INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN TESINA

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1 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN TESINA QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN: DENOMINADO: DEBERÁN DESARROLLAR LOS CC: INGENIERO MECÁNICO INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA SEMINARIO DE TITULACIÓN AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Y SUS TECNOLOGÍAS VIGENCIA: FNS /05/2007 HERNÁNDEZ ROQUE JOSE GUILLERMO (I.M.) MENDEZ RESENDIZ YEIMI JAZMIN (I.C.E.) RAMIREZ NERIA EDMUNDO (I.M.) VALENTINO RODRIGUEZ MARIANO (I.M.) AUTOMATIAZCIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO I.- II.- III.- IV.- INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN MARCO TEÓRICO DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DESARROLLO DEL PROYECTO ANÁLISIS ECONOMICO CONCLUSIONES ANEXOS BIBLIOGRAFIA MÉXICO D.F. MARZO DE 2008 ASESORES ING. EZEQUIEL A. SANTILLÁN LECHUGA ING. ENRIQUE MARTÍNEZ RAMÍREZ ING. RAMÓN ÁVILA ANAYA JEFE DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

2 INTRODUCCIÓN En sólo 50 años, las computadoras han pasado de ser cuartos enteros de máquinas para su funcionamiento, a llegar a ocupar sólo un lugar en un escritorio o, más aún, a ser parte de un portafolio ejecutivo. Hoy en día las computadoras, tanto en las oficinas, en los negocios y en el hogar nos proporcionan muchas facilidades por el más minúsculo trabajo, a lo cual se le llama automatización. Con tan impresionantes adelantos en la automatización de sistemas hechos a través del uso de computadores, micro chips y otros inventos y aplicaciones de la ingeniería y tecnología, el diseño de sistemas automáticos se están presentando y aplicando en diferentes espacios con el fin de lograr una mayor eficiencia en los procesos de refrigeración, hidráulicos, de ventilación, transporte y seguridad entre otros. En el trabajo de tesina que se presenta a continuación se plantea el proyecto de automatización de un sistema de aire acondicionado que se encuentra instalado en las oficinas de la Suprema Corte de Justicia de la Nación, con la principal finalidad de poner en practica los conocimientos adquiridos en el seminario que tiene el titulo de AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Y SUS TECNOLOGIAS impartido en ESIME Unidad Académica Culhuacan del IPN. Al implementar la automatización se pretende optimizar el funcionamiento del sistema de aire acondicionado al reducir lo más posible los tiempos de funcionamiento, canalizando la mayor cantidad de flujo de aire hacia los espacios que se encuentren en uso. Dando una breve descripción acerca del funcionamiento básico de los sistemas de acondicionamiento de aire, los elementos que serán considerados para realizar dicha automatización, así como las bases para implementar la automatización por medio de un controlador lógico programable. INTRODUCCIÓN 3

3 JUSTIFICACIÓN Hoy en día la automatización a base de PLCs ha alcanzado altos niveles en cuanto a aplicaciones se refiere, la mayoría de los sistemas de producción, así como algunos procesos específicos se encuentran bajo el mando de dichos aparatos, hecho que no es de extrañar, pues la implementación de los PLCs ha venido a reducir significativamente la complejidad de los sistemas de automatización. Un PLC conjunta varias funciones en un pequeño aparato, cuenta con temporizadores, contadores, entradas y salidas tanto digitales como analógicas, lo que le permite abarcar gran cantidad de funciones sin necesidad de complejos sistemas de temporizadores, secuenciadores, contadores e incluso relevadores, que implicaban un sin número de conexiones de cables o mangueras para poder controlar sistemas de producción o procesos específicos. No solo han contribuido con la simplificación de los sistemas de control, sino con la reducción de los costos de instalación y mantenimiento de todos los accesorios que conforman los sistemas de control: así como la reducción de los tiempos y costos de producción de los equipos que controlan. El objetivo de este trabajo de tesina es demostrar que la implementación de la automatización de un sistema de aire acondicionado, ayuda a reducir los costos de operación. Para nuestro proyecto hemos decidido automatizar el sistema de aire acondicionado que se encuentra en el inmueble que alberga a la Suprema Corte de Justicia de la Nación, el cual se encuentra ubicado en la calle de Bolívar No. 30, colonia Centro esto es en la delegación Cuauhtemoc. Se demostrará que la implementación de dicho sistema contribuye al ahorro de energía, reduciendo los costos de operación y que es capaz de amortizarla inversión inicial, en un periodo de mediano plazo. JUSTIFICACIÓN 4

4 Tema AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO INDICE Página Introducción 3 Justificación 4 Índice 5 CAPITULO I MARCO TEÓRICO Como funciona el aire acondicionado? Principales tipos de equipos de aire acondicionado Compresores Carga térmica Gases refrigerantes Consideraciones iniciales de diseño Métodos de cálculo Temperatura Automatización Programación del controlador lógico programable 30 CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Estudio técnico de las condiciones y lugar a automatizar Normas y códigos Protección del personal Descripción general del proyecto Instrumentos y accesorios Descripción general de equipos Torre de enfriamiento Ventiladores centrífugos tipo vent-set 45 INDICE 5

5 2.9 Unidad de ventilación 46 CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO CPU S Reglas de puesta a tierra y cableado Accesorios Plano sótano Diagrama de control sótano Diagrama de escalera sótano Plano tercer piso Diagrama de control tercer piso Diagrama de escalera tercer piso Plano cuarto piso Diagrama de control cuarto piso Diagrama de escalera cuarto piso 94 CAPITULO IV ANÁLISIS ECONÓMICO 97 Conclusiones 101 Anexos 102 Bibliografía 114 INDICE 6

6 CAPITULO I MARCO TEÓRICO MARCO TEORICO 7

7 INTRODUCCIÓN Para el desarrollo del presente proyecto, es necesario tomar en cuenta algunos aspectos teóricos para ayudar a la mejor comprensión de la manera en la que funciona nuestro sistema. LORD KELVIN ( ) Fue en el año 1842 cuando Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético que se basa en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios. 1. El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja. 2. El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor: Si humedecemos, por ejemplo, la mano en alcohol, sentimos frío en el momento en que este se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano. 3. La presión y la temperatura están directamente relacionadas. Como ejemplo tomamos una olla a presión, dónde necesitamos proporcionar menor cantidad de calor para llegar a la misma temperatura. 1.1 Como funciona el aire acondicionado? La climatización es el proceso de tratamiento del aire de tal forma que se controlan simultáneamente su temperatura, humedad, limpieza y distribución para responder a las exigencias del espacio climatizado. El calor es una forma de energía relacionada directamente con la vibración molecular. Cuando calentamos una sustancia, sus moléculas se mueven rápidamente, generando así una energía: el calor. Si la enfriamos, el movimiento molecular se detiene, bajando así la temperatura. La humedad, se refiere a la cantidad de agua contenida en el aire y se registra por sensaciones de humedad. Este concepto está directamente relacionado con la sensación de confort. El aire ambiente se controla para mantener la humedad relativa preestablecida mediante la humidificación o deshumidificación del aire ambiente. Para obtener el confort deseado, es necesario que el aire sea distribuido y circule uniformemente por todo el recinto, sin producir corrientes desagradables. La eliminación de las partículas de polvo es fundamental para la salud. Conseguir un adecuado filtraje de aire es una labor básica de un equipo de aire acondicionado. Aunque el confort dependa de las condiciones humanas y tipo de trabajo que se realiza, los sistemas de climatización vienen preparados para controlar los cuatro elementos básicos. El calor y el frío que el hombre siente no sólo dependen de la temperatura del aire, sino también de la humedad y de la apropiada distribución del aire. MARCO TEORICO 8

8 En el ciclo de refrigeración circula un refrigerante (para reducir o mantener la temperatura de un ambiente por debajo de la temperatura del entorno se debe extraer calor del espacio y transferirlo a otro cuerpo cuya temperatura sea inferior a la del espacio refrigerado, todo esto lo hace el refrigerante) que pasa por diversos estados o condiciones, cada uno de estos cambios se denomina procesos. El refrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por una serie de procesos según una secuencia definitiva y vuelve a su condición inicial. Esta serie de procesos se denominan "ciclo de refrigeración". El ciclo de refrigeración simple se compone de cuatro procesos fundamentales. Expansión Al principio, el refrigerante está en estado líquido y a una temperatura y presión alta; éste fluye del receptor hacia el control del flujo del refrigerante. La presión del líquido se reduce a la presión del evaporador cuando este líquido pasa por el control de flujo de refrigerante, de tal forma que la temperatura de saturación del refrigerante que entra en el evaporador es inferior a la temperatura del ambiente refrigerado. Una parte del líquido se evapora al pasar por el control del refrigerante para reducir la temperatura del líquido hasta la temperatura de evaporización. Evaporación En el evaporador, el líquido se evapora a una temperatura y presión constante, mientras el calor necesario para el suministro de calor latente de evaporación pasa de las paredes del evaporador hacia el líquido que se evapora. Todo el refrigerante se evapora en el evaporador. Compresión Por la acción del compresor, el vapor que resulta de la evaporación se lleva por la línea de aspiración desde el evaporador hacia la entrada de aspiración del compresor. En dicho compresor, la temperatura y presión del vapor aumenta debido a la compresión. El vapor de alta temperatura se descarga del compresor en la línea de descarga. Condensación El vapor fluye por la línea de descarga hacia el condensador donde evacua calor hacia el aire relativamente frío que el ventilador del condensador hace circular a través del condensador. Cuando el vapor caliente evacua calor hacia el aire más frío, su temperatura se reduce a la nueva temperatura de saturación que corresponde a la nueva presión y el vapor se condensa, volviendo al estado líquido. Antes de que el refrigerante alcance el fondo del condensador se condensa todo el vapor y luego se subenfria. A continuación el líquido subenfriado pasa al receptor y queda listo para volver a circular. MARCO TEORICO 9

9 En invierno sucede lo contrario. El calor natural, presente en el aire exterior (incluso con temperaturas muy bajas) es extraído y transferido al interior. Los sistemas de climatización capaces de refrigerar y calentar se llaman bombas de calor. La bomba de calor permite su uso durante todo el año, a diferencia de los sistemas de calefacción tradicionales. 1.2 LOS PRINCIPALES TIPOS DE EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO SON: Equipo tipo partido o split individual: El sistema típico de aire acondicionado consiste en tres componentes básicos: un compresor, un serpentín evaporador y un serpentín condensador. El compresor, que es el corazón del sistema de aire acondicionado, bombea refrigerante a través del sistema. El serpentín del evaporador absorbe el calor del espacio que se debe refrigerar, y el serpentín del condensador elimina o desecha el calor. Es un equipo de aire acondicionado cuya unidad interna se ubica en una pared o cielo, se les llama así debido a que sus componentes principales son separados unos de otros. (Evaporador: parte interna /Condensador: parte externa). Equipo tipo partido o split de ductos: Se le conoce también como sistema separado en el que el serpentín del condensador y el compresor están alojados en un gabinete exterior, mientras que el serpentín del evaporador se encuentra cerca del gestor de aire con el conjunto del ventilador o soplador. Esta disposición brinda un sistema muy flexible y eficaz que se puede adaptar a casi cualquier plano de planta. Es un equipo de aire acondicionado tipo central en el cual uno o más de los componentes principales son separados unos de otros y que son diseñados para trabajar en conjunto. MARCO TEORICO 10

10 Equipo tipo paquete: AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Los sistemas de aire acondicionado tipo paquete combinan todos los componentes en un paquete que casi siempre se ubica en el exterior de la casa. Los conductos de aire conectan el aire acondicionado de tipo paquete al espacio de vivienda de la casa. Las ventajas de las unidades tipo paquete incluyen bajo costo inicial del equipo, facilidad de transporte e instalación sencilla de baja tecnología. Es un equipo de aire acondicionado tipo central, en el cual todos los componentes principales son acoplados en un solo gabinete. Equipos tipo multi-split: Los equipos multi-split permiten la instalación de varias unidades interiores con una sola unidad exterior. Equipos portátiles: Un sistema alternativo son los equipos tipo portátil. Reúnen muchas de las prestaciones de los equipos fijos y entre sus principales cualidades destacamos la ausencia de instalación y la posibilidad de desplazar el aparato de una estancia a otra. Otro sistema alternativo son los conocidos equipos tipo ventana. Equipos split tipo inverter: Los equipos inverter, incorporan una tecnología que permite controlar la velocidad del compresor. A diferencia de los equipos convencionales, con velocidad de compresor fija, los inverter alcanzan antes la temperatura de confort. En el arranque, el compresor funciona a velocidad máxima. Los inverter evitan fluctuaciones de la temperatura puesto que cuando se alcanza el nivel de confort deseado, reducen la velocidad del compresor al mínimo y como consecuencia: -Se produce un importante ahorro energético que algunos fabricantes sitúan entre un 30 y un 40% respecto a un sistema convencional. -Se evitan arranques y paradas con lo cual se alarga la vida útil del compresor, autentico corazón del sistema de climatización. También se les puede clasificar de la siguiente manera: Acondicionador de pared o mural: se trata del equipo con mayor penetración en el sector doméstico actualmente. En mucho casos existen unidades con un mismo aspecto exterior pero con la capacidad de funcionar en modo bomba de calor. La instalación del aparato precisa de la colocación de la unidad exterior y de la prolongación de los tubos de conexión del refrigerante desde la unidad exterior a la interior. MARCO TEORICO 11

11 La colocación de la unidad interior es sencilla y no precisa de obra. Los diferentes equipos del mercado son capaces de proporcionar una potencia frigorífica de entre 1,7 kw y 10 kw. Acondicionador de consola: se colocan en el suelo. La capacidad de difusión del frío es mayor que en el caso de pared, pero precisa de más espacio para su instalación. En general, los fabricantes los ofrecen con más potencia que en el caso de los acondicionadores de pared. Su instalación es más usual en edificios de oficinas sin climatización general. La potencia frigorífica varía desde 2,5 kw a 15 kw. Acondicionadores de cassette: se caracterizan por estar empotrados en los falsos techos de oficinas y comercios. Disponen de varías vías de salida de aire frío, con una de entrada del aire a refrigerar. Se encuentran en potencias frigoríficas desde 5 kw a 15 kw. Acondicionadores de techo: están fijados al techo. Son aparatos de aspecto semejante al de los de pared. En el diseño se ha tenido en cuenta el peso del aparato para la facilidad de montaje e instalación. Las potencias frigoríficas que son capaces de desarrollar son semejantes a las de cassette. Acondicionadores de conductos: precisan de dos canales de comunicación con la estancia: uno para la extracción del aire caliente y otro para la introducción del aire climatizado. Los sistemas multisplit son aquellos que utilizando una única unidad exterior acoplan varias unidades interiores, con la posibilidad de climatizar varias estancias. 1.3 COMPRESORES El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración: en primer lugar succiona le vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para la condensación del vapor refrigerante. Existen tres tipos básicos de compresores: Reciprocantes, Rotativos y Centrífugos. Los compresores centrífugos son utilizados ampliamente en grandes sistemas centrales de acondicionamiento de aire y los compresores giratorios se utilizan en el campo de los refrigeradores domésticos. Sin embargo, la mayoría de compresores utilizados en tamaños de menor caballaje para las aplicaciones comerciales, domésticas e industriales son reciprocantes. MARCO TEORICO 12

12 Compresores Reciprocantes. AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO El diseño de este tipo de compresores es similar a un motor de automóvil moderno, con un pistón accionado por un cigüeñal que realiza carreras alternas de succión y compresión en un cilindro provisto con válvulas de succión y descarga. Debido a que el compresor reciprocante es una bomba de desplazamiento positivo, resulta apropiado para volúmenes de desplazamiento reducido, y es muy eficaz a presiones de condensación elevada y en altas relaciones de compresión. Ventajas: Adaptabilidad a diferentes refrigerantes Facilidad con que permite el desplazamiento de líquido a través de tuberias dada la alta presión creada por el compresor. Durabilidad Sencillez de su diseño Costo relativamente bajo Compresores de tipo abierto Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de este tipo. Con los pistones y cilindros sellados en el interior de un Cárter y un cigüeñal extendiéndose a través del cuerpo hacia afuera para ser accionado por alguna fuerza externa. Tiene un sello en torno del cigüeñal que evita la pérdida de refrigerante y aceite del compresor. Desventajas: Mayor peso Costo superior Mayor tamaño Vulnerabilidad a fallas de los sellos Difícil alineación del cigüeñal Ruido excesivo Corta vida de las bandas o componentes de acción directa Este compresor ha sido reemplazado por el moto-compresor de tipo semihermético y hermético, y su uso continua disminuyendo a excepción de aplicaciones especializadas como es el acondicionamiento de aire para automóviles. Moto-compresores semiherméticos El compresor es accionado por un motor eléctrico montado directamente en el cigüeñal del compresor, con todas sus partes, tanto del motor como del compresor, herméticamente selladas en el interior de una cubierta común. Se eliminan los trastornos del sello, los motores pueden calcularse específicamente para la carga que han de accionar, y el diseño resultante es compacto, económico, eficiente y básicamente no requiere mantenimiento. Las cabezas cubiertas del estator, placas del fondo y cubiertas de Carter son desmontables permitiendo el acceso para sencillas reparaciones en el caso de que se deteriore el compresor. MARCO TEORICO 13

13 Moto-compresor hermético. AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Este fue desarrollado en un esfuerzo para lograr una disminución de tamaño y costo y es ampliamente utilizado en equipo unitario de escasa potencia. Como en el caso del motocompresor semihermético, el motor eléctrico se encuentra montado directamente en el cigüeñal del compresor, pero el cuerpo es una carcaza metálica sellada con soldadura. En este tipo de compresores no pueden llevarse acabo reparaciones interiores puesto que la única manera de abrirlos es cortar la carcaza del compresor. Velocidad del compresor. Los primeros modelos de compresores de diseñaron para funcionar a una velocidad relativamente reducida, bastante inferiores a 1000 rpm. Para utilizar los motores eléctricos estándar de cuatro polos se introdujo el funcionamiento de los moto-compresores herméticos y semiherméticos a 1750 rpm (1450 rpm en 50 ciclos). La creciente demanda de equipo de acondicionamiento de aire mas compacto y menor peso ha forzado el desarrollo de moto-compresores herméticos con motores de dos polos que funcionan a 3500 rpm (2900 rpm en 50 ciclos). Las aplicaciones especializadas para acondicionamiento de aire en aviones, automóviles y equipo militar, utilizan compresores de mayor velocidad, aunque para la aplicación comercial normal y doméstica el suministro de energía eléctrica existente de 60 ciclos limita generalmente la velocidad de los compresores a la actualmente disponible de 1750 y 3500 rpm. Las velocidades superiores producen problemas de lubricación y duración. Y estos factores, así como el costo, tamaño y peso deben ser considerados en el diseño y aplicación del compresor. Funcionamiento Básico Cuando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de succión se reduce la presión en el cilindro. Y cuando la presión del cilindro es menor que el de la línea de succión del compresor la diferencia de presión motiva la apertura de las válvulas de succión y fuerza al vapor refrigerante a que fluya al interior del cilindro. Cuando el pistón alcanza el fin de su carrera de succión e inicia la subida (carrera de compresión), se crea una presión en el cilindro forzando el cierre de las válvulas de succión. La presión en el cilindro continua elevándose a medida que el cilindro se desplaza hacia arriba comprimiendo el vapor atrapado en el cilindro. Una vez que la presión en el cilindro es mayor a la presión existente en la línea de descarga del compresor, las válvulas de descarga se abren y el gas comprimido fluye hacia la tubería de descarga y al condensador. Cuando el pistón inicia su carrera hacia abajo la reducción de la presión permite que se cierren la válvulas de descarga, dada la elevada presión del condensador y del conducto de descarga, y se repite el ciclo. MARCO TEORICO 14

14 Durante cada revolución del cigüeñal se produce una carrera de succión y otra de compresión de cada pistón. De modo que en los moto-compresores de 1750 rpm tienen lugar a 1750 ciclos completos de succión y compresión en cada cilindro durante cada minuto. En los compresores de 3500 rpm se tiene 3500 ciclos completos en cada minuto. Válvulas en el compresor La mayoría de las válvulas del compresor reciprocante son del tipo de lengüeta y deben posicionarse adecuadamente para evitar fugas. El mas pequeño fragmento de materia extraña o corrosión bajo la válvula producirá fugas y deberá tenerse el máximo cuidado para proteger el compresor contra contaminación. Desplazamiento del compresor El Desplazamiento de un compresor reciprocante es el volumen desplazado por los pistones. La medida de desplazamiento depende del fabricante, algunos fabricantes lo publican en pulgadas cúbicas por revolución o en pies cúbicos por minuto. 1.4 CARGA TÉRMICA También nombrada como carga de enfriamiento, es la cantidad de energía que se requiere vencer en un área para mantener determinadas condiciones de temperatura y humedad para una aplicación específica (ej. Confort humano). Es la cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa en BTU, la unidad utilizada comercialmente relaciona unidad de tiempo, Btu/hr. A través de años de trabajo, diversas compañías y organizaciones han evaluado múltiples factores requeridos para determinar las cargas de enfriamiento en diversas aplicaciones. Cuando se utilizan estos factores para el cálculo de cargas en espacios y edificios, lo importante es aplicar un buen criterio para desarrollar algún procedimiento definido. Para realizar el estimado de la carga de enfriamiento requerida con la mayor exactitud posible en espacios y edificios, las siguientes condiciones son de las más importantes para evaluar: Datos atmosféricos del sitio. La característica de la edificación, dimensiones físicas. La orientación del edificio, la dirección de las paredes del espacio a acondicionar. El momento del día en que la carga llega a su pico. Espesor y características de los aislamientos. La cantidad de sombra en los vidrios. Concentración de personar en el local. Las fuentes de calor internas. La cantidad de ventilación requerida. MARCO TEORICO 15

15 Existen diferentes métodos para calcular la carga de enfriamiento en un área determinada, en cualquier caso es necesario evaluar diversas características como las condiciones del lugar (condiciones atmosféricas), tipo de construcción y aplicación del espacio a acondicionar. Consideraciones Las variables que afectan el cálculo de cargas térmicas son numerosas, frecuentemente difíciles para definir en forma precisa, y no siempre están en cada momento mutuamente relacionadas. Muchas variables de cargas de enfriamiento cambian extensamente en magnitud durante un período de 24 horas. Los cambios de estas variables pueden producirse en momentos diferentes unos de otros, por ello deben analizarse detalladamente para establecer la carga de enfriamiento necesaria para un establecimiento o dividirse este en zonas. La necesidad de dividir un sistema en zonas, origina mayor capacidad de carga de enfriamiento que un sistema total; pero permite manejar la carga para cada zona en su hora pico. En el cálculo de carga de enfriamiento, es determinante el uso de valores adecuados para aplicarlos en un procedimiento determinado. La variación en los coeficientes de transmisión de calor de los materiales y montajes compuestos en edificio típicos, la forma de construcción, orientación del edificio y la manera en cual el edificio opera son algunas de las variables que imposibilitan un cálculo numéricamente preciso. Mientras que los procedimientos sean usados en forma razonable por el diseñador para incluir estos factores, él cálculo es aceptado como correcto, pero todavía es solamente una estimación buena de la real carga de enfriamiento. Tasa de flujo de calor: En diseño de aire acondicionado existen cuatro (4) tasas relativas de flujo de calor, cada una de las cuales varía en el tiempo y debe ser diferenciada: 1. Aumento de calor del espacio 2. Carga de enfriamiento del espacio 3. Tasa de extracción de calor del espacio 4. Carga del serpentín. La ganancia de Calor Espacial (tasa instantánea de aumento de calor) es la tasa a la cual el calor entra y/o es generado internamente en un espacio en un momento determinado. La ganancia de calor es clasificada por (1) El modo en el cual entra en el espacio y (2) Si es una ganancia sensible o latente. MARCO TEORICO 16

16 Los modos de ganancia de calor pueden ser como (1) radiación solar a través de fuentes transparentes, (2) conducción de calor a través de paredes exteriores y techos, (3) conducción de calor a través de divisiones internas, techos y pisos, (4) calor generado en el espacio por los ocupantes, luces y aplicaciones, (5) energía transferida como resultado de ventilación e infiltración de aire del exterior o (6) aumentos de calor misceláneos. La ganancia de calor es directamente agregada a espacios acondicionados por conducción, convención, radiación eventualmente el factor acumulación. 1.5 GASES REFRIGERANTES El refrigerante R-22 es el que se utiliza habitualmente en los equipos de aire acondicionado para aplicaciones residenciales y comerciales. Es un HCFC (hidroclorofluorocarburo CHCLF2), una serie de sustancias que, debido a su contenido en cloro, afectan a la capa de ozono. Es inodoro, ininflamable e incombustible y su temperatura de ebullición en ºC a presión normal es de - 40,6. El Protocolo de Montreal, acuerdo internacional de 1987 para la protección de la capa de ozono, especificó en sus directivas, primero la eliminación de los clorofluorocarburos (CFC) de mayor contenido en cloro, y ahora la retirada gradual de los HCFC. En Europa, la producción de R-22 se está reduciendo progresivamente a partir del 2004,llegándose al mínimo en el Está ya prohibido su uso en transporte por carretera y ferrocarril, y por encima de una cierta capacidad frigorífica. Alternativas: R-410A Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC s ni HCFC s) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono y su uso no está sujeto a ningún proceso de retirada marcado por la legislación. Tiene un elevado rendimiento energético, es una mezcla única y por lo tanto facilita ahorros en los mantenimientos futuros. No es tóxico ni inflamable y es reciclable y reutilizable. R-407C Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC s ni HCFC s) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono y su uso no está sujeto a ningún proceso de retirada marcado por la legislación. Posee propiedades termodinámica muy similares al R-22. A diferencia del R-410A, es una mezcla de tres gases R-32,R-125 y R-134a. Si se precisa reemplazar un componente frigorífico o se produce una rotura de uno de ellos, el sistema se debe purgar completamente. Una vez reparado el circuito y probada su estanqueidad, se rellenará de nuevo,cargando refrigerante con la composición original. MARCO TEORICO 17

17 R-134a Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC s ni HCFC s) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono y su uso no está sujeto a ningún proceso de retirada marcado por la legislación. Es ampliamente usado en otras industrias: aire acondicionado en automóviles, frigoríficos, propelente de aerosoles farmacéuticos. En aire acondicionado se utilizan desde unidades transportables o deshumidificadores, hasta unidades enfriadoras de agua con compresores de tornillo o centrífugos de gran capacidad 1.6 CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO. Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio, se requiere información de diseño detallada de la edificación e información climática a las condiciones de diseño seleccionados. Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos: Características de la Edificación. Obtenga las características de la Edificación. Materiales de construcción, tamaño de los componentes, colores externos de fuentes y formas son normalmente determinados a partir de los planos de la edificación y especificaciones. Configuración: Determine la ubicación, orientación y sombra externa de la edificación a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edificaciones adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio propuesto. Su permanencia probable debe ser cuidadosamente evaluada de ser incluida en los cálculos. Condiciones Exteriores de Diseño: Obtenga información climática apropiada y seleccione las condiciones de diseño exterior. La condición climática puede ser obtenida de la estación metereológica local o del centro climático nacional. Condiciones de Diseño Interior: Seleccione las condiciones de diseño interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de bulbo húmedo y tasa de ventilación. Incluya variaciones permisibles y límites de control. Rutina de Operación: Obtenga una rutina de iluminación, ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar la carga térmica interna. Determine la probabilidad de que el equipo de refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no ocupación (ej. Noches y/o fines de semana). MARCO TEORICO 18

18 Fecha y Tiempo: AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Seleccione el tiempo del día y el mes para realizar los cálculos de la carga de enfriamiento. Frecuentemente varias horas del día y varios meses son requeridos. Consideraciones Adicionales: El diseño apropiado y el tamaño de los sistemas de aire acondicionado central requieren más que el cálculo de la carga de enfriamiento en el espacio a ser condicionado. El tipo de sistema de acondicionamiento de aire, energía de ventilación, ubicación del ventilador, pérdida de calor de los ductos y ganancia, filtración de los ductos, sistemas de iluminación por extracción de calor y tipo de sistema de retorno de aire, todos afectan la carga del sistema y el tamaño de los componentes. 1.7 MÉTODOS DE CÁLCULO: La ASHRAE reconoce la vigencia de cuatro métodos de cálculo de cargas térmicas para seleccionar la capacidad de los equipos de aire acondicionado. Los cuales se nombran a continuación: Uno de los procedimientos mayormente utilizado es el método de Función de Transferencia (tmf). Una versión simplificada de este método con aplicaciones para diferentes tipos de construcción fue publicado en el manual de fundamentos ASHRAE de Este método tiene como fundamento el estimar las cargas de enfriamiento hora por hora, predecir las condiciones del espacio para varios sistemas, establecer programas de control y programas de operación. El método de función de transferencia (tfm) es aplicado para el cálculo de flujo unidimensional de transferencia de calor en paredes y techos soleados. Los resultados debido a las variaciones de construcción se consideran insignificantes, se si toman en cuenta la carga de los componentes normalmente dominantes. La ASHRAE (1988) generó factores de decremento efectivos de calor y períodos de retraso de tiempo para 41 diferentes tipos de pared y 42 tipos de techo, que son presentados para utilizarse como coeficientes de función de transferencia. El método de "Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). Es el método que debe ser aplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de cálculo manual. El método de Temperatura Diferencial para Carga de Enfriamiento es simplificado, por utilizar un factor "U" para calcular la carga de enfriamiento para techos y paredes, presentando resultados equivalentes. Así, la ecuación básica para carga de enfriamiento en superficies exteriores es: q = U * A (cltd). MARCO TEORICO 19

19 El método de cálculo de carga por temperatura diferencial se basa en la suposición de que el flujo de calor a través de un techo o pared puede ser obtenido por multiplicar la temperatura diferencial (exterior - interior) por los valores tabulados "U" de techos y paredes, respectivamente. Otro procedimiento usado para el cálculo de cargas térmicas es el de "Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo Promedio" (tetd/ta). La primera presentación de este método se hizo en el manual de fundamentos ashrae de 1967, este procedimiento es recomendado para usuarios experimentados. Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la convención del tetd/ta, aplican los mismos procedimientos generales empleados para el tfm. El cuarto método publicado es un capitulo especial de cltd/clf, utilizado para cálculo de cargas en residencias. El aplicar el procedimiento TETD/TA en forma manual, especialmente el cálculo de promedio de tiempo, resulta tedioso en la práctica. Este hecho más el interés creciente en el TFM condujo a la ASHRAE a desarrollar el proyecto de investigación RP-158, con el objetivo original de comparar las diferencias y similitudes entre estos métodos (TEDT y TFM), para establecer un procedimiento común para ambos. Se obtuvieron técnicas automatizadas, que al utilizar el TETD/TA provee resultados aproximados a la precisión del TFM con menor esfuerzo en cuanto a cómputos se refiere. La técnica del CLTD evoluciona como una operación manual que involucra menos cálculos matemáticos y reemplaza el procedimiento de TETD/TA, para cálculos manuales; pero requiere el uso de tablas de factores precalculados. Proyectos de investigación subsiguientes (ASHRAE 1984, 1988) aclaran el alcance de aplicación efectiva de los factores utilizados para el método de CLTD. Humedad Podría decirse que la humedad juega un rol en todos los procesos industriales. El solo hecho de que la atmósfera contiene humedad hace que, por lo menos, se estudie su efecto en el almacenamiento y operación de los distintos productos y dispositivos. El alcance que la influencia de la humedad podría tener en cualquier proceso industrial puede variar pero es esencial que al menos sea monitoreada, y en muchos casos controlada. Se puede decir que la humedad es una propiedad más difícil de definir y medir que sus parámetros asociados como pueden ser la presión y temperatura. La medición de la humedad es un proceso verdaderamente analítico en el cual el sensor debe estar en contacto con el ambiente de proceso a diferencia de los sensores de presión y temperatura que invariablemente se encuentran aislados del proceso por protecciones conductoras del calor o diafragmas respectivamente. Esto tiene, por supuesto, implicancias en la contaminación y degradación del sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente. MARCO TEORICO 20

20 Los efectos de la contaminación, de alta significación dada la naturaleza analítica de las mediciones, se evalúan brevemente. Como conclusión se sugiere que si el costo inicial no es de gran importancia, el higrómetro óptico de punto de rocío o sensor de espejo enfriado, ofrece el más preciso, repetible y confiable método para la medición de humedad con el rango de mayor amplitud posible. Parámetros típicos para determinar la humedad Medición de la humedad relativa (RH) La medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. Por lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura. La medición es expresada como un porcentaje. La humedad relativa es un parámetro utilizado principalmente en aplicaciones ambientales (ej. acondicionamiento de aire) o mediciones meteorológicas ya que impacta directamente en el confort humano. Cuando los niveles de humedad relativa son bajos puede producirse electricidad estática que dañe al equipamiento electrónico. Medición del punto de rocío/escarcha (D/F PT) El punto de rocío es la temperatura, por sobre los 0 grados, al cual el vapor de agua presente en el gas condensa. El punto de escarcha es la temperatura, por debajo de 0 grados, a la cual el vapor se cristaliza en hielo. El punto D/F PT es función de la presión del gas pero independiente de su temperatura, y por lo tanto se lo considera una magnitud fundamental. Los puntos de rocío y escarcha son utilizados cuando la sequedad de un gas es relevante, esto es en procesos en los que debe evitarse la condensación de el vapor de agua a bajas temperaturas. El punto de rocío se usa también como un indicador del contenido de vapor de agua en procesos de alta temperatura como el secado industrial. Partes por millón (PPM) Expresión del contenido de vapor de agua por fracción de volumen (PPMv) o, si es multiplicado por la relación entre el peso molecular del agua y el aire como PPMw. Este parámetro es más dificultoso de conceptualizar porque está fuera del alcance del cuerpo humano detectar los cambios de esta magnitud en la atmósfera. Este término y los asociados como pueden ser: El termino PPM u otrs asociados como la relación de mezcla, el porcentaje de volumen y la humedad específica, se utilizan cuando el vapor de agua es una impureza o un componente definido en una mezcla de gases que participa de un proceso industrial. Un ejemplo práctico de su aplicación son los gases de uso medicinal, como pueden ser el óxido nitroso, dióxido de carbono y oxígeno cuando son utilizados en operaciones quirúrgicas que deben tener un contenido de humedad menor a 60ppm. MARCO TEORICO 21

21 Psicometría por bulbo húmedo/bulbo seco AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO La psicometría desde hace tiempo es uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad debido a su simplicidad e inherente bajo costo. Un psicómetro industrial típico consiste de un par de termómetros eléctricos acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza su máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termómetros en una tabla psicométrica. El psicómetro provee una alta precisión en las proximidades del punto de saturación (100% RH) y es fácil de operar y reparar, por otra parte a baja humedad relativa (menos del 20%) el desempeño es pobre y el mantenimiento debe intensificarse. No puede utilizarse a temperaturas menores de 0 y, siendo el propio psicómetro una fuente de humedad, no pude utilizarse tampoco en ambientes pequeños o cerrados. Los psicómetros son utilizados típicamente para control ambiental en recintos. Psicómetro 1.8 TEMPERATURA La temperatura es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos en equilibrio térmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). 1 En la escala microscópica, la temperatura se define como el promedio de la energía de los movimientos de una partícula individual por grado de libertad. Se refiere a las nociones comunes de calor o frío, por lo general un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (gaseoso, líquido, sólido, plasma...), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas. MARCO TEORICO 22

22 Existen dos escalas de temperatura o dos formas de expresar el estado relativo de la materia, estas son: - Temperaturas absolutas - Temperaturas relativas Las escalas absolutas expresan la temperatura de tal forma que su valor cero, es equivalente al estado ideal de las moléculas de esa porción de materia en estado estático o con energía cinética nula. Las escalas relativas, son aquellas que se refieren a valores preestablecidos o patrones en base los cuales fue establecida una escala de uso común. En Sistema Métrico Decimal, las escalas relativas y absolutas son: - la Escala Celsius o de grados Centígrados (relativa) - la Escala Kelvin (absoluta) La equivalencia entre las dos escalas es: Grados Kelvin = Grados Centígrados En el Sistema de Medidas Inglesas, su equivalente será: - La Escala Fahrenheit (Relativa) - La Escala Rankine (Absoluta) La equivalencia entre estas dos escalas es: Grados Rankine = Grados Fahrenheit Por otra parte, las escalas Celsius y la Fahrenheit están referidas al mismo patrón, pero sus escalas son diferentes. El patrón de referencia usado para su definición fueron los cambios de estado del agua. Estos puntos son: CAMBIO DE ESTADO ºCELSIUS ºFARENHEIT SOLIDO - LIQUIDO 0 32 LIQUIDO - GAS Como se puede deducir de la tabla anterior, por cada grado Celsius de cambio térmico tendremos 1,8 grados Fahrenheit de cambio equivalente. De todo esto, la equivalencia entre estas dos escalas será: Grados Fahrenheit = Grados Celsius * 1, Cada proceso en la industria debe ser controlado de alguna manera, y esta necesidad con frecuencia incluye la medición de temperaturas. Se dispone de una gran variedad de sensores de temperatura para llevar a cabo esta tarea, tal como se muestra en la figura 1. El ingeniero de procesos y el instrumentista deben decidir cuál de los sensores es mejor para una situación en particular. MARCO TEORICO 23

23 Tipos de instrumentos para medición de temperatura Los diferentes tipos de instrumentos que son usados para la medición de la temperatura son básicamente los siguientes: Termómetro de VidriO Termómetro Bimetálico Termopares Termoresistencia ( RTD ) Pirometro de Radiación Termómetro de vidrio Este tipo de instrumento, es el más conocido por nosotros; consta de un tubo de vidrio hueco, con un deposito lleno de un fluido muy sensible volumétricamente a los cambios de temperatura. Dependiendo del fluido usado, tendremos diferentes rangos de temperatura para este tipo de instrumento, los cuáles, vendrán limitados, por los puntos de solidificación y de ebullición de los antes citados fluidos. Algunos de estos son: Mercurio -35 a 280 C Mercurio (tubo de gas) -35 a 450 C Pentano -200 a 20 C Alcohol -110 a 50 C Tolueno -70 a 100 C Estos son frágiles, requieren de una posición específica para funcionar, además de tener un rango muy limitado de la variable. Termómetros bimetálicos Al igual que el termómetro de vidrio, utilizan el fenómeno de cambios volumétricos, para su funcionamiento. El termómetro bimetálico, consta, como su nombre lo dice, de dos barras metálicas de diferentes metales unidas rígidamente, al ser estos materiales diferentes, tendrán necesariamente, que tener diferentes coeficientes de dilatación lineal. Esta diferencia produce una curvatura de la barra conjunta, debido a que un material sé elongará más que el otro. Mediante este método, funcionan la gran mayoría de los termostatos (interruptores de temperatura) y algunos termómetros indicadores locales. Termopares El termopar se basa en el principio, del efecto que fuera descubierto en 1821 por Seebeck, que establece que cuando la unión de dos materiales diferentes se encuentra a una temperatura diferente que la del medio ambiente, a través de esos materiales circulará una corriente. El uso de termopares en la industria se ha popularizado, ya que son altamente precisos y muchos más económicos que las termo-resistencias. MARCO TEORICO 24

24 Existen muchos métodos para realizar mediciones prácticas de temperatura. De todos ellos, unos fueron desarrollados para aplicaciones particulares mientras que otros han ido cayendo en desuso. Las termocupulas constituyen hoy en día el sistema de medición de temperatura más usado y de mejor acceso. Esta forma de medición abarca el rango de temperaturas requerido para la mayoría de las mediciones exigidas. Termocupulas de diferentes tipos pueden cubrir un rango de 250 C hasta C y más si fuera necesario. 1.9 AUTOMATIZACIÓN Se le llama automatización al sistema de fabricación diseñado con el fin de usar la capacidad de las máquinas para llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos, y para controlar la secuencia de las operaciones sin intervención humana. El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semiindependiente del control humano. En comunicaciones, aviación y astronáutica, dispositivos como los equipos automáticos de conmutación telefónica, los pilotos automáticos y los sistemas automatizados de guía y control se utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo un ser humano. Elementos De La Automatización La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e innovaciones técnicas como la división del trabajo, la transferencia de energía y la mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia y sistemas de realimentación, como se explica a continuación. La división del trabajo (esto es, la reducción de un proceso de fabricación o de prestación de servicios a sus fases independientes más pequeñas) se desarrolló en la segunda mitad del siglo XVIII, y fue analizada por primera vez por el economista británico Adam Smith en su libro Investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones (1776). En la fabricación, la división del trabajo permitió incrementar la producción y reducir el nivel de especialización de los obreros. La mecanización fue la siguiente etapa necesaria para la evolución hacia la automatización. La simplificación del trabajo permitida por la división del trabajo también posibilitó el diseño y construcción de máquinas que reproducían los movimientos del trabajador. A medida que evolucionó la tecnología de transferencia de energía, estas máquinas especializadas se motorizaron, aumentando así su eficacia productiva. El desarrollo de la tecnología energética también dio lugar al surgimiento del sistema fabril de producción, ya que todos los trabajadores y máquinas debían estar situados junto a la fuente de energía. MARCO TEORICO 25

25 La máquina de transferencia es un dispositivo utilizado para mover la pieza que se está trabajando desde una máquina herramienta especializada hasta otra, colocándola de forma adecuada para la siguiente operación de maquinado. Los robots industriales, diseñados en un principio para realizar tareas sencillas en entornos peligrosos para los trabajadores, son hoy extremadamente hábiles y se utilizan para trasladar, manipular y situar piezas ligeras y pesadas, realizando así todas las funciones de una máquina de transferencia. En realidad, se trata de varias máquinas separadas que están integradas en lo que a simple vista podría considerarse una sola. En la década de 1920 la industria del automóvil combinó estos conceptos en un sistema de producción integrado. El objetivo de este sistema de línea de montaje era abaratar los precios. A pesar de los avances más recientes, éste es el sistema de producción con el que la mayoría de la gente asocia el término automatización. DOMOTICA. En Francia, muy amantes de adaptar términos propios a las nuevas disciplinas, se acuñó la palabra "Domotique". De hecho, la enciclopedia Larousse definía en 1988 el término domótica como el siguiente: "el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestión de la energía, comunicaciones, etc.". Es decir, el objetivo es asegurar al usuario de la vivienda un aumento del confort, de la seguridad, del ahorro energético y las facilidades de comunicación. Una definición más técnica del concepto sería: "conjunto de servicios de la vivienda garantizado por sistemas que realizan varias funciones, los cuales pueden estar conectados entre sí y a redes interiores y exteriores de comunicación. Gracias a ello se obtiene un notable ahorro de energía, una eficaz gestión técnica de la vivienda, una buena comunicación con el exterior y un alto nivel de seguridad". Para que un sistema pueda ser considerado "inteligente" ha de incorporar elementos o sistemas basados en las Nuevas Tecnologías de la Información (NTI). El uso de las NTI en la vivienda genera nuevas aplicaciones y tendencias basadas en la capacidad de proceso de información y en la integración y comunicación entre los equipos e instalaciones. Así concebida, una vivienda inteligente puede ofrecer una amplia gama de aplicaciones en áreas tales como: seguridad gestión de la energía automatización de tareas domésticas formación, cultura y entretenimiento teletrabajo monitorización de salud operación y mantenimiento de las instalaciones, etc. La definición de vivienda domótica o inteligente presenta múltiples versiones y matices. También aquí son diversos los términos utilizados en distintas lenguas: "casa inteligente" (smart house), automatización de viviendas (home automation), domótica (domotique), sistemas domésticos (home systems), etc. MARCO TEORICO 26

26 De una manera general, un sistema domótico dispondrá de una red de comunicación y diálogo que permite la interconexión de una serie de equipos a fin de obtener información sobre el entorno doméstico y, basándose en ésta, realizar unas determinadas acciones sobre dicho entorno. Los elementos de campo (detectores, sensores, captadores, etc.), transmitirán las señales a una unidad central inteligente que tratará y elaborará la información recibida. En función de dicha información y de una determinada programación, la unidad central actuará sobre determinados circuitos de potencia relacionados con las señales recogidas por los elementos de campo correspondientes. En este sentido, una vivienda domótica se puede definir como: "aquella vivienda en la que existen agrupaciones automatizadas de equipos, normalmente asociados por funciones, que disponen de la capacidad de comunicarse interactivamente entre sí de un bus doméstico multimedia que las integra". A continuación se detallan las diferentes definiciones que ha ido tomando el término: 1) La nueva tecnología de los automatismos de maniobra, gestión y control de los diversos aparatos de una vivienda, que permiten aumentar el confort del usuario, su seguridad, y el ahorro en el consumo energético. 2) Un conjunto de servicios en las viviendas, asegurados por sistemas que realizan varias funciones, pudiendo estar conectados, entre ellos, y a redes internas y externas de comunicación. 3) La informática aplicada a la vivienda. Agrupa el conjunto de sistemas de seguridad y de la regulación de las tareas domesticas destinadas a facilitar la vida cotidiana automatizando sus operaciones y funciones. EDIFICIOS INTELIGENTES. Definición. Es muy difícil dar con exactitud una definición sobre un edificio inteligente, por lo que se citarán diferentes conceptos, de acuerdo a la compañía, institución o profesional de que se trate. -Intelligent Building Institute (IBI), Washington, D.C., E.U. Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente de trabajo productivo y eficiente a través de la optimización de sus cuatro elementos básicos: estructura, sistemas, servicios y administración, con las interrelaciones entre ellos. Los edificios inteligentes ayudan a los propietarios, operadores y ocupantes, a realizar sus propósitos en términos de costo, confort, comodidad, seguridad, flexibilidad y comercialización. -Compañía HoneywelI, S.A. de C. V., México, D.F. Se considera como edificio inteligente aquél que posee un diseño adecuado que maximiza la funcionalidad y eficiencia en favor de los ocupantes, permitiendo la incorporación y/o modificación de los elementos necesarios para el desarrollo de la actividad cotidiana, con la finalidad de lograr un costo mínimo de ocupación, extender su ciclo de vida y garantizar una mayor productividad estimulada por un ambiente de máximo confort. MARCO TEORICO 27

27 -Compañía AT&T, S.A. de C.V., México, D.F. Un edificio es inteligente cuando las capacidades necesarias para lograr que el costo de un ciclo de vida sea el óptimo en ocupación e incremento de la productividad, sean inherentes en el diseño y administración del edificio. Como un concepto general se considera un edificio inteligente aquél cuya regularización, supervisión y control del conjunto de las instalaciones eléctrica, de seguridad, informática y transporte, entre otras, se realizan en forma integrada y automatizada, con la finalidad de lograr una mayor eficacia operativa y, al mismo tiempo, un mayor confort y seguridad para el usuario, al satisfacer sus requerimientos presentes y futuros. Esto sería posible mediante un diseño arquitectónico totalmente funcional, modular y flexible, que garantice una mayor estimulación en el trabajo y, por consiguiente, una mayor producción laboral. Objetivos Los objetivos o finalidad de un edificio inteligente, son los siguientes: Arquitectónicos a) Satisfacer las necesidades presentes y futuras de los ocupantes, propietarios y operadores del edificio. b) La flexibilidad, tanto en la estructura como en los sistemas y servicios. c) El diseño arquitectónico adecuado y correcto. d) La funcionalidad del edificio. e) La modularidad de la estructura e instalaciones del edificio. f) Mayor confort para el usuario. g) La no interrupción del trabajo de terceros en los cambios o modificaciones. h) El incremento de la seguridad. i) El incremento de la estimulación en el trabajo. j) La humanización de la oficina. Tecnológicos a) La disponibilidad de medios técnicos avanzados de telecomunicaciones. b) La automatización de las instalaciones. c) La integración de servicios Ambientales a) La creación de un edificio saludable. b) El ahorro energético. c) El cuidado del medio ambiente. MARCO TEORICO 28

28 Económicos AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO a) La reducción de los altos costos de operación y mantenimiento. b) Beneficios económicos para la cartera del cliente. c) Incremento de la vida útil del edificio. d) La posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios. e) La relación costo-beneficio. f) El incremento del prestigio de la compañía. Es importante tomar en cuenta que cualquier sistema automatizado que se instale en un edificio, debe estar dentro del sistema central de control desde el cual se localiza el control de cada sensor, se revisa y reporta el estado de cada elemento, se establece el récord impreso de los sucesos diarios y se despliegan en pantalla los planos de instalación. Grados de inteligencia Existen tres grados de inteligencia, catalogados en función de la automatización de las instalaciones o desde el punto de vista tecnológico: Grado 1. Inteligencia mínima o básica. Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no está integrado.existe una automatización de la actividad y los servicios de telecomunicaciones, aunque no están integrados. Grado 2. Inteligencia media. Tiene un sistema de automatización del edificio totalmente integrado. Sistemas de automatización de la actividad, sin una completa integración de las telecomunicaciones. Grado 3. Inteligencia máxima o total. Los sistemas de automatización del edificio, la actividad y las telecomunicaciones, se encuentran totalmente integrados. El sistema de automatización del edificio se divide en: sistema básico de control, sistema de seguridad y sistema de ahorro de energía. El sistema básico de control es el que permite monitorear el estado de las instalaciones, como son: eléctricas, hidrosanitarias, elevadores y escaleras eléctricas, y suministros de gas y electricidad. El sistema de seguridad protege a las personas, los bienes materiales y la información. En la seguridad de las personas, destacan los sistemas de detección de humo y fuego, fugas de gas, suministro de agua, monitoreo de equipo para la extinción de fuego, red de rociadores, extracción automática de humo, señalización de salidas de emergencia y el voceo de emergencia. Para la seguridad de bienes materiales o de información, tenemos el circuito cerrado de televisión, la vigilancia perimetral, el control de accesos, el control de rondas de vigilancia, la intercomunicación de emergencia, la seguridad informática, el detector de movimientos sísmicos y el de presencia. El sistema de ahorro de energía es el encargado de la zonificación de la climatización, el intercambio de calor entre zonas, incluyendo el exterior, el uso activo y pasivo de la energía solar, la identificación del consumo, el control automático y centralizado de la iluminación, el control de horarios para el funcionamiento de equipos, el control de ascensores y el programa emergente en puntos críticos de demanda MARCO TEORICO 29

29 1.10 PROGRAMACION DEL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Para la programación de nuestros PLC`s tomaremos en cuenta la forma que operan las entradas, ya sean analógicas o digitales, los registros internos y como se activan las salidas hacia los diversos tipos de actuadores. La distribución interna de las áreas de memoria, así como de cada una de las funciones que se van a presentar se puede visualizar en el anexo A. Operaciones lógicas con bits Contactos Contactos estándar Las operaciones Contacto normalmente abierto (LD, A y O) y Contacto normalmente cerrado (LDN, AN y ON) leen el valor direccionado de la memoria (o bien de la imagen del proceso, si el tipo de datos es I o Q). El Contacto normalmente abierto se cierra (ON) si el bit es igual a 1, en tanto que el Contacto normalmente cerrado se cierra (ON) si el bit es igual a 0. En FUP, la cantidad de entradas de los cuadros AND y OR se puede incrementar a 32 como máximo. En AWL, el Contacto normalmente abierto carga, o bien combina con Y u O el valor binario del bit de dirección en el nivel superior de la pila. El Contacto normalmente cerrado carga, o bien combina con Y u O el valor negado del bit de dirección en el nivel superior de la pila. Contactos directos Los contactos directos no dependen del ciclo del S7-200 para actualizarse, sino que se actualizan inmediatamente. Las operaciones del Contacto abierto directo (LDI, AI y OI) y del Contacto cerrado directo (LDNI, ANI y ONI) leen el valor de la entrada física cuando se ejecuta la operación, pero la imagen del proceso no se actualiza. El Contacto abierto directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 1, en tanto que el Contacto cerrado directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 0. El Contacto abierto directo carga, o bien combina con Y u O directamente elvalor de la entrada física en el nivel superior de la pila. El Contacto cerrado directo carga, o bien combina con Y u O directamente el valor binario negado de la entrada física en el nivel superior de la pila. NOT La operación NOT cambia el estado de la entrada de circulación de corriente (es decir, modifica el valor del nivel superior de la pila de 0 a 1, o bien de 1 a 0 ). Los operandos válidos para las operaciones lógicas con Bits de entrada son los siguientes: MARCO TEORICO 30

30 Bobinas Asignar AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO La operación Asignar (=) escribe el nuevo valor del bit de salida en la imagen del proceso. Cuando se ejecuta la operación Asignar, el S7-200 activa o desactiva el bit de salida en la imagen del proceso. En KOP y FUP, el bit indicado se ajusta de forma equivalente a la circulación de la corriente. En AWL, el primer valor de la pila se copia en el bit indicado. Asignar directamente La operación Asignar directamente (=I) escribe el nuevo valor tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. Cuando se ejecuta la operación Asignar directamente, la salida física (bit) se ajusta directamente de forma equivalente a la circulación de la corriente. En AWL, la operación copia el primer valor de la pila directamente en la salida física indicada (bit). La I indica que la operación se ejecuta directamente. El nuevo valor se escribe entonces tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. En cambio, en las operaciones no directas, el nuevo valor se escribe sólo en la imagen del proceso. Poner a 1 y Poner a 0 Las operaciones Poner a 1 (S) y Poner a 0 (R) activan (ponen a 1) o desactivan (ponen a 0) el número indicado de E/S (N) a partir de la dirección indicada (bit). Es posible activar o desactivar un número de entradas y salidas (E/S) comprendido entre 1 y 255. Si la operación Poner a 0 indica un bit de temporización (T) o un bit de contaje (C), se desactivará el bit de temporización o de contaje y se borrará el valor actual del temporizador o del contador, respectivamente. Poner a 1 directamente y Poner a 0 directamente Las operaciones Poner a 1 directamente (SI) y Poner a 0 directamente (RI) activan (ponen a 1) o desactivan (ponen a 0) directamente el número indicado de E/S (N) a partir de la dirección indicada (bit). Es posible activar o desactivar directamente un número de entradas y salidas (E/S) comprendido entre 1 y 128. La I indica que la operación se ejecuta directamente. El nuevo valor se escribe tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. En cambio, en las operaciones no directas, el nuevo valor se escribe sólo en la imagen del proceso. Los operandos válidos para las operaciones lógicas con Bits de salida son los siguientes: MARCO TEORICO 31

31 Operaciones de reloj AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Leer reloj de tiempo real y Ajustar reloj de tiempo real La operación Leer reloj de tiempo real (TODR) lee la hora y fecha actuales del reloj del hardware y carga ambas en un búfer de tiempo de 8 bytes que comienza en la dirección T. La operación Ajustar reloj de tiempo real (TODW) escribe la hora y fecha actuales en el reloj del hardware, comenzando en la dirección del búfer de tiempo de 8 bytes indicada por T. Todos los valores de la fecha y la hora se deben codificar en BCD (por ejemplo, 16#97 para el año 1997). La figura del ssiguiente muestra el formato del búfer de tiempo de 8 bytes (T). El reloj de tiempo real se inicializa con la siguiente fecha y hora tras un corte de alimentación prolongado o cuando se produzca una pérdida de memoria: Fecha: 01-Ene-90 Hora: 00:00:00 Día de la semana: Domingo Los operandos válidos con operaciones de reloj son los siguientes: Operaciones de comparación Comparar valores numéricos Las operaciones de comparación se utilizan para comparar dos valores: IN1 = IN2 IN1 >= IN2 IN1 <= IN2 IN1 > IN2 IN1 < IN2 IN1 <> IN2 Las comparaciones de bytes no llevan signo. Las comparaciones de enteros llevan signo. Las comparaciones de palabras dobles llevan signo. Las comparaciones de números reales llevan signo. En KOP y FUP: Si la comparación es verdadera, la operación de comparación activa el contacto (KOP) o la salida (FUP). En AWL: Si la comparación es verdadera, la operación de comparación carga un 1 en el nivel superior de la pila, o bien lo combina con Y u O. MARCO TEORICO 32

32 Si se utilizan las operaciones de comparación IEC, es posible utilizar diversos tipos de datos para las entradas. No obstante, el tipo de datos de los dos valores de entrada deberá ser idéntico. Los operandos válidos para las operaciones de comparación son los siguientes: Operaciones aritméticas Operaciones de sumar, restar, multiplicar y dividir Sumar IN1 + IN2 = OUT IN1 + OUT = OUT Restar IN1 - IN2 = OUT KOP y FUP OUT - IN1 = OUT AWL Las operaciones Sumar enteros (+I) y Restar enteros (-I) suman/restan dos enteros de 16 bits, arrojando un resultado de 16 bits. Las operaciones Sumar enteros dobles (+D) y Restar enteros dobles (-D) suman/restan dos enteros de 32 bits, arrojando un resultado de 32 bits. Las operaciones Sumar reales (+R) y Restar reales (-R) suman/restan dos números reales de 32 bits, dando como resultado un número real de 32 bits. Multiplicar IN1 * IN2 = OUT IN1 * OUT = OUT Dividir IN1 / IN2 = OUT KOP y FUP OUT / IN1 = OUT AWL Las operaciones Multiplicar enteros (*I) y Dividir enteros (/I) multiplican o dividen dos enteros de 16 bits, respectivamente, arrojando un resultado de 16 bits. (En la división no se conserva un resto.) Las operaciones Multiplicar enteros dobles (*D) y Dividir enteros dobles (/D) multiplican o dividen dos enteros de 32 bits, respectivamente, arrojando un resultado de 32 bits. (En la división no se conserva un resto.) Las operaciones Multiplicar reales (*R) y Dividir reales (/R) multiplican o dividen dos números reales de 32 bits, respectivamente, dando como resultado un número real de 32 bits. Los operandos válidos para las operaciones aritméticas son los siguientes: MARCO TEORICO 33

33 CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 34

34 Las características de los equipos y las condiciones de diseño que la compañía proveedora considero para la instalación se citan a continuación: 2.1 ESTUDIO TÉCNICO DE LAS CONDICIONES Y LUGAR A AUTOMATIZAR CON EL AIRE ACONDICIONADO Las presentes especificaciones se complementan y a su vez forman parte de los planos ejecutivos de la instalación en todos sus aspectos y con las condiciones específicas de construcción, los cuales integran la totalidad de los trabajos a realizar. Si hubiera alguna discrepancia en la descripción de algún concepto entre los planos y las especificaciones, esta deberá discutirse con el representante del propietario, quien será el que decida al respecto. 2.2 NORMAS Y CÒDIGOS Todos los trabajos relativos a las instalaciones de Ventilación y Acondicionamiento de Aire, se sujetaran a los requisitos mínimos de observación obligatoria y recomendaciones de conveniencia práctica establecidos en los reglamentos y códigos que se aplican en cada caso a la República Mexicana. Por lo anterior, todo trabajo, material, equipo o accesorio que debe ser ejecutado y/o suministrado por el contratista de la obra, a efecto de entregar una instalación completa en todos sus aspectos y que no se incluyan en los planos o especificaciones, deberá satisfacer: El Reglamento de Construcción para el D.F. o la entidad federativa correspondiente. El reglamento de Ingeniería Sanitaria de la Secretaria de Salubridad y Asistencia. Normas Técnicas de la oficina de Seguridad Urbana de Departamento de Bomberos de la Ciudad de México. Para los casosen que estos reglamentos y Normas no cubran con el detalle necesario, cualquier aspecto no incluido en los planos ni especificaciones del proyecto y siempre que no existan contradicciones con los mismos, los trabajos en cuestión deberán sujetarse a los estándares, normas y recomendaciones compiladas por la ASHRAE (American Society of Heating, refrigeration and Air Conditioning Engineers), de los Estados Unidos de Norteamérica, aplicables de acuerdo al tipo de sistema que se proyecte. En el caso de que alguna parte de las instalaciones, tal como se describen en los planos del Proyecto y en estas especificaciones estuvieren en conflicto o dejare de cumplir con alguno de los Reglamentos o Normas antes señalados, el contratista deberá señalarlo de inmediato a la Dirección General del Proyecto y recabar instrucciones escritas al respecto antes de proceder con esta parte del proyecto. 2.3 PROTECCIÓN DEL PERSONAL En conformidad con las normas y disposiciones de la ley vigentes, el constructor de estas instalaciones debe prever las medidas necesarias para impedir los accidentes, tanto de las personas que tienen a su cargo los trabajos de ejecución de las instalaciones, así como cualquier otra persona que labore en la Obra en otras actividades. DESCRIPCION DEL PROYECTO 35

35 Siempre que el área de trabajo represente un peligro para otras personas de la obra, se usaran avisos, barreras de seguridad, etc., para evitar cualquier accidente. Debe impedirse el acceso de personas no idóneas en los lugares o áreas peligrosas, durante el desarrollo de los trabajos para evitar accidentes. Las maquinas, aparatos e instalaciones satisfarán las medidas de seguridad a que reglamentariamente estén sometidas. Todos los trabajadores y el personal de supervisión de obra, deberán usar con carácter obligatorio, casco adecuado de seguridad en todas las áreas de trabajo. Igualmente y de acuerdo con el tipo de trabajo que este ejecutando, se deberá establecer con carácter obligatorio el uso de los lentes de seguridad, guantes y zapatos especiales, cinturones de seguridad, etc. 2.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO Consideraciones Generales Las instalaciones de Ventilación y Acondicionamiento de Aire deberán mantener las condiciones ambientales que se especifican mas adelante, controlándose la temperatura, humedad, pureza, nivel de ruido, etc. Consideraciones de Diseño Para el desarrollo del proyecto serán consideradas las siguientes condiciones del diseño para México D.F. Localización Latitud: 19 25` Longitud: 99 10` Elevación: 2,200 mts. Sobre nivel del mar. Temperaturas de Diseño para Verano (comfort): Temperatura exterior de bulbo seco: 30 C. Temperatura exterior de bulbo húmedo: 17 C. Meses más calurosos: Mayo y Junio. Temperatura interior de bulbo seco: 22 C +/- 2 C. Humedad relativa: 50 % +/- 10 %. Condiciones interiores para diseño: Ocupantes: 180 personas por piso. Calor sensible por persona: 240BTU/hr. DESCRIPCION DEL PROYECTO 36

36 Calor latente por persona: 205 BTU/hr. Carga por alumbrado: 20 Watts/m 2. Carga por contactos: 40 Watts/m 2. Ventilación: 20 CFM por ocupante. Acondicionamiento de Aire para Oficinas Para el Acondicionamiento de Aire de las oficinas se utiliza un sistema de unidades de ciclo reversible tipo wáter source heat pump, compuestos básicamente por un compresor rotativo tipo scroll enfriado por agua y un ventilador centrifugo dentro de un gabinete de lamina. Estos equipos vienen en capacidades de 1 a 5 T.R. y e instalaran dentro de los plafones. El agua de condensación se recircula hasta una Torre de Enfriamiento de circuito cerrado equipada con dos motores, ubicada en la azotea del Edificio, cada unidad tendrá su propio sensor para regular la temperatura de inyección del aire hacia los espacios acondicionados. Para la inyección del aire exterior de reposición se contara con una Unidad Manejadora de Aire para inyectar aire filtrado a los plafones, donde será succionado por los ventiladores de las unidades WSHP. CUADRO SELECTIVO DE MATERIALES SEGÚN ZONAS, DIAMETROS DE TUBERIA Y/O TIPO DE INSTALACION Agua de Condensación Zonas Tuberías en plafones y en ductos de instalaciones. Tuberías en azotea expuestas a la intemperie Diámetros Tubería y Con. Esp. No. Válvulas Esp. No. Todos E-10 V-1 Todos E-4 V-4 Refrigerante R-22 Zonas Drenajes de equipos Diametros Tuberia y Con. Esp. No. Valvulas Esp. No. Todas Todos E-1A V-5 Equipos Diametros Tuberia y Con. Esp. No. WSHP Todos E-9 Torre de Enfriamiento Todos E-2 Aislamientos Termicos Tuberias para refrigerante R-22 Zonas Diametros Esp. No. Todas Todos 13.1 DESCRIPCION DEL PROYECTO 37

37 Ductos de Aire Acondicionado Instalacion Cara exterior 15 Cara interior 16 Esp. No. Instrumentos y Accesorios Descripcion Filtros Juntas Antivibratorias Mangueras Flexibles Manometros Valvulas de Flotador Valvulas Eliminadoras de Aire Termometros Juntas Flexibles Juntas de Expansion Valvulas de Balanceo Esp. No. F-1/F-2/F-4 C.A.-1 MF-1/MF-2 M-1/M-2 VF-1 VEA T-1/T-2 JF JE VB ESPECIFICACIONES GENERALES DE MATERIALES TUBERIAS Y CONEXIONES ESPECIFICACION No. 1 TUBERIA Cobre rigido tipo M Norma DGN-B-61-53, extremos soldables. CONEXIONES De cobre o Bronce Norma DGN-B-11-60, extremos para soldar. ESPECIFICACION No. 1ª TUBERIA Cobre rigido tipo L Norma DGN-B-61-53, extremos soldables. CONEXIONES De cobre o Bronce Norma DGN-B-11-60, extremos para soldar. ESPECIFICACION No. 1B TUBERIA Cobre flexible tipo L Norma DGN-B-61-53, extremos tipo flared. ESPECIFICACION No. 2 TUBERIA Acero Galvanizado Norma DGN-B-10-57, Tipo A, cedula 40, extremos roscados. CONEXIONES De hierro Maleable, galvanizadas Norma DGN-B-44-51, extremos roscados. DESCRIPCION DEL PROYECTO 38

38 ESPECIFICACION No. 3 TUBERIA Acero Negro Norma DGN-B-10-57, Tipo A, cedula 40, extremos roscados. CONEXIONES De hierro Negro Maleable, Norma DGN-B-44-51, extremos roscadas tipo reforzadas. ESPECIFICACION No. 4 TUBERIA Acero negro al carbón Norma DGN-B-10-57, ASTM A 120 (ASA B36.10) Cedula 40, extremos lisos para soldar. CONEXIONES Acero ASTM A 234 WPB con dimensiones según normas ANSI B 16.9, extremos biselados para soldar. ESPECIFICACION No. 5 TUBERIA P.V.C. Tipo Sanitario Norma DGN-E-12-68, con acoplamiento Anger. CONEXIONES P.V.C. Tipo Sanitario Norma DGN-E-12-68, con acoplamiento Anger. ESPECIFICACION No. 6 TUBERIA De fierro Fundido Centrifugado Tipo espiga y campana para retacar Marca TISA similar. CONEXIONES De fierro Fundido, de espiga y campana para retacar, Marca TISA o similar. ESPECIFICACION No. 9 TUBERIA P.V.C. Tipo Hidraulico, con extremos lisos para cementar, marca DURALON o similar aprobado, tipo RD-26 para presión de trabajo de Kgs/cm 2. CONEXIONES P.V.C Tipo Hidraulico, con extremos para cementar, marca DURALON o similar aprobado, para tuberías tipo RD-26 para presión de trabajo de Kgs/cm 2. ESPECIFICACION No. 10 TUBERIA Tuberia plástica de Polipropileno cedula 80, mca. PlasticPlumbers, extremos lisos para unirse por termofusion, para una presión máxima de trabajo de 17 Kg/cm 2. CONEXIONES Plasticas fabricadas con Polipropileno extremos abocinados para unirse por termofusion o rosca exterior para conexión de accesorios, mca. Plastic Plumbers para una presión máxima de trabajo de 17 Kg/cm 2. DESCRIPCION DEL PROYECTO 39

39 VALVULAS Esp. No. AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO VALVULAS V-1 a) De seccionamiento: Tipo Compuerta, cuerpo de Bronce con asiento de Buna N extremos roscados marca URREA Fig. 22 o similar aprobada. b) De retención: Tipo columpio, cuerpo de bronce, de columpio con asiento de neopreno, de extremos roscados, marca URREA Fig. 85N o similar aprobada. c) De regulación manual: Tipo Globo, cuerpo e interiores de bronce, extremos roscados, para una presión de 8.8 kg/cm 2 (vapor) o 14.0 kg/cm 2 (agua) marca URREA Fig. 58 o similar aprobada. d) De macho: Cuerpo de bronce, extremos roscados, marca URREA Fig. 14 o similar aprobada. V-2 a) De seccionamiento: Tipo compuerta, cuerpo de bronce con asiento de Buna N, extremos para soldar a tubo de cobre, marca URREA Fig. 722 o similar aprobada. b) De retención: Tipo Columpio, cuerpo de bronce, de columpio, con asiento de Neopreno, de extremos roscados marca URREA. Fig. 85N o similar aprobada. c) De regulación manual: Tipo Globo, cuerpo e interiores de bronce, extremos roscados, para una presión de 8.8 kg/cm 2 (vapor) o 14.0 kg/cm 2 (agua) marca URREA Fig. 58 o similar aprobada. d) De macho: Cuerpo de bronce, extremos roscados, marca URREA Fig. 14 o similar aprobada. V-3 a) De seccionamiento: Tipo compuerta, cuerpo de bronce con asiento de bronce, extremos roscados, marca URREA Fig. 83 o similar aprobada. b) De retención: Tipo columpio, cuerpo de bronce, interiores de bronce, extremos roscados, marca URREA Fig. 85-T o similar aprobada. c) De regulación manual: Tipo Globo, cuerpo e interiores de bronce, extremos roscados, para una presión de 8.8 kg/cm 2 (vapor) o 14.0 kg/cm 2 (agua) marca URREA Fig. 95 o similar aprobada. V-4 a) De seccionamiento: Tipo mariposa, cuerpo de hierro, disco de bronce, vástago de acero inoxidable, asiento de Neopreno, para instalarse entre bridas ASA Kg/cm 2 (150 lbs/pulg 2 ) con operador manual, marca Keystone Fig. 100 o similar aprobada. b) De retención: Tipo columpio, cuerpo de hierro con interiores de bronce, extremos bridados, para una presión de trabajo de 8.8 k/cm 2 (vapor), marca URREA Fig. 928-F o similar aprobada. DESCRIPCION DEL PROYECTO 40

40 c) De regulación manual: Tipo Globo, cuerpo de hierro interiores de bronce, extremos bridados 125 lbs. (ANSI B 16.1), marca URREA Fig. 906F o similar a probada. d) De macho: Cuerpo de hierro fundido de alta resistencia, con operador manual, extremos bridados (ANSI B 16.1), marca Walworth Fig. 1700F o similar aprobada. e) De seccionamiento, retención y regulación manual (Multipropósito): Cuerpo de hierro fundido de alta resistencia, extremos bridados (ANSI B 16.1), marca TACO o similar aprobada. V-5 a) De seccionamiento: Tipo compuerta para refrigerante, con extremos soldables y operador manual marca Saginomiya. AISLAMIENTOS TERMICOS ESPECIFICACION No. 13 Aislamiento térmico preformado en tubo hueco a base de elastómero flexible, marca INSUL-TUBE, con densidad de 5 lbs/ft 3 y conductividad térmica de 0.25 BTU/hr/pulg/ft 2 / F. El aislamiento deberá sellarse en las uniones entre extremos y longitudinales con un adhesivo de contacto especial no inflamable, marca Rubatex. Cuando se instale en tuberías expuestas directamente a la interperie y a los rayos solares, deberá aplicarse tres manos de pintura ahulada color blanco para protección. Esp. No de 19 mm de espesor de 25 mm de espesor. CONEXIONES Para el aislamiento térmico de las conexiones, válvulas, filtros, etc. Se usara el mismo tipo de material (INSUL-SHEET), en forma de hoja, cortando las plantillas de acuerdo al instructivo del fabricante (Rubatex) usando el mismo espesor que el empleado para la tubería y usando también la cinta aislante espumosa de 3 mm de espesor por 50 mm de ancho y adhesivo de contacto no inflamable del mismo fabricante. En el caso de los diámetros mayores de 100 mm y espesores mayores a 1 plg. Se deberá usar el mismo tipo de aislamiento pero en forma de hoja (INSUL-SHEET). ESPECIFICACIONES No 15 El Aislamiento Térmico para ductos de lamina, deberá ser de fibra de vidrio en colchoneta de 1 pulgada (25 mm) de espesor, tipo RF-3100 con recubrimiento de barrera de vapor, a base de papel Kraft de 80 gr/m 2 y Foil de aluminio de de espesor sellado. DESCRIPCION DEL PROYECTO 41

41 Cuando los ductos hagan sus recorridos por el exterior, el aislamiento será similar al mencionado en el párrafo anterior pero con 2 pulg, de espesor con cubierta a de manta cruda, aplicando una mano de sellador como el C.I. Mastic C19 de Protexa o similar y finalmente. Las uniones de Foil de aluminio de la cubierta deberá tener un traslape de 5 cm como mínimo y deberán sellarse con el adhesivo barrera de vapor, de base asfáltica, tal como el CI Mastic C19 de Protexa o similar aprobada para servicio dual (alta y baja temperatura). Para la colocación del aislamiento sobre los ductos de lámina deberá usarse en adhesivo de fraguado rápido, diseñado para adherir fibra de vidrio de baja densidad, a laminas metálicas tal como el Duct-Fas de Protexa o similar aprobado. ESPECIFICACION No 16 El Aislamiento Térmico para ductos de lamina en interiores, deberá de ser de fibra de vidrio en colchoneta de 1 pulgada (25 mm) de espesor, con cubierta de acrílico negro, para instalarse en la parte interior de los ductos de inyección de aire, marca ULTRALITE CERTAIN TEED, tipo 200 (densidad de 32 kg/m 3 ). Las uniones entre ductos deberá tener un traslape de 5 cms como mínimo y deberán sellarse por la parte exterior, con el adhesivo con barrera de vapor, de base asfáltica, tal como el C.I. Mastic C19 de Protexa o similar aprobado, para servicio dual (alta y baja temperatura). Para la colocación del aislamiento sobre los ductos de lámina deberá usarse en adhesivo de contacto especial no inflamable, recomendado por el fabricante. 2.5 INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS MANOMETROS Con caratula de 89 mm de diámetro, conexión roscada interior de 6.4 mm (1/4 plg), equipado con cola de cochino (pigtail), coples y válvulas de globo de 6.4 mm. Marca Surex (imperial) mod o similar aprobada. Clave M-1 con escala de 0-4 kgs/cm 2. M-2 con escala de 0-11 kgs/cm 2. VALVULAS DE ALIVIO De bronce, con entrada inferior con rosca exterior, y casquillo para protección de tornillo de compresión. Con vástago y resorte de acero, Marca Duraval (Magna), serie 1478 o similar aprobada. Clave VA-1 De 19 mm. de diámetro. VA-2 De 25 mm. de diámetro. VA-3 De 32 mm. de diámetro. DESCRIPCION DEL PROYECTO 42

42 VALVULA DE SEGURIDAD AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO De bronce, con entrada inferior con rosca exterior, descarga lateral con cuerda interior para una presión máxima de operación de 17.6 kgs. Con presión de ajuste de 1.0 kgs/cm 2, sobre la presión de trabajo Marca Duraval (Magna), serie 1541 o similar aprobada. Clave VS-1 De 13 mm. de diámetro. VS-2 De 25 mm. de diámetro. VA-3 De 32 mm. de diámetro. VALVULA DE ELIMINACION DE AIRE VEA Marca Misco fig. 21-AR, de 19 mm de diámetro o similar aprobada. JUNTAS ANTIVIBRATORIAS Conectores mca. Tubos Flexibles Mexicanos (tmf), construidos con acero inoxidable y malla metálica, para extremos roscados o bridados según diámetro de la tubería usada. Clave J.A.-1 Extremos roscados. J.A.-2 Con bridas soldadas ASA-150 lbs. J.A.-3 Con bridas deslizantes ASA-150 lbs. MANGUERAS FLEXIBLES Clase Manguera metálica corrugada de acero inoxidable con una malla, marca tubos flexibles mexicanos (tmf), extremos bridados o roscados, según el diámetro de tubería: MF-1 Extremos roscados. MF-2 Extremos bridados. Nota: Las longitudes y tipos de extremos se indican en las relación de conceptos y cantidades de obra y en los planos de proyecto. FILTROS Clave F-1 Marca Misco o similar aprobada, tipo Y, de hierro fundido extremos roscados, para una presión máxima de 17.6 kg/cm 2 (250 lbs.) vapor o 28 kgs/cm 2 (400 lbs) agua. F-2 Marca Misco o similar aprobada, de hierro fundido, extremos bridados, ASA 125 lbs. Para una presión máxima de 8.8 kgs/cm 2 (125 lbs.) vapor o 12.3 kgs/cm 2 (175 lbs) agua. F-3 Filtro tipo Canasta, de bronce fundido, extremos bridados ASA 125 lbs. DESCRIPCION DEL PROYECTO 43

43 F-4 Combinación de filtro y difusor de succión a 90o, mca TACO, cuerpo de hierro y extremos roscados o bridados, según el diámetro. VALVULAS DE FLOTADOR VF-1 Válvula flotador de bronce, maraca URREA fig. 04. VF-2 Con extremos Roscados (hasta 76 mm. de Diam.) VF-3 Con extremos bridados. TERMOMETROS Clave T-1 Caratula recta de 22 cm. De largo (9 ) con escala de F (-32 a 71 C) con vástago inferior de 15cms. (6 ) y rotula de ángulo ajustable marca Treice Mod. BX o similar aprobado. T-2 Caratula circular de 12.7 cm de diámetro (5 ), con escala de 0 a 100 C, con bulbo y conexión posterior, marca Trerice, serie B VALVULAS DE BALANCEO Válvulas para Balanceo de Sistema de Agua Condensación mca. Tour & Anderson, fabricadas en aleación de AMETAL, con uniones roscadas o bridadas dependiendo del diámetro de la válvula, volante de plástico para protección de la minilla de lectura, preparaciones para conexión al modulo de balanceo CBI y preparación para drenaje, de los siguientes modelos: Diámetros Modelo Extremos 13mm-51mm STAD roscados 51mm-300mm STAF bridados 2.6 DESCRIPCION GENERAL DE EQUIPOS UNIDADES WATER SOURCE HEAT PUMPS Unidades acondicionadoras tipo wáter source heat pumps mca. TRANE, serie GEHA, equipadas con compresor hermético libre de mantenimiento tipo scroll, ventilador centrifugo tipo FC con motor de capacitor permanente conectado en Alta velocidad y condensador enfriado por agua (72/87 of), operando a 220 Volts-3 fases-60 ciclos con los siguientes accesorios suministrados de fabrica: Gabinete de lámina con aislamiento térmico interior y abrazaderas para el soporte de las unidades. Filtros desechables a base de fibra sintética de 1 pulg. de espesor. DESCRIPCION DEL PROYECTO 44

44 Control tipo DDC (Direct digital Controller) para interconexión a futuro de todas las unidades a un tablero central Tracer Loop Controller mediante un cable par trenzado para la automatización del sistema. Termostato programable Cat. No. X excepto donde se indique de diferente modelo. TAMAÑO CANTIDAD CAPACIDAD (T.R.) CONSUMO (Watts) ARREGLO , , , , , , , , TORRE DE ENFRIAMIENTO Torre de enfriamiento de circuito cerrado marca BAC Baltimore Aircoil, modelo FXV442- MM, con capacidad para enfriar 225 GPM de 87 F a 73 F, con temperatura exterior de bulbo húmedo de 62.6 F, equipada con los componentes y accesorios que se indican a continuación: dos ventiladores axilares conectados por transmisión de poleas y bandas V a motor eléctrico de alta eficiencia a prueba de agua de 7.5 HP (220/3/60). intercambiador de calor con serpentines de fierro galvanizado. bomba centrifuga directamente acoplada con motor de 3 HP (220/3/60). rejilla de protección para las partes móviles del ventilador. base estructural fabricada de lamina galvanizada. deposito fabricado con lamina galvanizada. flotador y conexión para drenaje y rebosadero. 2.8 VENTILADORES CENTRIFUGOS TIPO VENT-SET Ventiladores centrífugos tipo Vent-Set, marca SOLER & PALAU con impulsor de aspas adelantadas y acoplado a motor eléctrico por transmisión de poleas y bandas V, cuyas características de operación se muestran en la tabla anexa. Todas las unidades deberán suministrarse con bases antivibratorias a base de tacones de neopreno, gabinete de lamina para protección del motor contra la intemperie y rejilla de protección contra insectos a la descarga, de los siguientes modelos: DESCRIPCION DEL PROYECTO 45

45 CLAVE MODELO VOL. AIRE (PCM) P.ESTATICA (pulg. Agua) MOTOR (H.P.) VEA CM-60 2, Nota: Motor operando a 220 Volts-3 fases-60 ciclos. RPM 2.9 UNIDAD DE VENTILACION (Una) Unidad para inyección de aire exterior filtrado mca. TRANE, línea LPC, fabricada con gabinete de lámina tipo pared sencilla con recubrimiento de pintura epoxica anticorrosiva y protección contra lluvia a la entrada de aire a la unidad con los siguientes elementos: sección de ventilación tipo FC conectado por transmisión de poleas y bandas V a motor de alta eficiencia y base antivibratoria de resortes. sección para la instalación de filtros desechables (30 % eficiencia) con arreglo angular. CLAVE BAC 1, 2 y 3 TAMAÑO 2 x 2 ½ x 9 VOL. AIRE (PCM) P.ESTATICA (pulg. Agua) MOTOR (H.P.) RPM ,750 DESCRIPCION DEL PROYECTO 46

46 CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO DESARROLLO DEL PROYECTO 47

47 La automatización del sistema de aire acondicionado requiere lo siguiente: Dado que es más fácil mantener un espacio acondicionado cuando este ha sido previamente enfriado, todas las áreas serán enfriadas media hora antes de que el personal ingrese a laborar, a una temperatura de aproximadamente 22º C. Se colocaran paneles HMI en lugares estratégicos, para que los usuarios del inmueble puedan programar la temperatura a la que deseen estar. Por medio de sensores de movimiento, el PLC identificara cuales son las áreas que no están en uso. Dada la disposición y distribución de los ductos de los equipos, el PLC accionará las persianas para direccional el aire hacia los lugares en uso, para que el tiempo de reducción de temperatura sea el mínimo posible. La cantidad de agua de enfriamiento hacia las unidades de confort, será regulada al variar la velocidad de las bombas de alimentación de agua de condensación. Para encausar el fluido, se pondrán electroválvulas a la entrada de cada unidad de confort para bloquear el paso del agua a través de las mismas. El sistema también controlará la inyección y extracción de aire del inmueble. Con el fin de mantener todo el edificio ventilado el PLC solo controlará el arranque y paro de estos equipos, ya que estos trabajaran a su capacidad nominal. El sistema de automatización que será implementado es un PLC de la marca SIEMENS modelo S7 200 con CPU 226, que se conectará al área de ingeniería que se encuentra en un edificio anexo, por medio de una red PROFIBUS para monitoreo del sistema; del cual a continuación se describen su modo de instalación, así como de cada uno de los accesorios que serán implementados para la automatización. 3.1 CPU S7-200 La CPU S7-200 incorpora en una carcasa compacta un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y de salida que conforman un potente Micro-PLC. Tras haber cargado el programa en el S7-200, éste contendrá la lógica necesaria para observar y controlar los aparatos de entrada y salida de la aplicación. DESARROLLO DEL PROYECTO 48

48 Conectar el S7-200 AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Es muy fácil conectar el S En el presente ejemplo, basta con conectar la alimentación dels7-200 y utilizar el cable de comunicación para unir la unidad de programación y el S Conectar la alimentación del S7-200 Primero que todo es preciso conectar el S7-200 a una fuente de alimentación. La siguente figura muestra el cableado de una CPU S7-200 con alimentación c.c. (corriente continua) o c.a. (corriente alterna). Antes de montar o desmontar cualquier aparato eléctrico, vigile que se haya desconectado la alimentación del mismo. Respete siempre las medidas de seguridad necesarias y verifique que la alimentación eléctrica del S7-200 se haya desconectado antes del montaje. Alimentación Las CPUs S7-200 tienen integrada una fuente de alimentación capaz de abastecer la CPU, los módulos de ampliación y otras cargas que precisen 24 V c.c. La CPU S7-200 suministra la corriente continua de 5 V necesaria para los módulos de ampliación del sistema. Preste especial atención a la configuración del sistema para garantizar que la CPU pueda suministrar la corriente de 5V necesaria para los módulos de ampliación seleccionados. Si la configuración requiere más corriente de la que puede suministrar la CPU, deberá retirar un módulo o seleccionar una CPU de mayor capacidad. Todas las CPUs S7-200 aportan también una alimentación para sensores de 24 V c.c. que puede suministrar corriente de 24 V c.c. a las entradas y a las bobinas de relés de los módulos de ampliación, así como a otros equipos. Si los requisitos de corriente exceden la capacidad de la alimentación para sensores, será preciso agregar una fuente de alimentación externa de 24 V c.c. al sistema. DESARROLLO DEL PROYECTO 49

49 Si se precisa una fuente de alimentación externa de 24 V c.c., vigile que ésta no se conecte en paralelo con la alimentación para sensores de la CPU S Para aumentar la protección contra interferencias, se recomienda conectar los cables neutros (M) de las distintas fuentes de alimentación. 3.2 REGLAS DE PUESTA A TIERRA Y CABLEADO Reglas de puesta a tierra del S7-200 La mejor forma de poner a tierra la aplicación es garantizar que todos los conductores neutros y de masa del S7-200 y de los equipos conectados se pongan a tierra en un mismo punto. Este punto se debería conectar directamente a la toma de tierra del sistema. Para incrementar la protección contra interferencias es recomendable que todos los conductores de retorno c.c. neutros se conecten a un mismo punto de puesta a tierra. Conecte a tierra el conductor neutro (M) de la alimentación para sensores de 24 V c.c. Todos los cables de puesta a tierra deberían tener la menor longitud posible y una sección grande, p. ej. 2 mm 2 (14 AWG). Al definir físicamente las tierras es necesario considerar los requisitos de puesta a tierra de protección y el funcionamiento correcto de los aparatos protectores. Reglas de cableado del S7-200 Al diseñar el cableado del sistema de automatización S7-200, incorpore un interruptor unipolar para cortar simultáneamente la alimentación de la CPU S7-200, de todos los circuitos de entrada y de todos los circuitos de salida. Prevea dispositivos de protección contra sobreintensidad (por ejemplo, fusibles o cortacircuitos) para limitar las corrientes excesivas en el cableado de alimentación. Para mayor protección es posible instalar un fusible u otro limitador de sobreintensidad en todos los circuitos de salida. Instale dispositivos de supresión de sobretensiones apropiados en el cableado susceptible de recibir sobretensiones causadas por rayos. Evite colocar los conductores de señalización y los cables de comunicación en una misma canalización junto con los cables de corriente c.a. y los cables c.c. de alta tensión y de conmutación rápida. El cableado deberá efectuarse por pares; con el cable de neutro o común combinado con el cable de fase o de señal. Utilice el cable más corto posible y vigile que tenga una sección suficiente para conducir la corriente necesaria. El conector acepta cables con sección de 2 mm 2 a 0,30 mm 2 (14 AWG a 22 AWG). Utilice cables apantallados para obtener el mayor nivel de inmunidad a interferencias. Por lo general, se obtienen los mejores resultados si la pantalla se pone a tierra en el S DESARROLLO DEL PROYECTO 50

50 Al cablear circuitos de entrada alimentados por una fuente externa, prevea dispositivos de protección contra sobreintensidad en esos circuitos. La protección externa no se requiere en los circuitos alimentados por la alimentación para sensores de 24 V c.c. del S7-200, puesto que la alimentación para sensores ya está protegida contra sobreintensidad. La mayoría de los módulos S7-200 disponen de bloques de terminales extraíbles para el cableado de usuario. Para evitar conexiones flojas, vigile que el bloque de terminales esté encajado correctamente y que el cable esté instalado de forma segura. No apriete excesivamente los tornillos para evitar que se deteriore el bloque de terminales. El par máximo de apriete de los tornillos del bloque de terminales es de 0,56 N-m. El S7-200 incluye aislamientos en ciertos puntos para prevenir la circulación de corrientes indeseadas en la instalación. Tenga en cuenta estos elementos de aislamiento al planificar el cableado del sistema de automatización. Los aislamientos con valores nominales inferiores a V c.a. no deberán tomarse para definir barreras de seguridad. 3.3 ACCESORIOS Para que los usuarios puedan programar la temperatura ala que deseen estar, se seguirán utilizando los termostatos electrónicos que ya han sido instalados, puesto que los usuarios ya están familiarizados con el funcionamiento de estas interfaces hombre-máquina (HMI) y además dichas HMI tiene la capacidad de poder conectarse al PLC, dado que estas comparan la temperatura deseada con la temperatura real del entorno, y según sea el caso emiten una señal que indica que se requiere enfriar o calentar el espacio, dichas señales de salida son de 24 Vcc. Los termostatos electrónicos que se encuentran instalados son de la marca Honeywell modelo T7200. De acuerdo a la distribución en los planos y puesto que cada HMI genera 2 señales de entrada hacia el PLC, la instalación de estos aparatos generará 120 entradas en nuestro PLC. Para controlar el flujo de aire hacia los diferentes espacios a acondicionar, se instalaran compuertas tipo persiana accionada ala salida de cada ramificación, las cuales serán accionadas por medio de servo-tubos de la marca Copley Controls modelo STA11 (ver Fig Suiguiente), estos estarán conectados a las salidas del PLC, el cual se encargará de controlar el avance o retroceso de los mismos. DESARROLLO DEL PROYECTO 51

51 Este tipo de actuadores son fáciles de instalar y están disponibles en diferentes tamaños lo que los hace factibles para nuestra aplicación y sus especificaciones se muestran a continuación. Los actuadores serán instalados de tal manera que puedan accionar las articulaciones de las compuertas tipo persiana como las que se muestran en la siguiente imagen. Y dada que este tipo de actuadotes necesita 2 señales de salida, una para el avance y otra par el retroceso, necesitaremos 94 salidas hacia las compuertas tipo persiana. Para los equipos de confort que va a alimentar a dos o más espacios que son independientes unos de otros, se utilizaran sensores de movimiento para que el PLC pueda seleccionar los espacios que se encuentran en uso y dirigir el flujo de aire hacia ellos, para esta función se utilizaran sensores de movimiento tipo RK210PR. Detector Infrarrojo COMET de la marca ROKONET que cuenta con las siguientes características. Cobertura de 12 x 12m. Contador de pulsos. Compensación automática de temperatura. Voltaje de operación de 9 a 16 VCD. Consumo de corriente 12mA a 12 V. Temperatura de operación -5 a 50ºC Filtro óptico de protección a la luz blanca Dichos sensores nos generarán 60 entradas más hacia el PLC DESARROLLO DEL PROYECTO 52

52 El sistema cuenta con 30 unidades de confort, cada unidad tiene una válvula de direccionamiento, por medio de la cual se conduce el gas para que enfríe o caliente el evaporador; de igual forma cuentan con una electroválvula con la cual se permite el paso del agua de condensados hacia el condensador de dicha unidad. Por lo que para el accionamiento de todas la unidades de confort se necesitan 3 salidas, para accionar el compresor, accionar la válvula de direccionamiento y accionar la electroválvula; por lo tanto requerimos de 90 salidas para accionamiento de las unidades de confort. Para controlar la cantidad de agua que va hacia las unidades de confort, se utilizarán variadores de frecuencia, para así controlar la velocidad de las bombas por medio de las salidas analógicas del PLC. Para este fin utilizaremos el modelo MICROMASTER MM4 de la marca SIEMENS, pues es compatible con el PLC de dicha marca. De igual forma usaremos el mismo tipo de variador para controlar el flujo del aire de inyección y de extracción, así como la bomba de la torre de enfriamiento. Para fines prácticos y puesto que instalar un solo PLC requeriría de mucho cableado, en cada piso se instalará un PLC S7 200 con los módulos de ampliación necesarios para cubrir las necesidades de cada piso. Las conexiones de las entradas y salidas hacia el PLC y los módulos de ampliación, se muestran en los anexos B y C. De acuerdo alas necesidades en el sótano se instalará un S7 200 con CPU 222, el cual cuenta con 8 entradas y 6 salidas digitales; se instalara un módulo de ampliación 223 1BH22, el cual cuenta con 8 entradas y 8salidas digitales; junto con un módulo de ampliación 223 1BL22, el cual cuenta con 16 entradas y 16 salidas digitales, dando un total de 32 salidas y 30 entradas disponibles para nuestra aplicación. Para el tercer piso se instalará un S7 200 con CPU 226 el cual cuenta con 24 entradas y 16 salidas digitales; así también se instalarán 4 módulos de ampliación 223 1BL22, lo que da 88 entradas y 80 salidas digitales para el tercer piso. Para el cuarto piso se instalará un S7 200 con CPU 226, 3 módulos de ampliación 223 1BL22; 2 módulos de ampliación 222 1BF22 que cuentan con 8 salidas digitales cada uno, dándonos 72 entradas y 80 salidas digitales para el cuarto piso. El los planos que se presentan a continuación, se observa la distribución de cada una de las unidades de confort, así como de los ductos de ventilación y la distribución de los difusores de aire. Seguido de cada uno de los planos de distribución se presenta el diagrama de control correspondiente a cada nivel, así como el programa que será cargado al PLC para el funcionamiento del sistema. En los planos y en los diagramas de control, tanto sensores como actuadores y unidades de confort se encuentran indicados por códigos de letras y números, e los cules se da la explicación a continuación: Para las unidades de confort se utilizan dos letras y cinco números. Las letras indican Unidad de Confort (UC), los primeros dos dígitos hacen referencia al número que se le ha asignado a cada unidad de confort (01 30) y los últimos tres dígitos hacen referencia al modelo de la unidad de confort de tipo GEHA (060,042,036,030,024,018), por lo que para la unidad de confort número 01 que corresponde al modelo GEHA060, su código es UC DESARROLLO DEL PROYECTO 53

53 Cada una de las unidades de confort cuenta con al menos un Sensor de Movimiento, para identificar si el área se encuentra en uso. Para cada sensor se le ha asignado dos dígitos para la identificación de este con respecto a cada una de las unidades de confort y dos dígitos más para identificar a que número de unidad de confort pertenece. Aunque dichos sensores no se encuentran localizados en los planos, es necesario identificarlos para fines de programación. el código que se ha signado a los sensores, por ejemplo para identificar al sensor número tres que esta conectado ala unidad de confort número ocho, es: SM0308. Para las electroválvulas que se encuentran en cada una de las unidades de confort, para permitir el paso de agua de condensados, el código que hace referencia a las mismas, solo es E para indicar que es una electro válvula y UC para indicar que pertenece ala unidad de confort que esta identificada con el número correspondiente a los dos últimos dígitos, por ejemplo: EUC15. De igual forma, para las válvulas de direccionamiento, que permitirán que la unidad de confort funcione como bomba de calor, el código es similar al de las electroválvulas solo que en vez de utilizar la E se utiliza VD para hacer referencia de que se trata de una válvula de direccionamiento. Para dirigir el flujo de aire hacia algunos espacios, se han instalado compuertas tipo persiana o de aletas para permitir o restringir el paso de aire hacia ciertos difusores, dichas compuertas se encuentran indicadas como se indican los sensores, cambiando los caracteres SM por CP haciendo referencia de que se trata de una Compuerta tipo Persiana. En los diagramas de control las salidas accionan bobinas que están indicadas de manera similar a las compuertas tipo persiana, solo que precedidas por una letra A o una letra R, esto es para hacer referencia que el actuador que se encuentra conectado a dicha compuerta, Avanza o Retrocede. Al avanzar el actuador, abre la compuerta permitiendo el paso de aire a través de la misma; el retroceder, cierra la compuerta obstruyendo el paso de aire hacia el difusor correspondiente. DESARROLLO DEL PROYECTO 54

54

55 3.5 Diagrama de control para el Sótano. AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO DIAGRAMA DE CONTROL SOTANO 56

56 DIAGRAMA DE CONTROL SOTANO 57

57 DIAGRAMA DE CONTROL SOTANO 58

58 DIAGRAMA DE CONTROL SOTANO 59

59 DIAGRAMA DE CONTROL SOTANO 60

60 3.6 Diagrama de escalera para el PLC S7 200, CPU 222 ubicado en el Sótano. DIAGRAMA DE ESCALERA SOTANO 61

61 DIAGRAMA DE ESCALERA SOTANO 62

62

63 3.8 Diagrama de control para el Tercer Piso AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 64

64 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 65

65 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 66

66 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 67

67 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 68

68 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 69

69 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 70

70 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 71

71 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 72

72 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 73

73 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 74

74 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 75

75 DIAGRAMA DE CONTROL TERCER PISO 76

76 3.9 Diagrama de escalera para el PLC S7 200, CPU 226 ubicado en el Tercer Piso. DIAGRAMA DE ESCALERA TERCER PISO 77

77 DIAGRAMA DE ESCALERA TERCER PISO 78

78 DIAGRAMA DE ESCALERA TERCER PISO 79

79

80 3.11 Diagrama de control para el Cuarto Piso. AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 81

81 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 82

82 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 83

83 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 84

84 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 85

85 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 86

86 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 87

87 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 88

88 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 89

89 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 90

90 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 91

91 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 92

92 DIAGRAMA DE CONTROL CUARTO PISO 93

93 3.12 Diagrama de escalera par el PLC S7 200, CPU 226 ubicado en el Cuarto Piso. DIAGRAMA DE ESCALERA CUARTO PISO 94

94 DIAGRAMA DE ESCALERA CUARTO PISO 95

95 DIAGRAMA DE ESCALERA CUARTO PISO 96

96 CAPITULO IV ANÁLISIS ECONÓMICO ANALISIS ECONOMICO 97

97 La implementación de un proyecto siempre requiere de una inversión monetaria, y en casos como este, para que el cliente adopte la implementación de un sistema de automatización, debe conocer el costo de adquisición que este genera, así como el ahorro que se obtendrá con respecto al consumo de energía y el tiempo en el que dicho gasto es amortizado. Para probar que la implementación de un sistema de automatización es redituable, haremos una comparación del consumo de energía de los equipos que se encuentran actualmente instalados, en términos de costo por cada Watt de consumo en conjunto con su modo de operación. De los treinta equipos que se encuentran instalados, no todos son de la misma capacidad en cuanto a toneladas de refrigeración se refiere, por lo que cada unidad de confort genera cierto consumo de energía: MODELO CANTIDAD CONSUMO TOTAL GEHA ,550 W/h 68,250 W/h GEHA ,190 W/h 9,570 W/h GEHA ,650 W/h 5,300 W/h GEHA ,140 W/h 10,700 W/h GEHA ,835 W/h 5,505 W/h GEHA ,335 W/h 2,670 W/h TOTAL ,995 W/h Como lo muestra la tabla anterior, la capacidad instalada de los treinta equipos es de kw/h. La programación de funcionamiento que actualmente tienen dichos equipos, es la de funcionar de las 6:00 horas a las 19:00 horas, sin interrupciones. Esto genera un consumo 13 horas por día. La semana laboral del personal es de cinco días y el año laboral de dicha institución es de 50 semanas: HORA DIA SEMANA AÑO kw 1, kw 6, kw 331, kw De acuerdo a la información que se puede encontrar en el portal digital de la Comisión Federal de Electricidad, la media del costo de kilowatt por hora es de aproximadamente de $1.02 pesos para servicio de media y baja tensión, por lo que el gasto que genera el consumo de la potencia instalada de los equipos es: HORA DIA SEMANA AÑO $ $1, $6, $338, El tiempo de enfriamiento o calentamiento inicial del inmueble es de 30 minutos como máximo de acuerdo al clima exterior, el personal ingresa a laborar a las 7:00 horas cuestión que genera un gasto de energía durante 30 minutos, si tomamos en cuenta que el personal toma una hora de descanso para salir a comer y que el mayor número del personal se retira del inmueble a partir de las 17:30 horas, en promedio los equipos desperdician energía por alrededor de 2.5 horas. ANALISIS ECONOMICO 98

98 Talvez estas dos horas y media no sean relevantes por día, pero si lo consideramos a largo plazo, nos daremos cuenta del gran derroche económico que este periodo de tiempo genera: PERIODO DIA SEMANA AÑO HORAS COSTO $ $1, $65, Como podemos ver, es considerable la derrama económica innecesaria que el funcionamiento de los equipos durante todo el día. El sistema de automatización requiere que se instalen ciertos accesorios para el funcionamiento del sistema de automatización. Cada accesorio tiene un costo dentro del mercado, así como la mano de obra necesaria para la instalación de los accesorios y las ganancias que una compañía comúnmente espera recibir por la venta de dicho servicio, sin olvidar los ejercicios fiscales que un servicio de este tipo genera. Nuestro sistema de automatización requiere de instalar un PLC S7 200 con CPU 222 y dos con CPU 226, así como de sus respectivos módulos de ampliación para poder cubrir las entradas y salidas que se necesitan para los accesorios. Dichos PLCs y módulos de apliación tienen un costo: EQUIPO UNIDADES COSTO TOTAL CPU $ 2, $ 2, CPU $ 5, $ 10, MA 222-1BF22 2 $ 1, $ 2, MA 223-1BH22 1 $ 2, $ 2, MA 223-1BL22 8 $ 2, $ 22,968.0 SUBTOTAL $ 41, IVA $ 6, TOTAL $ 47, Ahora bien, como ya se menciono anteriormente, necesitamos instalar sesenta sensores de movimiento, treinta electroválvulas para controlar el paso de agua de condensados, cuarenta y siete compuertas tipo persiana y por ende cuarenta y siete servotubos para controlar la apertura y cierre de dichas compuertas. ACCESORIO UNIDADES COSTO TOTAL SENSOR 60 $ $11, ELECTROVALVULA 30 $ $12, COMPUERTA 47 $ $32, SERVOTUBO 47 $2, $131, SUBTOTAL $188, IVA $28, TOTAL $217, ANALISIS ECONOMICO 99

99 Para cubrir el costo de la mano de obra que se requiere para instalar los accesorios para la automatización, ciertas compañías generalmente aumentan cierto porcentaje con respecto al costo total de los equipos y accesorios, a esto le añaden un porcentaje más para cubrir los consumibles extras que se puedan generar durante la instalación junto con el porcentaje que equivale a la utilidad que dicha compañía espera obtener con la venta de dicho servicio y finalmente el ejercicio fiscal que dicho servicio genera, que en este caso es el impuesto al valor agregado IVA. CONCEPTO PORCENTAJE COSTO EQUIPOS A INSTALAR $ 265, MANO DE OBRA 7 % $ 18, CONSUMIBLES 5 % $ 13, UTILIDAD 10 % $ 26, SUBTOTAL $ IVA 15 % $ 48, TOTAL $ 371, Con la implementación del sistema de automatización, el consumo de energía se vera reducido en un treinta y cinco por ciento con respecto a las horas útiles de trabajo, que en este caso serian 10.5 horas diarias, cantidad de se convierte en horas de ahorro por día. El ahorro de energía por hora se ve reflejado directamente en el gasto económico que se realiza por hora. PERIODO DIA SEMANA AÑO HORAS COSTO $ $1, $95, Si al ahorro que genera el incremento de la eficiencia durante las horas útiles, le sumamos el gasto de las horas que el personal se encuentra fuera del edificio, puesto que al implementar el sistema de automatización estas horas se convierten en ahorro de energía y por ende el gasto económico también se convierte en ahorro. Ahorro anual por: EFICIENCIA HORAS INHABILES TOTAL $95, $65, $160, Ya que hemos obtenido el ahorro económico anual que genera la implementación de nuestro sistema de automatización, podemos obtener el tiempo de amortización de dicho proyecto, al dividir el costo del mismo entre la cantidad que se ha de ahorrar anualmente con el mismo. AÑOS = $371, $160, = meses Con lo expuesto anteriormente, queda demostrado que automatizar un sistema de aire acondicionado con las características del aquí presentado, es redituable en periodos de mediano plazo. ANALISIS ECONOMICO 100

100 CONCLUSIONES Al realizar este trabajo de tesina, nos dimos cuenta de los aspectos a considerar en la realización de un proyecto. La automatización pude parecer sencilla cuando se trata de ejercicios realizados dentro de un aula de aprendizaje, claro que es sencilla pero la implementación de la misma te hace ver todos lodos los aspectos a considerar para poder llevarla acabo, incluso asta el más insignificante detalle puede hacer que la automatización de un sistema se torne extremadamente sencillo, o todo lo contrario y requiera de un razonamiento mas minucioso para poder conjuntar todos los elementos implicados en dicho proyecto. Un sistema de automatización, puede complicado ya que se debe de plantear un método en el cual sean considerados todos los aspectos generales de funcionamiento de los equipos, así como la función que deben de desempeñar cada uno de los diversos sensores y actuadores; tendiendo en cuenta al programar, el funcionamiento lógico del programa y los inconvenientes que pueda generar el accionamiento no deseado de algún sensor que pueda provocar la activación incorrecta de cierto actuador. Después de la comparación en el análisis económico, nos damos cuenta que a pesar del costo que puede presentar la implementación de un sistema de automatización, este llega a ser redituable después de un periodo de mediano plazo, esto si lo consideramos desde el punto de vista económico. Pero dadas las circunstancias que se presentan hoy en día, cuando el uso desproporcionado de la energía contribuye al sobrecalentamiento global, es menester de todos los que habitamos este planeta, contribuir al ahorro de energía y con este trabajo queda demostrado que con el simple hecho de tratar de reducir el gasto que generan algunos equipos, podemos incluso colaborar con el cuidado del medio ambiente. Después de todo lo dicho anteriormente, el beneficio que hemos obtenido al realizar este proyecto, nos ha ayudado a entender lo siguiente: La implementación de un sistema de automatización, pude hacer mas eficiente el funcionamiento de un proceso o sistema de producción, reduciendo los tiempos de ejecución y los costos de los mismos; también podemos decir que la automatización pone a prueba la capacidad que tenemos para resolver problemas, así como para entender la lógica que se requiere tener para el correcto funcionamiento de un proceso o de un sistema de producción. CONCLUSIONES 101

101 ANEXOS DESARROLLO DEL PROYECTO 102

102 Áreas de memoria y funciones de las CPUs S7 200 AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO ANEXOS 103

103 Rangos de operandos de las CPUs S7 200 AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO ANEXOS 104

104 Números de referencia de las CPUs AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Datos técnicos generales de las CPUs ANEXOS 105

105 Datos técnicos de las CPUs AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO ANEXOS 106

106 Datos de las entradas digitales de las CPUs AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO ANEXOS 107

107 Datos de las salidas digitales de las CPUs AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Diagramas de cableado ANEXOS 108

108 Entradas y salidas de las CPUs AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO ANEXOS 109

109 Números de referencia de los módulos de ampliación digitales Datos técnicos generales de los módulos de ampliación digitales ANEXOS 110

110 Datos de las entradas de los módulos de ampliación digitales Diagrama de cableado ANEXOS 111

111 Datos de las salidas de los módulos de ampliación digitales ANEXOS 112