir convertir la señal de voltaje entregada por el transductor y convertirla en su equivalente en PSI (Libras por pulgada cuadrada) que es la información que se necesita visualizar. (Ver Figura 22).

Y = 1,0035x - 50,555

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 100 200 300 400 500

Alta Presion

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Programa para el registro de señales análogas: Figura 22. Programa para visualizar presiones en el LOGO!

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. En el programa se encuentran una serie de bloques con diferentes funciones que nos permite realizar la visualización de señales. (Para ver detalles de los bloques ver Anexo D) 1. Entrada Analógica. 2. Conmutador Analógico de Valor Umbral. 3. Instrucción Aritmética. 4. Conectores Abiertos. 5. Texto de aviso. El principal elemento del programa es el bloque de Instrucción Aritmética ya que es el que recibe la señal entregada por el transductor y como la recibe en forma digital por el bloque Conmutador Analógico; esta, está lista para ser modificada por la Ecuación 11. Ya que el programa no permite escribir decimales, se tiene que acondicionar la Ecuación 11 para que pueda ser implementada en el bloque Instrucción Aritmética:

𝑌 = ((10035∗𝑋)

10000) − 50; (Ecuación 12. Transductor de alta presión (Instrucción Aritmética))

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Las propiedades del bloque Instrucción Aritmética permite tomar un dato de cualquier bloque del programa; en este caso se tomará el valor del Conmutador Analógico; que se referenció en la casilla V1; el primer paso según la Ecuación 12 es multiplicarlo por V2=10035, luego se divide entre V3=10000 y finalmente se resta V4=50; después de estas operaciones se puede obtener el equivalente de la señal en voltios entregada por el transductor a PSI que es lo que se necesita visualizar. (Ver Figura 23). Figura 23. Propiedades del bloque Instrucción Aritmética

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort.

Para la visualización se utiliza el bloque Texto de Aviso; con el que gracias a sus propiedades se pueden referenciar los valores de los bloques que se necesita visualizar. (Ver Figura 24).

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Figura 24. Propiedades del bloque Texto de Aviso


En la Figura 25 se pueden ver algunos ejemplos de cómo es la visualización de la presión en la flauta y la señal en voltios entregada por el transductor; esto puede ser confinado en la Tabla 3 de presiones del Transductor de alta presión. … Véase Figura 25 en la página 67…

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Figura 25. Ejemplos de visualización

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. 13.4 TOMA DE DATOS PARA TEMPERATURA Para la toma de datos se fabricó un sensor de temperatura con un LM35, que es un sensor de temperatura con una precisión de 1°C; la señal que el sensor entrega es de 10mV/°C. Una gran ventaja de este tipo de sensores es que no necesita de ningún tipo de acondicionamiento para ser calibrada. Figura 26. Diagrama de conexión LM35

Fuente: Texas Instruments [en línea]. Estados Unidos, s.f., [consultado el 16 de mayo de 2014]. Disponible en Internet: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf

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13.5 PROGRAMA DE CONTROL DEL CICLO DE REFIGERACION DEL CHILLER Una vez se tienen identificadas las señales que se van a controlar y sobre todo, se sabe cómo procesarlas; se procede al desarrollo del programa general del Chiller. Como se puede observar en la Figura 18, el programa cuenta con las siguientes entradas: (Ver Anexo B). Entradas digitales: I1 (Reset de Falla). I2 (OLC1: Relé térmico del compresor 1). I3 (OLC1: Relé térmico del compresor 2). I4 (OLC1: Relé térmico del compresor 3). I5 (OLC1: Relé térmico del compresor 4). I6 (PV: Protección de voltaje trifásico (FULL GAUGE PHASE LOG PLUS)). I9 (PAC1: Presostato de alta presión del circuito 1). I10 (PAC2: Presostato de alta presión del circuito 2). I11 (CTS: Control de temperatura de seguridad (FULL GAUGE MT512RiPLUS)). I12 (SFA: Switche flujo de agua). I13 (SW1/BP1: Switche muletilla del compresor 1). I14 (SW2/BP1: Switche muletilla del compresor 2). I15 (SW3/BP2: Switche muletilla del compresor 3). I16 (SW4/BP2: Switche muletilla del compresor 4). Entradas análogas: AI2 (CTP: Control de temperatura de proceso (Sensor LM35)). AI3 (AP1: Transductor de alta presión, circuito 1). AI4 (BP1: Transductor de baja presión, circuito 1). AI5 (AP1: Transductor de alta presión, circuito 2). AI6 (BP1: Transductor de baja presión, circuito 2).

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Salidas: Q1 (KC1: Contactor de compresor 1). Q2 (KC2: Contactor de compresor 2). Q3 (KC3: Contactor de compresor 3). Q4 (KC4: Contactor de compresor 4). Q5 (KM2: Contactor de ventilador 2). Q6 (KM4: Contactor de ventilador 4). Q7 (LCF1: Indicador de activación del compresor 1). Q8 (LCF2: Indicador de activación del compresor 2). Q9 (LCF3: Indicador de activación del compresor 3). Q10 (LCF1: Indicador de activación del compresor 4). Q11 (BS1: Bobina solenoide 1). Q12 (BS1: Bobina solenoide 2). 13.5.1 Reset de falla. Este conjunto de bloques lo que hace es simular un pulsador normalmente abierto; que envía el pulso al momento de soltar el botón; esta función esta enlazada con las demás entradas; ya que al momento de ocurrir una falla esta se enclava en el sistema para evitar daños al sistema de refrigeración; de esta forma la falla persiste hasta que el operario del Chiller revise las causas de la falla y sea corregida para finalmente pulsar el botón de RESET DE FALLA y se restablezca el sistema. Figura 27. Reset de Falla

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. 13.5.2 Entradas Digitales. Estas entradas cumplen la función de registrar el cierre o apertura de los contactos de las diferentes señales que el sistema entrega para ser procesadas; estas cuentan con un sistema de autonclavamiento, para

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que el sistema al momento del arranque, inicie en falla, previniendo que alguna de las entradas no haya sido activada y así solo hasta que sea activada pueda iniciar el sistema. Figura 28. Entradas del Sistema

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. 13.5.2.1 Control de temperatura. Aquí se encuentra una de las entradas análogas del sistema, en este caso es el control de temperatura; el sensor que entrega la señal es el LM35 (Ver Anexo E). … Véase Figura 29 en la página 71…

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Figura 29. Control de temperatura del Sistema

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. La entrada análoga está configurada para activar los compresores; Esta entrada cuenta con 4 Conmutadores analógicos de valor umbral; los que están configurados a 4 temperaturas diferentes que van aumentando en forma gradual (6°C - 7°C – 8°C – 9°C) y de la misma forma cuando la temperatura desciende, lo hace en forma gradual (9°C - 8°C – 7°C – 6°C); ésta señal va en paralelo con los switche muletilla de los compresores y la presión del ciclo de refrigeración para así confirmar su arranque. Figura 30. Conmutador analógicos de valor umbral

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. Esta parte del programa también cuenta con unos bloques, llamados Retardo a la conexión que permiten estabilizar la señal entregada por el sensor de temperatura;

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el retardo que se le aplica a la señal es de 10 segundos tanto a la conexión como a la desconexión. (Ver Figura 31). Figura 31. Retardo a la conexión

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort. Con el bloque que tiene la configuración 6°C de temperatura, más la señal del switche (SW4/BP2) y la presión del ciclo de refrigeración; se activa uno de los compresores. Con el bloque que tiene la configuración de 7°C de temperatura, más la señal del switche (SW3/BP2) y la presión del ciclo de refrigeración; se activan dos de los compresores. Con el bloque que tiene la configuración de 8°C de temperatura, más la señal del switche (SW2/BP1) y la presión del ciclo de refrigeración; se activan tres de los compresores. Con el bloque que tiene la configuración de 9°C de temperatura, más la señal del switche (SW4/BP1) y la presión del ciclo de refrigeración; se activan los cuatro compresores. Otro control a la temperatura que se le hace al Chiller es el control a la temperatura de proceso. Esta temperatura es controlada por un dispositivo exterior al PLC; Esta temperatura es censada en la salida del intercambiador; ya que es en este punto en donde el proceso es más frio. El dispositivo que se usa para este proceso es el MT-512Ri plus (Ver Anexo F, Ver Figura 32); este es un controlador digital para refrigeración con deshielo natural por parada de compresor. El cual está configurado para monitorear la temperatura de proceso; la principal función de este dispositivo es activar una alarma cuando la

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temperatura de proceso llega a los 3°C; ya que esto es una alarma por congelamiento. Figura 32. Control de temperatura MT-512Ri plus

Fuente: Full Gauge Controls [en línea]. Estados Unidos: Full Gauge Controls, 2006, [consultado el 15 de mayo de 2014] Disponible en Internet: http://www.fullgauge.com/produtos/localizar-por-manual-do-produto/25.

13.5.2.2 Control de presión. En este bloque encontramos las 5 restantes entradas análogas (AI3 = AP1, AI4 = BP1, AI5 = AP2, AI6 = BP2). Por lo anteriormente explicado en el apartado “Programa para el registro de señales análogas”; se hace una breve descripción de los pasos y cambios que sufre la señal de presión registrada por cada uno de los transductores: Figura 33. Control de presión


http://www.fullgauge.com/produtos/localizar-por-manual-do-produto/25

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La señal análoga es registrada por el bloque “Entrada analógica” AI, luego esta es convertida en una señal digital por el bloque “Conmutador analógico de valor umbral”, una vez convertida en señal digital, esta es referenciada en el bloque “Instrucción aritmética” y procesada matemáticamente para obtener la equivalencia entre el voltaje que entrega el transductor y la señal de presión que necesitamos controlar. Para encontrar la equivalencia entre, el voltaje y la señal de presión que se va a controlar, se debe tener en cuenta que se cuenta con dos tipos de transductores; uno de alta presión que tiene una escala de 0 a 400 PSI y otro transductor de baja presión que tiene una escala de 0 a 200 PSI, los cuales se deben escalizar, así como ya se hizo en el apartado de “Toma de datos para presión”; siguiendo los pasos ya mencionados se tiene que las fórmulas para la escalización de los transductores son: Transductor de Alta presión (0 – 400 PSI): en esta parte se retoma en el Cuadro 7, que se obtuvo en el apartado; “Toma de datos para presión”; sin embargo en el Cuadro 8 se encuentra un resumen de los datos obtenidos. Cuadro 8. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por alta presión

ALTA PSI Vol Mult Vol Logo PSI

0,51 50 0 1,02 99 50 1,52 151 100 2,01 199 150 2,51 249 200 3,01 299 250 4,02 349 300 4,02 400 350 4,49 446 400

Como ya se observó anteriormente; luego de procesar los datos obtenidos tenemos la Ecuación 11 que permite realizar la escalización de la señal del transductor.

𝑌 = 1,0035𝑋 − 50,555 (Ecuación 11. Transductor de alta presión).

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Transductor de Baja presión (0 – 200 PSI): Para éste transductor el tratamiento que se le da a los datos obtenidos es exactamente el mismo, solo que la escala no iría hasta los 400 PSI, si no, hasta los 200 PSI, ya que es un transductor de baja presión y su escala va de 0 a 200 PSI. (Ver Anexo G). Cuadro 9. Resumen de la Tabla de datos obtenidos por baja presión

BAJA PSI Vol Mult Vol Logo PSI

0,50 50 0 1,00 103 25 1,56 155 50 2,03 201 75 2,49 248 100 2,99 300 125 3,50 353 150 3,97 401 175 4,37 440 200

La ecuación resultante de los datos obtenidos del transductor de baja presión seria:

𝑌 = 0,509𝑋 − 28,119 Ecuación 13. Transductor de baja presión.

Por lo ya antes visto y de acuerdo a las propiedades de los bloques del Logo!; la ecuación que finalmente se aplicaría seria,

𝑌 = ((509∗𝑋)

1000) − 25; Ecuación 14. Transductor de baja presión (Instrucción Aritmética)

Hay que anotar que en algunos casos y debido a la poca precisión que se puede obtener debido a la restricción de los decimales en el bloque “Instrucción Aritmética”, debemos aumentar o disminuir su valor en + −⁄ 2 unidades; y así buscar la mayor precisión posible; con la última operación de la ecuación (La resta).

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13.5.2.3 Control de compresores. Para la activación de los compresores hay que cumplir varios requisitos. Como primera medida; en el panel de control del Chiller, cada uno de los compresores tiene un switche muletilla que debe ser activado, para cumplir con las condiciones de encendido de los compresores dentro del ciclo de refrigeración. Figura 34. Panel de control

Fuente: Manufacturas Técnicas Climatizadas.

El Chiller tiene dos circuitos de refrigeración, y a su vez; el circuito de refrigeración cumple el llamado ciclo de refrigeración. En el ciclo de refrigeración encontramos el gas refrigerante, el cual durante su recorrido por el ciclo de refrigeración sufre cambios de estado, que se ven representados en dos tipos de presión diferentes. Alta presión: cuando la presión en el ciclo de refrigeración varía entre los 250 PSI y los 350PSI. Al momento que la presión llega a los 350 PSI se envía una señal al PLC para encender el compresor; este compresor continúa funcionando hasta que la presión baja a los 250 PSI. Cuando la presión pasa de los 350 PSI se activa una alarma de falla; por alta presión.

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Baja presión: el rango de funcionamiento del compresor a baja presión es entre los 30 PSI y los 80 PSI; cuando la presión llega a los 80 PSI el compresor se activa, hasta que la presión baja a los 30 PSI. Cuando la presión baja a menos de los 30 PSI se activa una alarma de falla; por baja presión. Otra condición que gobierna el encendido de los compresores es la temperatura como ya lo pudimos observar en el apartado de Control de temperatura; la entrada análoga AI2 está configurada para registrar cuatro temperaturas (6°C, 7°C, 8°C y 9°C), que a medida que vaya aumentando irán activando cada uno de los 4 compresores. Como un valor agregado al programa y pensando en la vida útil de los compresores del Chiller; se implementó una etapa llamada: Alternado de Compresores (Ver Figura 35). Alternado de compresores: los compresores están sujetos a continuos encendidos y apagados; esto nos hizo pensar en que deberían tener un orden específico de encendido y apagado, lo que causaría un desgaste desigual de los compresores. Figura 35. Alternado de compresores


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Por lo mencionado anteriormente se dividió los 4 compresores en 2 grupos los que a su vez tienen 2 compresores por circuito de refrigeración. Circuito 1: está gobernado por los 2 primeros registros de temperatura (6°C y 7°C) que activan los compresores 3 y/o 4. Al registrar los 6°C se activara el compresor número 3; sí esta temperatura se mantiene por un periodo mayor a 24 horas el programa automáticamente apagara el compresor número 3 y activara el compresor número 4; al momento de registrar las 2 temperaturas se activan los 2 compresores; en este caso el reset automático de las 24 horas también aplica. Circuito 2: está gobernado por las temperaturas 8°C y 9°C. Cuando se registran los 8°C se puede activar el compresor número 2. Al igual que en el circuito 1; si esta temperatura se mantiene por más de 24 horas el programa automáticamente apagara el compresor número 2 y activara el compresor número 1; también cuando se registren las 2 temperaturas se activaran los 2 compresores y de igual manera aplicara en el reset automático de las 24 horas. En la Figura 36 se puede observar la etapa del alternado de los compresores en modo de espera Figura 36. Alternado de compresores (Modo de espera)


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En la Figura 37 se puede observar que al activar la entrada I2, que representaría las condiciones de inicio de uno de los compresores; se enciende la salida Q2. Figura 37. Alternado de compresores (I2 activa y Q2 activa)


En la Figura 38 se observa que al volver a activar la entrada I2; se enciende la salida Q1. Esto debido al bloque Interruptor bifuncional que mantiene la señal al momento de activar su entrada o enviar la señal después de un tiempo programado; además con el arreglo de las compuertas lógicas que me permiten desviar la señal a una de las dos salidas. Figura 38. Alternado de compresores (I2 activa y Q1 activa)


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En la Figura 39 se observa que las entradas I1 y I2 están activas, así como las salidas Q1 y Q2; ya que al estar las dos entradas activas, se activaran las dos salidas sin ninguna restricción; Adicional a esto el reset automático de las 24 horas también permanece. Figura 39. Alternado de compresores (I2, I1 activas y Q1, Q2 activas)


13.5.2.4 Control de ventiladores. El Chiller tiene 4 ventiladores (ver Figura 40) que son los encargados de la extracción del calor de los serpentines; y su funcionamiento está controlado de dos formas: Uno de los controles aplicado para el encendido de los ventiladores es por presión; cuando las entradas análogas de los transductores de alta presión registran una presión de 300 PSI, los ventiladores 2 y 4; se activan hasta que esta desciende a los 250 PSI. La entrada análoga AI3 es la que activa el Ventilador número 2; y la entrada análoga AI5, activa el ventilador número 4. La activación de los ventiladores 1 y 3 depende del encendido de los compresores (Ver Anexo H); el ventilador número 1 se activa si, el compresor número 1 y/o 2 son activados; el ventilador número 3 se activa si, el compresor número 3 y/o 4 son activados.

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Figura 40. Ventiladores (Parte superior del Chiller)

Fuente: Manufacturas Técnicas Climatizadas.

13.5.2.5 Control de las válvulas solenoide. Cada circuito de refrigeración cuenta con una válvula solenoide; que son las que controlan el flujo del gas refrigerante; esto lo hacen en posición, completamente abierta o completamente cerrada. Las condiciones para que se active una de las válvulas solenoide son: Para la válvula solenoide del circuito numero 1: El presostato de alta presión del circuito número 1 (PCA1, Ver Anexo 2); debe

estar activado.

Las señales del relé térmico de los compresores número 1 y 2(OLC1 y OLC2, Ver Anexo B); deben estar desactivadas.

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Los switches muletilla de los compresores número 1 y 2(SW1/BP1 y SW2/BP1, Ver Anexo B); deben estar activados.

Cuando el control de temperatura registra 8°C. Para la válvula solenoide del circuito numero 2: El presostato de alta presión del circuito número 2 (PCA2, Ver Anexo 2); debe

estar activado.

Las señales del relé térmico de los compresores número 3 y 4(OLC3 y OLC4, Ver Anexo B); deben estar desactivadas.

Los switches muletilla de los compresores número 3 y 4(SW3/BP2 y SW4/BP2, Ver Anexo b); deben estar activados.

Cuando el control de temperatura registra 6°C. En si las condiciones para que las válvulas solenoides se activen es que no haya ningún tipo de falla presente en el funcionamiento normal del equipo; las válvulas solenoides siempre se activan antes que los compresores, es por esta razón que la activación de los compresores tiene un retardo a la conexión; este retardo hace que el líquido refrigerante circule antes que los compresores entren en funcionamiento. 13.6 PANTALLAS DE ALARMA Y DE FUNCIONAMIENTO 13.6.1 Pantalla de estado o de funcionamiento. En las pantallas de funcionamiento se encuentra la información en tiempo real del estado del Chiller; en estas encontramos la temperatura de cada uno de los circuitos de refrigeración; la presión a la que se encuentra el ciclo de refrigeración de cada uno de los circuitos (Alta presión y Baja presión); estas pantallas son constantes. (Ver Figura 41).

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Figura 41. Simulación de pantalla de estado


13.6.2 Pantalla de falla o pantallas de alarma. Estas pantallas tienen prioridad sobre las pantallas de estado; esto quiere decir que en el caso de ocurrir una alerta por falla de inmediato cambia la pantalla de estado por la pantalla de falla que ocurra en el momento. Las alarmas de falla que activan las pantallas aplican tanto para el circuito número 1 como para el circuito número 2. Falla I2: esta falla hace referencia al relé térmico del compresor número 1. (Ver Figura 42). Figura 42. Falla I2

F Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort

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Falla I3: Esta falla hace referencia al relé térmico del compresor número 2. (Ver Figura 43). Figura 43. Falla I3

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort Falla I4: esta falla hace referencia al relé térmico del compresor número 3. (Ver Figura 44). Figura 44. Falla I4

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort

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Falla I5: esta falla hace referencia al relé térmico del compresor número 4. (Ver Figura 45). Figura 45. Falla I5

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort Falla I6: esta protección es monitoreada por un dispositivo exterior al PLC, el Phase LOG Plus (Ver Anexo I), este instrumento de monitoreo y protección de equipos eléctricos trifásicos; su función es monitorear cada fase de la red eléctrica, protege el equipo contra baja y sobre tensión, asimetrías angulares y modular y la falta de inversión de pases. (Ver Figura 46). Figura 46. Falla I6


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Falla CRC 1, Alta presión: esta pantalla de falla muestra tres datos de proceso de descarga: a) La presión a la cual el compresor se apaga (349 PSI); b) La presión a la cual el compresor se enciende (250 PSI); c) La presión actual del proceso de enfriamiento del líquido; ya que esta información indica cual es la presión del circuito de refrigeración en tiempo real. (Ver Figura 47). Lo anteriormente mencionado, también aplica para en circuito número 2. Figura 47. Falla CRC1 – Alta Presión


Falla CRC 1, Baja presión: esta pantalla de falla muestra tres datos de proceso de succión: a) La presión a la cual el compresor se apaga (30 PSI); b) La presión a la cual el compresor se enciende (79 PSI); c) La presión actual del proceso de enfriamiento del líquido; ya que esta información indica cual es la presión del circuito de refrigeración en tiempo real. (Ver Figura 48). Lo anteriormente mencionado, también aplica para en circuito número 2.

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Figura 48. Falla CRC1- Baja Presión


Falla I11: esta falla es una protección que está a cargo de un dispositivo exterior al PLC; el Full Gauge MT512Ri Plus (Ver Anexo F), controla la temperatura de proceso de enfriamiento de líquido para que no sea menor a 5°C. (Ver figura 49). Figura 49. Falla I11


Falla I12: esta falla es una protección que está a cargo del sensor de flujo de líquido; esta falla se activa cuando el sensor no detecta la entrada de líquido al intercambiador. (Ver Figura 50).

88

Figura 50. Falla I12

Fuente: Software – LOGO!Soft Comfort Falla CRC 1 Apagado manual: esta falla se activa cuando los compresores del circuito de refrigeración son apagados manualmente. (Ver Figura 51). Figura 51. Falla CRC1 Apagado manual


Lo anteriormente mencionado, también aplica para en circuito número 2;

89

14. COSTO DEL PROYECTO En primera instancia el presupuesto para el desarrollo del proyecto fue de aproximadamente USD$3000 a lo que luego de algunas negociaciones el presupuesto final del proyecto fue de USD$ 2190; lo que equivale a $4´000.000. La empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas Ltda. en su control de costos y producción realiza un comparativo del presupuesto fijado para el proyecto y el costo final de este; esta relación de gastos se ve reflejada en el Anexo K.

90

15. CONCLUSIONES

Se diseñó una plataforma de control para el funcionamiento de un Chiller de 60 toneladas de refrigeración marca YORK INTERNATIONAL, para la empresa Manufacturas Técnicas Climatizadas M.T.C. Ltda. La cual permite controlar las presiones en los circuitos de refrigeración, las temperaturas de proceso y funcionamiento, el encendido y apagado de los diferentes componentes eléctricos y electromecánicos involucrados en el ciclo de refrigeración, además cuenta con una serie de restricciones que protegen su funcionamiento. Se logró una buena identificación de los componentes eléctricos y electromecánicos existentes en el Chiller. Mediante pruebas experimentales se logró una buena identificación de las señales generadas por los sensores presentes en el Chiller. Para realizar un sistema de control dinámico de las presiones, es necesario encontrar la relación que existe entre el voltaje entregado por los transductores y el tipo de señal que se necesita controlar y visualizar. Se logró un buen empalme entre el tipo de conexiones de los elementos presentes y la nueva plataforma de control del Chiller. La plataforma de control cuenta con un protocolo de programación abierto, en caso de futuras reparaciones o actualizaciones del sistema de control.

91

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http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf

94

ANEXOS Anexo A. Manual de servicios Chiller York

112

Anexo B. Programa de control para el PLC.docx

113

Anexo C. Tabla de datos obtenidos por alta presión

Vol Mult Vol Logo PSI 0,51 50 0 0,57 58 5 0,61 62 10 0,65 66 15 0,7 69 20 0,74 74 25 0,8 78 30 0,86 82 35 0,91 88 40 0,96 94 45 1,02 99 50 1,06 100 55 1,1 105 60 1,15 113 65 1,22 121 70 1,24 123 75 1,29 130 80 1,37 138 85 1,43 143 90 1,48 146 95 1,52 151 100 1,56 155 105 1,63 164 110 1,68 166 115 1,71 172 120 1,76 177 125 1,81 180 130 1,86 185 135 1,91 190 140 1,96 194 145 2,01 199 150 2,06 200 155 2,13 210 160 2,18 215 165 2,24 221 170 2,29 227 175 2,31 232 180 2,37 238 185 2,4 242 190 2,45 246 195 2,51 249 200 2,56 255 205 2,62 260 210 2,66 264 215

114

2,73 269 220 2,76 273 225 2,8 279 230 2,86 286 235 2,93 293 240 2,94 295 245 3,01 299 250 3,05 306 255 3,12 310 260 3,16 317 265 3,22 321 270 3,27 328 275 3,31 330 280 3,35 335 285 3,42 341 290 3,46 344 295 3,51 349 300 3,58 356 305 3,61 359 310 3,64 362 315 3,7 368 320 3,76 375 325 3,83 381 330 3,85 386 335 3,89 390 340 3,94 395 345 4,02 400 350 4,06 404 355 4,1 409 360 4,16 413 365 4,21 418 370 4,26 423 375 4,31 427 380 4,36 432 385 4,41 436 390 4,46 439 395 4,49 446 400

115

Anexo D. Características de las funciones del programa logo SOFT

AND: La salida de la función AND sólo adopta el estado 1 si todas las entradas tienen el estado 1, es decir, si están cerradas. Si no se utiliza una entrada de este bloque (x), se le asigna el valor x = 1.

Cuadro 10. Lógica de la función AND

Conmutador Analógico de Valor Umbral: La salida se activa y desactiva en función de dos valores umbral configurables (histéresis).

116

Cuadro 11. Características de la función: Conmutador Analógico de Valor Umbral

Conectores Abiertos: Si no utiliza la salida de un bloque (p. ej. en textos de aviso), interconéctela con el bloque "Conector abierto".

Entradas: los bloques de entrada representan los bornes de entrada de LOGO!. Hay 24 entradas digitales disponibles como máximo.

En la configuración de bloques puede asignar un borne de entrada diferente a un bloque de entrada, si el nuevo borne no se está utilizando aún en el programa.

117

Entrada Analógica: se debe tener en cuenta, que el módulo central permite la conexión de hasta 4 entradas analógicas de 0 a 10V y de 4 a 20 mA. Las entradas de LOGO! 12/24RC no poseen separación galvánica, por lo que requieren el mismo potencial de referencia (masa).

Retardo a la conexión: la salida se activa solo después de haber transcurrido un tiempo configurado. Por medio de la entrada Trg (Trigger) se inicia el tiempo de retardo a la conexión.

XOR: La salida de la función XOR (O-exclusiva) adopta el estado 1 si las entradas tienen diferentes estados de señal. Si no se utiliza una entrada de este bloque (x), se le asigna el valor x = 0.

Relé Autoenclavador: Una señal en la entrada S activa la salida Q. Una señal en la entrada R desactiva la salida Q.

Cuadro 12. Características de la función: Relé Autoenclavador

Instrucción Aritmética: El bloque "Instrucción aritmética" calcula el valor AQ de una ecuación formada por operandos y operadores definidos por el usuario.

118

Cuadro 13. Características de la función: Instrucción Aritmética

NOR: La salida de la función NOR sólo adopta el estado 1 si todas las entradas tienen el estado 0, es decir, si están abiertas. Tan pronto como se activa una de las entradas (es decir, cuando adopta el estado 1), se desactiva la salida. Si no se utiliza una entrada de este bloque (x), se le asigna el valor x = 0.

Cuadro 14. Características de la función: NOR

119

Generador de Impulsos Asíncrono: La forma del impulso de salida puede modificarse mediante una relación impulso/pausa configurable. Cuadro 15. Características de la función: Generador de Impulsos Asíncrono

o

Interruptor bifuncional: Es un interruptor de impulsos con retardo a la desconexión y un Pulsador (alumbrado permanente).

Cuadro 16. Características de la función: Interruptor bifuncional

Salidas: es posible utilizar 16 salidas como máximo. En la configuración de bloques puede asignar un borne de salida diferente a un bloque de salida, si el nuevo borne no se está utilizando aún en el programa. En la salida está aplicada siempre la señal del anterior ciclo del programa. Este valor no cambia en el ciclo actual del programa.

120

Texto de Aviso: cuando el LOGO! está en modo RUN, esta función muestra textos de aviso y parámetros de otros bloques en el display integrado del LOGO! o del LOGO! TD. Cuadro 17. Características de la función Texto de Aviso.

121

Anexo E. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors

150

Anexo F. MT 512 Ri DIGITAL THERMOSTAT

151

Anexo G. Datos obtenidos para baja presión

Vol Mult Vol Logo PSI 0,50 50 0 0,63 63 5 0,70 69 10 0,81 81 15 0,91 92 20 1,00 103 25 1,12 115 30 1,23 127 35 1,35 133 40 1,43 149 45 1,56 155 50 1,62 163 55 1,73 176 60 1,85 188 65 1,99 198 70 2,03 201 75 2,11 212 80 2,23 225 85 2,35 239 90 2,42 246 95 2,49 248 100 2,56 255 105 2,66 269 110 2,78 276 115 2,89 292 120 2,99 300 125 3,17 318 130 3,21 324 135 3,37 339 140 3,43 345 145 3,50 353 150 3,58 360 155 3,65 365 160 3,73 376 165 3,89 394 170 3,97 401 175 4,05 409 180 4,16 418 185 4,21 422 190 4,29 432 195 4,37 440 200

152

Anexo H. Plano de Control

153

Anexo I. Controlador de voltaje con protección para cargas trifásicas y Datalogger interno

155

Anexo J. Plano de fuerza

156

Anexo K. Comparativo planeado vs imputado

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