FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA N 11

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1 FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 1. TEMA PRÁCTICA N OBJETIVOS CONTROL DE CAUDAL DE UNA BOMBA CENTRIFUGA 2.1. Regular el flujo proporcionado en una bomba centrifuga controlando cantidad de energía eléctrica entregada al motor de la bomba y que es convertida en energía hidráulica. 3. MARCO TEÓRICO En caso de que fuese necesaria una explicación previa para orientar el trabajo preparatorio del estudiante. En una planta de proceso industrial existen multitud de bombas y, como es de esperar, entre ellas la diversidad de tipos es enorme. La función de estos equipos es trasegar líquidos y fluidos de elevada viscosidad mediante el aumento de energía de este en forma de presión y/o velocidad, energía transmitida al equipo bomba por medio de un motor eléctrico, una turbina de vapor o un motor de explosión (típicamente Diesel). Las Bombas Absorben energía mecánica en el eje y proporcionan energía hidráulica a un líquido que bombean por una tubería (con accesorios). Su aplicación es muy diversa, para la impulsión de toda clase de líquidos En general actúan en dos fases: Aspiración: elevando el líquido desde su nivel hasta la bomba, por medio de la tubería de aspiración. La bomba ejerce un vacío con el fin de que el líquido pueda subir por la tubería de aspiración impulsada por la presión atmosférica Impulsión: conducción del líquido desde la bomba hasta su destino, por medio de la tubería de impulsión. En esta fase la bomba ejerce la presión necesaria para que el líquido se traslade a lo largo de la tubería Terminología habitual Los términos habituales para caracterizar una bomba son:

2 Caudal (Q): Volumen de líquido que maneja una bomba por unidad de tiempo en las condiciones de operación. Altura de elevación de una bomba (H): es el trabajo neto cedido a una unidad de peso del fluido bombeado al pasar desde la brida de aspiración a la de impulsión. Potencia hidráulica (P): es la potencia cedida por la bomba al fluido expresada habitualmente en C.V.: Eficiencia o rendimiento hidráulico (η): es el coeficiente resultante de dividir la potencia hidráulica por la potencia suministrada al eje de la bomba, por lo que representa el porcentaje de potencia que se transmite al fluido respecto del total suministrado al eje. Carga neta de aspiración. NPSH (Net Positive Suction Head): Es la carga de aspiración total, determinada en la boca de succión de la bomba, menos la presión de vapor del líquido a la temperatura que circula, ambas expresadas en metros. NPSHd (disponible): Es característica del sistema. Es el la máxima energía disponible de un líquido en un punto del sistema, que se puede invertir en recorrer la línea desde el punto hasta la boca de succión de la bomba, de forma que no se produzca cavitación en la bomba. Es la diferencia entre la energía total del fluido en la aspiración de la bomba y la presión de vapor del líquido. NPSHr (requerido): Es la mínima energía necesaria que debe tener un líquido en la entrada de la bomba, para que no se presente cavitación. NPSHd>NPSHr Si no se obtiene el NSPH requerido se producirá una vaporización más o menos parcial del líquido, con el resultado de la formación de bolsas de gas. El fenómeno se conoce con el nombre de cavitación y puede ocasionar desperfectos mecánicos en la bomba al desaparecer las burbujas de gas cuando la presión aumenta que posteriormente implosionan; al mismo tiempo se produce un apreciable aumento de la vibración y del ruido, así como una disminución de las presiones de descarga y de aspiración, lo que puede provocar que la bomba se vacíe de líquido. Velocidad específica (NS): es una correlación entre la capacidad, altura y velocidad de una bomba a eficiencia óptima. Su expresión es:

3 Curvas de caracterización de las bombas Caudal suministrado (m3/h o l/h) Presión o altura suministrada, H (en m.c.l, bar, kg/cm2, etc.) Altura de aspiración (NPSHr) La potencia consumida El rendimiento La presión máxima que puede soportar su estanquidad 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Realizar un HMI en Unity para el PLC Modicon M580 que permita el control en lazo cerrado del caudal mediante una bomba dentro de un proceso, en base a los siguientes requerimientos Se utilizará una entrada digital para seleccionar el Marcha/Paro de la bomba mediante un interruptor y una salida del PLC para comandar al variador de velocidad en la marcha/paro Otro interruptor servirá para detener el proceso en caso de emergencia Para medir el caudal proporcionado por la bomba se utilizará el transmisor de flujo omega FP85 (Disponible en el laboratorio) con salida de corriente de 4-20mA cuando se tiene un caudal entre 0GPM y 36GPM, respectivamente, señal que se introducirá al PLC a una entrada análoga de corriente Desde el HMI se podrá modificar el setpoint de caudal a un valor deseado ya sea con pulsantes o con una slider en un rango de 0-22GPM correspondiente a una salida análoga de 0-10V desde el PLC hacia el variador de velocidad. Con los datos del setpoint y del valor del caudal instantáneo realizar un control proporcional k(e Error ) En el HMI se deben presentar todas las variables importantes del proceso,

4 Indicador de marcha/paro Indicador de paro de emergencia Caudal de la bomba en GPM Caudal de la bomba en L/min 4.2. Realice el diagrama de entradas y salidas al PLC 4.3. Realizar el circuito eléctrico total del proceso a implementarse con los siguientes dispositivos Bomba Centrifuga AC trifásica Variador de velocidad Micromaster 440 Transmisor de flujo omega FP85 PLC Modicon M580 (Modulo didáctico) Computador Nota: Revisar el manual del sensor Omega FP85A incluida su conexión Realice una lista con los parámetros y valores a cargar en el variador de velocidad Micromaster 440 de la marca Siemens para configúralo de la siguiente manera: a) Potencia 1HP, frecuencia de la red 60Hz b) Motor de la bomba asincrónico c) Rampas: Aceleración 5s, Desaceleración 5s d) Velocidad nominal del Motor: 1738 PRM e) Frecuencia: mínima 0Hz, Máxima 60Hz f) Corriente de sobrecarga al motor 4.2, Máxima corriente de arranque 6A g) Control V/F lineal h) Operación del Variador en modo local: Terminales i) El motor se puede controlar solo en el sentido horario j) Entradas digitales k) Marcha/Paro l) Entrada análoga 0-10V 4.5. Realizar el diagrama P&ID 5. EQUIPO Y MATERIALES Computador PLC Modicon M580 (Modulo didáctico) Variador de velocidad Micromaster PROCEDIMIENTO Probar el funcionamiento de cada uno de los parámetros de configuración en el controlador en base a los parámetros solicitados y graficar a modo de diagrama de flujo la programación del mismo..

5 7. INFORME 7.1. Realizar el diagrama P&ID 7.2. Presentar el circuito de fuerza y control implementado Presentación del programa final presentado Descripción y funcionamiento del sistema implementado Conclusiones y Recomendaciones 7.6. Bibliografía. 8. REFERENCIAS pdf9.pdf Elaborado por: Ing. María Fernanda Trujillo Ing. Diego Maldonado Revisado por: Ing. Ana Rodas, MBA / Jefe de Laboratorio