E S I S INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CONTROL DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN UN MOTOR DIESEL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN CONTROL DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE DE UN MOTOR DIESEL T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE: INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN QUE PRESENTAN DOMINGUEZ AGUILAR OSCAR MARTIN LAZARO ESPINOSA KARLA GEORGINA TAPIA CRUZ HECTOR EDUARDO ASESOR M. EN C. LEANDRO BRITO BARRERA ING. HUMBERTO SOTO RAMIREZ MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE, 2008

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3 Dedicatoria Dedicatoria Dominguez Aguilar Oscar Martin Porque sólo la superación de mis ideales, me han permitido comprender cada día más la difícil posición de ser padres, mis conceptos, mis valores morales y mi superación se las debo a ustedes. Esto será la mejor de las herencias; lo reconozco y lo agradeceré eternamente. En adelante pondré en práctica mis conocimientos y el lugar que en mi mente ocuparon los libros, ahora será de ustedes, esto, por todo el tiempo que les robé pensando en mí. Gracias a Jorge Dominguez Dominguez e Irene Aguilar Hernandez. Además un agradecimiento especial a todos los cercanos a mi, principalmente a aquellos que me apoyaron en este largo camino, gracias a Mary Tere Villanueva, Oliver Pérez, Elizabeth Mendez, y a todos mis profesores en especial a él M. en C. Leandro Brito y a el Ing. Humberto Soto. Lazaro Espinoza Karla Georgina Sabiendo que no existirá una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo, quiero que sientan que el objetivo logrado también es de ustedes y que la fuerza que me ayudo a conseguirlo fue su apoyo. Con cariño y admiración. A Dios Por todas las bendiciones que me ha dado, por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta más en mi vida. A mi Mamá Por brindarme tu cariño, apoyo, comprensión y brindarme las herramientas para ser mejor persona día con día. A toda mi familia Por siempre alentarme a ser una persona mejor y brindarme buenos consejos A Fer Por brindarme tu apoyo y cariño en cada decisión y etapa de mi vida ESIME Zacatenco II

4 Dedicatoria Tapia Cruz Hector Eduardo Todo mi agradecimiento En primer lugar deseo mostrar mi más sincero agradecimiento A todas aquellas personas sin las cuales, este trabajo no habría visto realizado A mis Padres Irma y Fernando, por animarme a seguir adelante con la tesis en todo momento. Por su apoyo, Su cariño y Amor que además los quiero mucho A mi hermana, Mary Fer por su cariño en todo momento. A mi novia Jazmín por estar a mi lado en momentos difíciles. A mis amigos: Carlos Devars, Oscar Domínguez por su apoyo incondicional. A mi Profesores por las enseñanzas dentro y fuera del Aula. A mis primos, abuela, tíos y tías que siempre han estado conmigo en las diversas etapas de mi vida Muchas gracias a todos. ESIME Zacatenco III

5 Indicé Indicé Dedicatoria... II Indicé... IV Nomenclatura... VI Índice de Figuras... VIII Índice de Tablas... X Planteamiento del Problema Objetivo General Justificación Alcance del trabajo Introducción Capítulo I Motor Diesel - Biodiesel Definición de motor Motor Diesel Ciclo de trabajo Sistemas del motor Diesel Descripción General del Sistema de combustible Funcionamiento del sistema de combustible Combustibles Diesel Biodiesel Comparación del Diesel con Biodiesel Capítulo II Establecimiento del sistema Sistema termodinámico Ciclo Diesel Potencia del motor Descripción del motor como un ciclo Descripción del sistema real Propuesta del sistema de control ESIME Zacatenco IV

6 Indicé Capítulo III Simulación Descripción del control de combustible Sistema de control Programación del PLC (SLC 500) Interfaz Hombre Máquina (HMI) INTOUCH Comunicación PLC-PC Capítulo IV Selección de equipo Parámetros de operación Válvulas Sensor de temperatura Sensor de velocidad Sensor de par Controlador Procesadores SLC Capitulo V Análisis de Costos Costo del Equipo Costos de investigación e ingeniería Conclusiones Glosario Bibliografía Anexos... XI ESIME Zacatenco V

7 Nomenclatura Nomenclatura Cp Cv DTI H HMI I/O K M N NPT P PMI PMS pmt Po Q1 Q2 RPM S T V W αe Calor Especifico a presión cte. Calor Especifico a volumen cte. Diagrama de Tuberías e Instrumentos. Entalpia. Interfaz Hombre Máquina Entrada/Salida. Exponente Adiabático. Par en N.m Frecuencia de rotación (RPM) Roscado. Presión. Punto Muerto Inferior. Punto Muerto Superior. Presión Media Teórica. Potencia en Kw Calor Aportado. Calor Extraído. Revoluciones por Minuto. Entropía. Temperatura. Volumen. Trabajo Neto. Grado de explosión. ESIME Zacatenco VI

8 Nomenclatura βe βs η ρ Grado de combustión. Grado de Contracción. Rendimiento. Relación Volumétrica de Compresión. Nomenclatura Instrumentación FV NA NC NT OC S.P. ST TC TT TV UY V1 V2 V3 V4 Válvula de flujo Normalmente abierta Normalmente cerrada Trasmisor de par Controlador de potencia Set Point Transmisor de velocidad Controlador de temperatura Transmisor de temperatura Válvula de control de temperatura Función convertidor Biodiesel mezcla Diesel Diesel mezcla Mezcla ESIME Zacatenco VII

9 Relación de Figuras Índice de Figuras Figura 1.1 Clasificación De Motores Térmicos Figura 1.2 Vista General Del Motor Figura 1.3 Vista De La Cámara De Combustión Figura 1.4 Cámara de Combustión en un Motor Diesel Figura 1.5 Tiempo de Admisión Figura 1.6 Tiempo de Compresión Figura 1.7 Tiempo de Expansión Figura 1.8 Tiempo de Escape Figura 1.9 Inyección directa Figura 1.10 Inyección indirecta Figura 1.11 Sistema Completo de Inyección Figura 1.12 Tanque De Combustible del motor KM Figura 1.13 Bomba de Alimentación Mecánica Figura 1.14 Bomba de Alimentación Eléctrica Figura 1.15 Filtro de Combustible Figura 1.16 Filtro Seco Figura 1.17 Bomba De Inyección Lineal Figura 1.18 Bomba De Inyección Rotativa Figura 1.19 Inyector Figura 1.20 Sistema de combustible Figura 2.1 Graficas del Ciclo Diesel ideal Figura 2.2 Diagrama a Descriptico del Motor Diesel Figura 2.3 Sistema Real Figura 2.4 Despiece del Sistema de Combustible Figura 2.5 Vista Frontal del Sistema Figura 2.7 Diagrama a Bloques de la Propuesta Figura 2.6 Vista Lateral Extensa del Sistema Figura 3.1 Diagrama de flujo del sistema de control Figura 3.2 Esquema de control, cascada Figura 3.3 Control en cascada para el sistema de combustible Figura 3.2 Diagrama De Control Del Sistema Figura 3.5 Subrutinas Figura 3.6 Rangos declarados en F Figura 3.7 Subrutina de Arranque- Escalamiento del termopar Figura 3.8 Arranque- Escalamiento del sensor de par Figura 3.9 Arranque- Escalamiento del sensor de velocidad Figura 3.10 Arranque- Escalamiento de la válvula modulante Diesel Figura 3.11 Arranque- Escalamiento de la válvula modulante Biodiesel Figura 3.12 Arranque- Condiciones de inicio del programa y salto de subrutina Figura 3.13 Temperatura- Comparación de temperatura Figura 3.14 Temperatura- Salto a subrutina de potencia ESIME Zacatenco VIII

10 Relación de Figuras Figura 3.15 Potencia- Calculo de potencia Figura 3.16 Potencia- Comparación de potencia Figura 3.17 Potencia- Instrucción LES, comparación de un valor bajo de potencia Figura 3.18 Potencia- Apertura y cierre de válvulas Diesel V2 y Biodiesel V Figura 3.19 Ventana para crear una nueva aplicación Figura 3.20 Ventana InTouch para nombre y descripción de una aplicación Figura 3.21 Application Manager Figura 3.22 Ubicación de icono, Window Maker Figura 3.23 Ventana de propiedades Figura 3.24 Pantalla de trabajo Figura 3.25 Barra de herramientas en InTouch Figura 3.27 Diagrama del control de combustible (INTOUCH) Figura 3.28 Asignación de Tagname al botón de arranque Figura 3.29 Configuración Fill Color Figura 3.30 Vinculación de tagname- Boton_ Figura 3.31 Control de combustible a baja temperatura Figura 3.32 Control de combustible-arranque con Diesel Figura 3.33 Mezcla de combustible (80% Diesel, 20% Biodiesel) Figura 3.34 Mezcla de combustible (60% Diesel, 40% Biodiesel) Figura 3.35 Pantalla principal RSLinx Figura 3.36 Pantalla de conexión de interfaz de red Figura 3.37 Conexión PLC- PC Figura 4.1 Solenoide energizado Figura 4.2 Válvula solenoide típica de acción directa, normalmente cerrada, dos vías Figura 4.3 Válvula solenoide marca Omega Figura 4.4 Electroválvula Danfoss Figura 4.6 Tacómetro industrial PAX I Figura 4.7 Sensor de par modelo Figura 4.8 Diagrama de arquitectura ESIME Zacatenco IX

11 Relación de Tablas Índice de Tablas Tabla 1.1 Comparación diesel con biodiesel.32 Tabla 1.2 Comparación físico químico entre diesel y biodiesel 33 Tabla 2.1 Especificaciones del motor diesel KM Tabla 3.1 Direccionamientos utilizados en la programación del PLC SLC Tabla 4.1 Características de válvula solenoide SV Tabla 4.2 Características de la electroválvula...77 Tabla 4.3 Caracteristicas del termopar CO1-T.81 Tabla 4.4 Características del sensor PAX I..83 Tabla 4.5 Características del sensor de par Tabla 4.6 Entradas y salidas del PLC...87 Tabla 4.7 Lista de Hardware...87 Tabla 4.8 Cálculo de la fuente de alimentación...88 Tabla 5.1 Costo total...90 Tabla 5.2 Relación de equipo dentro de la institución...91 Tabla 5.3 Tabla comparativa de ahorro Tabla 5.4 Precios grupo de investigación 93 ESIME Zacatenco X

12 Planteamiento del Problema Planteamiento del Problema En la actualidad se buscan energías alternativas para utilizarse en motores de combustión interna, una de estas alternativas es el biodiesel, el cual se utiliza mezclado con diesel. Se siguen realizando estudios para obtener el porcentaje idóneo de la mezcla diesel y biodiesel. Para cada tipo de motor y a las condiciones atmosféricas del Distrito Federal. Para realizar pruebas de funcionamiento de un motor diesel, trabajando con mezclas de diesel biodiesel, se requiere de un banco de pruebas experimental, el cual requiere de un control para mezclar las cantidades correctas de diesel y de biodiesel, monitoreando sus principales parámetros de operación. Debido a que el biodiesel libera una menor cantidad de energía en la combustión, el consumo del combustible se ve incrementado y la potencia del motor se ve reducida. Las propiedades del biodiesel hacen que la bomba de combustible sufra una pérdida de presión considerable. Su viscosidad excesiva y su gran densidad tienen una influencia negativa sobre el funcionamiento de la bomba de inyección, bomba de alimentación, tuberías e inyectores; por tal motivo sobre la presión de la inyección. Otros factores importantes son la transportación y pulverización del combustible. Esto perjudica al arranque (en frío principalmente), puesto que el encendido se ve degradado. De lo anterior se deduce que se debe tener un control de mezclado, acorde a las características del biodiesel. El diseño del control convencional de un motor diesel, no satisface las necesidades de funcionamiento con la mezcla diesel-biodiesel en el sistema de combustible, de ahí el requerimiento de generar una propuesta de control para el banco de pruebas experimental. ESIME Zacatenco - 1 -

13 Objetivo General Objetivo General Proponer la modificación, instrumentación y control del sistema de combustible de un motor Diesel KM170, componente de un banco de pruebas, para comprobar su desempeño con diferentes proporciones de mezcla diesel-biodiesel, manteniendo la potencia constante en un rango determinado de operación. Objetivos Particulares Modificar el diseño de control del sistema de combustible, para desarrollar un funcionamiento óptimo dentro de los rangos establecidos, de acuerdo al motor de combustión interna a diesel KM170. Desarrollar una arquitectura de control de la mezcla diesel-biodiesel, basada en la temperatura y potencia del motor. Indicar la posición y la instrumentación necesaria en el motor de combustión interna a diesel KM170, para un buen funcionamiento en el control del sistema de combustible. ESIME Zacatenco - 2 -

14 Justificación Justificación La contaminación ambiental ha alcanzado niveles muy altos, debido al excesivo uso de combustibles derivados del petróleo, aunado a esto existe un problema aun mayor, el de no ser renovable. Lo que orilla a la búsqueda e implementación de nuevas formas de energía alterna, para la disminución de la dependencia de los combustibles derivados del petróleo y a la disminución de agentes contaminantes. Una alternativa para reducir las emisiones contaminantes y el uso del los combustibles derivados del petróleo, es la utilización del biodiesel, el cual es un combustible basado en aceites vegetales o grasas animales. Es importante destacar que los combustibles derivados del petróleo emiten una cantidad mayor de Dióxido de Carbono y Azufre a la atmósfera, en comparación a los combustibles desarrollados a base de aceites vegetales o grasas animales. Con base en lo anterior y en la poca existencia de información, se buscará ampliar el tema, del comportamiento del combustible alterno biodiesel en un motor Diesel. Proponiendo un control para la proporción de la mezcla de Diesel-Biodiesel, tomando en cuenta la no existencia de la instrumentación adecuada para realizar este trabajo. ESIME Zacatenco - 3 -

15 Limitación del Tema Alcance del trabajo Esta tesis se limita a: El desarrollo teórico de una modificación al diseño del sistema de combustible del motor KM170. El desarrollo de una arquitectura de control para el sistema de combustible, basado en modelos de control, en el control de la potencia del motor KM170, la temperatura del motor KM170 y en la inyección del combustible diesel, biodiesel o una mezcla de ambos de acuerdo a la necesidad del motor KM170. Basados en la arquitectura desarrollada, se propondrán las modificaciones necesarias al sistema de combustible del motor KM170, para obtener una mezcla entre los dos combustibles y mantener los rangos de potencia del motor KM170, lo que implica la implantación de la instrumentación necesaria. La instrumentación necesaria para la arquitectura de control desarrollada, se seleccionará con base a Normas de las propiedades de los combustibles diesel y biodiesel. ESIME Zacatenco - 4 -

16 Introducción Introducción La presente investigación se refiere a un motor de combustión interna a diesel modelo KM170, utilizando como combustible el diesel, biodiesel y una mezcla de ambos combustibles; definiendo el funcionamiento del motor diesel, como una máquina que utiliza el calor del aire altamente comprimido para encender una carga de combustible inyectada en el cilindro. El biodiesel es un combustible biodegradable, renovable y se puede producir con aceites vegetales o grasas animales. El aprovechamiento de productos naturales o residuos vegetales para generar energía es común, en especial cuando el planeta se contamina debido a los gases de combustión que emiten los vehículos cuando se emplea una mezcla compleja de hidrocarburos, procedentes del petróleo. La problemática principal del motor diesel utilizando el biodiesel es la reducción de potencia en el motor. La investigación de esta problemática se realizó por el interés social de desarrollar un motor capaz de funcionar eficazmente con la combinación de diesel-biodiesel haciendo frente a los problemas de contaminación. Para hacer frente a los problemas mencionados, como reducir agentes contaminantes, y no perder la potencia del motor, se desarrolla el siguiente análisis basado en: Un motor de combustión interna a diesel KM170. La composición físico química de los combustibles diesel y biodiesel en base a las Normas que los rigen. Y en la necesidad de hacer una mezcla de combustibles capaz de mantener la potencia del motor acorde cada valor de temperatura. ESIME Zacatenco - 5 -

17 Introducción Basándose en las condiciones anteriores se desarrolla lo siguiente: Capítulo 1 Marco teórico, este capítulo se constituye de una visión general del motor diesel y los combustibles diesel biodiesel, partiendo del concepto general del motor, el funcionamiento de un motor de combustión interna, los sistemas y elementos que conforman un motor. La definición de diesel y biodiesel, con sus propiedades físicas y químicas. Capítulo 2 Establecimiento del sistema, se enuncia el ciclo termodinámico para el Diesel, diagramas representativos del ciclo Diesel con respecto al motor KM170. Así como una descripción textual del control en el sistema de combustible para el motor KM170; tomando en cuenta los parámetros de operación del motor. Capítulo 3 Simulación, en este capítulo se describe el control del combustible mediante un diagrama de flujo. Se muestra el DTI del control ya descrito y una visualización general de la interfaz hombre-máquina. Capítulo 4 Selección de equipo, a lo largo de este capítulo se muestran los diversos componentes del control de combustible en donde se indican sus características, rangos de operación, etc. Capítulo 5 Costos, se desenvuelven los costos de los elementos del control de combustible; así como el costo beneficio del proyecto, tomando en cuenta los impactos ambientales. ESIME Zacatenco - 6 -

18 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1.1 Definición de motor. Capítulo I Motor Diesel - Biodiesel Un motor es una máquina capaz de transformar la energía almacenada de los combustibles, baterías u otras fuentes, en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo común clasificarlos en: Motores térmicos Motores de combustión interna Motores de combustión externa Motores eléctricos Clasificación del motor térmico: Figura 1.1 Clasificación De Motores Térmicos ESIME Zacatenco - 7 -

19 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1.2 Motor Diesel. El motor Diesel es una máquina de combustión que aspira aire y lo comprime hasta un alto nivel, sin la necesidad de chispa para el encendido del combustible. Los elementos del motor que forman su constitución (ver Figuras 1.2 y 1.3), pueden dividirse en los siguientes órganos más elementales: Elementos fijos, que son los que componen la estructura externa del motor, cuya misión es la de alojar, sujetar y tapar a otros elementos del conjunto, como: el bloque del motor (monoblock), la culata (cabeza de cilindros) y su junta, el Carter y su junta, la tapa de balancines. Figura 1.2 Vista General Del Motor 1.Cadena de la distribución; 2.Eje de levas; 3.Tapon de las bandas de balancines; 4.Conducto de los vapores del compartimiento de los balancines; 5.Tapa de los balancines; 6.Inyector; 7.Paredes de los cilindros; 8.Émbolo; 9.Camara de refrigeración; 10.Corona dentada del volante; 11.Volante de inercia; 12.Contra peso del cigüeñal; 13.cuello delo cigüeñal; 14.Eje del volante; 15.Biela; 16.Muñequilla del cigüeñal; 17.Prefiltro del aceite; 18.Bomba de aceite;19.aceite del cárter; 20.punto de sujeción del motor al bastidor. ESIME Zacatenco - 8 -

20 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Figura 1.3 Vista De La Cámara De Combustión 21. Polea del cigüeñal; 22.Marcas de puesta a punto; 23.Ventilador; 24.Eje de accionamiento de la bomba de aceite; 25.Piñol sobre el eje que acciona a las válvulas de inyección, alimentación y refrigeración; 26.Valvula; 27.Muelle de válvulas; 28.Semibalancín; 29.Antecamara de combustión; 30.Bujia de precalentamiento; 31.Tubo que une la bomba de inyección del motor; 32.Varilla del nivel de aceite del cárter; 33.Conjunto bomba de inyección regulador y avance; 34.Filtro de aceites; 35.Conducto de admisión; 36.Difusor del regulador del vacío. Elementos móviles, que son los encargados de transformar la energía química del combustible en energía mecánica, como: los pistones, las bielas, el cigüeñal, y el volante de inercia. ESIME Zacatenco - 9 -

21 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1.3 Ciclo de trabajo. En el motor diesel de cuatro tiempos las válvulas del cilindro determinan el tiempo correspondiente de trabajo controlando el intercambio de gases. Las válvulas abren o cierran los canales de admisión y de escape del cilindro (ver Figura 1.4): Figura 1.4 Cámara de Combustión en un Motor Diesel Primer Tiempo: Admisión,, la válvula de admisión está abierta completamente cuando el émbolo pasa por el Punto Muerto Superior (PMS), como se muestra en la Figura 1.4; mientras baja hasta el Punto Muerto Inferior (PMI) crea un vacío en el interior del cilindro y aspira aire solo. Cuando llega al PMI el cilindro está lleno de aire a la presión de casi una atmósfera (1kg/cm 2 ) aproximadamente y a la temperatura ambiente. La válvula de escape ha permanecido cerrada durante todo este tiempo. Figura 1.5 Tiempo de Admisión ESIME Zacatenco

22 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Segundo Tiempo: Compresión y principio de la inyección, en el PMI se cierra la válvula de admisión y al encender el émbolo va comprimiendo al aire que hay en el interior del cilindro hasta reducir su volumen al de la cámara de combustión (ver Figura 1.5). La válvula de escape continúa cerrada. Figura 1.6 Tiempo de Compresión Al final de la compresión el volumen del aire se reduce de catorce a veintitrés veces, su temperatura se eleva a más de 600 ºC y su presión aumenta de 30 a 50 kg/cm 2. Tercer Tiempo: Expansión,, después de alcanzar el PMS el émbolo desciende hasta el PMI las dos válvulas permanecen cerradas como muestra en la Figura 1.6. La máxima presión de la cámara se alcanza poco después del PMS. Los gases se expanden y empujan el émbolo (pistón) hacia el PMI, transmitiéndole una fuerza a través de la biela que actúa sobre el cigüeñal dándole un nuevo impulso de rotación. Esta es la carrera de trabajo del motor. ESIME Zacatenco

23 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Figura 1.7 Tiempo de Expansión Cuarto Tiempo: Escape,, en la figura 1.7 se muestra que después del PMI el émbolo se dirige de nuevo hacia el PMS expulsando a los gases a través de la apertura de la válvula de escape, que se ha abierto poco antes de que termine la carrera de expansión. La válvula de admisión permanece cerrada al llegar el émbolo del PMS empezara un nuevo ciclo. Figura 1.8 Tiempo de Escape Generalmente, en el colector de admisión, no hay válvula de mariposa que determine la cantidad de aire que debe llegar a los cilindros que dependerá de la aspiración o succión de los pistones (vacío que se crea en los cilindros) y en los motores sobrealimentados del compresor volumétrico o del turbo-compresor. ESIME Zacatenco

24 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Mediante el pedal acelerador se determina la cantidad de combustible que se inyecta en el tercer tiempo, actuando sobre la bomba inyectora. Una vez que el aire se encuentra comprimido en la cámara de combustión (momento de la máxima temperatura del aire) se inyecta el combustible, inflamándose la mezcla por auto combustión. No obstante, el diesel precisa un pequeño tiempo para adquirir la temperatura necesaria para su combustión, cuyo tiempo se conoce como "retraso en la iniciación de la combustión" o "retardo a la inflamación". Clasificación de los motores diesel. Según sea el tipo de inyección y de cámara empleada en los motores diesel se clasifican en dos grupos: Motores de inyección directa o de cámara abierta. Motores de inyección indirecta o de cámara dividida. 1.- Sistema de inyección directa El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión (situada por lo general en el pistón) por un inyector de múltiples orificios. (Ver Figura 1.9) Figura 1.9 Inyección directa ESIME Zacatenco

25 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 2.- Sistema de inyección indirecta Como se muestra en la Figura 1.10, se tiene una precámara donde se inyecta el combustible e inicia la combustión aunque no puede realizarse totalmente por falta de aire. Generalmente el inyector es de un solo orificio encarado con el conducto estrecho que une la antecámara y la cámara principal de combustión que es donde termina de realizarse el total de la combustión y que puede hallarse o no totalmente en el cilindro. Figura 1.10 Inyección indirecta ESIME Zacatenco

26 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1.4 Sistemas del motor Diesel En la constitución del motor Diesel encontraremos dividido su funcionamiento en sistemas, los cuales básicamente pueden ser: a) Sistema de distribución b) Sistema de alimentación c) Sistema de enfriamiento d) Sistema de lubricación a) Sistema de distribución El sistema de distribución es el conjunto de órganos que aseguran, en el momento preciso, la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y de escape, (entrada y salida de los gases en el cilindro) y de ello dependerá el correcto funcionamiento del motor. b) Sistema de combustible. El sistema de combustible tiene como finalidad hacer llegar combustible a una determinada presión para la inyección del mismo en diversas condiciones del funcionamiento del motor. En los motores Diesel existen tres tipos de circuitos de combustible según sea la posición del depósito. Son los siguientes: o Circuito con depósito de salida por gravedad o Circuito con depósito auxiliar o Circuito con depósito a nivel inferior c) Sistema de enfriamiento Con el motor funcionando, llegan a producirse temperaturas de hasta C, lo que en algunos casos, podría llegar a fundir las piezas metálicas, por lo que es necesario utilizar un sistema de refrigeración capaz de evacuar parte del calor producido por la combustión. ESIME Zacatenco

27 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel El calor que ha de absorberse no ha de ser ni poco (se producirían dilataciones excesivas) ni demasiado (bajaría el rendimiento del motor), aproximadamente un 30%. Las altas temperaturas, además de dilatar, hacen que el llenado de los cilindros sea escaso y el aceite de lubricación pierda sus propiedades lubricantes. Las partes que requieren mayor enfriamiento son las que están sometidas a más altas temperaturas, como son: - La culata (especialmente la zona próxima a la válvula de escape). - Las válvulas (con sus asientos y guías). - Los cilindros (debido al roce del pistón). El enfriamiento de estas piezas se hace a costa de calentar el aire del ambiente, renovándose constantemente. d) Sistema de lubricación El sistema se emplea para evitar el elevado desgaste, recalentamiento y atascamiento de las superficies frotantes; para disminuir el consumo de la potencia indicadora por perdidas mecánicas del motor y eliminar productos del desgaste. En algunos motores el sistema de lubricación se utiliza para enfriar el fondo del émbolo. Además el aceite mejora el empaque por aros de embolo del espacio por encima del embolo y protege las piezas del motor de la corrosión. Este sistema es necesario para todas las partes móviles que existen en un motor. Por muy esmerado y preciso que haya sido el trabajo de acabado y pulido de las superficies de dos piezas metálicas, el aspecto de ambas aunque parezca liso, presenta enormes irregularidades y asperezas. Para el desarrollo de esta tesis, se enfocará el estudio en el sistema de combustible que se desarrolla a continuación con mayor profundidad. ESIME Zacatenco

28 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Descripción General del Sistema de combustible. Es el encargado de suministrar el combustible necesario para el funcionamiento del motor, (ver Figura 1.11) pudiéndose diferenciar dos apartados fundamentales: a). Circuito de baja presión, encargado de enviar el combustible desde el depósito en que se encuentra almacenado a la bomba de inyección. Compuesto por los siguientes elementos: Depósito de combustible. Bomba de alimentación. Filtros de combustible. Conductos y válvulas b). Circuito de alta presión, encargado de impulsar el combustible a una presión determinada para ser introducido en las cámaras de combustión. Compuesto por los siguientes elementos: Bomba de inyección. Canalizaciones: deben tener la misma longitud para tener los mismos tiempos de inyección. Inyectores: Realizados en acero para poder resistir las fuertes variaciones de presión. ESIME Zacatenco

29 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Figura 1.11 Sistema Completo de Inyección El circuito de baja presión está formado de la siguiente forma: Depósito de combustible: Se emplea en su fabricación chapa de acero galvanizado, en dos mitades que se unen con soldadura eléctrica. En la actualidad se fabrican también de plástico duro. Los depósitos metálicos se suelen recubrir de una capa antioxidante por el exterior y un barnizado por el interior (ver Figura 1.12). El depósito debe ser estanco totalmente y dispone de un tubo con una boca de llenado y un tapón de cierre en el exterior. Posee un pequeño orificio de ventilación situado en el tubo o en el mismo tapón de cierre. Este orificio está conectado con el exterior, y mantiene en el interior del depósito la presión atmosférica. Suelen llevar un tabicado interior agujereado para evitar el ruido, limitar los movimientos del líquido y evitar la creación de vapores. Lleva también un orificio para el tubo de salida del combustible y en la entrada a este tubo se puede colocar un filtro de malla metálica, para un primer filtrado. ESIME Zacatenco

30 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Figura 1.12 Tanque De Combustible del motor KM170 Bomba de alimentación: La misión de la bomba es la de extraer el combustible del depósito y mandarlo al carburador o a la bomba de inyección, (dependiendo del sistema de alimentación empleado), para su posterior mezcla con el aire. Existen dos tipos de bombas de alimentación según su accionamiento: - Mecánica. - Eléctrica. Bomba de alimentación mecánica. Se acopla al bloque motor por medio de unos tornillos con una junta y una placa para disminuir la transmisión de calor producido por el motor, evitando que la gasolina se convierta en gas. Esta bomba es accionada por una excéntrica que posee el árbol de levas del motor cuando éste se encuentra en el bloque, o bien por un dispositivo de mando, si lleva el árbol de levas en cabeza. (Figura 1.13) Esta bomba presenta los siguientes inconvenientes: Se pueden producir burbujas en el combustible por la acción del calor del motor, al estar montado en él. La membrana pierde elasticidad, al dilatarse, por la acción del calor del motor. Rotura frecuente de la membrana, por fatiga. ESIME Zacatenco

31 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Al estar separada del depósito se necesita una membrana de grandes dimensiones para poder producir una succión efectiva. Para que funcione la bomba tiene que estar en funcionamiento el motor. 1. Presión turbo 2. Muelle de compresión 3. Eje de reglaje 4. Membrana 5. Tuerca de reglaje 6. Dedo palpador 7. Palanca de tope m ovil 8. Contrapesos conjunto regulador 9. Rueda dentada 10. Rueda dentada 11. Palanca de arranque 12. Palanca de tensión 13. Eje de arrastre 14. Bomba de alimentación 15. Plato porta-rodillos 16. Regulador de avance a la inyección 17. Plato de levas 18. Corredera de regulación 19. Pistón distribuidor 20. Válvula de respiración 21. Salida hacia los inyectores Figura 1.13 Bomba de Alimentación Mecánica Bomba de alimentación eléctrica: La parte superior es similar a la de una bomba mecánica (membrana y válvulas de aspiración e impulsión). Esta bomba es accionada por la corriente de la batería sobre un electroimán que mueve la membrana. (Figura 1.14) ESIME Zacatenco

32 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1. Eje de arrastre 2. Bomba de alimentación 3. Regulador de avance a la inyección 4. Plato de levas 5. Válvula magnética 6. Corredera de regulación 7. Válvula de respiración 8. Salida hacia los inyectores 9. Pistón distribuidor 10. Salida hacia los inyectores 11. Entrada de combustible al pistón 12. Electroválvula de STOP 13. Servomotor 14. Retorno de diesel depósito de combustible 15. Sensor de posición 16. Perno de excéntrica 17. Entrada de combustible 18. Plato porta rodillos 19. Sensor de temperatura de combustible Figura 1.14 Bomba de Alimentación Eléctrica Filtros Filtro: El sistema de alimentación lleva dos tipos de filtros: Filtros de combustible. Filtros de aire. Filtro de combustible. Tiene como misión retener las partículas que pudiera llevar en suspensión el combustible. Suelen estar constituidos por un pequeño tamiz de malla metálica o de plástico. Están colocados a la salida del depósito, a la entrada de la bomba de alimentación y a la entrada del carburador. Ver Figura 1.15 ESIME Zacatenco

33 Instituto Politécnico Nacional Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Diesel Figura 1.15 Filtro de Combustible Filtro de aire. Tiene la misión de retener las partículas que el aire lleva en suspensión, generalmente el polvo, y evitar así que penetre en el interior de los cilindros y el desgaste, en parte, de éstos (ver Figura 1.16). Existen tres tipos de filtros de aire: Filtro seco. Filtro húmedo. Filtro en baño de aceite aceite. Figura 1.16 Filtro Seco El circuito de alta presión está formado así: Bomba de inyección: La bomba de inyección es el conjunto encargado de suministrar el combustible en la cantidad precisa, en las condiciones necesarias y en el momento adecuado, según las exigencias que se requieran del motor en cada momento. La bomba debe inyectar el combustible a muy alta presión, pero en poca cantidad y muy bien dosificada, para quemar 1g 1gr. de diesel son necesarios 32 gr.. de aire para una buena ESIME Zacatenco

34 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel combustión. Un litro de diesel necesita aproximadamente litros de aire, (un 30% más que la gasolina). Así pues la bomba y sus elementos han de reunir una serie de condiciones: Dosificación exacta de la cantidad de combustible a inyectar en función de la potencia del motor. Distribución de caudales iguales para cada cilindro. Inyección en el momento adecuado (orden de inyección). Las bombas de inyección pueden ser de dos tipos: en línea. (Figura 1.17) rotativas. (Figura 1.18) Figura 1.17 Bomba De Inyección Lineal 1. Racor de fijación de válvula; 2.Guia de muelle de válvula; 3.Muelle de válvula; 4.Válvula de impulsión; 5.Junta de válvula para el cierre de alta presión; 6.Asiento de válvula; 7.Cilindro del elemento; 8.Émbolo; 9.Rueda dentada; 10.Talón del émbolo; 11.Palillo inferior de apoyo del muelle; 12.Arandela de ajuste; 13.Camisa de regulación; 14.Varilla de regulación con cremallera; 15.Junta para el cierre de baja presión; 16 Arandela de racor de unión. ESIME Zacatenco

35 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Figura 1.18 Bomba De Inyección Rotativa 1.Eje de vaina estriado en sus extremos; 2.Buje de transmisión; 3.Arandela de resorte; 4.Retén; 5.Tapa hermética (carcasa); 6.Palaca de ajuste superior; 7.Válvula dosificadora; 8.Cámara de válvula dosificadora; 9.Orificio de dosificación; 10.Cabezal hidráulico; 11.Rotor de bombeo y distribución; 12.Bomba de trasiego (excéntrica); 13.Retén; 14.Rotor de la bomba de trasiego; 15.Tapa de extremo que aloja la válvula de regulación; 16.Tornillo de fijación de la tapa; 17.Tapa deslizante de la bomba; 18.Orificio de distribución 19.Orificio de admisión; 20.Conexion externa; 21.Recor de fijación del cabezal hidráulico 22.Zapata de accionamiento; 23.Aro de levas; 24.Elemento de bombeo; 25.Placa de ajuste inferior; 26.Placa de trasmisión; 27.Rodillo de leva; 28.Eje de trasmisión del motor; 29.Manguito de empuje; 30.Caja de contrapeso; 31.Contrapeso del regulador; 32.Cuerpo de la bomba; 33.Orificio de salida. Inyectores: Como se puede observar en la Figura 1.19, la misión de los inyectores es la de realizar la pulverización de la pequeña cantidad de combustible y de dirigir el chorro de tal modo que el combustible sea esparcido homogéneamente por toda la cámara de combustión. ESIME Zacatenco

36 Instituto Politécnico Nacional Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Diesel Destaquemos que los inyectores son unos elementos muy solicitados, lampeados conjuntamente cuerpo y aguja (fabricados con ajustes muy precisos y hechos expresamente el uno para el otro), que trabajan a presiones muy elevadas de hasta 2000 aperturas por minuto y a unas temperaturas de entre 500 y 600 C. Principio de funcionamiento:: El combustible suministrado nistrado por la bomba de inyección llega a la parte superior del inyector y desciende por el canal practicado en la tobera o cuerpo del inyector hasta llegar a una pequeña cámara situada en la base, que cierra la aguja del inyector posicionado sobre un as asiento iento cónico con la ayuda de un resorte, situado en la parte superior de la aguja, que mantiene el conjunto cerrado. El combustible, sometido a una presión muy similar a la del tarado del muelle, levanta la aguja y es inyectado en el interior de la cámara de combustión. Cuando la presión del combustible desciende, por haberse producido el final de la inyección en la bomba, el resorte devuelve a su posición a la aguja sobre el asiento del inyector y cesa la inyección. Figura 1.19 Inyector ESIME Zacatenco

37 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Funcionamiento del sistema de combustible. Como se muestra en la Figura 1.20, la bomba de aspiración succiona combustible del depósito a través de una rejilla filtrante, que se encuentra en el extremo del tubo de aspiración. Este combustible llega a través de un primer filtro que elimina las impurezas más gruesas que lleva en suspensión el gasóleo. Después la bomba lo mandaría al filtro del combustible y de ahí pasaría a la bomba de inyección, que lo mandaría a los inyectores. La bomba de alimentación normalmente trabaja con presiones entorno a 1 o 2 Kg/cm 2. Y en cantidad suficiente, siendo una válvula de descarga la que regula dichas presiones, teniendo una canalización de retorno para el combustible sobrante que va de vuelta al depósito. Esta bomba suele contar con una pequeña bomba manual de cebado, que usa el mismo circuito y que sirve para purgar y llenar las canalizaciones de combustible. Si la bomba de inyección es de elementos en línea, la bomba de alimentación normalmente irá acoplada a ella, recibiendo el movimiento del árbol de levas de la propia bomba de inyección. En este caso la bomba normalmente sería del tipo de pistón con muelle antagonista y rodillo, alojados en un cilindro. También contaría con válvulas de entrada y salida del combustible. Si la bomba de inyección fuese rotativa ya incorporaría su propia bomba de alimentación. La bomba de inyección suministra el combustible necesario a presión a los distintos cilindros, a los que pasa a través de los inyectores, que lo pulverizan. Desde ellos, el sobrante que no entra en los cilindros se hace retornar por los conductos de rebose. En el circuito de alta presión, los tubos entre la bomba de inyección y los inyectores se fabrican siempre de acero, a causa de las altas presiones que alcanza el combustible durante el funcionamiento del motor. Para asegurar el ajuste correcto de cada cilindro y una capacidad de inyección uniforme para todos ellos, los tubos deben tener la misma longitud entre sí, ya que el cambio de longitud altera el punto de inyección de un cilindro respecto a los demás. ESIME Zacatenco

38 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Esquema de un circuito de inyección en un motor diesel. Figura 1.20 Sistema de combustible. 1. Depósito de combustible. 2. Tubería de acceso a la bomba de alimentación. 3. Bomba de alimentación. 4. Bomba de inyección. 5. Tubería hacia el filtro. 6. Filtro. 7. Tubo de impulsión. 8. Inyector. 9. Conducto de rebose de la bomba de inyección. 10. Regulador. 11. Conducto de rebose del inyector ESIME Zacatenco

39 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel 1.5 Combustibles Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se cambia o transforma su estructura química. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable. Los combustibles fósiles o combustibles minerales son mezclas de compuestos orgánicos que se extraen del subsuelo con el objetivo de producir energía por combustión. La mayor parte de la energía empleada actualmente en el mundo proviene de los combustibles fósiles. Los utilizamos en el transporte, para generar electricidad, para calentar ambientes, para cocinar etc Diesel El combustible diesel es una mezcla compleja de hidrocarburos compuesta principalmente de parafinas y aromáticos, con un contenido de olefina que alcanza solamente a un pequeño porcentaje por volumen. La combustibilidad de un combustible diesel en los motores diesel se caracteriza por su número de cetano, el cual es una medida de su capacidad para ser sometido a ignición de compresión, bajo condiciones de prueba estándar. Los combustibles con un número mayor de cetano se queman más fácilmente en los motores de ignición de compresión. Propiedades de los combustibles Diesel: Estos combustibles tienen ciertas propiedades que los hacen adecuados para emplearlos en los motores Diesel. Viscosidad. Como se mencionó, debe ser lo bastante baja la atomización para la fácil pulverización en la cámara de combustión. Punto de inflamación. Es la temperatura a la cual el combustible empieza a despedir un vapor, que se inflama de inmediato si hay una chispa o una llama. El punto de inflamación de los combustibles Diesel es de unos 55 C, lo cual los hace mucho más seguros para el ESIME Zacatenco

40 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel manejo y el almacenamiento que la gasolina, que se vaporiza a todas las temperaturas atmosféricas normales. Temperatura de autoignición. Es la temperatura a la cual el combustible atomizado se inflama y arde sin la ayuda de una chispa. Una baja temperatura de autoignición significa que el motor arrancará con facilidad y funcionará con menor "cascabeleo". Esta temperatura es de alrededor de 250 C para los combustibles Diesel. Cualidades adecuadas para ignición: número cetano. El número cetano de un combustible Diesel es una medida de su calidad de ignición o de su facilidad para arder en la cámara de combustión. Los combustibles con bajo número cetano necesitan más tiempo para inflamarse después de inyectarlos, con lo que ocasionan una demora más larga, y cuando tiene lugar la ignición, habrá tendencia a un mayor "cascabeleo" cuando el combustible acumulado se inflama en forma súbita y aumenta la presión. Por otra parte, si el número cetano es suficientemente alto (número cetano correcto), el combustible se inflamará y comenzará a arder casi tan pronto como empieza la atomización. Por tanto, la presión de combustión aumentará uniformemente y no habrá cascabeleo. Para obtener el número cetano se hacen pruebas de un motor y se comparan los resultados con ciertos combustibles de referencia. Dado que el objetivo es tener un combustible con potencia adecuada y cualidades para ignición, el número cetano más alto que sea posible no siempre es el requisito final. Por tanto, en esta prueba no se incluyen sólo las cualidades de ignición, sino que se tienen en cuenta aspectos tales como el periodo de demora y la potencia producida en el motor. Contenido de azufre. Todos los combustibles Diesel contienen cierta cantidad de azufre. Un contenido de azufre demasiado alto produce desgaste excesivo de los cilindros por la formación de ácidos en el aceite lubricante. Los combustibles no deben contener más de 0.5% de azufre. ESIME Zacatenco

41 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Ausencia de contaminantes. Dado que las holguras en las piezas para inyección de combustible son tan pequeñas, que hay que impedir que entren al combustible los contaminantes en cualquier forma, como agua, polvo, herrumbre o incrustaciones, antes de poner el combustible en el tanque del vehículo. Los contaminantes pueden ocasionar costosos daños en un tiempo un tanto corto. Por tanto, es de máxima importancia el cuidado en el manejo y almacenamiento Biodiesel El biodiesel, denominado también biogasóleo o diester, es un combustible renovable sustitutivo del diesel que proviene del procesamiento de aceites vegetales, tanto naturales como reciclados (soya, girasol, palma, etc.) y de grasas animales. Se lo obtiene mediante el proceso de transesterificación de los aceites por reacción química con el alcohol para formar esteres grasos (biodiesel) y glicerina. Es un producto no tóxico y biodegradable, que por poseer características físicas y físicoquímicas muy similares a las del diesel, se ha convertido en uno de los combustibles más eficaces como reemplazo del diesel. Materias Primas: Aceites vegetales: Provenientes de todo tipo de plantas oleaginosas: palma africana, soya, higuerilla, girasol, colza, entre otros. Palma africana: El aceite de palma se extrae de la pulpa; el rendimiento de un racimo oscila entre el 17 y el 27%.El biodiesel obtenido del aceite de palma tiene mayor estabilidad de oxidación que el biodiesel de aceite de soya. Soya: Es el cultivo oleaginoso de mayor importancia a nivel mundial, Estados Unidos, Brasil y Argentina son los principales productores. Contiene el 18% de aceite (85% no saturado) y 38% de proteína. ESIME Zacatenco

42 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Higuerilla: El aceite se extrae de la semilla y es considerado el mejor para producir biodiesel, por ser el único soluble en alcohol, y el proceso de obtención de biodiesel no requiere calor y el consecuente gasto de energía que exigen otros aceites vegetales en su transformación a combustible. Grasas animales: Se pueden obtener como subproductos del faenamiento de ganado vacuno, porcino, etc. Ventajas BIODIESEL es un producto no tóxico y biodegradable. Presenta una alta estabilidad a la oxidación y se encuentra libre de partículas. Dada su alta solubilidad con los combustibles fósiles puede ser mezclado con los mismos en distintas proporciones. Reduce en gran medida la emisión de humos visibles con respecto al diesel cuando el producto se quema y no contiene azufre. Esto evita la contaminación del medioambiente y brinda un almacenamiento del BIODIESEL más seguro que el del diesel. Representa una fuente de energía renovable y limpia que además contribuye a la conservación del medio ambiente gracias al reciclado de productos de desecho. ESIME Zacatenco

43 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel En la siguiente tabla 1.2 se muestran las dos normas aplicables al biodiesel EN: Norma Europea A.S.T.M: American Society for Testing and Materials Especificaciones Parámetro Unidad EN A.S.T.M D Contenido de esteres % masa Mín. 96, Densidad a 15 C g/cm 3 0,86 0, Viscosidad cinemática a 40 C mm 2 /s 3,50 5,00 1,90 6,00 Punto de Inflamación C Mín. 120 Mín. 130 Punto de obstrucción de filtro frío (P.O.F.F) C verano Máx C invierno Máx Azufre total % masa Máx. 0,001 Máx. 0,05 Residuo carbonoso Conradson al 100% % masa Máx. 0,05 Máx. 0,05 Número de cetano ---- Mín. 51 Mín. 47 Contenido en cenizas % masa Máx. 0,03 Máx. 0,02 Contenido en agua mg/kg. Máx Agua y sedimentos % volumen - Máx. 0,05 Corrosión al cobre (3h/50 C) Grado de Corrosión Máx. 1 Máx. 3 Estabilidad a la oxidación horas Mín Índice de acidez mg KOH/g Máx. 0,50 Máx. 0,80 Contenido en metanol % masa Máx. 0, Contenido en monoglicéridos % masa Máx. 0, Contenido en diglicéridos % masa Máx. 0, Contenido en triglicéridos % masa Máx. 0, Glicerol libre % masa Máx. 0,02 Máx. 0,02 Glicerol ocluido % masa Máx. 0, Glicerol total % masa Máx. 0,25 Máx. 0,24 Índice de yodo ---- Máx Fósforo ppm. Máx. 10 Máx. 10 Sales Metálicas (Na+K) mg/kg. Máx. 5 - Tabla1.1 Comparación físico químico entre diesel y biodiesel ESIME Zacatenco

44 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Comparación del Diesel con Biodiesel PARÁMETRO UNIDADES UNE EN 590 DIESEL LILMITE CEN/TC 19** BIODIESEL Densidad(15 C) g/cm Viscosidad Cinemática 40 cs Punto inflamación C 55min. 101min. Azufre Ppm 350 máx. 10 máx. Residuo Carbonoso (10%) % 0.30 máx máx. Contaminación Total ppm 24 máx. 24 máx. Agua ppm 200 máx. 500 máx. Corrosión al cobre - Clase 1 Clase 1 Cenizas Sulfatadas % 0.01 máx máx. Estabilidad Oxidación mg/l 25 máx. 6h min. Numero de Cetano - 51 min. 51 min. Índice de Cetano - 46 min. Tabla 1.2 Comparación diesel con biodiesel. ESIME Zacatenco

45 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Comparación Diesel-biodiesel: composición de los productos de combustión Calculo de la cantidad, la composición de los productos de combustión. Partiendo de las reacciones de combustión de los elementos que forman parte del combustible, la cantidad de gases que generan, se determina según las formulas: En kilogramo de gas por kilogramo de combustible: Para el gas carbónico CO 2 : Para el vapor de agua recalentado H 2 O: 11 /3 Para el valor de oxígeno O 2 : 9 Para el nitrógeno N 2 : α=coeficiente de exceso de aire igual a La composición elemental del diesel es: C=0.86; H=0.13; O=0.01. La composición elemental del biodiesel es: C=0.77; H=0.12; O=0.1. Cálculos: I o = Cantidad necesaria de aire. 8 3 C 8H ESIME Zacatenco

46 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel diesel biodiesel Calculo de las emisiones de Dióxido de carbono CO 2 CO 2 diesel = 11C/3 CO 2 biodiesel = 11C/3 CO 2 diesel = 11(0.86)/3 CO 2 biodiesel = 11(0.77)/3 CO 2 diesel = Kg. CO 2 biodiesel = Kg. El resultado de los cálculos anteriores nos da una visión de que es un generador menor de CO2, ya que cuenta con un % menos de este producto de la combustión. Calculo de las emisiones de agua H 2 O. H 2 O diesel = 9H H 2 O biodiesel = 9H H 2 O diesel = 9(0.13) H 2 O biodiesel = 9(0.12) H 2 O diesel = 1.17 Kg. H 2 O biodiesel = 1.08 Kg. Despide una mayor cantidad de agua el Diesel que el Biodiesel. Mediante los cálculos representa un 7.69% menos cantidad de agua que el Diesel. ESIME Zacatenco

47 Capitulo I Motor Diesel-Biodiesel Calculo de las emisiones de N 2 O. N 2 O diesel = α l o N 2 O diesel = α l o N 2 O diesel = (1.684) ( ) N 2 O biodiesel = (1.684) ( ) N 2 O diesel = Kg. N 2 O biodiesel = Kg. Despide una menor cantidad de NO 2 el uso de Biodiesel representando el 12.63% menos de emisión. Calculo de las emisiones de oxigeno O 2. O 2 diesel = O 2 biodiesel = O 2 diesel = O 2 biodiesel = O 2 diesel = Kg. O 2 biodiesel = Kg El uso de biodiesel despide 12.63% de menor cantidad de oxigeno. ESIME Zacatenco

48 Capitulo II Establecimiento del Sistema Capítulo II Establecimiento del sistema 2.1 Sistema termodinámico Un sistema termodinámico es una parte de un sistema que se aísla para su estudio. Este se puede llevar de dos formas principalmente: Real, en el campo experimental. Ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico. Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan con su entorno. Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas. Sistema aislado: es aquel que no intercambia ni energía ni masa con su entorno. Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas como para considerar que los cambios de energía calorífica sean despreciables, ya que por hipótesis no puede intercambiar energía en forma de trabajo. Sistema cerrado: es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. Sistema abierto: en esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es cargado de combustible, o se consideran los gases que emite por su tubo de escape, pero además intercambia energía con su entorno. ESIME Zacatenco

49 Capitulo II Establecimiento del Sistema Ciclo Diesel Desde un punto de vista mecánico, el ciclo del motor diesel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases: Admisión: con el pistón posicionado en el PMS (punto muerto superior) comienza la carrera descendente y al mismo tiempo se abre la válvula de admisión para llenar de aire limpio aspirado o forzado por un turbocompresor el cilindro, terminando este ciclo cuando el pistón llega al PMI (punto muerto inferior) y la válvula de admisión se cierra nuevamente. Compresión: el pistón está en el PMI y empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro y logrando de esa forma un núcleo de aire caliente en la cámara de combustión por el efecto adiabático. Trabajo: cuando el pistón está a punto de llegar al PMS se inicia la inyección de combustible a alta presión. En este momento se mezclan las partículas de gasóleo pulverizado con el núcleo de aire caliente y se produce el encendido y la consiguiente expansión de gases por la combustión del gasóleo, moviendo el pistón desde el PMS hacia el PMI y generando trabajo. Escape: concluida la fase de trabajo y habiendo llegado el pistón al PMI, se abre la válvula de escape al mismo tiempo que el pistón empieza su carrera hacia el PMS y elimina hacia el conducto de escape los gases producidos por la combustión en el cilindro. De esta forma podemos ver que el ciclo diesel está formado por cuatro tiempos, por lo que, cuando entra el combustible, este explota por la alta presión y se va quemando en el trayecto. Es el ciclo de referencia asignado a los motores de encendido por compresión para explicar de forma simple y teórica los procesos, siendo oportuno comentar que el ciclo mixto aproxima mejor a la realidad tanto al ciclo Otto como al Diesel. ESIME Zacatenco

50 Capitulo II Establecimiento del Sistema La diferencia fundamental entre el ciclo Diesel y el ciclo Otto está en la fase de aportación del calor. En el ciclo Otto el calor era introducido a volumen constante, y en el ciclo Diesel es introducido a presión constante. Otra diferencia entre los dos ciclos se encuentra en la relación de compresión; para los motores Diesel esta entorno de 14 a 24, mientras que para los motores de encendido por chispa varía entre 6 y 10. Los dos tipos de motores requieren la máxima relación de compresión para mejorar el rendimiento. Sin embargo, condicionados por el combustible, los motores de encendido provocado no deben sobrepasar una cierta relación de compresión para no sufrir efectos como el picado, mientras que los motores Diesel requieren una relación de compresión mínima para garantizar el encendido por compresión y a partir de una determinada relación de compresión, el aumento de rendimiento ya no compensa el aumento de costos y peso del motor capaz de resistir las presiones que se generarían. Como se puede ver en la Figura 2.1, el ciclo Diesel está formado por cuatro procesos térmicos: a) 1-2 Compresión adiabática b) 2-3 Aportación de calor a presión constante. c) 3-4 Expansión adiabática d) 4-1 Extracción de calor a volumen constante Figura 2.1 Graficas del Ciclo Diesel ideal ESIME Zacatenco

51 Capitulo II Establecimiento del Sistema En el proceso de aportación de calor, a presión constante, el pistón se desplaza, y por tanto realiza un trabajo: (1) Si se usa la ecuación de la energía, se obtiene: (2) Y como la entalpia h del fluido tiene la expresión: (3) Entonces la ecuación (2) queda de la siguiente manera: (4) Si se considera que el fluido de trabajo es un gas ideal y el proceso es a presión constante, entonces: (5) De manera que el calor aportado vale (6) Y recordando que el grado de combustión, extensión correspondiente a la aportación de calor a presión constante, tiene la siguiente expresión. (7) ESIME Zacatenco

52 Capitulo II Establecimiento del Sistema Se obtiene finalmente la expresión del rendimiento térmico ideal del ciclo Diesel teórico: 1 (8) Se puede observar que, a diferencia del ciclo Otto, no solo es función de p y de k, sino que además lo es de β e y por tanto, depende del calor aportado por unidad de masa Q r Analizando la ultima ecuación se comprueba que si se aumenta β e el rendimiento se hace más pequeño, mientras que si se aumenta la relación de compresión el rendimiento crece. La única diferencia entre el rendimiento del ciclo Otto y el Diesel es el termino que siempre es más grande que 1. Se llega a la conclusión de que, para igual relación de compresión, es más grande el rendimiento térmico del ciclo Otto que el del Diesel. Si se reduce β e y por tanto, el calor aportado a presión constante, el rendimiento térmico del Ciclo Diesel se aproxima al del ciclo Otto, hasta tal punto que cuando β=1 los dos rendimientos coinciden. Si se aplican las condiciones del ciclo Diesel a la ecuación general de la presión media teórica, se obtiene su expresión para este caso: 1 1 (9) ESIME Zacatenco

53 Capitulo II Establecimiento del Sistema Potencia del motor Potencia; se le llama potencia al trabajo referido a la unidad de tiempo, pero también existen diferentes tipos de potencia en un motor, como se muestra en las definiciones siguientes: Potencia útil es la potencia de un motor obtenida a un número correspondiente de revoluciones en el cigüeñal o en un dispositivo auxiliar. Potencia nominal es la potencia máxima de un motor a plena carga. La potencia se puede definir matemáticamente: (10) Donde en Kw Nm La velocidad angular se define como: (11) Donde n = frecuencia de rotación (RPM) Sustituyendo 11) en 10) tenemos (12) ESIME Zacatenco

54 Capitulo II Establecimiento del Sistema Descripción del motor como un ciclo Figura 2.2 Diagrama a Descriptico del Motor Diesel La Figura 2.2 muestra como el combustible procedente del depósito (1) es aspirado, a través de la bomba de alimentación (2) a un prefiltro (3). Esta bomba lo impulsa por la tubería de baja presión hacia el filtro principal (4) que retiene las partículas, el agua y el aire contenidos en el combustible, pasando éste luego a través de la tubería a la bomba de inyección (5). En el instante oportuno esta bomba de inyección impulsa combustible a gran presión, a través de la tubería de alta presión, hacia el inyector (6). La gran presión que ESIME Zacatenco

55 Capitulo II Establecimiento del Sistema tiene el combustible a su llegada al inyector vence la resistencia que éste opone a su apertura y el combustible se introduce en la cámara de combustión (7), en forma de chorros pulverizados. En el instante en que la bomba de inyección deja de impulsar combustible, la presión del que existe en el tubo desciende bruscamente, el inyector se cierra y cesa la entrada de combustible en la cámara de combustión. Como la presión a que está sometido el combustible y la sección de paso del inyector son fijos, la cantidad de combustible suministrada al motor en cada inyección sólo depende del tiempo que permanece abierto el inyector, o sea, del tiempo durante el cual la bomba está mandando combustible a presión hacia el inyector. Cada cilindro posee un inyector, que recibe el combustible directamente de la bomba de inyección mediante su correspondiente tubería de alta presión. La bomba impulsa combustible sucesivamente hacia cada uno de los inyectores, siguiendo el orden de encendido del motor. Existen tuberías de retorno que parten del filtro principal y de los inyectores y descargan el exceso de combustible hacia el depósito. En el esquema de esta figura y principalmente cuando la bomba de inyección es rotativa, existe otro conducto de retomo desde la bomba hacia una conexión situada en el filtro. Las conexiones de los conductos de retorno contienen una válvula que impide la circulación del combustible en sentido contrario. Visto ya de una forma esquemática el proceso seguido por el combustible hasta ser inyectado. ESIME Zacatenco

56 Capitulo II Establecimiento del Sistema Descripción del sistema real Figura 2.3 Sistema Real Se trabajará en el sistema de combustible del motor diesel KM170 (ver Figura 2.3), el cual tiene las siguientes especificaciones. MOTOR KM170 Tipo 4 tiempos, 1 cilindro, refrigerador para aire, motor diesel Sistema de combustión. Inyección Directa Cilindrada ( c.c ) 211 Diámetro x carrera 70 x 55 Velocidad Motor r/min Potencia Máxima Kw 2.8 / 3.1 Potencia Nominal Kw /rpm 2.5 / 3000 ; 2.8/ 3600 PTO eje PTO rpm ½ Sistema de arranque Manual auto envolvente Capacidad dep. combustible ( I ) 2.5 Capacidad Aceite 0.75 lts. Medidas ( An x Lg x Al ) (mm) F: 332 x 384 x 416 x S: 324 x 384 x 416 Peso 26 kg. Ratio de compresión 20 Consumo 280 g/km*h ESIME Zacatenco

57 Capitulo II Establecimiento del Sistema Tabla 2.1 Especificaciones del motor diesel KM170 Piezas del sistema de combustible (Figura 2.6) 1) Tornillo 2) Tornillo de ajuste 3) Junta de culata 4) Soporte de apoyo superior del Tanque de combustible 5) Amortiguador 6) Sujetador de la tubería de combustible 7) Tubería del retorno de combustible 8) Tornillo de desagüe Figura 2.4 Despiece del Sistema de Combustible 9) Tornillo 12X1.25X14 10) Soporte de apoyo inferior del Tanque de combustible 11) Tuerca M6X14 12) Tuerca M6 13) Interruptor montado en el tanque de combustible Figura 2.5 Vista Frontal del Sistema ESIME Zacatenco

58 Capitulo II Establecimiento del Sistema 14) Rondana 15) Sujetador 16) tubería de inyección 17) Filtro de combustible 18) Elemento montado 19) Tanque de combustible soldado 20) Malla filtradora del tanque de combustible 21) Tapa del tanque de combustible Figura 2.6 Vista Lateral Extensa del Sistema 22 y 22-1) Unidad de tubería de alta presión Propuesta del sistema de control Contenedor Biodiesel Válvula proporcional Contenedor Diesel Válvula proporcional Tanque Mezcla Válvula solenoide Motor Válvula solenoide Figura 2.7 Diagrama a Bloques de la Propuesta ESIME Zacatenco

59 Capitulo II Establecimiento del Sistema Para llevar a cabo el control del sistema de combustible se implementarán los siguientes elementos: 1 Tanque para biodiesel 1 Tanque para Diesel 1 Tanque para Mezcla 2 Válvulas Motorizadas 2 Válvulas Solenoides En la propuesta se considerará un tanque para Diesel (será el de mayor tamaño), otro para Biodiesel (de menor proporción con respecto al de Diesel) y un tercero de para el combustible no utilizado por el motor (exceso de combustible) para ser reutilizado. El Biodiesel tiene la característica de que a menor temperatura mayor es su viscosidad, por lo que este combustible no se utilizará en el arranque del motor; se iniciará con Diesel. Para llevar a cabo la utilización del biodiesel se necesita reducir su viscosidad, lo cual se lograra cuando el motor KM170 llegue a una temperatura mayor a 120 como lo marca la norma EN , para su punto de inflamación, antes de que el combustible llegue a la bomba de inyección, tuberías e inyectores, así el combustible llegará en condiciones favorables para su combustión. Para la realización de la mezcla se utilizarán dos válvulas proporcionales (también llamadas válvulas motorizadas), el control de estas válvulas se definirá por la temperatura y la potencia del motor, ya que el propósito de este control es el no disminuir la potencia del motor. El control de la mezcla incluirá otros elementos como son: sensor de temperatura, sensor de velocidad y sensor de par, estos últimos para determinar la potencia del motor. ESIME Zacatenco

60 Capitulo III Simulación Capítulo III Simulación 3.1 Descripción del control de combustible 1.- Inicio, arranque del motor 2.- Designación de variables Válvula 1 = Válvula del Biodiesel (V1) Válvula 2 = Válvula del diesel-mezcla (V2) Válvula 3 = Válvula del diesel (V3) Válvula 4 = Válvula de mezcla (V4) Temperatura = T Potencia = P 3.- Estado de las válvulas V1= cerrado V2= cerrado V3= abierto V4= cerrado 4.- Medición de la temperatura, si T 120 C el estado de las válvulas cambia de la siguiente manera: V1= cerrado V2= 100% abierto V3= 0% abierto V4= cerrado Si la T 120 C debe conservar el estado de las válvulas como en el paso 3. ESIME Zacatenco

61 Capitulo III Simulación 5.- Medición de la potencia, Si P 2.5 entonces: V2 cierra en un 10% V3 abre en un 10% De lo contrario Si P< 2.5 entonces: V2 abre un 10% V3 cierra un 10% 6.- El ciclo termina hasta que se apaga el motor. ESIME Zacatenco

62 Capitulo III Simulación Diagrama de flujo Figura 3.1 Diagrama de flujo del sistema de control ESIME Zacatenco

63 Capitulo III Simulación 3.2 Sistema de control Control en cascada Es una arquitectura que se basa en el lazo de control retroalimentado, su estructura es muy simple, es el más utilizado en la industria y que tiene gran controlabilidad. Se basa en medir una variable secundaria (esclava), a demás de un controlador secundario que se encarga de modificar a la variable manipulada a través del elemento final de control. Niveles de control Esta arquitectura tiene varios niveles de control, el nivel más alto es el que se encarga de medir la variable controlada (primaria) y el controlador de este nivel le proporcional el punto de referencia (set- point) al controlador del siguiente nivel; el nivel de control más bajo es el que se encarga de medir una variable que pueda perturbar a la variable primaria y es donde otro controlador modifica a la variable manipulada. Esquema de control. Figura 3.2 Esquema de control, cascada ESIME Zacatenco

64 Capitulo III Simulación Características: El controlador primario le proporciona el set-point al controlador secundario. El transmisor secundario tiene que ser de mayor exactitud y de mayor velocidad de lectura que el transmisor primario. La variable secundaria tiene que ser más rápida que la variable primaria; es decir, que tiene que cambiar con mayor rapidez con respecto al tiempo. Ventajas: El lazo de control secundario corrige las perturbaciones antes de que afecten a la variable controlada. Aumenta la controlabilidad del sistema. Desventajas: Por cada lazo de control se requiere un transmisor y un controlador, por lo que su inversión aumenta. Si un lazo de control retroalimentado tiene un excelente desempeño lo mas probable es que un control en cascada no lo mejore. Modos de control Los algoritmos de control para la arquitectura en cascada son los mismos que para el control retroalimentado es decir, P, PI, PD, PID. Se recomienda para el controlador esclavo utilizar los algoritmos P y PD; y para el controlador primario PI y PID. ESIME Zacatenco

65 Capitulo III Simulación Control en cascada para el control del sistema de combustible Figura 3.3 Control en cascada para el sistema de combustible. Para el control del sistema de combustible del motor diesel KM170 se utiliza una arquitectura de control, control en cascada como se muestra en la Figura La cual esta compuesta por un controlador, dos funciones convertidoras, una en base a la temperatura., la otra en base al par y ala velocidad esto para calcular la potencia además de cuatro elementos de salida, dos válvulas solenoides (V3,V4) y dos motorizadas (V1,V2). El sistema es manipulado en primera instancia en base a la temperatura ya que al alcanzar la temperatura de 120 C mandara la señal a las solenoides, Abriendo la solenoide (V4) y cerrando la (V3). Al mismo instantes se energizaran las válvulas motorizadas (V1,V2), las cuales serán controladas de acuerdo a la potencia la cual será calculada en un convertidor de función en base a los valores de lo sensores de par y de velocidad. Así V1 y V2 serán controladas proporcionalmente. ESIME Zacatenco

66 Capitulo III Simulación Tag Descripción Tag Descripción FV Válvula de flujo PLC NT Trasmisor de par Válvula solenoide ST Transmisor de velocidad Válvula motorizada TC Controlador de temperatura Señal eléctrica TT Transmisor de temperatura S.P. Set Point TV Válvula de control de temperatura NC Normalmente cerrada OC Controlador de potencia NA Normalmente abierta UY Función convertidor V1 V2 Biodiesel mezcla Diesel Instrumento montado en campo V3 V4 Diesel mezcla Mezcla ESIME Zacatenco

67 Capitulo III Simulación Figura 3.4 Diagrama de Tuberías e instrumentos ESIME Zacatenco

68 Capitulo III Simulación 3.3 Programación del PLC (SLC 500) A continuación se muestran los direccionamientos y sus valores utilizados en la programación del PLC SLC 500. F8:0 Rango mínimo real del termopar (-195) F8:1 Rango máximo real del termopar (260) F8:2 Entrada mínima en bits del termopar (-32767) F8:3 Entrada máxima en bits del termopar (32768) F8:4 Rango mínimo real del sensor de par (0) F8:5 Rango máximo real del sensor de par (100) F8:6 Entrada mínima en bits del sensor de par(-32767) F8:7 Entrada máxima en bits del sensor de par (32768) F8:8 Rango mínimo real del sensor de velocidad (0) F8:9 Rango máximo real del sensor de velocidad (8000) F8:10 Entrada mínima en bits del sensor de velocidad (-32767) F8:11 Entrada máxima en bits del sensor de velocidad (32768) F8:12 Porciento mínimo de apertura de la válvula modulante diesel (0) F8:13 Porciento máximo de apertura de la válvula modulante diesel (100) F8:14 Rango mínimo en bits de la válvula modulante diesel (3276) F8:15 Rango máximo en bits de la válvula modulante diesel (16384) F8:16 Porciento mínimo de apertura de la válvula modulante biodiesel (0) F8:17 Porciento máximo de apertura de la válvula modulante biodiesel (100) F8:18 Rango mínimo en bits de la válvula modulante biodiesel (3276) F8:19 Rango máximo en bits de la válvula modulante biodiesel (16384) F8:20 Salida de escalamiento del termopar (valor sensado) F8:21 Salida de escalamiento del sensor de par (valor sensado) F8:22 Salida de escalamiento del sensor de velocidad (valor sensado) F8:23 Entrada al escalamiento para la válvula Diesel (valor asignado) F8:24 Entrada al escalamiento para la válvula Biodiesel (valor asignado) F8:25 Valor comparativo para el sensor de velocidad (100) F8:26 Valor comparativo para el sensor de temperatura (120) F8:27 Valor comparativo de la potencia (2.5) F8:28 Valor de apertura de la válvula Diesel (100) F8:29 Valor de apertura de la válvula Biodiesel (0) F8:30 Resultado de la multiplicación de par *velocidad F8:31 Resultado de /30 F8:32 Valor total de la potencia real ESIME Zacatenco

69 Capitulo III Simulación F8:33 Porcentaje de cierre o apertura de las válvulas diesel y biodiesel B: 0 Valor binario para cambio de subrutina B:1 Valor binario para apertura de válvulas B:2 Valor binario para apertura o cierre de válvulas modulantes, diesel y biodiesel I:2.0 Entrada al escalamiento del sensor de par I:2.1 Entrada al escalamiento del sensor de velocidad I:4.0 Entrada al escalamiento del termopar O:1.0/0 Energizado de la válvula B3 O:1.0/1 Energizado de la válvula B4 O:3.0 Salida del escalamiento de la válvula modulante Diesel O:3.1 Salida del escalamiento de la válvula modulante Biodiesel Tabla 3.1 Direccionamientos utilizados en la programación del PLC SLC500 El programa de control en el PLC SLC500 se divide en tres subrutinas: (Ver Figura 3.5) Arranque Temperatura Potencia Figura 3.5 Subrutinas ESIME Zacatenco

70 Capitulo III Simulación Otra ventana importante es donde se asignaron los valores de los rangos de operación (F8, flotantes) que se muestra a continuación en la Figura 3.6, para ver la relación de las variables ver la Tabla 3.1. Subrutina Arranque Figura 3.6 Rangos declarados en F8 Figura 3.7 Subrutina de Arranque- Escalamiento del termopar ESIME Zacatenco

71 Capitulo III Simulación Figura 3.8 Arranque- Escalamiento del sensor de par Figura 3.9 Arranque- Escalamiento del sensor de velocidad Figura 3.10 Arranque- Escalamiento de la válvula modulante Diesel ESIME Zacatenco

72 Capitulo III Simulación Figura 3.11 Arranque- Escalamiento de la válvula modulante Biodiesel Figura 3.12 Arranque- Condiciones de inicio del programa y salto de subrutina. ESIME Zacatenco

73 Capitulo III Simulación Subrutina Temperatura Figura 3.13 Temperatura- Comparación de temperatura Figura 3.14 Temperatura- Salto a subrutina de potencia ESIME Zacatenco

74 Capitulo III Simulación Subrutina de Potencia Figura 3.15 Potencia- Calculo de potencia Figura 3.16 Potencia- Comparación de potencia ESIME Zacatenco

75 Capitulo III Simulación Figura 3.17 Potencia- Instrucción LES, comparación de un valor bajo de potencia. Figura 3.18 Potencia- Apertura y cierre de válvulas Diesel V2 y Biodiesel V1. ESIME Zacatenco

76 Capitulo III Simulación Comprobación teórica Basados en la siguiente formula se podrá calcular los valores de salida de la instrumentación. 1 0 y Donde: y=salida. y0= escala mínima. y1= escala máxima. x= entrada. x0=entrada mínima. x1=entrada máxima. A continuación se muestra un ejemplo basado en el sensor de temperatura conectado a una tarjeta de 16 bits. y= Valor de la salida. y0= y1= x= 120 = valor de la entrada x0= -195 x1=260 ESIME Zacatenco

77 Capitulo III Simulación Sustituyendo los valores en la ecuación anterior y y y Valor en bits El cálculo anterior se realiza para todas las entradas de los sensores. Tomando en cuenta que la temperatura es mayor o igual a 120 C se mide la potencia con la siguiente formula Para el calculo de la potencia se utiliza la formula (12) del capitulo II. valor de lavelocidad X π valor del par 30 Ya que se calculo la potencia se realizara el escalamiento para las válvulas motorizadas conectadas a una tarjeta de 14 bits. Calculo para la salida y= y0= 0 y1= 100 x = valor de la salida x0= 3276 ESIME Zacatenco

78 Capitulo III Simulación x1= Sustituyendo los valores en la ecuación anterior ESIME Zacatenco

79 Capitulo III Simulación 3.4 Interfaz Hombre Máquina (HMI) INTOUCH Para la realización del control de combustible se sugiere INTOUCH como interfaz hombremáquina, el cual se describe a continuación. El software para la visualización y control de procesos HMI Intouch de Wonderware, ganador de premios y famoso mundialmente destaca por la facilidad de uso y gráficos fáciles de configurar que lo hacen único. Los poderosos wizards y los nuevos SmartSymbols de Wonderware permiten a los usuarios crear e instalar de manera rápida aplicaciones personalizadas que se conectan y entregan información en tiempo real. Las aplicaciones de In Touch son suficientemente flexibles para cumplir necesidades inmediatas y poder escalarlas para satisfacer requerimientos futuros, mientras conserva el valor de la inversión y los esfuerzos de la ingeniería. Esas aplicaciones de InTouch versátiles pueden usarse desde dispositivos móviles, computadoras remotas e incluso a través de Internet. Además, la HMI In Touch extensible y abierta ofrece incomparable conectividad con la más amplia gama de equipos y dispositivos de automatización en la industria. Las aplicaciones de InTouch pueden visualizarse desde múltiples dispositivos sin cambios adicionales en la configuración. Una aplicación puede ser vista desde: Múltiples pantallas Internet En dispositivos móviles como PDAs y Tablet PCs. El software InTouch reduce el costo del proyecto permitiendo la visualización de la misma aplicación a través de múltiples dispositivos. En esencia, la HMI InTouch proporciona la información necesaria para los usuarios en el dispositivo de su preferencia. ESIME Zacatenco

80 Capitulo III Simulación InTouch tiene tres componentes principales: Application Manager WindowMaker WindowViewer (Run Time) Para la comunicación se tiene un software adicional llamado Wonderware Factory Suite; este nos proporciona un I/O Servers, el cual nos permite la administración de diversos protocolos de comunicación. En el desarrollo de esta HMI se utiliza INTOUCH Para crear un nuevo proyecto INTOUCH abre el Application Manager, en esta página damos click en File New y nos aparecerá un cuadro de dialogo en donde definiremos la ruta de nuestra nueva aplicación. Figura 3.19 Ventana para crear una nueva aplicación. Una vez seleccionada la ruta, le damos siguiente; el dato que a continuación nos pedirá es el directorio donde queremos que sea creada nuestra nueva aplicación. ESIME Zacatenco

81 Capitulo III Simulación Para finalizar nos pedirá el nombre y la descripción de la aplicación a desarrollar Figura 3.20 Ventana InTouch para nombre y descripción de una aplicación A continuación observaremos el nombre de la aplicación creada, en esta pagina nos indicara los siguientes datos nombre, ruta, resolución, la versión de INTOUCH utilizada, el día que fue modificada la aplicación y una descripción de la misma ESIME Zacatenco

82 Capitulo III Simulación Figura 3.21 Application Manager Para crear una pantalla debemos tener creada la aplicación, seleccionamos el nombre de la aplicación, y damos un click en el icono de Window Maker, como se muestra a continuación. Figura 3.22 Ubicación de icono, Window Maker Una vez realizado lo anterior se abrirá el WindowMaker, y en esta página observaremos la barra de menús, la barra de herramientas, etc. Aquí buscaremos Windows & Scripts daremos click en el signo de mas de Unassigned, nos aparecerá a continuación dos opciones la primera Windows y la segunda Scrips. Daremos click con el botón izquierdo del mouse sobre la opción Windows y seleccionaremos New Window. Al realizar esta ESIME Zacatenco

83 Capitulo III Simulación acción el cuadro de dialogo Window Properties, tiene opciones configurables como son: el nombre de la ventana nueva, el color y las dimensiones de la ventana, así como comentarios, el tipo de ventana (Replace, Overlay, Popup). Figura 3.23 Ventana de propiedades Una vez seleccionadas las propiedades de la ventana, se tiene lista el área de trabajo, para crear objetos, símbolos, entre otros; y generar la ventana de visualización del proyecto. Figura 3.24 Pantalla de trabajo Crear objeto Para crear un objeto se tienen dos herramientas principales: Wizards y la barra de dibujo. Los Wizards son objetos prediseñados que facilitan el diseño de pantallas. ESIME Zacatenco

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