Diseño, automatización de un Diseño, automatización de un modelo de una fuente de agua modelo de una fuente de agua

inteligente a través de un autómata inteligente a través de un autómata programable.programable.

Univ. Franz Reynaldo Perez R.

ANTECEDENTES Y ORIGEN DEL PROYECTOANTECEDENTES Y ORIGEN DEL PROYECTO

El presente proyecto ha sido desarrollado por la El presente proyecto ha sido desarrollado por la inquietud de profesores y alumnos en la inquietud de profesores y alumnos en la necesidad incesante de aportar a nuestro medio necesidad incesante de aportar a nuestro medio con tecnologías de innovación, dando con tecnologías de innovación, dando cumplimiento a la misión y visión de la cumplimiento a la misión y visión de la universidad:universidad:

Formar profesionales idóneos, competitivos y Formar profesionales idóneos, competitivos y éticos, capaces de investigar científicamente la éticos, capaces de investigar científicamente la realidad, que produzcan bienes y servicios de realidad, que produzcan bienes y servicios de calidad, orientando a los sectores de la calidad, orientando a los sectores de la sociedad mediante la ejecución de programas sociedad mediante la ejecución de programas de de capacitación, información y comunicacióncapacitación, información y comunicación, , contribuyendo de esta manera al desarrollo contribuyendo de esta manera al desarrollo sostenible de Chuquisaca y Boliviasostenible de Chuquisaca y Bolivia

ASPECTO TECNICOASPECTO TECNICOPara la realización del proyecto se requiere Para la realización del proyecto se requiere personal capacitado referente a conocimiento personal capacitado referente a conocimiento sobre hidráulica y automatización industrial sobre hidráulica y automatización industrial específicamente en programación de específicamente en programación de autómatas programables.autómatas programables.Lo que se persigue con la automatización es Lo que se persigue con la automatización es de crear figuras referentes a las secuencias de crear figuras referentes a las secuencias dadas representadas por vistas en una fuente dadas representadas por vistas en una fuente modelo.modelo.

AutomatizaciónAutomatización La tecnología de automatización se centra en el La tecnología de automatización se centra en el

conocimiento de los dispositivos tecnológicos conocimiento de los dispositivos tecnológicos utilizados en la implementación de los utilizados en la implementación de los automatismos.automatismos.

Los sistemas de control automático emplean Los sistemas de control automático emplean frecuentemente componentes de diferentes frecuentemente componentes de diferentes tipos como ser los elementos mecánicos, tipos como ser los elementos mecánicos, eléctricos, electrónicos, hidráulicos, neumáticos eléctricos, electrónicos, hidráulicos, neumáticos o combinaciones de estos; la utilización de los o combinaciones de estos; la utilización de los controles automáticos ayuda a establecer lazos controles automáticos ayuda a establecer lazos de unión entre los diversos tipos de de unión entre los diversos tipos de componentes haciendo que los diferentes componentes haciendo que los diferentes conceptos se unan en un objetivo común de conceptos se unan en un objetivo común de control.control.

Se entiende por Se entiende por Autómata Programable o Autómata Programable o Controlador Lógico Programable PLC’sControlador Lógico Programable PLC’s. a toda . a toda maquina electrónica, diseñada para controlar en maquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales, realiza funciones lógicas: series, secuenciales, realiza funciones lógicas: series, paralelos, temporizaciones, contajes, etc.paralelos, temporizaciones, contajes, etc.

El PLC es una maquina que presenta terminales de El PLC es una maquina que presenta terminales de entrada, a los que se conectan: Pulsadores, entrada, a los que se conectan: Pulsadores, Finales de carreras, Fotocélulas, Relés térmicos, Finales de carreras, Fotocélulas, Relés térmicos, Sensores, Detectores, etc. Unos terminales de Sensores, Detectores, etc. Unos terminales de salida a los que se conectan: contactores de salida a los que se conectan: contactores de fuerza, lámparas, relés, bobinas, válvulas fuerza, lámparas, relés, bobinas, válvulas neumáticas, electro válvulas, etc. Donde los neumáticas, electro válvulas, etc. Donde los contactores auxiliares relés de enclavamientos, contactores auxiliares relés de enclavamientos, temporizadores, contadores, y otras funciones temporizadores, contadores, y otras funciones especiales están memorizados internamente. especiales están memorizados internamente.

Vista 1 se observará las secuencias 1, 3, 4, 5, 6 y luego de un tiempo t la secuencia 3,4,5 dará la sensación de formar olas en movimiento esto será cada que se active una vista.Vista 2 se observará las secuencias 1, 3, 4, 5 luego de un tiempo t se activará la vista 3Vista 3 se observará las secuencias 1, 3, 6 luego de un tiempo t se activará la vista 4Vista 4 se observará las secuencias 2, 3, 4, 5, 6 luego de un tiempo t se activará la vista 5Vista 5 se observará las secuencias 2, 3, 4,5 luego de un tiempo t se activará la vista 6Vista 6 se observará las secuencias 3, 4, 5, 6 luego de un tiempo t se activará la vista 7Vista 7 se observará las secuencias 3, 4,5 luego de un tiempo t se apagará todo el sistema.Al estar la secuencia 3 permanentemente activa, no se lo puso electroválvula, si no una válvula de bola para el control de la altura de chorro

Se encenderá las luminarias con un pulsador de Se encenderá las luminarias con un pulsador de arranque y estarán permanentemente arranque y estarán permanentemente encendidas hasta que la fuente produzca la encendidas hasta que la fuente produzca la sensación de ola en movimiento.sensación de ola en movimiento.

Hidráulica Hidráulica Mediante la hidráulica se puede calcular la Mediante la hidráulica se puede calcular la

altura y velocidades del chorro de agua, altura y velocidades del chorro de agua, característica de la bomba, tipo de característica de la bomba, tipo de electroválvula, tipo de válvula, diámetro de los electroválvula, tipo de válvula, diámetro de los conductores de succión e impulsión, conductores de succión e impulsión,

Ecuación de BernoulliEcuación de Bernoulli Se toma en sentido del fluido y un punto de Se toma en sentido del fluido y un punto de

referencia referencia

21

22

21 2

2

21

2

1 hfZ

g

vPhbZ

g

vP

Donde Donde 0 en comparación con la velocidad 20 en comparación con la velocidad 2 = = 0 por estar expuesto en la atmósfera= = 0 por estar expuesto en la atmósfera Mediante Teorema de Torricelli se encuentra la Mediante Teorema de Torricelli se encuentra la

velocidad de salida velocidad de salida h = altura del chorroh = altura del chorro Con la velocidad de salida y la altura se puede Con la velocidad de salida y la altura se puede

encontrar la presión en un determinado punto encontrar la presión en un determinado punto

Donde: Donde:

= Cabeza piezométrica; = Cabeza total por encima de la boquilla = Cabeza piezométrica; = Cabeza total por encima de la boquilla Donde Donde

2P

1P

ghv 22

)(22 hPn

gv

Pn

hPn

*)( hPn

Pn

Calculo de alcance y altura máxima cuando es Calculo de alcance y altura máxima cuando es una boquilla con ángulo de salidauna boquilla con ángulo de salida

Fundamento para el cálculo de diámetros y pérdida de cargasFundamento para el cálculo de diámetros y pérdida de cargas Número de REYNOLDS ReNúmero de REYNOLDS Re Re = V*(4R)/v = V*d/vRe = V*(4R)/v = V*d/v Donde:Donde: V = Q/A velocidad media (m/s)V = Q/A velocidad media (m/s) R = radio hidráulico (m)R = radio hidráulico (m) v = viscosidad cinemática (m²/s)v = viscosidad cinemática (m²/s) Flujo laminar Re<2000Flujo laminar Re<2000 Flujo turbulento Re >4000Flujo turbulento Re >4000 Si Re esta en el intermedio es una transición Si Re esta en el intermedio es una transición 2000< transición <40002000< transición <4000 Fórmula de DARCY – WEIBACHFórmula de DARCY – WEIBACH Perdida de carga = coeficiente de fricción*(longitud Perdida de carga = coeficiente de fricción*(longitud

/diámetro)*altura de velocidad/diámetro)*altura de velocidad PC = f*(L/d)*(V²/2g)PC = f*(L/d)*(V²/2g) Coeficiente de Fricción Coeficiente de Fricción Para flujo laminar Para flujo laminar f = 64/Ref = 64/Re Para flujo Turbulento Para flujo Turbulento Diagrama A-1 cuando se conoce Q FFCDiagrama A-1 cuando se conoce Q FFC Diagrama A-2 cuando se desea calcular el QDiagrama A-2 cuando se desea calcular el Q

Perdidas MenoresPerdidas Menores Perdida de carga (m) = K*(V²/2g) Tablas 4 y 5Perdida de carga (m) = K*(V²/2g) Tablas 4 y 5 Contracciones entradas de tuberías K = 0.78Contracciones entradas de tuberías K = 0.78 TT K = 60*fT; K = 60*fT; fT Tabla A-24 CranefT Tabla A-24 Crane Codos a 90º Codos a 90º K = 30*fTK = 30*fT Codos a 45º Codos a 45º K = 16*fTK = 16*fT Válvulas de Bola Válvulas de Bola K = 3*fTK = 3*fT Electroválvulas Electroválvulas K = 340*fTK = 340*fT Fundamento para el cálculo de número de boquilla o Fundamento para el cálculo de número de boquilla o

inyectores inyectores Número de inyectores = Perímetro / separación de inyectoresNúmero de inyectores = Perímetro / separación de inyectores Perímetro = 3.1416*DPerímetro = 3.1416*D

Cálculo de la potencia de la bombaCálculo de la potencia de la bomba

Donde:Donde: γ = 9.8 KN/ m³γ = 9.8 KN/ m³ Hb = Hsec1+Hsec2+Hsec3+Hsec4+Hsec5+Hsec6Hb = Hsec1+Hsec2+Hsec3+Hsec4+Hsec5+Hsec6 Hb = 13.8 mHb = 13.8 m Caudal Total Caudal Total Q = 71.7 l/min.Q = 71.7 l/min. Q = 0.00119 m³/sQ = 0.00119 m³/s P = 0.161 KWP = 0.161 KW P = 0.21 HpP = 0.21 Hp En este caso se asumirá una bomba de 1/2hp pero una En este caso se asumirá una bomba de 1/2hp pero una

de caudal.de caudal.

550

** QHbP

COMPONENTESCOMPONENTES

COSTOCOSTO