Avance 1era Parcial

8/20/2019 Avance 1era Parcial

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PORTADAUNIVERSIDAD DE COLIMA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PROYECTO INTEGRADORDiseño y construcción de una planta didáctica: Implementación de sistemas de control e

instrumentación

GRADO Y GRUPO6° “A”

INTEGRANTESDuarte Juárez EmmanuelGonzález elasco Gil!erto

"amos #olórzano Donaldo Damián"omero $i%ueroa Al&aro

"omero Garc'a (u%o )eo!ardo

PROFESORES

Dr* Juan +i%uel Gonzáles )ópezIn%* Jos, "odr'%uez -autista

In%* (enrry "a.l /a&arro GutierrezIn%* (ilario erduzco $i%ueroa

Dr* Jor%e Gudiño )au+*0* (ector "amiro 0ar&a1al

Dr* "amon 2cta&io Jimenez -etancourt+*0* 0arlos 3lores -autista

Manzanillo, Colima, 07 de Febrero de 2016


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Diseño y construcci n !e un" #$"nt" %ener"!or" !i!&ctic"' I(#$e(ent"ci n!e siste("s !e contro$ e instru(ent"ci n)

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INDEX GOES HERE


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ANTECEDENTES

El concepto de control tal como se conoce 5oy en d'a aplicado en la in%enier'a se

encuentra en el si%lo 7 sin em!ar%o7 se 5an apreciado dispositi&os 8ue podr'an caer

!a1o la de3inición de un sistema retroalimentati&o de control desde la anti%ua Grecia*

El control clásico inicia cuando se empieza a consolidar el traslado y aplicación de los

conocimientos ad8uiridos en los pro!lemas de ampli3icación de señales a los pro!lemas

de control industrial* #e utiliza!an como 5erramientas matemáticas los m,todos de

9rans3ormación de )aplace y $ourier y la descripción e terna de los sistemas*

A partir del año ;


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PRO*LEMA

)a producción el,ctrica representa un pro!lema en s'7 de!ido a 8ue se de!e !uscar una

3uente de ener%'a y la manera de apro&ec5arla como ener%'a el,ctrica* Esto lle&a a la

creación de &arias ma8uinas capaces de trans3ormar muc5as 3ormas de ener%'a a la

ener%'a deseada* #in em!ar%o7 no solamente se desea o!tener ener%'a el,ctrica el d'a de

5oy7 tam!i,n de!e de controlarse y la ener%'a el,ctrica tiene cualidades especiales a las

cuales se de!e producir ?&aria!le7 en tres 3ases7 a una corriente particular7 a una tensión

particular7 etc@*

a 8ue se de!e producir ener%'a el,ctrica tri3ásico mediante un %enerador acoplada a una

tur!ina Belton* /o solamente esto7 pero tam!i,n de!en implementarse sistemas de

instrumentación y control con el 3in de poder automatizarlo en su totalidad y reci!ir

mediciones de ella*

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+USTIFICACI,N

)a automatización e implementación de instrumentación en un %enerador el,ctrico es un

proyecto !astante am!icioso de!ido a 8ue lle&a a los 8ue &an a implementarlo a

desarrollar 5a!ilidades matemáticas7 t,cnicas y ló%icas*

/o solo eso7 pero en s'7 el control es necesario el d'a de 5oy en la industria7 por lo 8ue

tener un conocimiento temprano de lo 8ue conlle&a tal proyecto es de suma importancia

para los in%enieros de control*

)a implementación de un sistema de control 5oy en d'a es posi!le %racias a la me1ora y

popularización de las computadoras y aparatos electrónicos*


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O*+ETI-O

#e pretende automatizar y controlar un %enerador el,ctrico tri3ásico acoplado a una

tur!ina Belton7 %enerar ener%'a el,ctrica de 3orma controlada7 y medir las &aria!les 8ue

entran en la tur!ina7 %enerador7 y los aparatos 8ue a!sor!en la potencia 8ue remiten

estos dentro de las instalaciones de la $aculta de In%enier'a Electromecánica*

#e espera 8ue esta implementación sea lo%rada en un transcurso de &einte semanas*

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.IP,TESIS

0on el uso de so3t are7 tar1eta de captura de datos7 arduinos y sensores7 se &a a

desarrollar un so3t are de B0 8ue permite &isualizar las mediciones de 3orma num,rica y

poder implementar un control moderno 8ue re%ule la &elocidad de %iro de la tur!ina

mediante el control del 3lu1o de a%ua 8ue entra por el inyector*

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ES/UEMA DE FUNDAMENTOS

Contro$ (o!erno

)as aplicaciones de control automático son sinónimos de la tecnolo%'a moderna7 se

encuentran en la ro!ótica 5asta un tostador*

El control moderno a!orda el pro!lema de o!tener el comportamiento deseado de un

sistema dinámico 8ue tra!a1a por si solo*

Entendemos por sistema dinámico : #e entiende un con1unto de cantidades 8ue dependen

del tiempo7 las cuales identi3ican a los o!1etos de inter,s*

Bara un sistema dinámico dado puede 5a!er más de una posi!le aplicación de control

automático7 tal como el se%uimiento de un planeta o un cometa con un telescopio* El

o!1eti&o de la teor'a de control automático es o!tener este tipo de re%ulación o control sin

8ue ten%a 8ue inter&enir un ser 5umano en el lazo de control* Bara lo%ra el control

automático se de!en lle&ar a ca!o mediciones re3erente al estado del sistema y esta

in3ormación se utiliza para %enerar la acción de control 8ue nos permita alcanzar el estado

deseado* Bara realizar las mediciones se utilizan dispositi&os llamados sensores7 para

e3ectuar la acción de control se emplean actuadores* El con1unto de sensores actuadores

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y dispositi&os ló%icos utilizados para implementar la acción de control constituyen el

controlador ;H*

Bor lo %eneral7 dentro del control se desea lo%rar la esta!ilidad* #e dice 8ue un sistema es

esta!le si la respuesta del sistema al impulso tiende a cero cuando el tiempo tiende a

in3inito* #i el sistema tiende a un &alor 3inito di3erente a cero7 se puede decir 8ue el

sistema es cr'ticamente o poco esta!le* na ma%nitud in3inita 5ace al sistema inesta!le*

)os tipos de actuadores 8ue se utilizan en la %eneración de ener%'a el,ctrica son

electrónicos7 el,ctricos7 neumáticos e 5idráulicos7 mientras los sensores utilizados en la

%eneración de ener%'a el,ctrica son los acelerómetros7 sensores piezoel,ctricos y

sensores de &i!ración*

A0orro !e ener%1"

)as ener%'as reno&a!les son >H

• Biomasa

◦ )a más amplia de3inición de -I2+A#A ser'a considerar como tal a toda la

materia or%ánica de ori%en &e%etal o animal7 incluyendo los materiales


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procedentes de su trans3ormación natural o arti3icial* 0lasi3icándolo de la

si%uiente 3orma:

◦ -iomasa natural7 es la 8ue se produce en la naturaleza sin la inter&ención

5umana*

◦ -iomasa residual7 8ue es la 8ue %enera cual8uier acti&idad 5umana7

principalmente en los procesos a%r'colas7 %anaderos y los del propio 5om!re7

tal como7 !asuras y a%uas residuales*

◦ -iomasa producida7 8ue es la culti&ada con el propósito de o!tener !iomasa

trans3orma!le en com!usti!le7 en &ez de producir alimentos7 como la caña de

az.car en -rasil7 orientada a la producción de etanol para car!urante*

Desde el punto de &ista ener%,tico7 la !iomasa se puede apro&ec5ar de dos

manerasK 8uemándola para producir calor o trans3ormándola en com!usti!le para

su me1or transporte y almacenamiento la naturaleza de la !iomasa es muy &ariada7

ya 8ue depende de la propia 3uente7 pudiendo ser animal o &e%etal7 pero

%eneralmente se puede decir 8ue se compone de 5idratos de car!ono7 l'pidos y

prótidos*


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• Ener%'a mareomotriz ?mareas@

◦ Es la producida por el mo&imiento de las masas de a%ua pro&ocado por las

su!idas y !a1adas de las mareas7 as' como por las olas 8ue se ori%inan en la

super3icie del mar por la acción del &iento*

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• Ener%'a %eot,rmica ?calor de la tierra@

◦ Es a8uella ener%'a 8ue puede o!tenerse mediante el apro&ec5amiento del

calor del interior de la 9ierra* )a ener%'a %eot,rmica puede 5acer uso de las

"%u"s ter("$es 8ue se encuentran a poca pro3undidad y 8ue emanan &apor*

2tra 3uente de ener%'a %eot,rmica es el ("%(" ?mezcla de roca 3undida y

%ases@7 aun8ue no e isten recursos tecnoló%icos su3icientes para una

e plotación industrial del mismo*

◦ )a ener%'a %eot,rmica7 tiene distintas aplicaciones7 entre las 8ue se cuentan:

0ale3acción de &i&iendas7 sos a%r'colas7 sos industriales7 Generación de

electricidad*

;;


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• Ener%'a 5idráulica ?em!alses@

◦ Es la producida por el a%ua retenida en em!alses o pantanos a %ran altura

?8ue posee ener%'a potencial %ra&itatoria@* #i en un momento dado se de1a

caer 5asta un ni&el in3erior7 esta ener%'a se con&ierte en ener%'a cin,tica y7

posteriormente7 en ener%'a el,ctrica en la central 5idroel,ctrica*

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• Ener%'a eólica ?&iento@

◦ )a Ener%1" e $ic"es la ener%'a cin,tica producida por el &iento* se trans3orma

en electricidad en unos aparatos llamados "ero%ener"!ores ?molinos de

&iento especiales@*

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• Ener%'a solar ?#ol@

◦ )a Ener%1" so$"r es la 8ue lle%a a la 9ierra en 3orma de radiación

electroma%n,tica ?luz7 calor y rayos ultra&ioleta principalmente@ procedente del

#ol7 donde 5a sido %enerada por un proceso de 3usión nuclear* El

apro&ec5amiento de la ener%'a solar se puede realizar de dos 3ormas: por

con2ersi n t3r(ic" !e "$t" te(#er"tur" ?sistema 3otot,rmico@ y

por con2ersi n 4oto2o$t"ic" ?sistema 3oto&oltaico@*

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)as ener%'as no reno&a!les son >H

• Ener%'a 3ósil ?petroleo7 car!on y %as natural@

◦ #on sustancias ori%inadas por la acumulación7 5ace millones de años7 de

%randes cantidades de restos de seres &i&os en el 3ondo de la%os y otras

cuencas sedimentarias*

◦

A continuación7 &iene una pe8ueña descripción de cada una:

◦ E$ C"r5 n

Es una sustancia li%era7 de color ne%ro7 8ue procede de la 3osilización de

restos or%ánicos &e%etales* E isten tipos: antracita7 5ulla7 li%nito y tur!a*

El car!ón se utiliza como com!usti!le en la industria7 en las centrales t,rmicas

y en las cale3acciones dom,sticas*

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◦ E$ Petr $eo

Es el producto de la descomposición de los restos de or%anismos &i&os

microscópicos 8ue &i&ieron 5ace millones de años en mares7 la%os y

desem!ocaduras de r'os* #e trata de una sustancia l'8uida7 menos densa 8ue

el a%ua7 de color oscuro7 aspecto aceitoso y olor 3uerte7 3ormada por una

mezcla de 5idrocar!uros ?compuestos 8u'micos 8ue sólo contienen en sus

mol,culas car!ono e 5idró%eno@*

El petróleo tiene7 5oy d'a7 muc5'simas aplicaciones7 entre ellas: %asolinas7

%asóleo7 a!onos7 plásticos7 e plosi&os7 medicamentos7 colorantes7 3i!ras

sint,ticas7 etc* De a5' la necesidad de no mal%astarlo como simple

com!usti!le*

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#e emplea en las centrales t,rmicas como com!usti!le7 en el transporte y en

usos dom,sticos*

◦ E$ G"s n"tur"$

◦ 9iene un ori%en similar al del petróleo y suele estar 3ormando una capa o !olsa

so!re los yacimientos de petróleo* Está compuesto7 3undamentalmente7 por

metano ?0( @* El %as natural es un !uen sustituto del car!ón como

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com!usti!le7 de!ido a su 3acilidad de transporte y ele&ado poder calor'3ico y a

8ue es menos contaminante 8ue los otros com!usti!les 3ósiles*

• Ener%'a nuclear

◦ Es la ener%'a almacenada en el n.cleo de los átomos7 8ue se desprende en la

desinte%ración de dic5os n.cleos*

na centr"$ nuc$e"r es un tipo de central el,ctrica en la 8ue7 en lu%ar de com!usti!les

3ósiles7 se emplea uranioL>C=7 un isótopo del elemento uranio 8ue se 3isiona en n.cleos

de átomos más pe8ueños y li!era una %ran cantidad de ener%'a ?se%.n la ecuación E M

mc> de Einstein@7 la cual se emplea para calentar a%ua 8ue7 con&ertida en &apor7 acciona

unas tur!inas unidas a un %enerador 8ue produce la electricidad*

)as reacciones nucleares de 3isión en cadena se lle&an a ca!o en los reactores nucleares7

8ue e8ui&aldr'an a la caldera en una central el,ctrica de com!usti!les 3ósiles*

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Actualmente7 +, ico o!tiene ener%'a de las si%uientes 3uentes reno&a!les:

M&6uin"s E$3ctric"s III

M&6uin" !e in!ucci n Funcion"n!o co(o (otor 789

0uando se conecte a la corriente7 la má8uina empezará a 3uncionar como motor7 %irando

a una &elocidad li%eramente in3erior a la &elocidad s'ncrona del campo ma%n,tico del

estator* NOu, es lo 8ue ocurreP

#i miramos las !arras del rotor desde arri!a ?en el di!u1o de la derec5a@ tenemos un

campo ma%n,tico mo&i,ndose respecto al rotor* Esto induce una corriente muy ele&ada

en las !arras del rotor7 8ue apenas o3recen resistencia7 pues están cortocircuitadas por los

anillos 3inales*

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El rotor desarrolla entonces sus propios polos ma%n,ticos7 8ue se &en7 por turnos7

arrastrados por el campo ma%n,tico %iratorio del estator*

M&6uin" !e in!ucci n 4uncion"n!o co(o %ener"!or 789

A5ora !ien7 N8u, es lo 8ue ocurre si 5acemos %irar el rotor de 3orma manual a7

e actamente7 la &elocidad s'ncrona del %enerador7 p*e1* ;=44 r*p*m* ?re&oluciones por

minuto@ para el %enerador s'ncrono tetrapolar7 tal y como se &io en la pá%ina anteriorP )a

respuesta es: nada* Dado 8ue el campo ma%n,tico %ira e actamente a la misma

&elocidad 8ue el rotor7 no se produce nin%.n 3enómeno de inducción en el rotor7 por lo 8ue

no interaccionará con el estator*

N si aumentamos la &elocidad por encima de las ;=44 r*p*m*P En ese caso el rotor se

mue&e más rápidamente 8ue el campo ma%n,tico %iratorio del estator7 lo 8ue si%ni3ica

8ue7 una &ez más7 el estator inducirá una %ran corriente en el rotor* 0uanto más

rápidamente 5a%amos %irar el rotor7 mayor será la potencia trans3erida al estator en 3orma

de 3uerza electroma%n,tica7 y posteriormente con&ertida en electricidad suministrada a la

red el,ctrica*

>4


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Siste("s E$3ctricos !e Potenci" II

)os parámetros 8ue se controlan son la distri!ución7 transmisión y %eneración de

ener%'a el,ctrica*

M&6uin"s t3r(ic"s

9 "-I/A (ID"Q )I0A

)a tur!ina 5idráulica es una má8uina 8ue trans3orma la ener%'a potencial cin,tica

del a%ua en ener%'a mecánica de rotación* #e clasi3ican se%.n su 3uncionamiento7

en tur!inas de acción y reacción7 las de acción son a8uellas 8ue apro&ec5an solo

la &elocidad del a%ua para poder %irar7 mientras 8ue las de reacción son a8uellas

8ue utilizan la presión y la &elocidad para poder desempeñar el tra!a1o de rotación

9 "-2 +QO I/A# +29"I0E#

Oue reco%en la ener%'a cedida por el 3luido 8ue las atra&iesa7 y la trans3orman en

mecánica7 pudiendo ser de dos tipos:

Dinámicas o cin,ticas7 9ur!inas y ruedas 5idráulicas

Estáticas o de presión7 0elulares ?paletas@7 de en%rana1es7 5elicoidales7 etc*

>;


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9 "-2 +QO I/A# GE/E"A9"I0E#

Oue aumentan la ener%'a del 3luido 8ue las atra&iesa !a1o 3orma potencial7

?aumento de presión@7 o cin,ticaK la ener%'a mecánica 8ue consumen es

suministrada por un motor7 pudiendo ser:

-om!as de ála!es7 entre las 8ue se encuentran las !om!as centr'3u%as y a iales

(,lices marinas7 cuyo principio es di3erente a las anterioresK proporcionan un

empu1e so!re la carena de un !u8ue

Diseño !e siste(" !e %ener"ci n'

>>


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M:TODO

#e &a a depender de los pro3esores de la 3acultad para poder %uiar la implementación

e itosa de un sistema de control en la tur!ina y el %enerador* 9am!i,n se pretende

parcialmente usar sus conocimientos para poder conectar correctamente el %enerador7 y

la dirección 8ue uno de!e !uscar si se 8uiere automatizar este mismo*

)a otra parte se planea desarrollar mediante &arias 3uentes de Internet y si es posi!le un

manual t,cnico 8ue esta especializado en este tipo de construcciones*

>C


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CRONOGRAMA

>

TIEMPO ESTIMADO MES FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO TIEMPO REAL DIA 2 9 16 23 1 1! 22 29 ! 12 19 26 3 11 1# 2$ 31 # 1$ 21 2 PRESENTA%ION DEL PROYE%TO SEMANA 1 2 3 $ ! 6 # 9 1& 11 12 13 1$ 1! 16 1# 1 19 2& 21

ACTIVIDADES DE LA PRIMERA PARCIALI've()*+,i-' (obre +./om+)0+,io'

Ev+ .+,io' e /.rbi'+ 4 5ro/o,o oRe(/+b e,iemie'/o e + /.rbi'+ 5e /o'Primer+ 5re(e'/+,io' 5+r,i+

ACTIVIDADES DE LA SEGUNDARe(o ver (.*ere',i+( e(5.e( e + ev+ .+,io'

+,+,io'e( e (em+'+ (+'/+

Se*.' + 5re(e'/+,io' 5+r,i+ACTIVIDADES DE LA TERCERA PARCIAL

I e')7,+r e 5rob em+ + re(o verSo .,io'+r o 5revi(/oPre(e'/+,io' 7'+ e 5ro4e,/o i'/e*r+ or

6-AGonzález Velasco Gilberto Ra os Solorzano Donal!o Da ianRo ero "i#$eroa Al%aro Ro ero Garcia &$#o Leobar!o

D$arte '$arez E an$el

I'/r.me'/+,io' e +( v+r+b e( me,+'i,+( 4e e,/ri,+( e' + /.rbi'+ 5e /o'

DISE() * C)NSTRUCCI+N DE UNA PLANTA GENERAD)RA DID,CTICA IMPLEMENTACI)NDE SISTEMA DE C)NTR)L E INSTRUMENTACI)N.


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MATERIALES Y E/UIPO

A"9I0 )2 02#92 0A/9IDAD

0ordón %ra3itado ; 4 > metros

9ornillo %al&anizado ;R

#oldadura S tipo 64L;C

An%ulo de S por T U ;

>=


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PRESUPUESTO

REFERENCIAS

;H 5ttp:RRproton*uctin%*ud%*m RmateriasRmodernoRu;;*5tml

>H Arc5i&o A

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>6

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