instituto polit ecnico nacional

Instituto Politecnico Nacional

Escuela Superior de Ingenierıa Mecanica y Electrica

Ingenierıa en Control y Automatizacion

Unidad Profesional Adolfo Lopez Mateos Zacatenco

Diseno del tablero de control para la manipulacion de

las variables de temperatura y humedad en una

camara de Secado de madera.

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE INGENIERO EN CONTROL Y

AUTOMATIZACION

P R E S E N T A

Mendoza Vazquez Francisco Javier

ASESORES:

Ing. Edgar Maya Perez

Ing. Luis Godoy Rodrıguez

Mexico D. F. Junio 2012

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTENERELTITlJLO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL DEBERA(N) DESARROLLAR C. FRANCISCO JAVIER MENDOZA V ÁZQUEZ

"DISEÑO DEL TABLERO DE CONTROL PARA LA MANIPULACIÓN DE LAS VARIABLES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN UNA CAMARA DE SECADO DE MADERA"

DISEÑAR UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO PARA EL GOBIERNO DE UNA ESTUFA SECADORA DE MADERA, LA CUAL EN BASE A UN SISTEMA DE SENSORES, AUTOMATICAMENTE CONTROLES LOS

ACTUADORES REQUERIDOS PARA QUE LA MADERA SE ENCUENTRE A CIERTA TEMPERATURA Y HUMEDAD.

>- MARCO TEÓRICO. > PROCESO DE SECADO DE MADERA. >- COTIZACIÓN. > RESULTADOS Y CONCLUSIONES. > BIBLIOGRAFíA

MÉXICO D. F., A 01 DE MARZO DE 2013.

ASESORES

ING. LUIS GODOY RODRÍGUEZ

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~~

::6. (\;~?""rk Oc k~<-"-~.....,'\::::.-',,;,,, DRA.. BLANCA MARGARITA OCH JEF~ DEL DEPARTAMENTO ACAD MIOO DE

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMAEftz~6N

Resumen

Con el paso de los anos el proceso de secado de madera ha sufrido diferentes cambios,

cambios que han llevado al hombre a satisfacer sus necesidades de produccion. Gracias

a esto cambios el usuario final disfruta de un producto de buena calidad y en un menor

tiempo de entrega, ası mismo como el productor ha facilitado su trabajo y ha mejorado

sus tiempos de entrega en gran cantidad.

Es por ello que esta tesis se encarga de realizar el proceso de secado de madera en horno,

bajo las condiciones de un controlador maestro y un esclavo, los cuales dan acciones de

control a los dispositivos finales y tambien brindan al operario la lectura, modificacion,

visualizacion, de los valores en que se encuentran dichos parametros de humedad y tem-

peratura dentro del horno.

Principalmente el control de la velocidad del aire, el control de temperatura tanto en

bulbo seco como en bulbo humedo y el control de humedad relativa dentro del horno.

Hacen capaces las funciones de llevar acabo el secado de madera de una forma rapida y

sencilla, bajo las condiciones de seguridad que se requieren. Con la ayuda de los PLC y

HMI podemos realizar una arquitectura de control, la cual se encargue de hacer el proceso

automaticamente, para prevenir la mano del hombre en cada momento de proceso, de esta

forma cuidamos la seguridad e integridad de este mismo.

v

vi RESUMEN

Abstract

Over the years the wood drying process has undergone several changes, changes that

have led man to meet their production needs. Because of this changes the end user enjoys

a good quality product in less time and delivery itself as the producer has made their

work easier and improved delivery times in large numbers.

That is why this thesis is responsible for conducting the process of wood drying kiln,

under the terms of a master and a slave controller, which give control actions to the end

devices and also provide the operator with the reading, modification, visualization of the

values in which these parameters are temperature and humidity within the oven.

Mainly controlling the air velocity, temperature control bulb both dry and wet bulb and

controlling relative humidity within the oven. They carry out the functions of wood drying

in a fast and simple, under the conditions of security required.

With the help of PLC and HMI can perform a control architecture, which takes charge

of the process automatically, to prevent man-in process each time, so take care of the

security and integrity of this.

vii

viii RESUMEN

Indice General

Resumen V

Resumen V

Abstract VII

Indice de General IX

Indice de Figuras XIII

Indice de Tablas XVII

Objetivo XIX

Justificacion XXI

Introduccion XXIII

0.1. Estado del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

0.2. Planteamiento del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1. Marco Teorico 3

1.1. Tipos de Madera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.1. Duras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.2. Blandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2. Otra clasificacion de la madera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.1. Maderas resinosas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.2. Maderas frondosas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2.3. Maderas exoticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3. Usos de la madera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

ix

x INDICE GENERAL

1.4. Secado de Madera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5. Contenido de Humedad en la Madera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5.1. Rangos de CH en la madera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.6. Metodos de medicion de Humedad en Madera. . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.6.1. Conductividad Electrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.6.2. Constante Electrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.6.3. Higrometro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.7. Calculo de la Humedad Relativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.8. Sensores de Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.8.1. Termometro de vidrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.8.2. Termometro bimetalico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.8.3. Termometro de bulbo y capilar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.8.4. Termometros de resistencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.8.5. Termopares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.8.6. Efecto Seebeck. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.8.7. Tipos de Termopares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.8.8. Codigo de colores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.9. PLC (Controlador Logico Programable). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.9.1. Principio de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.9.2. Tipos de controladores programables. . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.9.3. Estructuras de Software PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.9.4. Ciclo de programa (Tiempo de ciclo). . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.10. Interfaz Hombre Maquina (HMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.10.1. Tipos de HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.10.2. Tareas de un software de supervision y control. . . . . . . . . . . . 24

1.10.3. Tipos de software de supervision y control para PC. . . . . . . . . . 25

1.10.4. Paquetes orientados HMI/SCADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.10.5. Estructura general del software HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.10.6. Funciones principales de los bloques. . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.11. Quemadores de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.11.1. Quemadores Atmosfericos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.11.2. Quemadores Mecanicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.12. Contactores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.12.1. Clasificacion de los contactores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

INDICE GENERAL xi

1.12.2. Constitucion de los contactores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.12.3. Funcionamiento de los Contactores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.12.4. Simbologıa y referenciado de bornes. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.12.5. Eleccion de un contactor electromagnetico. . . . . . . . . . . . . . . 36

1.12.6. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.13. Relevadores Encapsulados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.13.1. Caracterısticas Tecnicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.14. Interruptores Termomagneticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.14.1. Partes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.14.2. Caracterısticas de proteccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.15. Reles de sobrecarga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1.15.1. Tipos de Reles de sobrecarga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.15.2. Prueba de funcionamiento TEST. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1.16. Tableros de distribucion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1.16.1. Tipos de tableros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1.17. Senalizacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.18. Botonerıa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2. Proceso de Secado de Madera 55

2.1. Secado Natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.2. Secado Artificial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.3. Automatizacion de un horno de secado de madera. . . . . . . . . . . . . . . 58

2.3.1. Elementos Fısicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.3.2. Condiciones y Propuestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.3.3. Integracion de la Automatizacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.3.4. Eleccion de dispositivos de control, fuerza y HMI. . . . . . . . . . . 66

2.4. Conductores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2.5. Integracion del equipo de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.6. Programacion del PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.7. Programacion de HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

2.8. Condiciones para el diseno del HMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.9. Diseno de Paneles Graficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.10. Comunicacion de HMI-PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

2.11. Funcionamiento del proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

xii INDICE GENERAL

3. Cotizacion 127

3.1. Cotizacion Unitaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

3.2. Cotizacion con margen de contribucion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

3.3. Cotizacion final. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4. Resultados y conclusiones 133

5. Bibliografıa 135

Anexos 136

A. Anexos 137

A.1. Plano Arquitectonico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

A.2. Ubicacion del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

A.3. Tablero de control exterior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

A.4. Tablero de control interior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

A.5. Comunicacion MODBUS, HMI−PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

A.6. Distribucion de fases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

A.7. Distribucion en clemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

A.8. Distribucion a contactores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

A.9. Codigo de colores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

A.10.Programa del PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Indice de Figuras

1.1. Madera en el hogar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2. Higrometro por conductividad electrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3. Higrometro por constante electrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4. Higrometro con bulbo humedo (BH) y Bulbo Seco (BS). . . . . . . . . . . 12

1.5. Partes de un Termometro Bimetalico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.6. FEM vs Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.7. PLC Allen Bradley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.8. Ciclo del programa en el PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.9. Ciclo del programa en el PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.10. Entradas y salidas en ejecucion del programa. . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.11. Lectura de entradas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.12. Programacion en escalera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.13. Programacion en Bloques de funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.14. HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.15. Esquema de un HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.16. Estructura de un HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.17. Quemador de Aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.18. Quemador Atmosferico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.19. Quemador Mecanico de Gasoleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.20. Quemador Mecanico Poli combustible modulante. . . . . . . . . . . . . . . 32

1.21. Contactor A40 ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.22. Contactores ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.23. Accesorios para contactores ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.24. Rele de 1 circuito y de 2 circuitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.25. Partes internas de un relevador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

xiii

xiv INDICE DE FIGURAS

1.26. Relevador encapsulado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.27. Curva de disparo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.28. Partes de un Interruptor termomagnetico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.29. Interruptor termomagnetico ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1.30. Rele de sobrecarga ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.31. Rele de sobrecarga TEST ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

1.32. Tablero de distribucion ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.33. Platina de montaje y conexion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.34. Tablero armado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.35. Senalizacion ABB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

1.36. Alarma Sonora (BUZZER). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.37. Botones pulsadores y pulsadores dobles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.38. Botones pulsadores de Seta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.39. Pulsadores de parada de emergencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.40. Selectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.41. Selectores accionados por llave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.42. Piloto y zumbador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.43. Botoneras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

1.44. Accesorios y montaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.1. Madera recien talada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.2. Madera apilada para secado natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.3. Tablero de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

2.4. Instalacion y conexion del equipo sobre la platina. . . . . . . . . . . . . . . 92

2.5. Interruptor principal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

2.6. Interruptor termomagnetico y fuente de corriente directa. . . . . . . . . . . 93

2.7. Cableado del PLC en entradas y salidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

2.8. Extension de entradas analogicas cableada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

2.9. Conexion de contactores de inversion de giro con bloqueo mecanico. . . . . 95

2.10. Clemas para la distribucion de senales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

2.11. Elementos de mando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.12. Twido Soft V3.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.13. Nuevo proyecto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2.14. Gestion de nivel de funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

INDICE DE FIGURAS xv

2.15. Cambio de controlador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.16. Referencia de controlador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.17. Agregar modulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

2.18. Asignacion de entradas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

2.19. Asignacion de entradas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

2.20. Asignacion de entradas analogicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

2.21. Asignacion a unidades de memoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

2.22. Configuracion de modulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

2.23. Vijeo Designer Soft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

2.24. Crear nuevo proyecto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

2.25. Asignar destino y contrasena. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.26. Modelo de HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.27. Area de trabajo para comenzar a disenar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.28. Panel grafico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.29. Panel grafico de inicio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.30. Panel grafico de menu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

2.31. Icono de preseleccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

2.32. Panel grafico de preseleccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

2.33. Icono de graficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

2.34. Panel grafico de la grafica de bulbo humedo BH sur. . . . . . . . . . . . . . 111

2.35. Panel grafico de la grafica de bulbo humedo BH norte. . . . . . . . . . . . 111

2.36. Panel grafico de la grafica de bulbo seco BS sur. . . . . . . . . . . . . . . . 112

2.37. Panel grafico de la grafica de bulbo seco BS norte. . . . . . . . . . . . . . . 113

2.38. Panel grafico de relacion de temperaturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

2.39. Icono de alarmas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

2.40. Panel grafico de alarmas y senales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

2.41. Panel grafico de alarmas y senales 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

2.42. Icono de historiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

2.43. Panel grafico de historiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.44. Panel grafico de lectura de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.45. Panel grafico de contacto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

2.46. Configuracion RS232. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

2.47. Comunicacion entre el PLC y HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

2.48. Panel grafico de lectura de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

xvi INDICE DE FIGURAS

2.49. Panel grafico de preseleccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

2.50. Representacion de bulbo seco y bulbo humedo. . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2.51. Secuencia de ventiladores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

2.52. Panel grafico de relacion de temperaturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Indice de Tablas

1.1. Tabla de humedad relativa respecto al articulo de fabricacion. . . . . . . . 9

1.2. Tabla de humedad relativa respecto al articulo de fabricacion. . . . . . . . 9

1.3. Numero de marchas en los quemadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.4. Tabla de potencia y corriente para elegir un contactor. . . . . . . . . . . . 37

1.5. Tabla de categorıa de servicio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.6. Tabla de servicio con respecto a su aplicacion. . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.1. Relacion de entradas y salidas para el PLC y extension. . . . . . . . . . . . 67

2.2. Seleccion de PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.3. Seleccion de Extension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.4. Seleccion de contactores para ventiladores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.5. Seleccion de contactores para rotacion de giro. . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.6. Seleccion de bloqueo mecanico para inversion de giro. . . . . . . . . . . . . 71

2.7. Seleccion de contactor para bomba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2.8. Seleccion de contactores para extractores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

2.9. Seleccion de contactores para quemador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

2.10. Seleccion de contactor para turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.11. Seleccion de guardamotores para contactores de ventiladores. . . . . . . . . 74

2.12. Seleccion de guardamotor para bomba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

2.13. Seleccion de guardamotores para extractores. . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.14. Seleccion de guardamotor para quemador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.15. Seleccion de guardamotor para turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

2.16. Seleccion de relevadores para valvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

2.17. Seleccion de bases para relevadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

2.18. Seleccion de clemas para senales de control digitales y fuerza. . . . . . . . . 78

2.19. Seleccion de clemas para senales analogicas y fuerza. . . . . . . . . . . . . 79

xvii

xviii INDICE DE TABLAS

2.20. Seleccion de HMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.21. Seleccion de cable de comunicacion HMI-PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.22. Seleccion de fuente de alimentacion para CD. . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

2.23. Seleccion de selectores para manipulacion de elementos. . . . . . . . . . . . 82

2.24. Seleccion de selector para encendido de turbina. . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.25. Seleccion de boton para encendido del proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.26. Seleccion de lamparas pilotos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.27. Seleccion de lampara verde para torreta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.28. Seleccion de lampara roja para torreta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.29. Seleccion de interruptor termomagnetico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

2.30. Seleccion de interruptor termomagnetico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

2.31. Seleccion de gabinete para la integracion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2.32. Corriente en los motores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2.33. Calibre a utilizar de acuerdo al amperaje de los motores. . . . . . . . . . . 89

2.34. Calibre a utilizar en fuerza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

2.35. Calibre a utilizar para senales auxiliares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.36. Condiciones para comenzar proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

2.37. Duracion del proceso de acuerdo a su especie y tipo. . . . . . . . . . . . . . 123

2.38. Humedad relativa deseada de acuerdo a su fabricacion. . . . . . . . . . . . 124

2.39. Secuela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

2.40. Tabla de registro de temperaturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Objetivo

Disenar un sistema de control automatizado para el gobierno de una estufa secadora

de madera, la cual en base a un sistema de sensores, automaticamente controle los actua-

dores requeridos para que la madera se encuentre a cierta temperatura y humedad.

Controlar el sentido de giro de los motores.

Se debe controlar el sentido de giro en cada uno de los motores de los ventiladores,

para poder mantener una mezcla homogenea de temperatura dentro del horno.

Controlar los elementos finales de control.

Controlar desde el tablero tanto manual como automaticamente, todos los motores

o actuadores que emplea el sistema.

Controlar la Humedad relativa del aire.

En base a la medicion de los bulbos humedos y secos dentro del horno, mantendremos

monitoreados los valores de temperatura que se encuentran oscilando dentro, en base

a estos parametros, podremos realizar la operacion para determinar la medida de

humedad relativa.

Controlar La temperatura.

Tener el gobierno de la temperatura bajo los parametros asignados por un operario,

si esta es rebasada o disminuida, se tomaran acciones de seguridad disenadas en el

control.

xix

xx OBJETIVO

Justificacion

La madera es un elemento muy particular en la vida cotidiana del ser humano, es por

ello que se necesita mantenerla en buen calidad, claro que para ellos se tiene que realizar

un proceso como es el de secado de madera. El secado de madera natural es muy largo,

lo cual dana los tiempos de entrega de la madererıa y por lo mismo ocasiona perdidas

economicas en ella. Es por ello que nos vemos en la necesidad de recurrir a la tecnologıa,

la cual nos brinda diferentes ramas para poder llevar acabo la vida del hombre de una

manera mas sencilla y eficiente. Una de las ramas importante en el control de procesos

es la automatizacion, la cual nos permite mantener fabricar un productor de manera mas

rapida, claro que esto es un gasto para la empresa, pero se ve remunerado en los tiempos

de entrega, ya que en el caso de la madera se mejora por mucho este tiempo, bajandolo

desde 2 anos hasta solo 96 horas.

xxi

xxii JUSTIFICACION

Introduccion

Toda la madera de arboles en crecimiento contiene una considerable cantidad de agua,

comunmente llamada savia. Las maderas pierden o ganan humedad en un intento de al-

canzar un estado de equilibrio o balance con las condiciones del ambiente. Este estado

de equilibrio depende de la humedad relativa y la temperatura del ambiente. En la vida

cotidiana del ser humano, ha tenido una interaccion bastante amplia con la madera, es-

ta se ha complementado para poder ayudar al ser humano en sus labores cotidianas. Se

construyen muebles y/o utensilios que pueden satisfacer las necesidades que el ser humano

demanda para su vida diaria, es por ello que al paso de los anos la fabricacion de estos

instrumentos a requerido que la madera que se utiliza para su construccion sea de mayor

calidad, ya que se requiere que estos elementos sean mas duraderos y de mayor calidad

para su uso. Para que esto se logre la madera ha tenido que ser sometida a ciertos pro-

cesos, los cuales logran que su calidad sea mejor, satisfaciendo las necesidades que dicho

elemento a fabricar demande.

Uno de los procesos a los cuales es sometida la madera es el de secado. El cual se llevaba

acabo reuniendo la madera en pilares donde se dejaba al aire libre y con la temperatura

del ambiente se secaba. Este proceso podıa tardar hasta 2 anos para que la madera estu-

viera en buenas condiciones para ser utilizada. Con el paso del tiempo y el avance de la

tecnologıa, este proceso ha sufrido varios cambios, un ejemplo de ello es la creacion de los

hornos de secado de madera, en el cual se creaba un cuarto, donde se pudiera colocar esta

madera y se le aplicaban cambios de temperatura drasticos en base de un control, esto

se lograba calentando aire que era extraıdo del ambiente para ser calentado e inyectado

dentro del horno, donde tambien se humedecıa este mismo. Este proceso se basa en el

control de temperatura dentro del horno y ası mismo la velocidad de este aire dentro

de el. Al introducir este aire caliente dentro del horno, la madera subıa de temperatura

y para contrarrestar este fenomeno, tambien se humedecıa y manteniendo la madera en

cierta temperatura y llevarla a su humedad relativa deseada.

xxiii

xxiv INTRODUCCION

El control de estas variables se hacia manualmente en base de un tablero de control, en

el cual se ponıan en marcha o paro ciertos motores para circular el aire dentro del horno

y modificar su temperatura para dicho proceso de secado. Debido a las necesidades de

las madererıas para satisfacer tiempos de entrega y un producto con mayor calidad, se

tuvo la necesidad de hacer este proceso en un tiempo mas corto, claro esta sin dejar pasar

por alto que la calidad de la madera es primordial. Como bien sabemos la tecnologıa en

el paso de los anos a tenido muchos avances y gracias a ello se ha logrado mejorar este

proceso, tanto en rapidez, como en seguridad para los mismos operadores y claro esta en

los tiempos de entrega aun menores, satisfaciendo las necesidades de los clientes. Gracias

a los avances en el control y la automatizacion se puede integrar equipo de control, el

cual en base de un diseno de ingenierıa basica y de detalle pueda ser automatico y brinde

seguridad a los operarios de dicho sistema y tambien haga cumplir tiempos de entrega

mas cortos en el producto.

0.1. ESTADO DEL ARTE 1

0.1. Estado del Arte

En base a las tesis registradas en la base de datos de la BNCT, con respecto al tema de

control de temperatura y humedad y automatizacion de un horno de secado de madera,

no se encontro ninguna tesis que fuera semejante a este tema. Lo mas cercano al tema

es la siguiente tesis que muestra un algoritmo disenado para el control y monitoreo de

temperatura.

Esta tesis lleva por nombre de tema:

Seleccion e implementacion de un algoritmo para el control y monitoreo de temperatura

por variacion de flujo de enfriamiento de un prototipo de laboratorio modelo RT210.

Escrita por el autor:

David Alfredo Rodrıguez Sanchez

Se crea un algoritmo el cual se encarga de controlar la temperatura de un proceso, ası co-

mo tambien poder monitorear dichos valores a partir de este algoritmo de control.

0.2. Planteamiento del Problema

Se requiere de un tablero de control para manipular los parametros de las variables de

humedad y temperatura en el proceso de secado de madera. Ası mismo la visualizacion

de los parametros de dichas variables en todo el proceso para cumplir con los valores

deseados al termino de este.

2 INTRODUCCION

Capıtulo 1

Marco Teorico

La madera es una sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los arboles; se

ha utilizado durante miles de anos como combustible, materia prima para la fabricacion

de papel, mobiliario, construccion de viviendas y una gran variedad de utensilios para

diversos usos. Este noble material, fabricado por la naturaleza con un elevado grado de

especializacion, debe sus atributos a la complejidad de su estructura.

Esta atravesado por una red de celulas longitudinales (desde las raıces a la copa) y

transversales (desde la medula a la corteza) de distintas caracterısticas, que dan forma a

sus tres componentes quımicos basicos: celulosa, hemicelulosa y lignina, mas otros com-

puestos secundarios como taninos, gomas, aceites, colorantes y resinas.

La madera contiene pequenos tubos que transportan agua desde las raıces a las hojas;

estos vasos conductores estan dispuestos verticalmente en el tronco y son los que forman

su veta. El tronco de un arbol no crece hacia lo alto (excepto en su parte superior), sino

a lo ancho, y la unica sustancia del tronco destinada a su crecimiento es una fina capa

situada entre la corteza y la madera, llamada cambium; a traves del cambium circula la

savia cruda y produce el tejido fibroso externo.

Las maderas se clasifican en duras y blandas, segun el arbol del que se obtienen. La

madera de los arboles de hoja caduca (caducifolios) es madera dura, en tanto la de las

conıferas esta clasificada como blanda.

3

4 CAPITULO 1. MARCO TEORICO

1.1. Tipos de Madera.

Por su dureza en relacion con el peso especıfico, se clasifican en dos:

Duras

Blandas

1.1.1. Duras

Son las procedentes de arboles de crecimiento por lo que son mas caras, y debido a su

resistencia, suelen emplearse en la realizacion de muebles de calidad.

Aquı tenemos ejemplos de maderas duras:

Roble: Es de color pardo amarillento. Es una de las mejores maderas que se conocen;

muy resistente y duradera. Se utiliza en muebles de calidad.

Nogal: Es una de las maderas mas nobles y apreciadas en todo el mundo. Se emplea

en mueble y decoracion de lujo.

Cerezo: Su madera es muy apreciada para la construccion de muebles. Es muy

delicada por que es propensa a sufrir alteraciones y a la carcoma.

Encino: Es de color oscuro. Tiene una gran dureza y es difıcil de trabajar. Es la

madera utilizada en la construccion de cajas de cepillo y garlopas.

Olivo: Se usa para trabajos artısticos y en decoracion, ya que sus fibras tienen unos

dibujos muy vistosos (sobre todo las que se aproximan a la raız).

Castano: se emplea, actualmente, en la construccion de puertas de muebles de cocina.

Su madera es fuerte y elastica.

Olmo: Es resistente a la carcoma. Antiguamente se utilizaba para construir carros.

1.1.2. Blandas

Alamo: Es poco resistente a la humedad y a la carcoma. En Espana existen dos

especies: El alamo blanco (de corteza plateada) y el alamo negro, mas conocido con

el nombre de chopo.

1.2. OTRA CLASIFICACION DE LA MADERA. 5

Abedul: Arbol de madera amarillenta o blanco-rojiza, elastica, no duradera, emplea-

da en la fabricacion de pipas, cajas, zuecos, etc. Su corteza se emplea para fabricar

calzados, cestas, cajas, etc.

Aliso: Su madera se emplea en ebanisterıa, tornerıa y en carpinterıa, ası como en la

fabricacion de objetos de pequeno tamano. De su corteza se obtienen taninos.

Alnus glutinosa: Su madera se emplea en ebanisterıa, tornerıa y en carpinterıa,

ası como en la fabricacion de objetos de pequeno tamano. De su corteza se obtienen

taninos.

Alnus incana: Su madera es blanda y ligera, facil de rajarse. Es utilizada en tallas,

cajas y otros objetos de madera.

Carcoma: Insecto coleoptero muy pequeno y de color casi negro, cuya larva roe y

talla la madera.

1.2. Otra clasificacion de la madera.

Las maderas pueden clasificarse de diversas formas segun el criterio que se emplee.

Uno de los mas importantes es el de sus propiedades, las cuales estan en funcion de su

estructura, es decir, de su textura. La textura dependera a su vez del modo de crecimien-

to del arbol, ası por ejemplo, las maderas provenientes de arboles de crecimiento rapido

presentaran anillos de crecimiento anchos y seran blandas, mientras que las de crecimien-

to lento, los anillos seran muy estrechos y las maderas duras. En funcion del modo de

crecimiento, las maderas se dividen en:

1.2.1. Maderas resinosas.

Suelen ser maderas de lento crecimiento, son propias de zonas frıas o templadas, y

poseen buenas caracterısticas para ser trabajadas y buena resistencia mecanica. Este tipo

son las mas usadas en carpinterıa y en construccion. Dentro de este tipo, algunas de las

mas conocidas son: el pino, el abeto, el alerce, etc.


1.2.2. Maderas frondosas.

Son maderas propias de zonas templadas, y dentro de ellas podemos diferenciar tres

grupos: duras, blandas y finas. Dentro de las duras tenemos el roble, la encino, el haya, etc.

Dentro de las blandas tenemos el castano, el abedul, el chopo, etc., y por ultimo, dentro

de las finas tenemos el nogal, el cerezo, el manzano, el olivo, y otros arboles frutales.

1.2.3. Maderas exoticas.

Son las mejores maderas y las que permiten mejores acabados. Dentro de este grupo

tenemos la caoba, el ebano, la teka, el palisandro, el palo rosa, etc.

1.3. Usos de la madera.

Desde tiempos inmemoriales el hombre ha recurrido a la madera para usos de tipo

domestico, entre los cuales el mas antiguo es el de utilizarla como combustible. En la

actualidad se consumen cerca de 3.500.000.000 metros cubicos de madera en el mundo,

de ellos aproximadamente el 53 % es destinada a calefaccion y coccion de alimentos.

El 47 % restante se destina a la construccion de viviendas, usos industriales, mobilia-

rio, utensilios de diversos tipos y a la fabricacion de papeles, cartulinas y cartones.

Hoy en dıa existen mas de 10.000 productos de uso cotidiano que provienen de la

madera.

Figura 1.1: Madera en el hogar.

1.4. SECADO DE MADERA. 7

1.4. Secado de Madera.

La madera que procede directamente de la tala y aserrado contiene un alto grado de

humedad que no interesa para la mayorıa de las aplicaciones, por lo que antes de ser

empleada es necesario someterla a procesos de secado. Con la madera seca se mejoran,

en general, la resistencia mecanica, la resistencia al ataque de insectos y hongos, la esta-

bilidad de sus dimensiones, la facilidad de cepillado, Hay muchos metodos para secar la

madera, pero son dos los mas conocidos y utilizados: el secado natural y el secado en horno.

El secado natural consiste en secar la madera directamente al aire libre. Puede realizar-

se con la madera apilada y sin ningun tipo de construccion, bajo techo o con aire forzado

utilizando ventiladores. En estos metodos el proceso es muy lento, calculandose en dos

anos para las maderas blandas y en un ano por centımetro de grosor para las maderas

duras. Ademas, se deben tener en cuenta diferentes factores como son el movimiento del

aire, la temperatura ambiente, la insolacion, la humedad, la especie del arbol de la que

procede la madera, las dimensiones de las piezas, la forma de apilado y la distribucion de

las pilas, etc. Se suelen pintar los extremos de los tablones a fin de que su secado no sea

demasiado rapido en relacion con el resto de la pieza, y colocar pesos sobre las pilas para

evitar movimientos.

Los metodos de secado artificial tienen por finalidad eliminar la humedad de la madera

de forma mas rapida que la que proporciona el secado natural. Mediante estos procedi-

mientos se obtienen rendimientos muy grandes, periodos relativamente cortos de secado,

pero al requerir instalaciones especiales resulta mas costoso. El secado en hornos consiste

en introducir la madera en una construccion dotada de elementos que controlan el secado.

Estos elementos actuan sobre el aire, calentandolo variando su humedad y regulando su

circulacion, ademas de aislar la madera del exterior.

1.5. Contenido de Humedad en la Madera.

La cantidad de humedad en la madera esta en terminos del contenido de agua o hu-

medad. Esta puede estar expresada en porcentaje de peso humedo o seco. Para muchos

propositos el contenido de humedad en madera esta basado en peso seco.


La cantidad de humedad en este punto de balance es llamado contenido de hume-

dad en equilibrio. La cantidad de agua en maderas verdes o humedas varıa grandemente,

dependiendo principalmente de la especie. El contenido de humedad de algunas especies

puede ser tan bajo como un 30 % , considerando que otras pueden ser tan alto como un

200 %.

El contenido de humedad (CH) referido a un porcentaje del peso anhidro de la madera,

su Valor puede ser superior al 100 %, por ejemplo, una pieza de madera verde que pesara

12.5 kg y registrara un 150 % de CH, significarıa que la cantidad de agua que contiene pesa

1.5 veces lo que pesa la pura madera, es decir, que en esa madera 5 kg son madera y 7.5

kg son agua. La madera en servicio presenta un contenido de humedad que generalmente

oscila entre 6 y 18 %, dependiendo del tipo de uso, de si esta expuesta a la intemperie

y dependiendo de la epoca del ano; dicha variacion de humedad en la madera puede

ocasionar, entre otros aspectos, los siguientes inconvenientes o problemas en un mueble si

no se encuentra la madera a su contenido de humedad en equilibrio y si no se toman las

debidas medidas previsoras:

Problemas de manchado.

Deformaciones.

Grietas y rajaduras.

Desprendimiento de acabados.

Uniones debiles con adhesivos.

Superficies lanosas

1.5.1. Rangos de CH en la madera

Es muy importante tomar en cuenta el valor de CH en que se encuentra la madera,

antes y despues del proceso; como se menciono anteriormente, la madera recien talada

contiene una gran cantidad de humedad, que hasta puede rebasar el 100 % de CH. Es por

ello que para la fabricacion de cualquier tipo de articulo, se deben tomar las siguiente

condiciones de humedad, de esta forma dicho articulo contara con la calidad adecuada

1.5. CONTENIDO DE HUMEDAD EN LA MADERA. 9

para poder ser fabricado y usado de forma confiable.

Si se conoce el nivel de humedad relativa del aire y la temperatura del lugar, se puede

Tabla 1.1: Tabla de humedad relativa respecto al articulo de fabricacion.

determinar con mayor precision el nivel de contenido de humedad relativa que debe tener

la madera para su procesamiento, habilitado, y puesta en servicio, mediante los valores

de la tabla de contenido de humedad en equilibrio CHE que se presenta.

Como se puede observar en la tabla de CHE, este valor es mas dependiente de los cambios

Tabla 1.2: Tabla de humedad relativa respecto al articulo de fabricacion.

de HR que de la temperatura, aspecto que se debe tomar en cuenta cuando se pretende,

por ejemplo, enviar muebles de madera fabricados en una zona humeda hacia otra plaza o

entidad mas seca y viceversa, a fin de evitar los problemas de deformacion, agrietamiento

u otros ya citados.


1.6. Metodos de medicion de Humedad en Madera.

Existen diferentes metodos que emplear en la medicion de humedad en la madera.

Continuacion se destacan algunos ejemplos de medicion.

1.6.1. Conductividad Electrica.

Para medir la humedad que existe en la madera, podemos realizarlo bajo la conducti-

vidad electrica. Un medidor tipo conductancia (resistivo) defiere de un ohmetro ordinario

solamente en los inusuales altos valores de resistencia (baja conductancia) que deben ser

medidos cuando se mide la madera con contenidos de humedad bajos alrededor de 10 %.

Los electrodos son introducidos en la madera, la resistencia electrica o conductancia de

humedad. El alcance de medicion para este tipo de medidores es de 7 a 30 %.

La resistencia al flujo de corriente electrica de las maderas varia en gran medida, con

el contenido de humedad. Este decremento considerablemente cuando el contenido de

humedad incrementa. La resistencia tambien varıa con las especies y es afectada por la

temperatura mas no por la densidad especifica.

Figura 1.2: Higrometro por conductividad electrica.

1.6.2. Constante Electrica.

Los medidores que utilizan las propiedades dielectricas de la madera son los de tipo

capacitivo. Estos instrumentos utilizan sensores planos que no son penetrados fısicamen-

te a la madera. Los electrodos son presionados a la madera y se aplica energıa de alta

frecuencia. La cantidad de energıa absorbida depende del contenido de humedad en la

madera y convertida a lecturas de contenido de humedad. El alcance efectivo de estos

1.7. CALCULO DE LA HUMEDAD RELATIVA. 11

medidores es sobre 5 a 30 % EMC. (Contenido de Humedad en Equilibrio) Cada especie

de madera tiene su propia densidad especıfica. Por eso, se debe configurar el valor de refe-

rencia apropiado. En este tipo de medidores la temperatura apenas influye en la medicion

del contenido humedad.

Figura 1.3: Higrometro por constante electrica.

1.6.3. Higrometro.

El contenido de humedad en equilibrio como una funcion de la humedad relativa y

temperatura del aire, depende de la especie de madera utilizada.

Para la calibracion de los higrometros se preparan las muestras de madera con conte-

nido de humedad correspondientes al mas bajo, centro y el extremo superior del alcance

de medicion del higrometro a se calibrado, usualmente 7, 15 y 26 %. La muestra de ma-

dera debe ser preparada, manteniendola en una camara sobre sal saturada de diferentes

tipos. El valor de humedad relativa del aire contenido sobre la solucion de sal depende

del tipo de sal utilizada y de la temperatura del aire de la camara. Las muestras deben

ser condicionadas en la camara a la temperatura del laboratorio durante un periodo de

tiempo de hasta 2 semanas.

1.7. Calculo de la Humedad Relativa.

Es la humedad presente relativa (con respecto) a la maxima humedad posible a la

misma temperatura ambiente (bulbo seco). Se define como la razon de: la presion de

vapor de agua, presente en ese momento con respecto a la presion de vapor en saturacion

(de agua) a la misma temperatura. Se expresa como porcentaje. (vease la ecuacion) 1.1


Figura 1.4: Higrometro con bulbo humedo (BH) y Bulbo Seco (BS).

HR =BS

BH∗ 100 (1.1)

Donde:

HR= Humedad Relativa en %

BS= Bulbo Seco (Temperatura ambiente de la camara).

BH= Bulbo Humedo (Temperatura ambiente con aire humedo saturado).

1.8. Sensores de Temperatura.

Hay una gran variedad de sensores para medir la temperatura, continuacion se destacan

algunos.

1.8.1. Termometro de vidrio.

Margenes de trabajo:

Mercurio.. −35 − +280◦C.

Mercurio (Tubo capilar lleno de gas).... −35a+ 450◦C.

Pentano.. −200a+ 20◦C.

Alcohol.... −70a+ 100◦C

1.8. SENSORES DE TEMPERATURA. 13

1.8.2. Termometro bimetalico.

Su base, el destino coeficiente de dilatacion de dos metales diferentes (p.e.: laton o

monel y una aleacion de ferronıquel o invar (35.5 % Nıquel), laminado conjuntamente.

Figura 1.5: Partes de un Termometro Bimetalico.

Posee pocas partes moviles, solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la

espiral o de la helice y el propio elemento bimetalico.

Generalmente los bimetalicos comerciales poseen un espesor entre 10µmy3mm,

para obtener una alta sensibilidad.

La temperatura a los cuales son sometidos estos sensores van desde -75◦C a 540◦C.

Sus formas varıan de voladizo, espiral, helice, etc.

Son muy empleados como elementos de control on - off, cortando un flujo de corriente

que pasa a traves de ellos.

1.8.3. Termometro de bulbo y capilar.

Consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral.

Se clasifican de la siguiente manera:

1.- Clase I: Termometros actuados por lıquido.

2.- Clase II: Termometros actuados por vapor.


3.- Clase III: Termometros actuados por gas.

4.- Clase IV: Termometros actuados por mercurio.

1.8.4. Termometros de resistencia.

Su principio de funcionamiento se basa en el flujo de electrones a traves de la resisten-

cia. Al variar la temperatura en el material resistivo, el flujo de electrones varıa. Es decir

la resistencia presenta una variacion con la temperatura.

El elemento cosiste, usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor

adecuado. Bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de

vidrio o de ceramica.

Las bobinas que llevan arrollado el hilo de resistencia, estan encapsuladas y situadas

dentro de una vaina (acero inoxidable 304)

1.8.5. Termopares.

Un termopar es un dispositivo para la medicion de temperatura, basado en efectos

termoelectricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes o alea-

ciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una

diferencia de temperatura, que organiza una fuerza electromotriz efecto Seebeck. La fuer-

za electromotriz generada por el termopar esta en funcion de la diferencia de temperatura

entre la union frıa y caliente, pero mas especıficamente, esta es generada como un resul-

tado de los gradientes de temperatura los cuales existen a los largo de la longitud de los

conductores.

1.8.6. Efecto Seebeck.

Cuando las uniones de dos conductores se unen por sus extremos para formar un cir-

cuito, y se colocan en un gradiente de temperatura, se manifiesta un flujo de calor y un

flujo de electrones conocido como corriente Seebeck. La fuerza electromotriz (FEM) que

genera la corriente de conoce como fuerza electromotriz de termopar o tension Seebeck.

1.8. SENSORES DE TEMPERATURA. 15

El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha S=dE/dT tension ( E

) con respecto a la temperatura ( T ):

Figura 1.6: FEM vs Temperatura.

1.8.7. Tipos de Termopares.

En la actualidad se han hecho investigaciones en termopares fabricados con ambos

brazos sin aleacion, con el fin de eliminar los efectos de inestabilidad y gradientes de tem-

peratura debidos a cambios no uniformes en la composicion de la aleacion, causados por la

exposicion a altas temperaturas. Algunos de estos termopares son: Termopar de ”Platino

- oro”que tiene magnificas caracterısticas termoelectricas, gran estabilidad, exactitud y

alta reproductibilidad. Ası como el termopar de ”platino - paladiocon gran estabilidad.

Los termopares de ”Tungsteno - renio 2aleaciones con otros materiales como: molib-

deno, iridio y rodio, han mostrado un buen desempeno a temperaturas tan altas como

2750◦C y pueden ser utilizados, por cortos periodos a 3000◦C en atmosferas no oxidables,

algunos han sido codificados como termopares: A, B, C, D, G y W.

1.8.8. Codigo de colores.

El proposito es establecer uniformidad en la designacion de los termopares y cables

de extension, por medio de colores en sus aislamientos e identificar su tipo o composicion


ası como su polaridad.

En el anexo A.9. Se muestra la normalizacion para este tipo de sensores.

1.9. PLC (Controlador Logico Programable).

PLC es la sigla de (Programmable Logical Controller) en ingles o Controlador Logico

Programable en espanol. Un conocido fabricante de estos dispositivos registro la palabra

PLC, la cual ha quedado como generica para referirse a los Controladores Programables,

nombre correcto para estos dispositivos. La palabra Logico ya no se emplea ya que hace

tiempo que estos equipos no solo se limitan al control logico. En definitiva, estos elementos

son Controladores para uso en maquinas y procesos industriales, los cuales se pueden pro-

gramar para la aplicacion especıfica. Por sus caracterısticas, son ampliamente utilizados

para el control de procesos y maquinas cuando la cantidad de estas no sea muy grande,

ya que de lo contrario el mercado ofrecera controladores especıficos no programables, sino

solo utiles para la aplicacion disenada.

1.9.1. Principio de funcionamiento.

Estos Controladores Programables, no son otra cosa que un computador fabricado

De otra forma, adecuado al uso industrial, por lo que disponen de una Fuente de Poder,

una Unidad Central de Proceso (CPU) y en vez de tener un teclado y una pantalla

tienen terminales para conectar entradas y salidas desde y hacia el proceso o maquina.

El software y firmware estan hechos para su aplicacion, de tal forma que al cargarles una

aplicacion o programa este dispositivo queda apto para realizar el control. Una de las

caracterısticas relevantes en estos controladores en la actualidad es que poseen puertas de

comunicacion de datos, las que son empleadas para cargar o descargar el programa, como

tambien poder conectar otros dispositivos. Es muy usado conectar a uno de estos puertos

una solucion HMI (ver artıculo HMI en el ABC de la automatizacion), el cual permite la

vision y comandos del proceso.

1.9.2. Tipos de controladores programables.

Existen diversos tipos en funcion de la cantidad y tipo de las entradas y salidas que

aceptan, las funciones capaces de realizar, la capacidad de memoria y otros parametros,

1.9. PLC (CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE). 17

pero basicamente podemos distinguir dos tipos fundamentales que son: los Compactos,

en donde la fuente de poder, la CPU y las entradas y salidas Estan todos integrados en

una sola caja, y los Modulares que se componen de una placa de montaje a la que se le

instalan fuentes de poder, CPUs, modulos de entrada y salida y modulos especiales.

Figura 1.7: PLC Allen Bradley.

1.9.3. Estructuras de Software PLC.

Los PLC cada vez se parecen cada vez mas a una computadora, no obstante en sus

inicios cumplıa objetivos de logica combinacional pura. El programa es una secuencia de

lıneas de contactos similar a las de WLC. Donde las funciones se refieren a entradas y

salidas fısicas del PLC.

De lo expuesto se deduce que el PLC es un sistema con lenguajes orientados a la au-

tomatizacion, como ejemplo se describe un set de instrucciones generico del mismo, con

las siguientes prestaciones:

Instrucciones Logicas.

AND - OR - NOT - XOR - SET - RESET - TIMER

Instrucciones de modulos de programacion.

Temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, comparadores, etc.

Instrucciones de control.

Control de marcha condiciones de restart, forzado de variables, inhibicion de salidas, sal-

tos condicionales.


Instrucciones matematicas.

Suma, Resta, Multiplicacion, division.

Instrucciones de comparacion.

Comparacion de bits, bytes. Igualdad, mayor que, menor que.

Instrucciones de translacion.

Translacion de datos en memoria.

Instrucciones de conversion.

Decimal, binario, BCD, hexadecimal, entero, flotante.

1.9.4. Ciclo de programa (Tiempo de ciclo).

Una de las caracterısticas fundamentales del PLC es el funcionamiento cıclico del CPU,

y un parametro de las prestaciones es su tiempo de scan (tiempo de ciclo), considerado

como el necesario para ejecutar 1K instrucciones, pero como no todas las instrucciones son

iguales en cuanto a tiempo de ejecucion se refiere, se adopto como parametro el tiempo

de ejecucion de 1K de memoria vacıa.

Basicamente todos los PLC’S tienen dos modos de funcionamiento. El primero deno-

minado PROGRAM MODE, permite programar y transferir el programa de la aplicacion

desde la consola de programacion al PLC. El segundo permite al PLC controlar el proceso,

ejecutando el programa y se le denomina RUN MODE. Ademas algunos disponen de un

tercer modo denominado MONITOR, con el cual se puede monitorear al PLC corriendo

en un modo RUN.

Un automata tıpico puede leer mil instrucciones en 6mseg y emplea de 5 a 10mseg

para actualizar las variables, por lo tanto puede emplearse para controlar procesos relati-

vamente rapidos. La suma del tiempo de programa y el tiempo de programa y el tiempo de

su actualizacion de las variables conforman el tiempo de ciclo, y obviamente es necesario.

Tiempo de evolucion del proceso >> tiempo de ciclo

Se pueden senalar cuatro modalidades de funcionamiento de acuerdo al equipo y la tec-

nologıa con que esta construido:


Lectura de las entradas

Ejecucion del programa

Posicionamiento de las salidas

Figura 1.8: Ciclo del programa en el PLC.

Este suele ser el caso mas frecuente, la primera operacion llevada a cabo es la lectura de

los dispositivos conectados en las entradas del PLC, que sera acompanada por la cons-

truccion de una imagen de memoria de los estados de los mismos (Registro Imagen de

las Entradas), este contenido permanece inalterable durante todo el ciclo. Una vez actua-

lizadas todas las entradas, al CPU comienza a ejecutar el programa. En la medida que

el programa se va ejecutando, al CPU colocara los resultados en un registro denominado

(Registro Imagen de las salidas).

Lectura de las entradas

Ejecucion del programa y posicionamiento contemporaneo de las salidas

El ciclo comienza con la lectura de las entradas, y el correspondiente registro de datos,

pasando posteriormente a al ejecucion del programa. La actualizacion de las entradas no

es consecutiva a la ejecucion de todas las instrucciones que componen al programa, sino

de acuerdo como se va resolviendo el mismo.


Figura 1.9: Ciclo del programa en el PLC.

Ejecucion del programa conjuntamente con la lectura de las entradas, siguiendo las

llamadas del mismo programa y posicionamiento inmediato de las salidas.

Figura 1.10: Entradas y salidas en ejecucion del programa.

El programa se ejecuta desde su inicio, la interrogativa de los dispositivos de entrada se

realiza a partir del modulo correspondiente, las salidas se actualizan una en continuacion


de la otra, en la medida que se ejecutan las instrucciones, esta modalidad no contempla

el registro imagen en memoria.

Subdivision del programa de bloques y dentro de cada bloque, antes de pasar a la si-

guiente actualizacion de las entradas involucradas, ejecucion del programa almacenado en

el bloque y posicionamiento de las salidas correspondientes. El programa se descompone

en bloques, los ciclos de ejecucion se suceden uno a continuacion del otro.(ver figura1.10)

Figura 1.11: Lectura de entradas.

En general para todos los casos, el programa es barrido secuencialmente desde el prin-

cipio hasta el fin, recomenzando nuevamente en forma de loop cerrado, al dıa de hoy

existen gran variedad de funciones logicas, aritmeticas, especiales que permiten al PLC

cubrir amplios espectros de la automatizacion industrial. Toda vez que la CPU requiere

informacion inherente a una entrada/salida, se remitira al registro imagen para verificar

el estado de la variable correspondiente.

El tiempo que emplea la CPU para actualizar el registro imagen varıa en funcion del

numero de dispositivos conectados al sistema. Puede oscilar entre 3 o 4 [uS] hasta algunas

decenas de [uS]. Un programa escrito en lenguaje de contactos (ladder) esta formado por

bloques logicos conteniendo cada uno de los contactos y de las salidas.

Un bloque logico esta constituido de elementos conectados entre si por conexiones serie

y paralelo dispuestas entre dos lıneas verticales que representan la polaridad usada en los


esquemas electrico.

Estos sımbolos son los mas usados en lenguaje ladder y de ellos derivan muchos mas

que fueron incorporandose a medida que los PLC’S fueron ampliando su gama de presta-

ciones. Existen tambien funciones especiales, temporizadores, contadores, interruptores,

subrutinas, etc.

Figura 1.12: Programacion en escalera.

Existen diferentes tipos de lenguaje de programacion aparte de Ladder como lo son

bloque de funciones, escalera, lista de instrucciones etc.

A continuacion ponemos un ejemplo de Bloque de funciones donde podemos encontrar

diferentes funciones para desarrollar nuestra logica y/o el programa requerido.

Figura 1.13: Programacion en Bloques de funciones.

1.10. Interfaz Hombre Maquina (HMI)

La sigla HMI es la abreviacion en ingles de Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas

HMI podemos pensarlos como una ”ventana”de un proceso. Esta ventana puede estar en

dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. Los sistemas HMI

1.10. INTERFAZ HOMBRE MAQUINA (HMI) 23

en computadoras se les conoce tambien como software HMI o de medio de dispositivos

como tarjetas de entrada/salida en la computadora PLC, RTU (Unidades remotas de I/O)

o DRIVE’s (Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener

una comunicacion que entienda el HMI.

Figura 1.14: HMI.

1.10.1. Tipos de HMI.

Monitoreo. Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real.

Estos datos se pueden mostrar como numeros, texto o graficos que permitan una

lectura mas facil de interpretar.

Supervision. Esta funcion permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar

las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

Alarmas. Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y

reportarlo estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en lımites de control

preestablecidos.

Control. Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y

ası mantener estos valores dentro de ciertos lımites. Control va mas alla del control

de supervision removiendo la necesidad de la interaccion humana. Sin embargo la

aplicacion de esta funcion desde un software corriendo en una PC puede quedar

limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema.


Historicos. Es la capacidad de muestra y almacenar en archivos, datos del proce-

so a una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa

herramienta para optimizacion y correccion de procesos.

Figura 1.15: Esquema de un HMI.

1.10.2. Tareas de un software de supervision y control.

Permitir una comunicacion con dispositivos de campo.

Actualizar una base de datos ”dinamicacon las variables del proceso.

Visualizar las variables mediante pantallas con objetos animados (mımicos).

Permitir que el operador pueda enviar senales al proceso, mediante botones, controles

ON/OFF, ajustes continuos con el mouse o teclado.

Supervisar niveles de alarma y alertar/actuar en caso de que las variables excedan los


limites normales.

Almacenar los valores de las variables para analisis estadıstico y/o control.

Controlar en forma limitada ciertas variables de proceso.

1.10.3. Tipos de software de supervision y control para PC.

Lenguajes de programacion visual como visual C++ o Visual Basic. Se utilizan para

desarrollar software HMI a medida del usuario. Una vez generado el software el usuario

no tiene posibilidad de re-programarlo.

Paquetes de desarrollo que estan orientados a tareas HMI. Pueden ser utilizados pa-

ra desarrollar un HMI a medida del usuario para ejecutar un HMI desarrollado para el

usuario. El usuario podra re-programarlo si tiene la llave (software).

Ejemplos: FIX Dynamics, Wonderware, PCIM, Factory Link, WinCC.

1.10.4. Paquetes orientados HMI/SCADA.

Incorporan protocolos para comunicarse con los dispositivos de campo mas conocidos.

Drivers, OPC. Tienen herramienta para crear bases de datos dinamicas. Permiten crear

y animar pantallas en forma sencilla.

Incluyen gran cantidad de librerıa de objetos para representar dispositivos de uso en

la industria como: motores, tanques, indicadores, interruptores, etc.

1.10.5. Estructura general del software HMI.

El software HMI esta compuesto por un conjunto de programas y archivos. Hay progra-

mas para diseno y configuracion del sistema y otros que son el motor mismo del sistema.

En la figura anterior se muestra como funcionan algunos de los programas y archivos mas


importantes. Los rectangulos de la figura representan programas de diseno o configuracion

del sistema; los que tienen doble recuadro representan programas que son el motor del

HMI.

Con los programas de diseno, como el .editor de pantallas”se crean moldes de pantallas

para visualizacion de datos del proceso. Estos moldes son guardados en archivos .Archivo

de pantalla 2almacen la forma como seran visualizados los datos en las pantallas.

Figura 1.16: Estructura de un HMI.

Interfaz Hombre Maquina. Es un programa que se encarga de refrescar las variables de

la base de datos en la pantalla, y actualizarla, si corresponde, por entradas del teclado o el

mouse. Este programa realiza la interfaz entre la base de datos y el hombre. El diseno de

nuestra interfaz esta establecido en el archivo molde .Archivo de pantalla”que debe estar

previamente creado.


Base de datos: Es un lugar de la memoria de la computadora donde se almacenan los

datos requeridos del proceso. Estos datos varıan en el tiempo segun cambien los datos

del proceso, por esta razon se denomina ”Base de datos dinamiza”. La base de datos esta

formada por bloques que pueden estar intercambiados. La creacion de la base de datos,

sus bloques y la relacion entre ellos se realiza a traves de .editor de base de datos”.

Driver: La conexion entre los bloques de la base de datos y las senales del proceso se

realiza por medio de drivers. Estos drivers manejan los protocolos de comunicacion entre

el HMI y los distintos dispositivos de campo. Los drivers con entonces la interfaz hacia la

maquina.

Bloques (tags): Como ya mencionamos, la base de datos esta compuesta por bloques.

Para agregar o modificar las caracterısticas de cada bloque se utiliza el editor de la base

de datos. Los bloques pueden recibir informacion de los drivers u otros bloques y enviar

informacion hacia los drivers u otros bloques.

1.10.6. Funciones principales de los bloques.

Las funciones principales que desarrollan los bloques son los siguientes:

Recibir datos de otros bloques o al driver.

Enviar datos a otros bloques o al driver.

Establecer enlaces (links) a la pantalla (visualizacion, teclado o mouse).

Realizar calculos de acuerdo a instrucciones del bloque.

Comparar los valores con umbrales de alarmas.

Escalar los datos del driver a unidades de ingenierıa.


1.11. Quemadores de Aire

Los quemadores son los equipos donde se realiza la combustion, por tanto deben

contener los tres vertices del triangulo de combustion, es decir que deben lograr la mezcla

ıntima del combustible con el aire y ademas proporcionar la energıa de activacion. En

este apartado se describen los quemadores para combustibles lıquidos y gaseosos, ya que

los combustibles solidos se queman sobre parrilla, o requieren un tratamiento previo del

combustible, unido a quemadores de disenos especiales. Por la forma en que toman el aire

de combustion se distinguen dos tipos de quemadores:

Figura 1.17: Quemador de Aire.

Quemadores atmosfericos.

Quemadores mecanicos.

1.11.1. Quemadores Atmosfericos.

Unicamente se emplean para combustibles gaseosos.

Una parte del aire necesario para la combustion (Aire Primario) se induce en el propio

quemador por el chorro de gas salido de un inyector (efecto Venturi); el aire restante (Aire

Secundario) se obtiene por difusion del aire ambiente alrededor de la llama. En este tipo

de quemadores se tienen combustiones con altos ındices de exceso de aire.

1.11. QUEMADORES DE AIRE 29

La principal ventaja de este sistema en su simplicidad y bajo coste. Aunque se pueden

fabricar para potencias unitarias altas (unos 1.200kW), los empleados habitualmente en

climatizacion no superan los 300 kW.

La energıa de activacion de logra mediante llama piloto, que debe estar permanente-

mente encendida, o con encendidos automaticos (electronicos, tren de chispas, etc.). La

regulacion del gas se obtiene por variacion de la presion en el inyector (abriendo y cerran-

do progresivamente la valvula de gas); esto permite que el quemador pueda ser modulante

con relativa facilidad.

Figura 1.18: Quemador Atmosferico.

La regulacion del aire (con gas a presion constante) se puede conseguir:

Variando la seccion de entrada de aire, por obturacion de los orificios por donde

entra, mediante discos roscados, anillo movil de aire, por obturacion de los orificios

por donde entra, mediante discos roscados, anillo movil o capuchon deslizante.

Por deslizamiento de la boquilla del inyector respecto del Venturi.

Lo mas habitual es que unicamente se module la valvula de gas, dejando en una po-

sicion fija la entrada de aire en la puesta en marcha.


1.11.2. Quemadores Mecanicos.

Tambien de se denominan como quemadores a sobrepresion; el aire de combustion es

introducido mediante un ventilador, existen diversos sistemas para lograr la mezcla del

aire con el combustible.

En el caso de gas, el combustible se introduce mediante los inyectores, aprovechando

la propia presion de suministro. En los combustibles lıquidos se utilizan diversos sistemas

para su pulverizacion, de modo que se crean micro gotas de combustible que facilitan su

mezcla con el aire. El tipo mas extendido es el de pulverizacion mecanica.

Estos quemadores se fabrican desde pequenas hasta muy altas potencias. La combus-

tion puede ajustarse actuando sobre el gasto de combustible, sobre la cantidad de aire

a impulsar y sobre los elementos que producen la mezcla; por lo que es posible obtener

rendimientos de combustion muy altos.

Por el numero de escalones de potencia que producen, se distinguen los siguientes tipos

de quemadores:

DE UNA MARCHA.

Son quemadores que solo pueden funcionar con la potencia a la que hayan sido regu-

lados, son quemadores de pequena potencia

DE VARIAS MARCHAS.

Son quemadores con dos o mas escalones de potencia (habitualmente dos); es decir,

que pueden funcionar produciendo potencias distintas.

Deben disponer de los elementos necesarios para poder regular la admision de aire y el

gasto de combustible, de modo que en cada escalon de potencia se obtenga el rendimiento

de combustion mas alto posible.

Se utiliza para potencias intermedias o altas.

1.11. QUEMADORES DE AIRE 31

MODULANTES.

Estos quemadores ajustan continuamente la relacion Aire - Combustible, de manera

que pueden trabajar con rendimientos elevados en una amplia gama de potencias; ade-

cuandose de manera continua a las necesidades de produccion.

En la ITE 02.6.2 se da la siguiente tabla en la cual se indica en numero de marchas

de los quemadores en funcion de la potencia de los generadores.

Tabla 1.3: Numero de marchas en los quemadores.

Quemador mecanico de Gasoleo, Marca MONARCH-WEISHAUPT, modelo WL 10 y

20, Gama de potencias: 16,5 a 120Kw.

Figura 1.19: Quemador Mecanico de Gasoleo.


Quemador Mecanico Poli combustible Modulante, Marca MONARCH-WEISHAUPT,

modelo RGL tamanos 5 a 11, Gama de Potencias: 175 a 5.100 kW

Figura 1.20: Quemador Mecanico Poli combustible modulante.

1.12. Contactores.

Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente electrica de un

receptor o instalacion con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos po-

siciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe accion alguna por

parte del circuito de mando y otra inestable, cuando actua dicha accion. Este tipo de

funcionamiento se llama de ”todo o nada”.

1.12.1. Clasificacion de los contactores.

Contactores electromagneticos.

Su accionamiento se realiza a traves de un electroiman.

Contactores electromecanicos.

Se accionan con ayuda de medios mecanicos.

1.12. CONTACTORES. 33

Figura 1.21: Contactor A40 ABB.

Contactores neumaticos.

Se accionan mediante la presion de un gas.

Contactores hidraulicos.

Se accionan por la presion de un lıquido.

1.12.2. Constitucion de los contactores.

Contactos principales.

Son los destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia. Estan abiertos en reposo.

Contactos Auxiliares.

Son los encargados de abrir y cerrar el circuito de mando. Estan acoplados mecani-

camente a los contactos principales puede ser de 12, 24 y 220 v de corriente alterna,

siendo la de 220v la mas usual.

(Estos contactos auxiliares pueden ser adquiridos por separado del contactor y agre-

garlos al contactor como ası mismo lo dice contactos auxiliares.)

Como muestra la figura, en los costados de cada contactor podemos observar los con-

tactos auxiliares acoplados al contactor y ası poder hacer uso de ellos mecanicamente

en conjunto con los componentes del contactor. Estos pueden ser normalmente abiertos


(NA), normalmente cerrados (NC).

Figura 1.22: Contactores ABB.

Bobina.

Elemento que produce una fuerza de atraccion (FA) al ser atravesado por una co-

rriente electrica. Su tension de alimentacion puede ser de 12, 24 y 220v de corriente

alterna, siendo la de 220v la mas usual.

Armadura.

Parte movil del contactor. Desplaza los contactos principales y auxiliares por la

accion (FA) de la bobina.

Nucleo.

Parte fija por la que se cierra el flujo magnetico producido por la bobina.

Resorte.

Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posicion de reposo una vez

cesa la fuerza (FA)

1.12.3. Funcionamiento de los Contactores.

Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el

establecimiento y cortes de las corrientes principales y segun el numero de vıas de paso de

corriente, sera bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. Realizandose las maniobras simultanea-

mente en todas las vıas.


Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos y cerrados. Estos forman parte del

circuito auxiliar del contactor y aseguran las auto alimentaciones, los mandos, enclava-

mientos de contactos y senalizaciones en los equipos de automatizacion.

Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulacion de la corriente, mue-

ve el nucleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo

a traves de los polos el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento

puede ser:

Por rotacion, pivote sobre su eje.

Por traslacion, deslizandose paralelamente a las partes fijas.

Combinacion de movimientos, rotacion y traslacion.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de

presion de los polos de los contactos y los choques electromagneticos debidos al paso de la

corriente por sus espiras, con el fin de reducir los choques mecanicos la bobina o circuito

magnetico, a veces los dos se montan sobre amortiguadores.

Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en

paralelo y el de parada en serie.

1.12.4. Simbologıa y referenciado de bornes.

Los bornes de conexion de los contactores se nombran mediante cifras o codigos de

cifras y letras que permiten identificarlos, facilitando la realizacion de esquemas y las la-

bores de cableado.

Los contactos principales se referencian con una sola cifra, del 1 al 16.

Los contactos auxiliares estan referenciados con dos cifras. Las cifras de unidades o

cifras de funcion indican la funcion del contacto.

1 y 2, contacto normalmente cerrado. (NC)

3 y 4, contacto normalmente abierto. (NA)


5 y 6, contacto de apertura temporizada.

7 y 8, contacto de cierre temporizado.

La cifra de las decenas indica el numero de orden de cada contacto en el contactor.

En un lado se indica a que contactor pertenece.

Las bobinas de un contactor se referencian con las letras A1 y A2. En su parte inferior

se indica a que contactor pertenece.

El contactor se denomina con las letras KM seguidas de un numero de orden.

Figura 1.23: Accesorios para contactores ABB.

1.12.5. Eleccion de un contactor electromagnetico.

Es necesario conocer las siguientes caracterısticas del receptor:

La tension nominal de funcionamiento, en volts (v).

La corriente de servicio (Ie) que consume, en Amperes (A)


Tabla 1.4: Tabla de potencia y corriente para elegir un contactor.

La naturaleza y la utilizacion del receptor, osea, su categorıa de servicio.

Tabla 1.5: Tabla de categorıa de servicio.

La corriente cortada, que depende del tipo de categorıa de servicio y se obtiene a partir

de la corriente de servicio, amperios (A).

Los pasos a seguir para la eleccion de un contactor son los siguientes:

1.- Obtener la corriente de servicio (Ie) que consume el receptor.

2.- A partir del tipo de receptor, obtener la categorıa de servicio.

3.- A partir de la categorıa de servicio elegida, obtener la corriente cortada (Ic) con la

que se obtendra el calibre del contactor.

Ademas, hay que considerar la condicion del factor de potencia, ya que en el caso

de los circuitos de alumbrado con lamparas de descarga (vapor de mercurio, sodio,) con

factor de potencia 0,45 (sin compensar), su categorıa de servicio es AC3, aunque por su


naturaleza deberıa ser AC1. Mientras que si estuviera compensado a 0,95, su categorıa

sera AC1.

1.12.6. Aplicaciones

Las aplicaciones de los contactores, en funcion de la categorıa de servicio, son:

Tabla 1.6: Tabla de servicio con respecto a su aplicacion.

Con el paso de los anos estas categorıas han incrementado y podemos encontrar de

diferentes marcas para distintos usos, dependiendo lo que nuestro proceso requiera.

1.13. Relevadores Encapsulados.

Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnetico

(electroiman) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos con-

trolar. En la siguiente figura se puede ver su simbologıa ası como su constitucion (rele de

armadura).

Figura 1.24: Rele de 1 circuito y de 2 circuitos.

Su funcionamiento se basa en el fenomeno electromagnetico. Cuando la corriente atra-

viesa la bobina, produce un campo magnetico que magnetiza un nucleo de hierro dulce

1.13. RELEVADORES ENCAPSULADOS. 39

(ferrita). Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente

se desconecta vuelven a separarse.

Los sımbolos que aparecen en las figuras poseen solo 1 y dos circuitos, pero existen

reles con un mayor numero de ellos.

Figura 1.25: Partes internas de un relevador.

1.13.1. Caracterısticas Tecnicas.

Parte Electromagnetica.

Corriente de excitacion.- Intensidad que circula por la bobina, necesaria para activar

el rele.

Tension Nominal.- Tension de trabajo para la cual el rele se activa.

Tension de trabajo.- Margen entre la tension mınima y maxima, garantizando el

funcionamiento correcto del dispositivo.

Consumo nominal de la bobina.- Potencia que consume la bobina cuando el rele esta ex-

citado con la tension nominal a 20oC.

Contactos o parte mecanica.

Tension de conexion.- Tension entre contactos antes de cerrar o despues de abrir.


Intensidad de conexion.- Intensidad maxima que un rele puede conectar o desconec-

tarlo.

Intensidad maxima de trabajo.- Intensidad maxima que puede circular por los con-

tactos cuando se han cerrado.

Los materiales con los que se fabrican los contactos son: plata y aleaciones de plata

que pueden ser con cobre, nıquel u oxido de cadmio. El uso del material que se elija en

su fabricacion dependera de su aplicacion y vida util necesaria de los mismos.

Figura 1.26: Relevador encapsulado.

1.14. Interruptores Termomagneticos.

Los interruptores termomagneticos son dispositivos que nos permiten conectar o des-

conectar la alimentacion ya sea en condiciones normales o anormales (de falla), ademas

de proveernos de proteccion (termica y magnetica).

Los interruptores protegen circuitos contra corriente:

Sobrecarga: funcion realizada por bimetalico sensible al Calor

Corto circuito: funcion realizada por bobina magnetica Ambos interrumpen el circuit-

breaker.

1.14. INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS. 41

Figura 1.27: Curva de disparo.

1.14.1. Partes.

Figura 1.28: Partes de un Interruptor termomagnetico.

1.14.2. Caracterısticas de proteccion.

Las principales caracterısticas de proteccion contra corto circuito y sobrecarga:

Disparo termico.

La circulacion de la corriente es a traves de una tira bimetalica, la resistencia de la


tira bimetalica desarrolla calor el cual origina que el bimetal se incline hasta que su

movimiento sea lo suficiente para activar el mecanismo y permitir que el interruptor

opere.

Disparo magnetico.

Para grandes corrientes de falla se adiciona un solenoide magnetico que es el camino

de la corriente a traves del interruptor, este atrae una armadura magnetica para

provocar el disparo del interruptor.

Figura 1.29: Interruptor termomagnetico ABB.

Existen diferentes curvas de proteccion para nuestro proceso todo depende de la ten-

sion nominal con la que estemos alimentando nuestros equipos y/o sistema en general que

queramos proteger. Ası mismo podemos encontrar diferentes tamanos y para diferente

numero de polos que se necesiten. Aquı algunas curvas de proteccion:

Curva C

Las caracterısticas de desconexion termica son adecuadas para usos generales tales

como: iluminacion, pequenos motores, etc.

Curva D

Son adecuados para proteger lıneas con motores electricos con fuertes corrientes de

conexion.

Desconexion magnetica.

Curva C: de 5 a 10 In.

1.15. RELES DE SOBRECARGA. 43

Curva D: de 10 a 20In.

Ajustados a 14+-2 In para coordinacion con contactores y reles termicos.

B

Disparo: 3 a 5 veces corriente nominal In (IEC 60898); proteccion de generadores,

personas, cables largos; Sin picos de corriente.

C

Disparo: 5 a 10 In (IEC 60898); proteccion de circuitos (iluminacion, tomas de

alimentacion) usos generales.

K

Disparo: 10 a 14 In (IEC 60947.2);

D

Disparo: 10 a 20 In (IEC 60947.2); proteccion de circuitos con alta corriente inductiva

inrush; transformadores, motores.

Z

Disparo: 2.4 a 3.6 In (IEC 60947.2); proteccion de electronicos

MA

Disparo: 12 In (IEC 60947.2); proteccion de arrancadores para motores y aplicacio-

nes especificas (Sin proteccion termica).

1.15. Reles de sobrecarga.

El relevador de sobrecarga es el corazon de la proteccion del motor. Como el fusible

de doble elemento, un relevador de sobrecarga tiene caracterısticas de tiempo inverso en

el disparo o apertura, permitiendo mantener la conduccion durante el periodo de acelera-

cion (cuando se demanda la corriente de arranque), pero dando proteccion en las pequenas

sobrecargas cuando el motor esta operando. Contrariamente al fusible, el relevador de so-

brecarga puede repetir la operacion sin necesidad de ser reemplazado. Debe enfatizarse

que el relevador de sobrecarga no provee proteccion de corto circuito.

Consiste en una unidad sensible a la corriente, conectada en la lınea al motor, mas

un mecanismo que actua por medio de la unidad, que sirve para directa o indirectamente


interrumpir el circuito.

Estos pueden ser clasificados en termicos y magneticos.

Los relevadores de sobrecarga magneticos reaccionan unicamente a los excesos de co-

rriente y no son afectados por la temperatura.

Como su nombre lo indica, en los relevadores de sobrecarga termicos la operacion de-

pende de la elevacion de temperatura causada por la corriente de sobre carga, la cual hace

operar el mecanismo de disparo.

Los relevadores termicos de sobrecarga pueden ser subdividos en los tipos de aleacion

fusible y bimetalicos.

Figura 1.30: Rele de sobrecarga ABB.

1.15.1. Tipos de Reles de sobrecarga.

Rele de sobre corriente de tiempo inverso.

El tiempo de operacion varıa en forma inversamente proporcional a la corriente de

operacion. Se fabrica con curvas de ”tiempo inverso”, ”tiempo muy inverso”

Reles residuales de sobrecorriente.

1.15. RELES DE SOBRECARGA. 45

El alimentadores, puede ocurrir que los cortocircuitos monofasicos que son los de

mayor frecuencia de ocurrencia, no pueden ser detectados por los reles de sobreco-

rriente de fases si ellos ocurren con impedancia de falla. Ya que en estos casos la

corriente de falla monofasica puede ser inferior a la corriente mınima de operacion

de los reles de fases.

Para solucionar este problema se utilizan reles residuales de sobrecorriente. Estos reles

solo miden, por conexion, corriente de secuencia cero y son insensibles a las corrientes de

carga, lo que permite que sus corrientes mınimas de operacion se ajusten por debajo de

los valores en que hay que ajustar los reles de fase.

Reles de sobrecarga con tiras bimetalicas.

Los reles de sobrecarga, con retardo termico dependiente de la intensidad de la co-

rriente, tienen, por lo general, tres tiras bimetalicas. Las resistencias calefactoras, por las

que circula la corriente del motor, calientan indirectamente estas tiras.

Cuando las corrientes asignadas del motor son muy elevadas, deja de tener sentido

el uso de estas resistencias calefactoras en forma directa, por lo tanto, para corrientes

de mas de 200 A la corriente del motor circula por transformadores de medicion. Ası el

rele termico de sobrecarga sera caldeado por la corriente secundaria del Transformador.

De esta forma, se logran reducir las perdidas, y se aumenta la resistencia a los circuitos

de los reles.

1.15.2. Prueba de funcionamiento TEST.

Con la corredera de prueba se puede verificar el funcionamiento de los contactos au-

xiliares de los reles de sobrecarga dispuestos para el servicio. Al accionar la corredera

de prueba ”test”, se simula la operacion del rele. El contacto NC (95-96) se abre, y el

contacto NA (97-98) se cierra. Esta operacion permite comprobar el cableado de circuito

de comando.

En servicio con reposicion manual, despues de realizada la prueba, el rele de sobrecarga

permanece en la posicion de ”disparo”, por lo tanto, debe pulsarse el boton de reposicion


para que rele retorne a la posicion de servicio. En servicio con reposicion automatica,

despues de accionarse la corredera de prueba, el rele de sobrecarga se repone automatica-

mente a la posicion de servicio.

Figura 1.31: Rele de sobrecarga TEST ABB.

Como observamos en la imagen anterior hay una pestanita de color cafe con la que po-

demos hacer una prueba ”test”donde forzamos o simulamos que hubo una sobrecorriente

y cambiamos de estado los contactos abiertos y cerrados, de esta forma nos damos cuenta

que nuestro dispositivo funciona correctamente.

Boton de parada ”stop”:

Con el boton de parada se abre el contacto NC y permanece abierto hasta que se

suelta dicho boton. Por este medio se puede desconectar el contactor correspondiente al

rele y con este el motor

Curvas caracterısticas de disparo:

Las curvas caracterısticas indican la dependencia entre el tiempo de disparo y la co-

rriente de disparo como multiplo de la intensidad de la corriente ajustada. Estas curvas

se representan para una carga simetrica tripolar y para una carga bipolar, ambas a partir

del estado frıo.

La menor corriente capaz de producir un disparo se denomina corriente de disparo.

1.16. TABLEROS DE DISTRIBUCION. 47

1.16. Tableros de distribucion.

Los Tableros de Distribucion son aptos para su utilizacion en las Sub-estaciones prin-

cipales, secundarias y en lugares donde se desee tener un grupo de interruptores con reles

de sobrecargas y cortocircuitos; destinados a proteger y alimentar a las cargas electricas.

Los Tableros de distribucion constituyen una parte inherente a toda red electrica y se

fabrican para conducir desde algunos pocos amperios hasta el orden de 4000Amp, ası co-

mo para soportar los niveles de corrientes de cortocircuito y los niveles de tension de la

red electrica.

Los interruptores pueden ser del tipo bastidor abierto, en caja moldeada o tipo minia-

tura (riel DIN) y se pueden equipar con accesorios para mando local y a distancia. Existe

una amplia variedad de equipos que pueden ser instalados en estos Tableros.

1.16.1. Tipos de tableros.

Existen diferentes tipos de tableros en los cuales podemos distribuir dependiendo la

aplicacion nuestros dispositivos, como por ejemplo para una instalacion electrica donde

tenemos solamente circuitos derivamos como lo son interruptores termomagneticos, po-

demos utilizar el siguiente diseno.

Como podemos observar en el tablero siguiente, contamos con dos ranuras verticales

paralelas donde hare la distribucion de nuestros circuitos derivados y en la parte de abajo

el circuito principal de las fases con las que contemos en este tablero.

En la parte interna de este tablero contamos con diferentes bornes de conexion para

tierras, fases, neutros, etc.

Este tablero nos puede funcionar para un control distribuido de iluminacion donde

podemos acoplar diferentes numero de contactos para el control de esta misma.


Figura 1.32: Tablero de distribucion ABB.

Figura 1.33: Platina de montaje y conexion.

Esta imagen nos muestra internamente como esta constituida la platina, como pode-

mos observar, tiene dos rieles paralelos donde pondremos colocar cada una de la pastilla

so interruptor y la conexion se hace en las barras para la fase indicada.

En la parte inferior tenemos dos barras de tornillos color dorada donde podremos

atornillar cada uno de los cables de tierra que usemos en dicho tablero.

Ası mismo cuenta la barra de conexiones neutro. En base a estas barras podemos

1.17. SENALIZACION. 49

ubicar de una mejor manera todas las conexiones que se necesiten en nuestro sistema aun

no siendo de iluminacion.

Para procesos donde requerimos de mayor espacio y una distribucion de dispositivos

mayor estudiada, ası mismo como un numero mayor de elementos de fuerza y control para

nuestro sistema, podemos requerir de un tablero el cual solo contenga una platina donde

nosotros haremos la distribucion de estos.

Figura 1.34: Tablero armado.

La imagen anterior nos muestra como es que podrıa quedar nuestro sistema, esto de-

pende del diseno de cada uno y el numero de dispositivos que se necesitan para el proceso,

ya que pueden variar las dimensiones de dicho tablero.

Para tener un mejor diseno de tablero, tambien debemos tomar en cuenta si es perti-

nente utilizar diferentes tipos de canalizacion para la distribucion del cableado en nuestros

dispositivos.

1.17. Senalizacion.

La senalizacion puede ser de diferentes formas tanto visual, como sonora y tambien en

la botonerıa.


En la mayorıa de los procesos debemos contar con un tipo de senalizacion ya sea visual

o sonora, esto para mantener enterado al operador y usuarios de las condiciones de dicho

proceso. La mayorıa de los casos lo utilizamos para saber si el proceso nos mando a alguna

alarma de paro, marcha o cualquier otra senal programada en el sistema. Estas pueden

estar instaladas en diferentes zonas del tablero o del area de proceso, donde sea requerido

y mas facilmente visual para el personal. En parte de mantener al personal al tanto de la

operacion de dicho proceso, creamos el area de trabajo mas segura al advertir a todos de

alguna alarma en dicho proceso.

Podemos encontrar una gran variedad de senalizacion para nuestro sistema en cuanto

a una alarma visual, desde balizas hasta solo lamparas de un solo color y botones de igual

forma iluminados.

Figura 1.35: Senalizacion ABB.

Si necesitamos que la senal de alarma a emitir sea sonora, podemos encontrar un am-

plio campo de buzzers los cuales se pueden alimentar a tensiones diferentes y pueden ser

accionados de la manera deseada.

1.18. BOTONERIA. 51

Figura 1.36: Alarma Sonora (BUZZER).

1.18. Botonerıa.

Para el accionamiento manual de nuestro sistema podemos incluir diferentes tipos de

interruptores, botones, selectores, etc. Para ellos existen diferentes tipos , dependiendo de

lo que se requiera para nuestro sistema. El montado y el diseno lo podemos encontrar en

diferentes formas.

TIPOS.

Figura 1.37: Botones pulsadores y pulsadores dobles.

Figura 1.38: Botones pulsadores de Seta.


Figura 1.39: Pulsadores de parada de emergencia.

Figura 1.40: Selectores.

Figura 1.41: Selectores accionados por llave.

Figura 1.42: Piloto y zumbador.

Por otra parte tambien podemos encontrar botoneras las cuales ya estan constituidas

de mas de un boton para diferentes usos en el proceso.

1.18. BOTONERIA. 53

Figura 1.43: Botoneras.

Tipos de montaje y accesorios.

Figura 1.44: Accesorios y montaje.

Capıtulo 2

Proceso de Secado de Madera

Antecedentes.

La madera que procede directamente de la tala y aserrado contiene un alto grado de

humedad que no interesa para la mayorıa de las aplicaciones, por lo que antes de ser

empleada es necesario someterla a procesos de secado. Con la madera seca se mejoran, en

general, la resistencia mecanica, la resistencia al ataque de insectos y hongos, la estabili-

dad de sus dimensiones, la facilidad de cepillado.

Figura 2.1: Madera recien talada.

El proceso que se utilizaba anteriormente para el secado de madera se realizaba en

base al metodo natural:

55

56 CAPITULO 2. PROCESO DE SECADO DE MADERA

2.1. Secado Natural.

El secado natural consiste en secar la madera directamente al aire libre. Puede rea-

lizarse con la madera apilada y sin ningun tipo de construccion, bajo techo o con aire

forzado utilizando ventiladores.

En estos metodos el proceso es muy lento, calculandose en dos anos para las maderas

blandas y en un ano por centımetro de grosor para las maderas duras. Ademas, se de-

ben tener en cuenta diferentes factores como son el movimiento del aire, la temperatura

ambiente, la insolacion, la humedad, la especie del arbol de la que procede la madera,

las dimensiones de las piezas, la forma de apilado y la distribucion de las pilas, etc. Se

suelen pintar los extremos de los tablones a fin de que su secado no sea demasiado rapido

en relacion con el resto de la pieza, y colocar pesos sobre las pilas para evitar movimientos.

Este proceso de secado de madera es el mas utilizado debido a que tiene un costo muy

bajo, el problema de ello, es que los tiempos de entrega son muy extensos, por lo tanto

no resulta tan conveniente usar este metodo, Ya que tambien se necesita contar con un

area muy grande, donde se pueda apilar la madera.

Figura 2.2: Madera apilada para secado natural.

Por ejemplo, el secado natural para pino recien talado llega a tardar hasta 2 anos

de proceso, este se hace dejando la madera al aire libre, con el cual es secado, para que

pueda llegar a la humedad que se desea se debe dejar todo este tiempo al aire libre api-

lada. Por otro lado los trabajadores se encargaran de emplear ventiladores, con los cuales

hacen que el aire circule con mayor velocidad y llegue a la madera mas facilmente y rapido.

2.2. SECADO ARTIFICIAL. 57

El secado natural, cuenta con otros tipos de peligros, ya que al dejar la madera al air

libre en el secado, provoca que tengamos mas infecciones fungosas, ataques de insectos,

contracciones y acciones quımicas en la madera que resulten no favorables para su ex-

portacion, ya que puede ser de muy mala calidad y los instrumentos o elementos que se

vallan a construir con ella, no funcionen de la manera mas adecuada.

Es por ello que este secado nos muestras las siguientes ventajas y limitaciones.

Bajo costo de inversion inicial en equipo.

Larga duracion del proceso.

Imposibilidad de llegar al contenido de humedad deseado.

No es posible controlar los factores que determinan el secado.

Existen limitaciones para impedir la formacion de defectos y danos por agentes

biologicos.

2.2. Secado Artificial.

El metodo de secado artificial como son los recintos cerrados (camaras) en donde el

clima se mantiene totalmente controlado, tiene por finalidad eliminar la humedad de la

madera de forma mas rapida que la que proporciona el secado natural. Mediante estos

procedimientos se obtienen rendimientos muy grandes, periodos relativamente cortos de

secado, pero al requerir instalaciones especiales resulta mas costoso.

Basicamente este proceso de secado artificial, contempla tener bajo control la dura-

cion del proceso, La posibilidad de llegar al contenido de humedad deseado, controlar los

factores que determinan el secado como la temperatura etc.

Como se menciona anteriormente, secar la madera de forma natural, contiene muchos

factores negativos. Debido a los avances de la tecnologıa ahora se puede implementar un

proceso de secado mas eficiente el cual reduce en gran cantidad el tiempo y amplia las

ganancias a la empresa, llegando de esta manera a mas clientes y en un menor tiempo


de entrega, es por ello que es relevante la automatizacion de estos metodos artificiales de

sacado. A continuacion se describe el proceso llevado a cabo para la automatizacion de

un horno de secado de madera.

2.3. Automatizacion de un horno de secado de ma-

dera.

Se plantea automatizar el proceso de secado de madera, el cual anteriormente se reali-

zaba de forma natural, esto quiere decir que la madera permanecıa al aire libre, y ahı era

secado.La empresa cuyo dicho nombre no puede ser mencionada, realizo la tarea de armar

un horno de secado de madera con ciertas dimensiones y elementos ya instalados para

controlar, lo que requiere la empresa es que este proceso de secado por horno se encuen-

tre automatizado, la disposicion del horno se muestra en el plano. (ver en anexo plano

arquitectonico)

Como se muestra en el plano arquitectonico, existen areas que se construyeron para

una tarea especıfica, las cuales tienen un objetivo principal para llevar acabo el proceso

de secado de madera.

1.- Cuarto de Control.

En esta habitacion se cuenta con el tablero de automatizacion fısicamente, en donde

podemos gobernar cada uno de los dispositivos que se encuentran en el horno para poder

llevar acabo el proceso. Esta habitacion como lo muestra el plano, debe de estar a 10

metros de distancia como mınimo del horno, ya que se manejan temperaturas muy altas

y los equipos no pueden estar expuestos a estos climas, es por eso que se debe de tomar

en cuenta este punto tan importante para seguridad de los trabajadores.

2.- Taller.

Esta habitacion esta asignada a los tecnicos y/o ingenieros para llevar acabo trabajos

de mantenimiento.

2.3. AUTOMATIZACION DE UN HORNO DE SECADO DE MADERA. 59

3.- Camara de secado.

Es la habitacion mas importante, pues es donde la madera permanecera para aplicarle

el proceso de secado y donde se encuentran todos nuestros elementos finales de control,

que gobernaremos desde el tablero, para el proceso.

Aquı mismos contamos con el punto numero 4 (Area a colocar madera) como pode-

mos observar el cuadro punteado en el plano, tenemos un perımetro muy extenso dentro

de nuestra camara de secado, donde colocaremos la madera acomodad en 4 montıculos

separados para un mejor secado de ella.

5 y 6.- Puerta Sur y Norte.

La funcion de estas puertas es para la comunicacion del operador con la madera en

el momento de realizar algun tipo de mantenimiento o la medicion de la temperatura y

humedad, tanto en la camara como en la madera. Estas puertas tienen de altura 1.30m

y estan restringidas a toda persona ajena al proceso, ya que dentro de esta camara se

encuentra una temperatura por arriba de los 100 grados Celsius o mas.

7.- Puertas centrales del horno.

Por estas puertas es donde nuestra madera es ingresada al horno, ası mismo pueden

fungir como puertas de emergencia en caso de algun accidente o situacion que ponga en

peligro la planta y la vida de los trabajadores.

De esta forma observamos el espacio en el cual esta instalado el horno para el secado

de madera y las diferentes divisiones que se necesitan para tener cada componente en su

lugar y no sufrir algun dano que pueda causar un grave accidente. De la misma manera

el poder contar con un espacio comodo para realizar el trabajo que se requiere es indis-

pensable para evitar errores, contratiempos y accidentes.


2.3.1. Elementos Fısicos.

En el horno ya se tienen instalados los componentes finales, que accionaremos para

poder darle vida al proceso de secado, estos elementos se encuentran instalados segun la

empresa donde son necesarios, para obtener los resultados deseados.

En el siguiente plano podemos identificar como es que estan ubicados nuestros dispo-

sitivos fısicamente en el proceso, para que de esta manera puedan funcionar debidamen-

te.(ver en anexo plano arquitectonico)

1.- Tablero Principal de Alimentacion.

El horno cuenta con un tablero principal de fuerza, es donde la acometida de CFE llega

y distribuye para la iluminacion del horno, tambien este tablero envıa la alimentacion al

horno de control por 3 fases que son requeridas para la automatizacion.

2.- Tablero Principal de Control.

En esta area se propone el lugar donde debe ser montando el tablero de control, estas

especificaciones son mencionadas por los integrados, ya que su equipo no puede perma-

necer a menos de 10 metros de distancia del horno como ya se habıa mencionado en un

principio.

3.- Quemador.

El proceso cuenta con un quemador atmosferico de 12

HP, el cual se encarga de calentar

en una camara, el aire extraıdo del ambiente. Este quemador esta integrado a una camara

de metal que soporta altas temperaturas.

4.- Camara de aire caliente.

En esta camara es donde el aire extraıdo se concentra y junto con la flama del que-

mador conseguimos que se caliente a cierta temperatura, la misma turbina que ayuda a

extraerlo del ambiente lo hace enviarlo por unos ductos donde el aire es introducido en el


horno.

5.- Turbina.

La turbina con la que cuenta el proceso tiene una potencia de 5HP, La cual conforme

a una toma de aire en ella, puede jalar aire del exterior e introducirlo en la camara para

ser calentado y al mismo tiempo enviarlo por los ductos de aire hacia el horno.

6.- Ductos de aire caliente.

Existen dos ductos de salida en la camara, una de ellas esta del lado norte del horno y

el otro del lado sur, al dividir los ductos, hacemos que el viaje del aire en el horno no entre

solo de un extremo y caliente mas rapido uno de ellos, haciendo esta division nos permite

introducir aire caliente en medidas iguales para calentar de forma continua y balanceada

a nuestro horno. Y ası poder comenzar o continuar con el proceso de secado y llegar a

una temperatura adecuada bajo ciertos lımites.

7.- Ventiladores.

Se utilizan 4 ventiladores de 1.5HP de potencia cada uno, los cuales se encuentran

instalados en la parte superior del horno, estos ventiladores ayudaran a recircular el aire

por toda la camara y crear una mezcla homogenea de temperatura dentro de el.

8.- Extractores.

Ası como se llena el horno de aire caliente tambien debe ser liberado de el, ya que se

corren diferentes riesgos y peligros cuando la temperatura dentro del horno es muy alta,

es por eso que se utilizan dos extractores los cuales tienen una potencia de 1HP, para

mantener en equilibrio el proceso y poder extraer la humedad en exceso y el aire caliente.

9.- Bomba de agua.

Se cuenta con una bomba de 2HP, la cual se utilizara para llevar agua hacia unas

valvulas las cuales a su vez se encargaran de enviar el lıquido a los aspersores y poder


humedecer dentro del horno.

10.- Valvulas.

Estas valvulas se encuentran ubicadas una para el lado sur y la otra para el lado norte

en el horno.

11.- BH (Bulbo humedo) y BS (Bulbo Seco).

Para el control de la temperatura en el horno, se instalaron 2 higrometros los cuales

se constituyen de dos termopares, uno de ellos es usado como BH (Bulbo Humedo) que

esta introducido en un pequeno recipiente con agua. El segundo termopar es el BS (Bul-

bo Seco) este termopar se encuentra censando la temperatura del aire que se encuentra

circulando dentro del horno.

Al momento de llevar acabo un levantamiento y recuperacion de datos para el siste-

ma, se plantea cambiar los termopares por sensores de temperatura PT100, ya que estos

sensores brindan una mejor medicion y validacion de datos con mayor sensibilidad.

Los datos anteriores nos muestran el area de trabajo y los componentes que requiere

la empresa se controlen, claro esta integrando un tablero de control el cual pueda realizar

la automatizacion de los componentes bajo las condiciones que la empresa requiere, de

esta forma su madera dejara de ser secada en proceso natural y podra ser procesada en

un horno bajo un proceso artificial de automatizacion.

2.3.2. Condiciones y Propuestas.

Una vez obtenidos y valorados los datos anteriores, se lleva la automatizacion de este

sistema, el cual requiere de ciertos componentes para poder controlar los ya mencionados,

las condiciones que requiere la empresa son las siguientes.

Visualizacion.


La empresa requiere de una pantalla en la cual se puedan leer los valores de tempe-

ratura dentro del horno, ası mismo debido a que se secan diferentes tipos de maderas

requiere una propuesta para modificar variables de temperatura.

Se propone que con la misma pantalla el operario pueda manipular esos valores, tanto

para seguridad como para su proceso. Esto quiere decir que existira un area en la pantalla

donde puedan tomar lectura y modificacion de valores limites.

Control.

La manipulacion de los motores, actuadores, etc. Ya mencionados para llevar acabo el

secado dentro del horno.

Este proceso se debera llevar acabo automaticamente, bajando ası el menor indicio

de intervencion de la mano del hombre dentro del proceso, solo en caso de ser requeri-

do, tambien el operario podra manejar todo el horno manualmente desde el mismo tablero.

El proceso debera funcionar bajo los parametros por el operario al asignar valores de

temperatura.

Senalizacion.

Se requieren alarmas visuales que puedan ser distinguidas rapidamente por el operario

en caso de sufrir algun tipo de alarmas, como pueden ser altas temperaturas, activacion

de elementos, desactivacion de elementos.

Lamparas que indiquen el funcionamiento o la situacion en la que se encuentra el ta-

blero.

2.3.3. Integracion de la Automatizacion.

La automatizacion del proceso, se llevara acabo bajo las condiciones del cliente y se

anadiran complementos en el control, alarmado, senalizacion, visualizacion, etc. de todo


el sistema. Para ello requerimos de los siguientes elementos para llevar acabo la automa-

tizacion.

Para la manipulacion del sistema en el tablero y seleccion de manual o automatico en

el proceso se requieren los siguientes componentes.

Controlador. (PLC)

En este controlador se disenara una logica secuencial, en base de un programa, con

el cual se tendra el gobierno de todos los dispositivos a controlar.

Pantalla. (HMI)

Utilizaremos esta pantalla para el manejo de las variables dentro del horno, ası como

su lectura y modificacion, se crearan paneles graficos para que el operario este al

tanto del proceso en su totalidad y en cada momento. Tambien se mandaran senales

de alarma a traves de esta pantalla, para que el operario se encuentre enterado de

todo lo que sucede en el proceso.

Selector 2 posiciones. ( Arranque de turbina)

Con este selector en la base frontal del tablero, podemos manipular el encendido y

apagado de la turbina.

Selector 3 posiciones. (Seleccion de Manual de Auto para quemador)

Este selector funcionara para poder manipular la seleccion de manual o automatico,

del quemador en el proceso.

Selector 3 posiciones. (Seleccion de Manual o Automatico para bomba)

Para poder seleccionar en el proceso si la bomba funcionara manualmente o au-

tomaticamente se empleara este selector.

Selector 3 posiciones. (Seleccion de Manual o Automatico para Extractores)

Los extractores tambien tienen que funcionar para automatico y manual, para ello

fue seleccionado este selector

Selector 3 posiciones.(Seleccion de Manual o Automatico para Ventiladores)

La seleccion de manual o automatico para los ventiladores funcionara con este se-

lector.


Selector 3 posiciones. (Seleccion de Sentido de Giro)

Los ventiladores deben tener dos sentidos de giros, los cuales seran manipulados con

este selector.

Boton pulsador. (Arranque de proceso)

Con este boton arrancaremos el proceso.

Boton tipo hongo. ( 2 contactos NC para boton de paro)

Se necesita un boton para un paro de emergencia, el cual sera este tipo hongo.

Interruptor principal de alimentacion al tablero.

Para la alimentacion del tablero y tambien su proteccion, emplearemos este inte-

rruptor. El cual soportara la carga que se maneja en el tablero y sera el que brinde

la alimentacion en general al tablero.

4 Sensores de Temperatura BH (PT100) y BS (PT100)

Como bien se menciono anteriormente se utilizaran sensores PT100 para la medicion

de temperatura en los bulbos humedos, ası como tambien para los bulbos secos.

Para tener la visualizacion correcta de los elementos cuando esten funcionando, se

necesita tener alarmas visuales, para ello se integrara lo siguiente:

1 Torreta de iluminacion. (Colores verde y rojo, para arranque y paro del proceso)

10 Lamparas pilotos para visualizar los elementos finales.

Todos los elementos ya mencionados que se necesitan para la integracion del tablero,

seran aquellos que manipulen el sistema. Este sistema cuenta con dispositivos finales, los

cuales seran activados para darle forma al sistema, estos dispositivos la empresa los men-

ciona con respecto a su potencia a la que trabajan. Los componentes a controlar son los

siguientes:

1 Bomba de 2HP

2 Valvulas

2 Extractores de 1 HP


1 Quemador de 12

HP

1 Turbina de 5 HP

4 Ventiladores 1.5 HP

Unas ves obtenidos estos datos, seleccionaremos los dispositivos de control y fuerza

que se necesitan para llevar acabo la integracion del tablero de control para el proceso

artificial de secado madera en horno.

2.3.4. Eleccion de dispositivos de control, fuerza y HMI.

PLC Y EXTENSIONES:

La empresa que realiza la automatizacion, se mantiene como socio comercial de las

marcas: Schneider Electric R© y ABB R© con los cuales se ha trabajado en diferentes oca-

siones en distintos proyectos de diferente magnitud, es por ello que se cuenta con la

experiencia para trabajar con estos equipos, debido a que se conoce su forma de instala-

cion, configuracion, programacion, cableado, etc.

Para llevar a acabo la eleccion de nuestro PLC, se realizo la siguiente relacion de en-

tradas y salidas que se necesitan para nuestro proceso. A continuacion se observa una

lista en la cual se describe el tipo de entrada y salida, lo que funciona como emisor o re-

ceptor, para poder seleccionar el PLC adecuado a las necesidades que demanda el proceso.


Tabla 2.1: Relacion de entradas y salidas para el PLC y extension.

Una vez hecho el conteo de entradas y salidas se eligio el siguiente PLC, tomado de un

compendiado de Schneider Electric R© con referencia: SCHC198, ano 2011, pag. 203 tabla

de seleccion TWIDO.


Tabla 2.2: Seleccion de PLC.

Tabla 2.3: Seleccion de Extension.

CONTACTORES:


Para seleccionar los contactores, se contaba con la potencia en HP y el voltaje al que se

alimentan los motores, de acuerdo estos datos, se calculo la corriente, como a continuacion

se muestra.

Datos del Motor:

V = 220V CA

P = 1,5HP

Dado que:

La corriente I =P

V

Donde:

P = Watts

V = V olts

Por lo tanto, si:

1HP = 746W

Entonces:

1,5HP = 1119W

P = 1119W

Aplicando la ecuacion: I =P

V

I =1119

220

Tenemos que:

I = 5,086A

Una vez obtenido este valor, en base al catalogo de ABB R© Lista de precios 2011

(Low Voltage Products) pag. 47 Control, Contactores serie A 3 Polos, los contactores

disponibles, de acuerdo a la corriente y potencia que maneja este motor se eligieron

en base a las tablas de seleccion, los siguientes contactores. (ver tabla de seleecion de

contactores del catalogo ABB R© 2011, anexo.


Tabla 2.4: Seleccion de contactores para ventiladores.

Tabla 2.5: Seleccion de contactores para rotacion de giro.


Tabla 2.6: Seleccion de bloqueo mecanico para inversion de giro.

Tabla 2.7: Seleccion de contactor para bomba.


Tabla 2.8: Seleccion de contactores para extractores.

Tabla 2.9: Seleccion de contactores para quemador.


Tabla 2.10: Seleccion de contactor para turbina.

GUARDAMOTORES:

Para la proteccion magneto-termica de los motores se propuso integrar guardamotores,

los cuales fueron seleccionados del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage

Products) pag. 54 Control, Guardamotores con disparo magnetico y disparo termico.

Para seleccionar los guardamotores tomaremos ahora en cuenta la potencia y la co-

rriente del contactor que protegera, por ejemplo:

El primer guardamotor, protegera al contactor del ventilador 1, este contactor tiene

los siguientes datos:

Datos del contactor:

Maneja una corriente de 9 A

Con una potencia de 2HP

Por lo tanto en base a las tablas de seleccion de guardamotores ya mencionados, se

busca el guardamotor que pueda proteger estos valores y se elige el siguiente hacia arriba,


esto para tener un porcentaje mas alto de seguridad. (ver tabla de seleccion de contactores

del catalogo ABB R© 2011, anexo.) De esta forma para todos los guardamotores.

Tabla 2.11: Seleccion de guardamotores para contactores de ventiladores.

Tabla 2.12: Seleccion de guardamotor para bomba.


Tabla 2.13: Seleccion de guardamotores para extractores.

Tabla 2.14: Seleccion de guardamotor para quemador.


Tabla 2.15: Seleccion de guardamotor para turbina.

RELEVADORES:

Los relevadores fueron seleccionados para la activacion de las valvulas, las cuales se

alientan a 220 VCA, por lo tanto estos fueron seleccionados del catalogo de ABB R© Lista

de precios 2011 (Low Voltage Products) pag. 81 Relevadores encapsulados CR. Al igual

que sus bases en la pag. 82 Accesorios.


Tabla 2.16: Seleccion de relevadores para valvulas.

Tabla 2.17: Seleccion de bases para relevadores.

CLEMAS:


Las clemas para la distribucion de las senales digitales, fueron seleccionadas del ca-

talogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage Products) pag. 68 Clemas de tornillo.

Tabla 2.18: Seleccion de clemas para senales de control digitales y fuerza.


Tabla 2.19: Seleccion de clemas para senales analogicas y fuerza.

fueron seleccionadas del catalogo de SCHNEIDER ELECTRIC R© con referencia: SCHC198,

ano 2011, pag. 291, Tabla de seleccion de terminales de conexion y terminales de cable.

HMI:

La HMI fue seleccionada del catalogo de SCHNEIDER ELECTRIC R© con referencia:

SCHC200, Novedades 2010 Magelis Graficas.


Tabla 2.20: Seleccion de HMI.

Tabla 2.21: Seleccion de cable de comunicacion HMI-PLC.

FUENTE DE ALIMENTACION:


Esta fuente fue seleccionada del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage

Products) pag. 76 Fuentes de Alimentacion. Para la alimentacion de dispositivos que

requieren voltaje en CD.

Tabla 2.22: Seleccion de fuente de alimentacion para CD.

SELECTORES:

Estos selectores fueron seleccionados del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011

(Low Voltage Products) pag. 65 Boton Compacto.


Tabla 2.23: Seleccion de selectores para manipulacion de elementos.

Tabla 2.24: Seleccion de selector para encendido de turbina.

BOTON:


Para el encendido del proceso se eligio Boton que fue seleccionado del catalogo de

ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage Products) pag. 65 Boton Compacto.

Tabla 2.25: Seleccion de boton para encendido del proceso.

PILOTOS:

Para visualizacion e iluminacion los siguientes pilotos fueron seleccionada del catalogo

de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage Products) pag. 65 Boton compacto.


Tabla 2.26: Seleccion de lamparas pilotos.

TORRETA DE SENALIZACION:

Esta torreta fue seleccionada del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Vol-

tage Products) pag. 59 Torretas y faros de senalizacion.


Tabla 2.27: Seleccion de lampara verde para torreta.

Tabla 2.28: Seleccion de lampara roja para torreta.

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO:


seleccionada del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage Products).

Tabla 2.29: Seleccion de interruptor termomagnetico.

INTERRUPTOR PRINCIPAL DEL TABLERO:

El interruptor principal para la alimentacion del tablero, fue seleccionado del catalogo

ABB R© Lista de precios 2011 (Low Voltage Products) pag. 21 Interruptores de caja mol-

deada TMAX.

La suma de la corriente en nuestro sistema es muy alta, por ello deemos de tomar en

cuenta un interruptor el cual pueda soportar toda esa energia de trabajo, para ellos se

eligio el siguiente, satisfaciendo las necesidades de corrinte requerida.


Tabla 2.30: Seleccion de interruptor termomagnetico.

GABINETE:

Este gabinete fue seleccionado del catalogo de ABB R© Lista de precios 2011 (Low Vol-

tage Products) pag. 8 Gabinetes metalicos para usos multiples tipo AM2.


Tabla 2.31: Seleccion de gabinete para la integracion.

2.4. Conductores.

La seleccion de conductores para la fuerza en el tablero se dio de la siguiente manera:

Estos conductores se eligieron en base a la norma NOM001-SEDE-2005 en la tercera

seccion, excepcion 2, Tabla 310-13.- Conductores, aislamientos y usos. (ver anexos)

El tablero se encontrara en un cuarto de control el cual no rebasara los 40◦C de tem-

peratura en los cuales para los motores se manejaran las siguientes corrientes (A).

Tabla 2.32: Corriente en los motores.

2.4. CONDUCTORES. 89

De acuerdo a la norma NOM001-SEDE-2005, Tabla 310-13, Conductores aislamientos

y usos, los conductores que utilizaremos en base a su temperatura y corriente son los

siguientes:

Tabla 2.33: Calibre a utilizar de acuerdo al amperaje de los motores.

Por lo tanto de acuerdo a las tablas de la NOM001-SEDE-2005, en la alimentacion

para los motores, utilizaremos calibre 12 y 14 dependiendo la corriente en el motor, como

lo indica la tabla anterior.

Debido a que el voltaje en la zona de instalacion del equipo varia constantemente,

refiriendose a que no siempre se trabaja con los 220 VCA si no que este disminuye a 208

VCA o 205 VCA, el calibre que se utilizara para esta conexion se recorrera uno mas, para

evitar que este se dane por el aumento de corriente. De acuerdo a lo ya mencionado los

calibres quedan de la siguiente manera.

Tabla 2.34: Calibre a utilizar en fuerza.

Las senales de control en el PLC manejan un bajo voltaje, de acuerdo a la norma

NOM001-SEDE-2005 el calibre de los conductores queda de la siguiente manera:


Tabla 2.35: Calibre a utilizar para senales auxiliares.

Una vez elegidos los dispositivos para el control y consumibles, se elige un tablero con

las siguientes dimensiones, que fue seleccionada del catalogo de ABB R© Lista de precios

2011 (Low Voltage Products)

2.5. Integracion del equipo de control.

Una vez que el equipo fue seleccionado anteriormente se lleva acabo la integracion

de estos elementos. El gabinete se dimensiono de acuerdo al equipo de control que se

eligio para controlar el proceso con las siguientes medidas:

1200x800x400 mm

Incluye platina, Tapas de zoclo frontal y lateral.

2.5. INTEGRACION DEL EQUIPO DE CONTROL. 91

Figura 2.3: Tablero de control.

En la figura anterior podemos observar la dimension de este tablero, es de doble puerta

y tiene llave para la seguridad del equipo en el area de trabajo. Dentro de el se encuentra

la platina donde se colocara todo el equipo en riel din. El equipo de control se montara

de acuerdo a las conexiones que se le haran. Ya que en el tablero se cuenta con diferentes

tipos de cables en calibre, utilizaremos canaleta para poder distribuirlos en forma correcta.

La siguiente figura nos muestra una parte del equipo ya montada en la platina, de esta

forma es como se instalara el equipo y permanecera para llevar acabo su proceso.


Figura 2.4: Instalacion y conexion del equipo sobre la platina.

En la baliza se colocan diferentes areas donde, colocaremos los equipos de control en

forma de que localicemos la fuerza y el control, de esa forma si se le desee dar man-

tenimiento a los equipos o al tablero, podemos hacerlo de una forma mas sencilla y la

identificacion de los equipos sea mas rapida, ası mismo para identificar los cables de fuerza

o de control se utilizaron diferentes colores, los cuales separan, senales de entrada y de

salida digitales o analogicas, fuerza, PLC, Extension, Clemas etc.

Todo se encuentra separado comenzando por el interruptor principal, el cual se en-

carga de brindar seguridad y alimentar todo el tablero. Este interruptor por la parte de

abajo es conectado a las lıneas de comision federal y por la parte de arriba es distribuido

hacia nuestro tablero. Como se puede observa salen mas de un cable de cada borne, por

que se esta alimentando al sistema y tambien utilizando para interrumpir las lıneas hacia

los contactores en la activacion de los motores.


Figura 2.5: Interruptor principal.

Otra parte de fuerza, a la cual tambien llegan dos fases para alimentar al PLC y

protegerlo de corto circuito es la siguiente, en donde se observa montado el interruptor

termomagnetico el cual se alimenta a 220 VCA y la fuente de alimentacion que entrega

24 VCD para la pantalla y lo que requiera 24 VCD.

Figura 2.6: Interruptor termomagnetico y fuente de corriente directa.

En esta misma zona del tablero, hacia el lado izquierdo, se muestra el controlador

utilizado en el proceso, para poder llevar acabo todas las acciones de control.


Figura 2.7: Cableado del PLC en entradas y salidas.

En la siguiente figura podemos observar el PLC instalado sobre la platina y con las

conexiones de su alimentacion, en los cables rojo y blanco, ası como el verde el cual es la

tierra del PLC. Los cables de color naranja nos muestran las salidas del PLC digitales y

los cables de color amarillo las entradas. El cable en color azul es el comun hacia nuestras

entradas.

Hacia el lado derecho de este PLC se encuentra conectado a el su extension de entradas

analogicas, la cual fue utilizada para poder conectar y tomar lectura de los sensores de

temperatura PT100.


Figura 2.8: Extension de entradas analogicas cableada.

Los cables de fuerza son interrumpidos por la accion de control que se manda al contac-

tor, este al ser activado o desactivado, activa o desactiva los elementos finales de control.

La siguiente imagen nos muestra su instalacion en el tablero.

Figura 2.9: Conexion de contactores de inversion de giro con bloqueo mecanico.

En la figura anterior podemos observar los contactores para la rotacion de giro, y

los fases que estan siendo invertidas, para el cambio de sentido de giro en los motores,

el elemento que se encuentra entre los dos contactores, ayuda para realizar un bloqueo


mecanico cuando esten funcionando, es decir que si uno funciona, el otro no podra fun-

cionar hasta que se apague.

Todos los cables que llegaran a los elementos finales de control, se conectaran en cle-

mas, donde podremos identificar cada uno de los cables y que es lo que controlara, estas

clemas de distribucion se encuentran en la parte inferior del tablero, donde llegaran los

cables directamente de donde se encuentren los motores etc.

Figura 2.10: Clemas para la distribucion de senales.

Estas clemas se utilizan para poder realizar una conexion del proceso mas sencilla ya

cuando se esta en campo, esto permite tener una buena vision de los elementos y en caso

de requerir un mantenimiento de control o del motor no es necesario desconectar muchos

cables del tablero solo el de la clema para darle servicio, ası mismo todas las conexiones

que se hagan para la puesta en marcha seran a partir de este lugar donde se encuentran

las clemas y no tendra que ser expuesto el equipo de control en la parte de arriba.

En la siguiente imagen podemos observar algunos de los elementos que se encuentran

en la puerta del tablero, como son, selectores, pilotos y botones. Estos fueron instalados

en el tablero para la manipulacion del proceso.

2.6. PROGRAMACION DEL PLC. 97

Figura 2.11: Elementos de mando.

2.6. Programacion del PLC.

Para que el proceso pueda funcionar automaticamente, debemos de disenar una logia

de control en el PLC, este programa dara las ordenes a los elementos para ser activados

o desactivados.

Para poder realizar este programa de acuerdo al PLC seleccionado necesitamos el si-

guiente software de programacion.

Figura 2.12: Twido Soft V3.5.

Este software debera ser instalado en la PC con la version adecuada al PLC, en este

caso la V3.5 de Twido Soft. Una vez que se cuenta con ello al abrir el programa debemos


dar a nuevo proyecto y configurar el PLC que estamos utilizando.

Figura 2.13: Nuevo proyecto.

Al dar clic en esta opcion, tendremos la siguiente pantalla donde seleccionaremos au-

tomatico y tambien el nivel mas alto. Y damos clic en aceptar.

Figura 2.14: Gestion de nivel de funcionamiento.

El siguiente paso sera seleccionar la pestana de hardware, la cual nos arrojara diferen-

tes opciones. En esta parte configuraremos el PLC que estamos utilizando. Damos clic en


la opcion de Cambiar controlador base.

Figura 2.15: Cambio de controlador.

En esta parte seleccionaremos la referencia del PLC y daremos clic en cambiar. De

esta forma el PLC se acopla al numero de entradas y salidas que estamos utilizando en

el proceso. Ası como las caracterısticas con las que se cuenta en este PLC. La referencia

que nosotros tenemos es TWDLCAA40DRF. La cual buscaremos y seleccionaremos.

Figura 2.16: Referencia de controlador.

De esta forma el PLC ya esta configurado con el software. Ahora habra que configurar


la extension de entradas analogicas. Del lado izquierdo se encuentra el arbol de trabajo

y la opcion de Bus de ampliacion, ahı daremos clic derecho y seleccionaremos agregar

modulo. De la misma forma que en el PLC buscaremos la referencia de la extension y

sera esa la que seleccionaremos. La direccion de ampliacion sera de 1 y damos clic en

agregar.

Figura 2.17: Agregar modulo.

Una vez realizados los pasos anteriores, la configuracion del PLC esta correctamente

echa, ahora podemos comenzar a programar en el.

Comenzamos a programar con las entradas de nuestro PLC a las cuales les asignamos

una unidad de memoria como lo muestra a continuacion.


Figura 2.18: Asignacion de entradas.

Figura 2.19: Asignacion de entradas.

Las primeras senales programadas en el PLC son las entradas, y como se puede ob-

servar en la imagen anterior estas estan no estan activando la bobina directamente, si no

mas bien estan siendo enviadas a una unidad de memoria en el PLC con direccion %M,

de esta forma podemos utilizar un numero diferentes de memorias.

Igual que en el paso anterior las entradas estan siendo programadas y asignadas a otra

unidad de memoria, para las entradas analogicas primero habra que configurar la exten-


sion, dependiendo la unidad de los datos que queremos ver. Este PLC cuenta con una

opcion de configuracion donde nos entrega valores reales o convertidos, todo este depende

claro de que es lo que se requiera.

Primero que nada hay que programas las entradas analogicas, asignando su valor a

una palabra dependiendo el tipo de dato que guardaremos, asignamos las entradas de la

siguiente manera.

Figura 2.20: Asignacion de entradas analogicas.

Como se puede observar, la entrada analogica %IW0.2.0 esta siendo enviando su va-

lor a una memoria %MW0, esta direccion podremos utilizarla, para leer o escribir datos,

ası tambien como compararlos.

Figura 2.21: Asignacion a unidades de memoria.

Ya que las entradas estan asignadas podemos configurar el dato o la variable que que-

remos leer en el PLC. Para ello, del lado izquierdo en el arbol de trabajo, en la rama que

tiene la referencia de la extension, damos clic derecho y seleccionamos configuracion, la

cual nos arrojara la siguiente pantalla.

2.7. PROGRAMACION DE HMI 103

Figura 2.22: Configuracion de modulo.

En este cuadro se configuraran las entradas que utilizaremos. Para el proceso se nece-

sitan 4 entradas analogicas. En tipo de entrada seleccionaremos TEMPERATURA y para

la seccion de TIPO, seleccionaremos el tipo de sensor que estamos utilizando, en nues-

tro caso sera un PT100. La siguiente seccion de RANGO sera la unidad que queremos

observar en el PLC. Este cuenta con la opcion de darnos los datos en grados Celsius, el

cual facilita nuestra programacion y nos da la unidad que queremos leer. Seleccionamos

Celsius y los rangos de nuestro sensor iran de -2000 hasta 6000 en unidades de 0.1◦C.

En este punto nuestro controlador esta configurado completamente, de esta forma po-

demos dedicarnos a la programacion del PLC.(ver anexo programa completo del PLC)

2.7. Programacion de HMI

Para la programacion de la pantalla (HMI) debemos de llevar acabo diferentes pasos,

como en el PLC, de esta forma tambien configuraremos el modelo con su referencia para

poder programar en ella.

Para llevar acabo la configuracion del HMI y posteriormente la programacion, se ne-

cesita contar con el siguiente software con la version 6.0, de lo contrario no se podra pro-

gramar en ella.


Figura 2.23: Vijeo Designer Soft.

Una vez que el software esta instalado en la maquina al abrirlo, aparecera enseguida

la ventana para la configurar la pantalla. Los siguientes pasos muestran la configuracion.

En este cuadro seleccionamos la opcion de crear un nuevo proyecto. Ya damos clic en

siguiente.

Figura 2.24: Crear nuevo proyecto.

En la siguiente venta asignamos un nombre al proyecto y un destino, tambien podemos

2.7. PROGRAMACION DE HMI 105

agregar una breve descripcion o comentario del proyecto. Tambien podemos mantener se-

guro el programa asignando una contrasena para uso personal.

Figura 2.25: Asignar destino y contrasena.

Damos clic en siguiente y ahora aparece la siguiente ventana donde asignaremos un

destino del programa y tambien configuraremos la referencia de HMI que estamos usando.

La referencia al igual que la del PLC se encuentra en la eleccion de nuestros dispositivos.

Y sera la misma que asignaremos aquı y damos clic en finalizar.


Figura 2.26: Modelo de HMI.

Una ves configurada el HMI, podemos realizar la programacion y diseno de nuestra

pantalla, en esta area de trabajo que nos muestra.

Figura 2.27: Area de trabajo para comenzar a disenar.

Podemos comenzar a trabajar dentro de esta area de trabajo, panel por panel hasta

llegar a completar los paneles necesarios, de esta forma podemos realizar entre ellos una

secuencia y tambien la activacion de dispositivos a partir de aquı.

2.8. CONDICIONES PARA EL DISENO DEL HMI 107

Figura 2.28: Panel grafico.

2.8. Condiciones para el diseno del HMI

Para el diseno de la pantalla, se requieren tomar diferentes aspectos importantes para

el desarrollo de la aplicacion. Para este caso es importante tener bien monitoreado el sis-

tema, en cuanto a la temperatura y los valores que se estan controlando y leyendo en el

sistema. Tambien es importante la parte de preseleccionar un valor de temperatura, esto

se requiere ya que la madera que se seca es diferentes tipos y tiene un diferentes proceso,

puede variar en el tiempo y las formas de manejar la temperatura dentro del horno, por

seguridad en el y de los operarios es necesario tener bajo supervision los valores de tem-

peratura que se registran dentro del horno. Tambien es importante mantener una relacion

entre las temperaturas registradas de los bulbos, tanto humedos como secos.

Para el diseno y la programacion de nuestra pantalla se requieren los siguientes paneles

graficos, esto para brindarle al operario comodidad en el proceso y facilidad de uso del

tablero.

Se necesitan los siguientes paneles graficos.

1. Panel de Inicio


2. Menu

3. Preseleccion de parametros

4. Lectura de parametro

5. Alarmas y senales activadas y/o desactivadas

6. Graficas de temperatura para los bulbos humedos individuales

7. Graficas de temperatura para los bulbos secos individuales

8. Grafica de relacion de temperaturas en conjunto

9. Contacto para mantenimiento, aclaracion, numeros telefonicos.

2.9. Diseno de Paneles Graficos

1.- INICIO

Este panel grafico es el primero que aparece al prender el HMI, como se observa en la

figura tenemos una breve bienvenida para el operario. En este panel grafico se cuenta con

la fecha y hora ası como tambien el boton para iniciar el proceso que se encuentra en la

parte superior izquierda del panel.

Figura 2.29: Panel grafico de inicio.

2.9. DISENO DE PANELES GRAFICOS 109

Una vez estando en este panel es hora ir al siguiente, para ellos apretamos en la pan-

talla el boton de encendido, el cual nos envıa al siguiente panel.

2.- MENU

El siguiente panel es MENU

Figura 2.30: Panel grafico de menu.

Esta pantalla o panel grafico, nos muestra diferentes opciones, para el proceso donde

podemos realizar diferentes tareas o acciones de mando, lectura y monitoreo.

3.- El primer icono con el que se cuenta se llama Min-Max, en este icono podemos dar

la preseleccion a la temperatura minima o maxima que queremos tener en el proceso para

los bulbos, de esta forma al asignar valores en el panel, mantenemos seguro el horno. Y

ası mismo la madera que se encuentra dentro de el.

Para poder entrar al panel de preseleccion habra que dar clic en el icono de Min- Max.

Figura 2.31: Icono de preseleccion.


Y desplegara el siguiente panel.

Figura 2.32: Panel grafico de preseleccion.

Como muestra la figura anterior en este panel contamos con 4 espacios para poder

asignar un valor de temperatura, el primer espacio sera para asignar un valor de tempe-

ratura maxima al bulbo humedo. Debajo contamos con el espacio para asignar un valor

maximo al bulbo seco y del lado izquierdo para bulbo humedo un valor mınimo y para

bulbo seco un valor mınimo.

El icono que se encuentra en la esquina superior derecha, funciona para trasladarnos

hacia el home de los paneles graficos.

Ası como tambien el mismo icono azul nos regresa al menu anterior.

4.- El siguiente icono a seleccionar sera el de graficas.

Figura 2.33: Icono de graficas.

En este icono podemos observar el comportamiento de las temperaturas de todos los

bulbos, tanto en los humedos como en los secos.


La primera pantalla que nos muestra es la siguiente:

Figura 2.34: Panel grafico de la grafica de bulbo humedo BH sur.

Y como bien lo dice su nombre BULBO HUMEDO SUR. Estara mostrando el com-

portamiento del bulbo humedo que se encuentra en el lado sur del horno, la flecha azul nos

indica el color en que se estara llevando acabo la progresion de datos, ası identificaremos

que el bulbo humedo sur es el color azul.

Para continuar a la siguiente pantalla, habra que dar clic en el icono de grafica, que

nos mostrara lo siguiente.

Figura 2.35: Panel grafico de la grafica de bulbo humedo BH norte.


Esta pantalla como la anterior nos muestra el comportamiento de la temperatura en

un bulbo humedo en este caso sera el bulbo humedo que se encuentra en la parte norte del

horno. Para identificar esta temperatura y diferenciarla de la otra la grafica se desplegara

en color verde.

La siguiente pantalla la podremos ver dando clic en el icono de graficas.

Figura 2.36: Panel grafico de la grafica de bulbo seco BS sur.

Esta pantalla monitorea la temperatura del bulbo seco, la cual se distingue con el color

amarillo a su comportamiento.

Y la ultima pantalla o panel grafico para monitorear el comportamiento de la tempe-

ratura, ahora para bulbo seco norte es la siguiente.


Figura 2.37: Panel grafico de la grafica de bulbo seco BS norte.

Esta grafica se muestra en color blanco, de esta forma se diferencian todas las tempe-

raturas para poder ser monitoreadas y ubicadas rapidamente ası como tambien sencilla-

mente.

El ultimo panel grafico que podemos observar en cuanto a graficas, sera la relacion de

las 4 temperaturas en un solo plano, ası podemos ver como es el comportamiento de los

bulbos secos en relacion de los bulbos humedos.

Figura 2.38: Panel grafico de relacion de temperaturas.

En este panel las 4 variables estan siendo desplegadas en colores diferentes, de acuerdo

los utilizados en los paneles anteriores donde se muestra la variable individual. De esta


forma podemos darnos cuenta de la relacion y el comportamiento de ellas.

Al dar clic en el icono de graficas, al ser la ultima nos enviara al panel de MENU,

donde elegiremos el siguiente icono, que es:

Figura 2.39: Icono de alarmas.

Este icono al ser presionado nos enviara al siguiente panel.

Figura 2.40: Panel grafico de alarmas y senales.

En esta pantalla observamos, la activacion de los elementos finales de control, como

se muestra en la figura tenemos un icono para turbina, el cual al ser accionado desde el

PLC estara parpadeando todo el tiempo que este funcionando y cambiando de color. De

igual forma para el icono del quemador.

En la parte de abajo contamos con mas iconos, cada par de ellos verticalmente repre-

sentan un ventilador. Con su sentido norte y sentido sur, cada vez que los contactores

esten actuandose en el sentido sur o norte estos iconos estaran parpadeando tambien y

cambiando de color, visualizando el funcionamiento de los ventiladores.


Un panel mas de alarmas nos arrojara al presionar el icono de alarmas.

Figura 2.41: Panel grafico de alarmas y senales 2.

Para este panel grafico tambien tendremos la oportunidad de visualizar, si estan o no

activados los siguiente componentes mencionados en la pantalla. Los componentes que

nos muestran son la bomba, las valvulas, y los extractores.

Una vez regresando al panel de MENU, el siguiente icono a mostrar es.

Figura 2.42: Icono de historiales.

Este icono nos muestra el historial de alarmas o senales que han sido activadas o des-

activadas en el proceso con fecha y hora.


Figura 2.43: Panel grafico de historiales.

El siguiente icono ”LECTURAS”nos muestra los valores que han sido medidos por los

sensores en los bulbos, tanto secos como humedos.

Figura 2.44: Panel grafico de lectura de temperatura.

Estos valores los mostrara con punto decimal y seran en unidades de grados Celsius.

De esta forma podemos tener el monitoreo de la temperatura del horno en todo momento,

para mantener seguro el proceso tanto en el producto como en los operarios.

El ultimo panel grafico para mostrar es el de contacto. En caso de aparecer alguna

duda o averıa el operario debera comunicarse con el integrador para posponer una cita de

revision del equipo.

2.10. COMUNICACION DE HMI-PLC 117

Figura 2.45: Panel grafico de contacto.

En este ultimo panel se encuentran los telefonos y la direccion de la empresa que in-

tegro el sistema, para cualquier duda o adquisicion de un producto podra comunicarse a

estos numeros y sera tendido rapidamente.

De esta forma mantenemos al operario y a los trabajadores del proceso bajo condicio-

nes seguras y comodas para laborar.

2.10. Comunicacion de HMI-PLC

Para que el HMI funcione con respecto a las acciones de control con el PLC, se debe

realizar una comunicacion entre ellos, para ello existen diferentes tipos de protocolos de

comunicacion y en este caso realizaremos la comunicacion por MODBUS. Utilizamos el

cable ya mencionado en la seleccion de dispositivos.

Se realizara la conexion por medio de un cable de vınculo fısico RS2323 con conector

RJ45/Mini Din y el protocolo de comunicacion para estos equipos en el envio de datos

sera MODBUS. La configuracion de los pines para la conexion del RJ45 sera la siguiente:


Figura 2.46: Configuracion RS232.

Una vez asignada la configuracion realizaremos la siguiente conexion entre el PLC y

el HMI. Con el cable en ambos extremos teniendo la misma configuracion en RJ45.

Figura 2.47: Comunicacion entre el PLC y HMI.

2.11. Funcionamiento del proceso.

El proceso comienza una ves que la madera ya se encuentra dentro del horno y las

puertas centrales estan completamente bien cerradas. (ver plano arquitectonico en anexo)

Una vez que esto se ha cumplido podemos dar marcha al proceso y para poder encen-

derlo, debemos seguir ciertas condiciones.

De acuerdo al programa del PLC, los selectores deben de estar en la siguiente posicion.

2.11. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO. 119

Tabla 2.36: Condiciones para comenzar proceso.

Una vez que los selectores han sido colocados en la posicion indicada, pulsaremos el

boton de arranque de proceso que se encuentra ubicado al frente del tablero. (ver plano

del exterior de tablero de control, exterior, anexos.)

Una vez que fue encendido el proceso el PLC comenzara a trabajar. Primero que nada

comparara los valores que se encuentran midiendo los PT100, los cuales podemos monito-

rear desde la HMI, donde se colocara una preseleccion de temperatura en bulbo humedo

y bulbo seco, para los dos lados tanto norte y sur.

Los parametros ayudaran a que el horno se encuentre en la temperatura adecuada

para el proceso. Ya que si el horno aumenta la temperatura en gran cantidad puede ocu-

rrir un incendio y si la humedad baja en gran proporcion, la madera puede sufrir danos,

quedando totalmente seca e inservible.

Los valores de la temperatura en ambos bulbos son monitoreados con ayuda del HMI,

estos valores pueden ser leıdos en la siguiente pantalla.


Figura 2.48: Panel grafico de lectura de temperatura.

En la tabla anterior estamos recibiendo los valores de temperatura reales en grados

Celsius desde los PT100 que se encuentran ubicados en los higrometros dentro del horno.

Para poder asignar valores a la preseleccion de la temperatura se tiene que hacer desde

la siguiente pantalla.

Figura 2.49: Panel grafico de preseleccion.

Ya asignados los valores a la preseleccion y tomada la lectura en los bulbos el trabajo

continua en base al PLC, si la temperatura en el bulbo humedo aumenta, esto quiere

decir que la temperatura esta subiendo, por lo tanto tenemos que humedecer el ambiente

para bajar esa temperatura. El PLC se encarga de realizar en base a los comparadores

programados, que se activen dichos elementos al subir la temperatura en bulbo humedo.


Se puede decir que el bulbo humedo controla a la bomba, las valvulas y los extractores, de

esta forma evita que la temperatura continue subiendo.(ver programa de PLC completo

en anexos)

El bulbo seco se encargara de controlar el quemador, ya que si el bulbo seco aumen-

ta de temperatura esto quiere decir que la humedad esta incrementando, por lo tanto

debemos de comenzar a calentar de nuevo el horno para que la humedad descienda, de

esta forma evitamos que la humedad que ya habıamos sacado de la madera se vuelva a

impregnar en ella, ası que se debe sacar la mayor cantidad posible de esa humedad fuera

del horno por los extractores.

Los higrometros cuentan con un bulbo seco y un bulbo humedo, el bulbo seco se en-

carga de medir la temperatura que se encuentra en el aire dentro del horno y el bulbo

humedo mide la temperatura del mismo aire dentro del horno con humedad saturada, esto

se logra introduciendo uno de los sensores en una pequena malla donde se agrega agua, y

de esta forma conseguimos tener la medicion de temperatura con saturacion de agua.

Figura 2.50: Representacion de bulbo seco y bulbo humedo.

Para que el proceso funcione de manera correcta, se tiene dentro del horno dos higrome-

tros como la figura interior, uno de ellos se encuentra del lado sur del horno y el otro del


lado norte. Se necesita mantener la temperatura homogenea dentro del horno, es por ello

que se instalan estos higrometros, de manera que podamos medir en ambos lados del

horno. (ver plano de ubicacion de sistemas de control en anexos)

Para poder mantener la temperatura homogenea dentro del horno, se plante un obje-

tivo particular que es, mantener controlada la velocidad del aire, pero tambien debemos

mantener controlada su direccion. Al entrar el aire dentro del horno por la turbina, que

fue calentado por el quemador, se comienza enviar en toda el area del horno por los ven-

tiladores que ya fueron activados.

Cuando el PLC entro en la fase del proceso, automaticamente por programa se selec-

ciona que el proceso comience a medir y trabajar del lado norte, esto quiere decir que el

higrometro que se encuentre en el lado norte, sera el que el programa tome en cuenta para

realizar la preseleccion y lectura en caso de alarmas.

Tambien con esta logica controlamos que los ventiladores se encuentren girando hacia

el mismo lado, osea norte para que trabajen en conjunto solo en ese lado del horno. Al

ser encendidos los ventiladores tienen un retardo secuencial entre ellos, esto quiere decir

que al activar un ventilador, deberan pasar 10 segundos para que encienda el siguiente y

ası sucesivamente para los 4 ventiladores.

En el programa tambien se encuentra una parte de timers, estos timers en el area

de trabajo de los ventiladores realizan un conteo de tiempo de trabajo hacia ese lado,

el tiempo programado en ellos es de 60 min por lado, cuando el tiempo se termina los

ventiladores tienen que cambiar de sentido.

El cambio de sentido de giro se hace una vez que el timer termino su preseleccion de

60 min. Un tambor de levas es el que nos permite en el programa realizar esta secuencia

o mejor dicho alternado de motores o mas bien de sentido de giro de los motores, este

tambor de levas, esta programado para que cuando el timer termine su tiempo, mande

una senal a este bloque de levas y cambie su secuela a la siguiente segun la logica en el

bloque. (ver programa de PLC completo anexos.)

Claro esta que el cambio de sentido de giro no puede ser inmediato, es por ello que,


existe otro timer el cual al pararse los motores, da un receso de 2 min para poder res-

tablecer el arranque de ellos, los cuales al arrancar de nuevo para trabajar por 60 min

tambien, ası mismo haran la misma logica de encender cada 10 segundo en secuencia uno

del otro. (ver programa de PLC completo anexos.)

Figura 2.51: Secuencia de ventiladores.

El proceso funcionara ası por un periodo de tiempo, dependiendo la madera que se

esta secando, para ello la empresa cuenta con tablas de tiempo de proceso, en donde iden-

tificando el tipo de madera y sus dimensiones, realizan su secado de acuerdo a estas tablas.

Tabla 2.37: Duracion del proceso de acuerdo a su especie y tipo.


Una vez teniendo esta tabla en cuenta, y tomando los valores de tiempo para la made-

ra a secar, habra que bajar la humedad relativa gradualmente, esto quiere decir que si la

madera se encuentra en un 45 % de humedad relativa al entrar en el horno, debera bajarse

segun la tabla y el tipo de madera, durante el tiempo definido, no mas no menos, por lo

tanto habra que graduar en base a secuelas con las que cuenta la empresa para bajar esa

humedad relativa en el tiempo determinado.

Los 2 primeros dıas del secado se puede bajar en gran cantidad la humedad relativa,

pero una vez que comience el tercer dıa esta humedad debera ser extraıda en cantidades

pequenas para no danarla. De esta forma lograremos que la madera se encuentre en la

mejor calidad posible para poder fabricar.

Los niveles de humedad relativa, a los que se debe llevar la madera dependen de la

siguiente tabla.

Tabla 2.38: Humedad relativa deseada de acuerdo a su fabricacion.

Ya que se sabe apara que sera utilizado la madera, el proceso y los valores en los cuales

sera disminuida gradualmente, se pude continuar con el proceso.

La empresa tiene en sus manos secuelas que utiliza para llevar acabo su proceso,

aquı con respectos a los bulbos sabe en que humedad relativa se encuentra la madera y

que parametros de temperatura esta utilizando.

En base de estas secuelas el operario tambien monitorea su humedad relativa con calcu-

los de los bulbos, se cuenta con una tabla de registro donde se anotan todos los valores de


Tabla 2.39: Secuela.

temperatura tanto bulbo humedo como en bulbo seco, de acuerdo la siguiente tabla, los

son registrados y se calcula la humedad relativa. Esta humedad relativa es comparada,

con la medicion de la humedad de un higrometro digital, tambien las temperaturas son

medidas constantemente por un pirometro a distancia, para saber que los sensores no

estan variando su medicion y ası el proceso continue de buena forma su trabajo.

La tabla que se llena de valores de temperatura, tiene que registrar la hora en que se

hizo la medicion y tambien la firma de la persona que realizo este calculo.

Tabla 2.40: Tabla de registro de temperaturas.

Estos pasos se llevaran acabo durante el tiempo establecido del proceso, el operario

tendra que estar al tanto todo el tiempo posible para llevar acabo bien las anotaciones de

los parametros y verificar que se estan llegando a los valores deseados.


El tablero de control por su parte se encarga de registrar tambien en una grafica, el

comportamiento de las temperaturas. De esta manera el operario podra definir una mejor

secuela para su proceso y mantener en completo control su proceso.

Figura 2.52: Panel grafico de relacion de temperaturas.

El proceso continuara trabajando automaticamente hasta que el operario decida cam-

biar su forma de trabajo a manual, ya que el tablero contiene las dos funciones, tanto

automatico como manual.

Capıtulo 3

Cotizacion

Cotizacion unitaria, Mano de obra y final, del tablero de control para un horno de

secado de madera.

De acuerdo a los precios obtenidos de:

1. Catalogo ABB R©, Lista de precios, 2011 (Low Voltage Products)

2. Compendiado Schneider Electric R©, Referencia SCHC198, ano 2011

Y los precios asignados en programacion, mano de obra, marco de contribucion por la

empresa Automatismos Industriales Mexico S.A. de C.V.

Automatismos Industriales Mexico S.A. de C.V.

Cuauhtemoc 67 Col. Azcapotzalco Centro

Delegacion Azcapotzalco Mexico D.F. C.P. 02000

Telefonos y Fax 55.76.10.49 / 53.58.68.38 / 91.13.70.56 / 91.13.70.55

[email protected]

3.1. Cotizacion Unitaria.

127

Automatismos Industriales Mexico SA de CVCotizacion Express

16/05/2012

P C Descripción Referencia Unitario Total T entrega

11 US-TWIDO COMPACTO 24E 24 VCD/ TWDLCAA

40DRF $8,692.32$8,692.32

2 1 US-MODULO EXP 4E 0-10V/0-20MA/ TM2AMI4LT $2,890.16 $2,890.16

3

4

Contactor 9 A AC-3 (≤ 55°C) y 25 A AC-1 (≤ 40°C); 2 HP a 220-240V y 5 HP a 440-480V. Tipo AF09Z-30-10#24-60VCA / 20-60VCD

1SBL136001R2110 $304.50

$1,218.00

4

2

Contactor 30 A AC-3 (≤ 55°C) y 55 A AC-1 (≤ 40°C); 10 HP a 220-240V y 20 HP a 440-480V. Tipo A30-30-10#200-220 VCA

1SBL281001R7510 $797.79

$1,595.58

5

1

Contactor 12 A AC-3 (≤ 55°C) y 27 A AC-1 (≤ 40°C); 3 HP a 220-240V y 7.5 HP a 440-480V. Tipo A12-30-10#110-127 VCA

1SBL161001R7510 $304.50

$304.50

6

3

Contactor 9 A AC-3 (≤ 55°C) y 25 A AC-1 (≤ 40°C); 2 HP a 220-240V y 5 HP a 440-480V. Tipo AF09Z-30-10#24-60VCA / 20-60VCD

1SBL136001R2110 $304.50

$913.50

7

1

Contactor 16 A AC-3 (≤ 55°C) y 30 A AC-1 (≤ 40°C); 5 HP a 220-240V y 10 HP a 440-480V. Tipo A16-30-10#200-220 VCA

1SBL181001R7510 $499.38

$499.38

87

Guardamotor MS116-10.0 50 kA, Ajuste de Sobrecarga 6.3 - 10, 2…3 HP a 220-240 V y 5 HP a 440-480 V

1SAM250000R1010 $505.47

$3,538.29

91

Guardamotor MS450-40 50 kA, Ajuste de Sobrecarga 28 - 40, 15 HP a 220-240 V y 25..30 HP a 440-480 V

1SAM450000R1005 $1,505.10

$1,505.10

10

2

Convertidor de señal analógica CC, Aislador 2 canales, Entrada 0-20 mA, 4-20 mA, Salida 0-20 mA, 4-20 mA. Tipo CC-E I/I-2

1SVR010201R0300 $4,165.20

$8,330.40

11

2

Base de montaje compacta CR-U (para relé con 3 contactos) para Relevador encapsulado Serie CR-U Universal. Tipo CR-U3SM

1SVR405660R1100 $54.90

$109.80

121 Interruptor T1B 63 A, relevador TMD, 3

Polos con Terminales1SDA050876R1 $1,022.97

$1,022.97

13

3Clema SNK de paso 8 mm-Gris, 57A/1,000V para cable calibre 0.5...10mm2 (24...6AWG). Tipo ZS10

1SNK508010R0000 $13.59

$40.77

128 CAPITULO 3. COTIZACION

3.2. COTIZACION CON MARGEN DE CONTRIBUCION. 129

3.2. Cotizacion con margen de contribucion.

Automatismos Industriales Mexico SA de CV

Cotizacion Express

#¡REF!

P Descripcion Costo Hrs Unitario Total T entrega

1 Programacion $1,200 30 $1,200.00 $36,000.00

2 M.O. $57,247.80 - $0.25 $14,311.95

3 Fletes $57,247.82 - $0.03 $1,717.43

4Margen de

Contribucion $57,247.82 - $0.09 $5,152.30

SubTotal $57,181.69

I.V.A. 16% $9,149.07

Total $66,330.76

Condiciones Comerciales

Vigencia: 15 días Banco: Bancomer Cuenta 0149684565

Precios: Peso Mexicano Clabe: 012180001496845650 Suc 3664

T/E: 1-2 dias Banco: Bancomer Dlls Cuenta 0176086381

Pago: 50% al cursar pedido, 50% a la entregaClabe: 012180001760863818 Suc 3664

Entrega: En instalación del cliente, DFBanco: HSBC Cuenta: 4019195577

Clabe: 021180040191955774 Suc: 050

Atentamente CLAUDIA ROSAS

#¡REF!


3.3. COTIZACION FINAL. 131

3.3. Cotizacion final.

Automatismos Industriales Mexico SA de CV

Cotizacion Express

#¡REF!

P Descripcion Costo Hrs Unitario Total T entrega

1 Material $57,247.80 $57,247.80 $57,247.802 Complemento $66,330.76 $66,330.76 $66,330.76

SubTotal $130,448.30

I.V.A. 16% $20,871.73

Total $151,320.03

Condiciones Comerciales

Vigencia: 15 días Banco: Bancomer Cuenta 0149684565

Precios: Peso Mexicano Clabe: 012180001496845650 Suc 3664

T/E: 1-2 dias Banco: Bancomer Dlls Cuenta 0176086381

Pago: 50% al cursar pedido, 50% a la entregaClabe: 012180001760863818 Suc 3664

Entrega: En instalación del cliente, DFBanco: HSBC Cuenta: 4019195577

Clabe: 021180040191955774 Suc: 050

Atentamente Francisco Mendoza

#¡REF!

Costo total del proyecto.


Capıtulo 4

Resultados y conclusiones

133

134 CAPITULO 4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Capıtulo 5

Bibliografıa

1. Secado de la Madera:

Recomendaciones Practicas.

Francisco Pedras Saavedra.

Area de Innovacion y Tecnologıa - Cis - Madera.

http://www.cismadeira.com/galego/downloads/secadon11.pdf

2. Medicion de Humedad Relativa con Psicrometro.

Ing. Silva Medrano.

Ano 03 09 2e.

2003-Septiembre.

http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-03-09.pdf

3. Sensores de Temperatura.

Departamento de diseno mecanico.

http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/instindustrial/teorico/080306-Sensores-

parte II.temperatura.pdf

4. Termopares.

Ing. Silva Medrano.

Ano 02 07 2e.

2002-Julio.

135

136 CAPITULO 5. BIBLIOGRAFIA

5. Controladores Logicos Programables (PLC) Ing. Mario R. Modesti.

15/6/00 http : //www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT3/UNI52001.pdf

6. Automatas Programables.

Josep Balsells.

Marcombo.

Espana 1997

7. Sezamak Secadora de madera.

Buenos Aires, Argentina.

[email protected]

8. IMPORTANCIA DE CONOCER EL CONTENIDO DE HUMEDAD EN LA MA-

DERA.

M. C. Mario Fuentes Salinas.

http : //www.comaco.com.mx/boletines/ImportancconocerCH2.pdf

9. NORMA Oficial Mexicana NOM − 001 − SEDE − 2005, Instalaciones Electricas

(utilizacion).

SECRETARIA DE ENERGIA.

Marzo de 2006.

Segunda Seccion.

10. Catalogo ABB R©Lista de precios

2011 (Low Voltage Products)

11. Compendiado Schneider Electric R©Referencia SCHC198, ano 2011

Apendice A

Anexos

A.1. Plano Arquitectonico.

137

138 APENDICE A. ANEXOS

A.2. UBICACION DEL SISTEMA. 139

A.2. Ubicacion del sistema.

A.3. TABLERO DE CONTROL EXTERIOR. 141

A.3. Tablero de control exterior.

A.4. TABLERO DE CONTROL INTERIOR. 143

A.4. Tablero de control interior.

A.5. COMUNICACION MODBUS, HMI−PLC. 145

A.5. Comunicacion MODBUS, HMI−PLC.

A.6. DISTRIBUCION DE FASES. 147

A.6. Distribucion de fases.

A.7. DISTRIBUCION EN CLEMAS. 149

A.7. Distribucion en clemas.

A.8. DISTRIBUCION A CONTACTORES. 151

A.8. Distribucion a contactores.

A.9. CODIGO DE COLORES. 153

A.9. Codigo de colores.

A.10. PROGRAMA DEL PLC. 155

A.10. Programa del PLC.

instituto polit ecnico nacional

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