Central eléctrica a escala
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SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN EN AC
Franklin Jancovick Varón Huertas Código: [email protected]
Jesús Camilo Villamil Romero Código: [email protected]
Gabriel Alberto Romero Calderón Código: [email protected]
RESUMEN: El siguiente informe sintetiza eltrabajo realizado, en el primer laboratorio en lamateria de Maquinas Eléctricas de la FacultadDe Ciencias Básicas e Ingeniería de laUniversidad de los Llanos. El cual consistió enel diseño e implementación de un sistema dedistribución en AC
1 INTRODUCCIÓN
1.1 CONTEXTO- Marco Flores, plantea la optimización de
sistemas de distribución [1]
- Paulina Mohr, Propone una nuevametodología para la eficiencia de losequipos en línea para los procesos desección en las industrias lácteas. [2]
- Oscar Bullow, Expone sobre la ventajasde las automatización Industrial y elmejoramiento de procesos deproducción.[3]
1.2 OBJETIVOS
Realizar una distribución de diferentesvalores dependiendo de lo solicitado
Determinar la característica principal dela distribución AC
1.3 PROBLEMA
Los sistemas de distribución son muyimportantes tanto en la vida diaria como en laindustria, para ello se nos llevó a trabajar consistemas trifásicos y AC para la compresión delos mismos y entender cuál son las mejoressoluciones para continuar una buena distribución
1.4 MARCO TEÓRICO
AMPLIFICADOR OPERACIONAL: a menudoconocido op-amp por sus siglas en ingles(operational amplifier) es un dispositivoamplificador electrónico de alta gananciaacoplado en corriente continua que tiene dosentradas y una salida. En esta configuración, lasalida del dispositivo es, generalmente, decientos de miles de veces mayor que ladiferencia de potencial entre sus entradas.
INTEGRADO CD4066: posee en su interior 4interruptores bilaterales, los cuales son
Figura 1. Amplificador LM741.
controlados digitalmente por 4 terminales decontrol.
El CD4066 puede manejar señales análogas ydigitales, además es compatible con el CD4016pero se diferencia en que sus interruptoresposeen una menor resistencia
DIVISOR DE TENSIÓN: Un divisor detensión o divisor de voltaje es una configuraciónde circuito eléctrico que reparte la tensión de unafuente entre una o más impedancias conectadasen serie.
Supóngase que se tiene una fuente de tensión Vf,conectada en serie con n impedancias.
RESISTENCIAS PULL-DOWN/UP:
Figura 3. Conexión pull-down
Como se ve en el esquema la resistencia Pull-Down se conecta a tierra ( GND ), de esta
manera cuando el interruptor este abierto lacorriente se dirigida hacia la resistencia dejandoun valor 0 en Vout y si el interruptor esta cerradola corriente se moverá hacia Vout dejando unvalor lógico HIGH.
2 METODOLOGÍA
Para el diseño e implementación de estelaboratorio se utilizó una metodología por fases.
Figura 2. Integrado CD4066
G(13,8v) TX DI
34,5mv*440mv*220mv
13,8mv*440mv*220mv
Fase I
Para el diseño y cálculo del sistema ya que la red dedistribución requerida para este laboratorio es unageneración en AC trifásica con una salida de 13,8v ared de transmisión la cual se podía elegir entre115mv, 250mv, 500mv a red de distribución quedebe de controlar que independientemente del voltajeelegido en la red de transmisión las salidas son34,5mv en la primera red y de 13,8mv en la segundared, al final de cada una de estas dos redes se puedeelegir si la salida es de 440mv o 220mv.
Para ello utilizamos una red trifásica de loslaboratorios para obtener nuestros voltajes entre fase-fase y entre fase-neutro, la cual era de 220v comonuestra generación era de 13,8v realizamos undivisor de voltaje para la obtención de nuestrogenerador, para la mayor parte de nuestro sistema seutilizaron divisores de voltaje cuando era necesarioreducir, después del sistema de transmisióndependiendo de los requerimientos de nuestrosistema se utiliza amplificación con el integradolm741, además de la selección de cada uno de losinterruptores se utiliza el integrado CD4066 oCD4016 para la habilitación de las tres fases paracada uno de los interruptores.
El diseño es el siguiente:
Fase IIEn esta sección se llevara a cabo l implementacióndel laboratorio contemplando a priori los siguientesaspectos:
Evitar conexiones redundantes Reducir la cantidad de elementos empleados
en el montaje Obtener la mayor precisión posible
Reducir las caídas de tensión
MONTAJE:
En la parte inicial del sistema y como se observa enel modelo_ se implementó una conversión devoltaje mediante un divisor de tensión, obteniendo ala salida de este circuito una tensión entre fase yfase de 13,8 V.
Figura 4. Generación
Como se observa en el circuito anterior, existentres potenciómetros que cumplen la función deresistencia variable en el divisor de tensión, puesde este modo podremos variar la resistencia deeste para obtener a la salida el voltaje deseado.
Figura 5. Generación (tres fases)
Sección de transmisión
Para la componente de trasmisión se desarrolló de lasiguiente forma:-Se implementó un sistema de control omultiplexación, pues como es sabido a la salida deeste bloque podríamos tener bien sea 115,250 o 500mV, esto se logra con el uso del integrado CD4066-CD4016, que cumplen la función de switch en elsistema, su estructura interna está compuesta por unarreglo de 4 transistores con sus respectivasconexiones, (colector, base, emisor). Sufuncionamiento es idealmente de switch bi-direccional, luego de polarizar el integrado con Vcc y
Fase 1• DISEÑO Y CALCULO DE LOS
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Fase 2• IMPLEMENTACION
Fase 3• RETIFICACION DE ERRORES POR
PERDIDAS
Fase 4• VISUALIZACION DE DATOS DE
FORMA DIGITAL
GND, es posible habilitar la conducción de colectora emisor generando un uno lógico en base que debeser Vcc-1V<enable<Vcc+1V; sépase que ésteintegrado necesita resistencias de pull-up paraeliminar voltajes parásitos, armónico que puedenafectar el control, las resistencias se deben incorporaren el pin de base o enable, y en el pin de salida biensea colector o emisor.
Figura 6. Integrados de habilitación
Figura 7. Transmisión
Figura 8. Primera conversión
Del circuito de la figura 7 obtendremos a la salidalos tres posibles valores de voltaje en las fases, de lostres primeros divisores de izquierda a derecha seobtendrá a la salida un voltaje de 115 mV, de los tres
divisores siguientes se obtienen 250 mV y de los tresdivisores finales se obtienen 500 mV entre fase yfase, cada enable de los que se pueden visualizar enla figura 6 está encargado de permitir el paso a cadavoltaje respectivo.Distribución
En la sección de distribución como su nombre loindica se llevó a cabo la distribución de lo voltajesde entrada a dos salidas, las cuales a pesar de recibircualquier voltaje de entrada 115, 250, 500 mV,deben generar un mismo nivel de salida. Una salidadel bloque distribución debe entregar 13,8 mVconstantes y la otra 34,5 mV constantes.
Para lograr mantener el voltaje constante en lassalidas de DI, se adoptó la siguiente técnica:
Se decidió incorporar un bloque de habilitación depaso, iguales y en función paralela a las del bloqueTX, pero estas salidas no transmitían a la red desalida si no que por el contrario habilitaban el pasode tres fases hacia una sección de amplificaciónespecífica para cada voltaje habilitado que mantendráuna salida general constante, es decir si se escoge elpaso de 115 mV estas salidas estarán conectadas auna amplificación que pasa de 115 mV a 5Vconstantes, si se escoge 250 mV, esta salida ira a unaamplificación específica para subir de 250 mV a 5V, y de esta manera también con 500 mV.De esta forma las salidas de la amplificación encada caso de voltaje irán a las tres fases principalesde salida, y por consiguiente en esta tendremos 5Vconstantes siempre, con lo cual siempre en cada casosaldrá 13,8 y 34,5 mV.
Figura 8. Amplificación
Figura 9. Amplificación y habilitación
Figura 10. Divisor de tensión (in=5v, out=13,8^34,5mv )
Figura 11. Salida DI
Acceso final
Para el acceso final a la red trifásica de deben tenerdos posibles valores de voltaje, 220 mv y 440 mv, losque se habilitaran en cada caso con el cd4016.Para ello es necesario tomar el voltaje constante de5v e implementar un divisor de tensión queconvierta a 220 y 440 en cada caso.
Figura 12. Salida de 220 y 440
Figura 13. Salida toma final
El circuito funcional es el siguiente:
Figura 14. Circuito final
Finalmente el sistema presentaba el siguiente panelde medida y control de salida:
Figura 15. Visualización física del sistema
Fase III
Para esta fase después de haber implementado elsistema nos dimos de cuenta que al transmitir habíapérdidas por reactancia, por lo tanto en esta etapa nosdedicamos a recalcular e implementar todonuevamente por lo cual fue la etapa en cual nosllevamos más tiempo, además de pérdidas pormalos cálculos en las resistencias empleadaspara los divisores de tensión.
- Para el primer inconveniente que sepresentó se sabe que en la transmisión deelectricidad existen pérdidas, y en el casode corriente alterna la impedancia tendráparte real e imaginaria y el circuito quedescribe una red de transmisión decorriente alterna es el siguiente:
Para disminuir las pérdidas porimpedancia o más exactamente porreactancia, se acortaron las líneas detransmisión, esto reducirá las perdidaspor unidad de longitud.
- Para las perdidas por cálculos de lasresistencias, solo se debió re-calcular lasresistencias, en donde la relación entrelas dos no fuera tan alta, pues si lasresistencias que van a tierra son muypequeñas, la corriente se ira a tierra, ypor esta irse para suplir esta caída decorriente el voltaje baja.
Fase IV
3 RESULTADO
4 CONCLUSIONES
- Al ser la transmisión por AC hayperdidas por el reactancia e impedanciadel cable
- La medición de variables en diferentesequipos al manejar mv los errores sonmuchos más y puede presentar diferenteserrores diferentes equipos de medicion
5 BIBLIOGRAFÍA
[1] Marco Flores Ortiz. “Optimización de laproducción de mezclado de la línea de cauchoindustrial, en la empresa Plasticaucho IndustrialS.A.S”, en el 2009
[2]Paulina Morh Barria,“Propuesta de metodología para la medición deeficiencia general de la sección mantequilla enindustria láctea”, en el 2012
[3] Oscar Bullow Vilchis ,“Automatización Industrial” en el 2009
[4] Ramón Pallas Areny, Sensores yacondicionadores 4ta Edicion.