Rack de Bombas. (Sistema de Enfriamiento)

El Rack de Bombas es el encargado del funcionamiento del Sistema de Enfriamiento. Para nuestro Sistema de Enfriamiento es necesario tener un control y monitoreo de la temperatura, esto lo hacemos mediante sensores distribuidos en diferentes puntos clave del sistema, también tenemos señales que manda el Transmisor y señales desde el Rack hacia el transmisor. Como sabemos en un sistema de enfriamiento lo más importante es mantener el líquido a una temperatura óptima para poder enfriar la etapa de potencia del transmisor (amplificadores y fuentes de poder). El liquido que circula para enfriar es un mezcla especial compuesto del 40% Glycol y 60% Agua destilada.

Nota Sobre: Relevador, Contactor, Breaker y Switch. Como podemos observar para cada relevador esta asociado una acción en 1 o varios contactos, esto quiere decir que si se energiza el relevador cambiara el estado de los contactores asociado en este relevador. Los sensores son los encargados del monitoreo optimo del Rack, al cambiar el estado de algún sensor activara a un relevador que cambiara el estado de los contactores en el relevador. Los contactores también están situados para cerrar algún circuito e indicar mediante un indicador visual (foco) la operación del Rack. Lo switch también están asociados a contactores, pero debemos tener en cuenta que los switch solo son operados por el personal. Los breakers son operados por el personal y también tienen asociados contactores, el estado de los breakers puede cambiar al momento de protegerse (se abre) y cambiara el estado a los contactores. El estado de los contactores puede ser normalmente abierto (N.A.) o normalmente cerrado (N.C.).

Lógica cableada. Ahora veamos que en nuestro rack de bombas se usa la logia cableada que consiste en: Todo circuito eléctrico o electrónico que exige el montaje de distintos módulos unidos (cableados) entre sí, para realizar un determinado proceso o secuencia lógica, que por lo general servirá para controlar un sistema de potencia. Este tipo de sistemas es empleado normalmente en el diseño de automatismos. A diferencia de los sistemas programados, la estructura de un sistema cableado suele ser rígida y por lo tanto difícilmente modificable.

Estados OFF y ON.

Desde un punto de vista teórico la lógica cableada opera de igual forma que la lógica tradicional, donde las variables solamente pueden tener dos estados posibles, “verdadero” o “falso”.

En la lógica cableada “verdadero” es igual a un relé energizado o en ON, en el caso de los contactos el estado “verdadero” es el contacto CERRADO.

En la lógica cableada un “falso” es igual a un relé desenergizado o en OFF, para los contactos el estado “falso” es el contacto ABIERTO.

Figura 1.1 Esquemas de conexión y esquemas de principio.

Los relés y otros elementos empleados en la técnica de comando y control, pueden ser dibujados con sus bornes de conexión tal cual son físicamente, y luego conectar con conductores los distintos bornes, conformando lo que se denomina un “esquema de conexión” figura 1.2a. El esquema de conexión debe dar los datos constructivos y la ubicación de cada elemento, pero no es la mejor forma de representar un circuito a la hora de comprender y visualizar su funcionamiento, como si lo es, el esquema de principio como se observa en la siguiente figura 1.2b.

Fig. 1.2a Fig. 1.2b

Identificación del cableado y borneras.

Para que un circuito de lógica cableada pueda funcionar correctamente, es primordial contar previamente con el dibujo del mismo, donde se identifican todos los cables y borneras de conexión, para luego realizar el montaje y revisar el correcto cableado de todos los elementos. Para que esto último sea posible es necesario colocar identificadores o marcadores alfanuméricos en todos los cables y bornes. Existen distintos criterios para realizar la identificación de los cables, teniendo cada una de ellas sus ventajas y desventajas. Básicamente se pueden identificar los cables según los números de borneras o regletas de conexión, o de acuerdo a una numeración arbitraria especificado en los planos o dibujos.

Fig.1.3

Montajes.

El montaje de la lógica cableada se realiza en gabinetes o armarios, donde sobre un fondo muerto o sobre rieles verticales, conocidos como rack en inglés, se atornillan en forma horizontal los llamados rieles asimétricos y simétricos, donde se instalan los relés, fuentes de alimentación, elementos de potencia como los contactores, y protección como porta-fusibles o llaves termo-magnéticas. Los rieles más económicos son de chapa galvanizada, los de mejor calidad son de acero con una protección superficial de cadmio.

Bornera Frontera.

Los cables de mando que van del gabinete de la lógica cableada a la planta o al campo, son cables armados, rígidos debido al fleje de protección mecánica y/o a una pantalla de cobre o aluminio, la cual es aterrizada en ambos extremos. Esa rigidez impide realizar el cableado directamente hasta los bornes de los relés de la lógica cableada. Para resolver este problema se utilizan borneras frontera, donde llegan los cables armados desde la planta y salen hacia el interior del gabinete cables mono-polares y flexibles, cables de mando o de potencia. Para el ingreso de los cables al gabinete se emplean los llamados pasa cables o prensaestopas, que impiden la entrada de insectos, polvo y humedad al gabinete.

Relés.

En la lógica cableada, la mención de “relé” comprende diversos equipamientos eléctricos y electrónicos, de distinta tecnología y función. Todos estos equipos, aparatos o instrumentos, son considerados como “relés” en la medida de que cuenten con contactos eléctricos NA o NC de salida, y realicen una función particular de Lógica Cableada. Las entradas pueden ser bobinas, circuitos de medida de tensión, corriente, temperatura, nivel, accionamientos físicos y manuales, comandos remotos, por cable o por radiofrecuencia.

Así por ejemplo, un relé puede ser un control de nivel o temperatura, un relé electromecánico, un contactor con contactos auxiliares, un relé de sub o sobre tensión, un relé de protección y decenas de otras funciones, que distintos fabricantes de equipamiento industrial catalogan como “relés”.

Fig. 1.4

Elementos de mando.

Los elementos de mando básicos en lógica cableada son los siguientes;

Fig. 1.5

Contactos NA y NC Los contactos eléctricos de los relés pueden ser contactos normalmente abiertos NA, o normalmente cerrados NC. En los esquemas de conexión y de principio siempre se dibuja el contacto en su posición de reposo, con la bobina del relé desenergizado o en OFF. El contacto NC se dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto. Los relés se dibujan sin energizar.

Funciones de Temporización.

Existen relés temporizados de varios tipos, pero tres funciones básicas son; la temporización al cierre, temporización a la apertura y la emisión de un pulso temporizado al cierre. En los dos últimos casos el relé temporizado deber alimentarse desde una conexión independiente a la de la bobina. Los contactos temporizados se representan mediante un paraguas que se opone al movimiento.

Mando Manual y Automático.

En todo automatismo siempre es conveniente contar con la posibilidad de elegir entre un comando manual por pulsadores, y un comando automático por nivel, presión, temperatura, etc. La selección se realiza por llaves selectoras manual/automático. Por razones de seguridad de las personas y equipos, siempre se deja fuera de la selección el mano de parada manual y automática, por ejemplo por nivel bajo, a los efectos de prevenir que una bomba quede succionando en vació y se dañe.

Señalización.

La señalización comprende la indicación de los estados de marcha, parada, falla o defectos, posición de interruptores abiertos o cerrados. Para lo cual se emplea luminosos con lámpara incandescente o con led. La lámpara en energizada mediante contactos auxiliares de contactores e interruptores, o con relés que copian la posición de los mismos. En autómatas de relés de gran tamaño, la polaridad empleada para la señalización es independiente de la polaridad de mando, ya que un cortocircuito en un luminoso no debería dejar fuera de servicio el autómata.

Flujo del líquido de enfriamiento. Al estar en funcionamiento el sistema de enfriamiento el liquido caliente sale del transmisor y se dirige a el Rack de bombas en donde una válvula de 3 vías permite o no el paso hacia el intercambiador de calor dependiendo de que tan caliente este el liquido (La válvula de 3 vías es controlada por un sensor de temperatura). La válvula de 3 vías decide si el líquido es mandado al intercambiador de calor para enfriarse, en caso de que no sea necesario enfriarse será dirigido una vez más al transmisor

Fig. 2.1

Elementos que componen el Rack. QS1 Switch de alimentación principal. Este switch es para apagar completamente el rack sin importar si esta en modo automático o manual.

Fig. 3.1 S2 Switch. para seleccionar manual o automático. Con este switch seleccionamos el modo de trabajo del rack ya sea en modo automático o manual.

- Manual: La bomba trabaja independientemente de la señal de encendido del transmisor

- Automático: En este modo la bomba será encendida solo si el transmisor manda la señal de encendido al K4 (cuando k4 es energizado activara la bomba).

Fig. 3.2 Q1, Q2, Q3. Breaker/switch. (Telemecanique GV2ME08 2.5 - 4 A) Estos swith/Breker son elementos de protección y condición de encendido de: la bomba (Q1), ventilador1 (Q2) y ventilador2 (Q3). Fig. 3.3

Q11, Q6, Q7, Q8. Breaker/switch. (MerlinGern) Q11.- No tiene ninguna conexión a su salida. Q6.- Protección para el primario del transformador. Q7.- Protección para el voltaje de 24VAC que alimenta a la válvula de 3 vías. Q8.- Protección del voltaje 24VAC que alimentan a algunos elementos del Rack.

Fig. 3.4 F1, F2 fusibles. para la tensión de 24V (sti 10.3 x38 - modelo15646) Fusibles de protección para antes y después de rectificador (Puente de diodos). Especificaciones, aislamiento a 690v, frecuencia de operación 50/60 Hz, temperatura de operación -20 a 60 °C, Pmax 3.5 W.

Fig. 3.5

TR1 Transformador. (Legrand 44233) Este dispositivo se alimenta de una tensión de 2 fases para bajarla a una tensión de 24VAC y 24VCC. Primario: 230-400 V ± 15 V - Secundario: 24-48 V

Fig. 3.5 KM1, KM2, KM3 Relés y Contactores. (Telemecanique relevador LCD1D09 y tiene montado un contactor LADN11). Cada KM se compone de un contactor montado sobre un relevador. LCD1D09.- Capacidad de 2.2Kw en 220 V. Incluye 2 contactos auxiliares (2 abiertos, 2 cerrados) y 3 contactos para cada línea. LADN11.- Se compone de 2 contactos (1 cerrado y 1 abierto)

Fig. 3.6 KT1 Relé temporizado. (Telemecanique RHR 418B) Trabaja a 24VDC o 24VAC a 50/60Hz. Se compone de 4 contactos que tienen la opción de ser cerrado o abierto. Dispositivo cuenta con alimentación fija para abrir o cerrar un contacto durante un tiempo determinado después de que fue des energizado o se abrió su lazo de alimentación. Fig. 3.6

K4 Relevador con contactos. Dispositivo que se energiza/activa por medio de una señal que bien del transmisor A1, A2 (seña condición de encendido para el rack).

Fig. 3.7 K1, K2, K11, K12, K21, K31, K22 y K23. Relevadores (telemecanique rxn41g12b7). Trabaja en 24V a 50/60Hz, cuenta con un led indicador, contiene 4 contactos con opción a que sean cerrados o abiertos. Dispositivos de propósito general en el rack de bombas, es en donde se dan condiciones de encendido de la bomba y ventiladores accionados por los sensores y/o switches. Fig. 3.8

Esquemático

Sensores. Sensores que se encuentran en el Rack son los siguientes: Sensor de temperatura. (Siemens RAK-TW 1…H) Trabaja de 15 a 95°C, cuenta con un contacto opción a que sea cerrado o abierto. Este sensor lo encontramos abrazado en la tubería que esta el liquido enfriado después de la bomba y esta calibrado a 15°C aproximadamente para lo cual apagaría el ventilador1 dependiendo de la temperatura que sale del Rack hacia el transmisor.

Fig. 4.1 Sensor de presión. (SAGInoMIYA). Rango de -0.6 a 3 Bar y un rango diferencial de 0.5 a 2 Bar. Este sensor se encuentra tomando la presión en la que esta la tubería antes de la bomba, es una condición para que este en funcionamiento la bomba.

Fig. 4.2

Sensor de Flujo. (Georg Asher SK 300) Mide el flujo que va dirigido al transmisor. Es una condición para el apagado o encendido de los 2 ventiladores. K4.- puede ser visto como un sensor ya que para que se active es necesaria una señar que viene del transmisor y carga fantasma. Condición para que arranque el Rack de bombas en modo automático. K1.- Es un relevador que activa a un contacto que es el encargado de mandar una señar al transmisor cuando el Rack de bombas tiene presencia de los 24VAC.

Fig. 4.3

Condiciones para que operen los elementos principales.

(Bomba, ventilador 1 y ventilador 2) Condiciones para que opere la bomba. En modo automático: Switch QS1=ON. Switch Q1=ON (Breaker/protección). Rele K4=ON (Señal de arranque, viene del transmisor y carga fantasma). Sensor de Presión = ON (Presión estable). Nota: KM1 es energizado solo si se cumplen las 4 condiciones anteriores. En modo manual: Switch QS1=ON. Switch Q1=ON (Breaker/protección). Sensor de Presión = ON (Presión estable). Nota: KM1 es energizado solo si se cumplen las 4 condiciones anteriores.

Fig. 5.1

Condiciones para que opere el ventilador 1. En modo automático y manual. Switch QS1=ON (Switch principal). Switch Q2=ON ((Breaker/protección). Sensor de Temperatura = ON (Solo si la temperatura esta por encima del rango seteado). Sensor de Flujo=ON (Flujo estable). Nota: KM2 es energizado solo si se cumplen las 4 condiciones anteriores. Condiciones para que opere el ventilador 2. En modo automático y manual. Switch QS1=ON (Switch principal). Switch Q3=ON ((Breaker/protección). Sensor de Flujo=ON (Flujo estable). Nota: KM3 es energizado solo si se cumplen las 3 condiciones anteriores. Ventilador 1 Ventilador 2

Fig. 5.2

Propuesta para el sensor de temperatura (Encargado de apagar el ventilador 1)

Una de las cosas que nos llamo la atención es de que los 2 ventiladores ubicados en el intercambiador de calor siempre están en funcionamiento no importando la época de invierno que es cuando mas desciende la temperatura ambiente. Esto hace que el ventilador 1 este perdiendo vida ya que se encuentra operando cuando no es necesario, por lo que sugerimos a analizar su funcionamiento. “Los °C de los que se hablaran son basados en la escala del sensor”. Nota: El sensor adquiere la temperatura mediante una abrazadera ubicada en el tubo/tubería (Fig. 6.1). Como el líquido circula constantemente en el transmisor para enfriar la etapa de potencia, la temperatura en la tubería nunca desciende por debajo de los 20°C sin importar que sea invierno. Cabe mencionar que la temperatura ambiente no corresponderá ala temperatura de la tubería en la que circula el liquido ya el liquido sale caliente del transmisor y en invierno el intercambiador de calor no enfriara el liquido a la temperatura ambiente.

Fig. 6.1 Entonces haciendo análisis en el diagrama, en el Rack y en el sensor de temperatura llegamos ala conclusión de que el sensor que apaga al ventilador (1) esta seteado a un nivel muy bajo y por lo tanto este ventilador nunca se apagaría ya que la temperatura que adquiere no baja mas del nivel seteado (Que es aproximadamente 20°C). Por lo tanto lo que queremos hacer es setear el sensor a un nivel más alto como por ejemplo 30°C, aproximadamente la temperatura en la que se apagaría el ventilador (1).

Esto lo haríamos en época de invierno en donde seria mas recomendable para monitorear el encendido y apagado del ventilador (1) y dejarlo seteado a una temperatura optima para su operación. La figura 6.2 nos muestra la operación del ventilador (1) mediante el sensor de temperatura, niveles máximo y mínimo que se puede setear el sensor. El nivel a setear es del que hablamos anteriormente el cual se manipula físicamente en el sensor de temperatura quitando la tapa superior y con un desarmador fijar el nivel deseado para la operación interna del contacto en el sensor que manipulara el encendido o apagado del ventilador (1).

Fig. 6.2

Indicadores

Fig. 7.1 El Rack cuenta en la parte exterior indicadores de falla, funcionamiento y presencia. Los cuales son visuales para el operador. Indicador falla presión: Este indicador nunca encenderá ya que en la terminal X3.4 no tiene ninguna conexión como se puede ver en el diagrama. Aquí vemos el indicador de falla presión el cual es encendido con el contacto del relevador K2 con 24VCC. El relevador K2 nunca se energiza por no tener un lazo cerrado hacia una alimentación de los 24VAC.

Diagrama en escalera Es la representación gráfica el circuito de control de un sistema o proceso mediante el uso simbólico de contactos, relés, etc. Similar a los esquemas de circuitos usados en control convencional. El siguiente diagrama se realizo con un programa llamado constructor el cual simula el funcionamiento de nuestro Rack de bombas y se pueden observar todos los elementos del Rack en este diagrama. A continuación de observa el diagrama principal del Rack de bombas, aquí vemos de manera fácil la conexión física representada en este diagrama en escalera. Serán 3 secciones del diagrama. En primer lugar se muestra la conexión de faces y alimentación de las principales ramas del Rack de bombas.

A continuación se muestra la rama que se alimenta de los 24VAC

Por ultimo la rama que se alimenta de 24VCC Correcciones: