Máster en Control de Procesos
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TITULACIÓN: Máster en Control de Procesos Industriales CURSO ACADÉMICO: 2014-2015
Electrónica Industrial Aplicada a Procesos Automatizados Trabajo de evaluación. CASO PRÁCTICO: CONTROL DE VELOCIDAD EN PROCESO DE MOLIENDA DE YESO
Electrónica Industrial Aplicada a Procesos Automatizados Automatizados
Trabajo de evaluación. Curso 2014/15
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1. Introducción El yeso natural se extrae de las canteras sometiéndose seguidamente a varias fases preparatorias y productivas: 1. Extracción de la cantera. 2. Trituración: una primera trituración, que reduce las piedras hasta un tamaño inferior a 10 cm para facilitar su posterior manejo. 3. Calcinación: para transformar el mineral en un producto útil para la construcción se elimina parte del agua contenida en su estructura mediante la deshidratación térmica en hornos rotativos especiales. 4. Molienda: el yeso en forma de fino polvo se consigue haciéndolo pasar por molinos especiales que aseguran una granulometría adecuada para su aplicación. 5. Mezclado y ensacado: las propiedades básicas del yeso se mejoran y modifican mediante la mezcla con aditivos. La mezcla final se ensaca y almacena.
2. Descripción del problema El presente trabajo se centrará en el control de velocidad de un molino de martillos que realiza la molienda del yeso.
Fig. 1. Molino de martillos.
Fig. 2. Diagrama de funcionamiento
Los molinos de martillos se utilizan para la trituración secundaria de yeso, o de minerales afines con una consistencia blanda a media-dura y de sales. El producto entra por la parte superior o lateral del molino, con unas dimensiones aproximadas de 10cm de diámetro (después del proceso de trituración inicial) para salir granulado según la calidad deseada en el proceso. Existen diversos tamaños en función de la capacidad en Kg/h de funcionamiento. En la planta hay instaladas tres líneas de molienda con potencias de 40CV a 230V trifásica que arrancan mediante motores trifásicos asíncronos en arranque estrella-triángulo. El motor de tracción está alimentado desde el cuadro general de distribución de la planta, y está asociado a un reductor mecánico (fig. 3) mediante el cual se varía la velocidad consiguiendo así un incremento del par motor para vencer la carga
Fig. 3. Modelo de motor-reductor mecánico de velocidad Las características del motor así como de la instalación son: Tensión de red: 230 V Trifásica (3F+T) suministrada a través de transformador de 250KVA al cuadro general de la planta.
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Motor trifásico de rotor en jaula de ardilla, 4 polos 1500 r.p.m que presenta las siguiente características según fabricante:
Tabla I: Datos del motor.
Al reducir la velocidad dada por el motor se consigue por tanto un incremento del par en la misma p roporción en que se reduce ésta, circunstancia importante sobre todo en el arranque. Es obvio, que estamos ante una aplicación de par severo creciente con la velocidad.
3. Renovación mediante la introducción de un convertidor de frecuencia. El reductor mecánico presenta una serie de inconvenientes. La introducción de un convertidor de frecuencia en el proceso pretende un control de la velocidad y tiempo de la molienda mediante un mando externo. Así el operario controlará en todo momento la velocidad de molienda de acuerdo a las condiciones del producto. Además de un control en la velocidad, se espera del variador que aporte otra serie de ventajas adicionales al conjunto del proceso productivo. 1. Comentar brevemente las principales ventajas que se derivan del uso de un convertidor de frecuencia en un caso como el propuesto (frente a una solución basada en reductores mecánicos). 2. Hacer una descripción simple del diagrama de bloques del variador de frecuencia así como su principio de funcionamiento. 3. Hacer una selección justificada de los sensores y actuadores que sería necesario instalar para el adecuado funcionamiento del sistema según las especificaciones dadas. Se valorarla la justificación de la elección y la propuesta de sensores/actuadores comerciales. 4. Elección del variador de frecuencia. Cálculos y dimensionamiento. En este punto realizar una búsqueda de al menos dos soluciones comerciales, comentando las principales características de cada una de ellas. Para ello deberán analizarse y discutir entre otros aspectos: Existencia de herramientas de monitorización/programación, integración en sistemas SCADA, buses de comunicaciones soportados, modularidad (para futuras ampliaciones de la planta), interconexión entre equipos para sincronización entre líneas y para la comunicación con el variador/SCADA que controla el alimentador, puertos de E/S disponibles compatibles con la elección de sensores y actuadores del apartado 3,… o
Se valorará la justificación y discusión de resultados y análisis de alternativas entre las soluciones comerciales seleccionadas. Información adicional de los principales fabricantes en el fichero “RecursosWeb.doc” disponible en MOODLE. 5. Elección de la envolvente. Para ello hemos de tener en cuenta el grado de protección (IP) necesario en función del local y aplicación, según NTP 588 (Norma técnica del Ministerio de Industria). 6. Elección de las protecciones del motor- variador de frecuencia. Las protecciones deben garantizar la protección contra sobreintensidades y contra cortocircuitos de la línea. Consultar el manual del variador para conocer las indicaciones del fabricante y las funciones de protección (p.ej. ante sobrecargas del motor) que integra el propio variador. 7. Protección de las personas. Protecciones frente a contactos directos e indirectos.
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3.0. Aclaración inicial
En primer lugar, se hace una recomendación para la modernización general de la instalación. La sustitución de la línea de alimentación de 230V trifásica por una alimentación a 400V trifásica. En España más del 95% de los suministros ya se hace con esta tensión normalizada, contando con 3 conductores de fase y un neutro, y pudiendo así mismo utilizar un esquema de puestas a tierra TT. Esto, además de una adaptación desde un suministro con una tensión a extinguir, aportaría una serie de ventajas a toda la instalación: Permitiría una reducción del consumo de corriente en cada una de las fases en un factor de reducción √ 3. Así, podremos adquirir un inversor con menor requerimiento de corriente, lo que supondrá un ahorro económico. Para nuestro caso concreto, el inversor equivalente para una alimentación de 230V y el requerimiento de corriente necesario para nuestro motor (98,3A), supondría un sobre coste aproximado de un 15%, y considerando que necesitaremos 3 inversores estaríamos ante una cifra en torno a unos 1500 euros de sobrecoste. El cableado utilizado será de menor sección que en el caso de una alimentación trifásica a 230V. Los circuitos monofásicos de la instalación se alimentarían desde fase y neutro, lo que supondría una mejora en los equipos que por su construcción recomienden este tipo de conexión, especialmente los equipos electrónicos. Supondría un funcionamiento óptimo de la aparamenta de protección diferencial, ya que suelen requerir al corte omnipolar de conexión de neutro. La modernización en el suministro evitará posibles problemas en futuras ampliaciones de la instalación. Para el desarrollo del trabajo, supondremos que se ha ejecutado el cambio propuesto. •
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3.1 Principales ventajas de los convertidores de frecuencia
Se tiene un arrancador estrella triángulo y un reductor de velocidad mecánico para el funcionamiento de 3 líneas de molinos de martillos actuados mediante motores asíncronos de jaula de ardilla trifásicos. Sustituiremos los arrancadores y reductores mecánicos por variadores de velocidad. VENTAJAS •
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El arranque de los motores se hará mediante los variadores con lo que podemos hacerlos trabajar en el punto óptimo de funcionamiento, consumiendo menos energía y sometiendo a los mismos a menos cargas y estrés. Además el pico de corriente en el arranque (que evita el variador) puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red La regulación o control se efectuará sin los “golpes” mecánicos que provocan sistemas más sencillos. Las sacudidas mecánicas que se producen durante los arranques y las paradas son siempre perjudiciales para la máquina así como para la seguridad de los usuarios. Podemos controlar par y velocidad para distintas calidades o exigencias de la molienda. Además se garantiza la aceleración y deceleración progresivas de forma muy precisa. También se permite la inversión del sentido de marcha Los variadores nos permitirán trabajar con comunicaciones, pudiendo actuar sobre ellos desde una interface de trabajo más amigable al operario (SCADA) y de una manera coordinada entre las líneas. De este modo podremos monitorizar distintos parámetros de funcionamiento, generación de alarmas y un control de las variables necesarias para el funcionamiento de la planta. El variador permite evitar trabajar en ciertas velocidades que produzcan frecuencias de resonancia y vibraciones en el sistema mecánico. Los variadores filtrarán las señales que le lleguen al motor eliminando en gran medida las componentes armónicas de la alimentación y proporcionando una señal limpia. Así mismo, los variadores aseguran la protección térmica de los motores evitando corrientes excesivas y además están dotados de protecciones contra los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra, las sobretensiones, las caídas de tensión, los desequilibrios de fases y el funcionamiento en monofásico. Finalmente, el variador no tiene elementos móviles, ni contactos. Su cableado es sencillo y nos permite ver las variables del sistema (tensión, frecuencia, r.p.m., etc.)
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3.2 Diagrama de bloques del variador
Se adjunta el diagrama de bloques de la hoja de características del variador que más adelante seleccionaremos. El principio de funcionamiento es común para todos los variadores comerciales.
Esquema general del principio de un variador de frecuencia
Estructura general de un variador de velocidad electrónico El principio de funcionamiento de un variador de frecuencia consiste en suministrar a partir de una red de corriente alterna, una corriente alterna donde se permitan variar las magnitudes de frecuencia y tensión de red. Para ello se dispone de los siguientes módulos: Etapa rectificadora: donde se convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores electrónicos de potencia. Etapa intermedia o filtro: donde se suaviza la tensión rectificada y se reduce la emisión de armónicos. Etapa inversora: donde se convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Para controlar la generación de pulsos se dispone en el variador de una etapa de control donde generalmente se utiliza modulación PWM. Se puede hacer otra distinción en los módulos de los variadores y es la existencia de: Módulo de control: donde se gestiona mediante un microprocesador toda la configuración, órdenes y datos, medidas etc., así como la generación de pulsos. Módulo de potencia: compuesto por los componentes de potencia (tiristores, IGBT, etc.), los interfaces de medida de tensiones y/o corrientes, y la existencia de un sistema de ventilación.
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Diagrama de bloques de un variador de frecuencia comercial Omron RX, donde se pueden visualizar muchas opciones de control
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3.3 Selección de sensores y actuadores
Para la selección de sensores y actuadores, hay que considerar el tipo de instalación ante el que nos encontramos, para poder justificar su uso y necesidad. Se trata de una instalación para la molienda de yeso, que la podemos considerar como una aplicación tosca y gruesa, sometida a unas condiciones de trabajo duras y exigentes. Por tanto no se necesitará gran precisión y finos ajustes de los parámetros de control, más bien, diseñaremos la instalación prestando especial atención a la robustez, durabilidad, sencillez constructiva y de operación, y seguridad. En consecuencia elegiremos los siguientes sensores y actuadores. Para esta aplicación queremos medir: •
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Parámetros eléctricos de cada motor. Se considera oportuno conocer las condiciones eléctricas de operación de los motores ya que no debemos permitir el funcionamiento fuera de sus valores nominales. La generación de algunas alarmas dependerán de la disponibilidad de estos datos, así mismo, facilitarán la detección de posibles fallos de operación. Además los equipos inversores que se instalarán son capaces de proporcionar esta información, con lo que no supondrá ningún sobre coste en la instalación ni requerirá de elementos accesorios que puedan comprometer la robustez de la instalación. Velocidad y par teóricos. Es interesante su conocimiento por dos razones fundamentales. Por un lado, supone una monitorización de las condiciones de operación de los equipos; igual que con los parámetros eléctricos, nos permitirán asegurarnos del funcionamiento en valores nominales, generación d e alarmas, etc. Por otro lado, permite al operario visualizar que efectivamente se opera en los valores que ha seleccionado. El variador nos informará de la velocidad y par del motor, que si bien no serán valores reales en el eje, si que serán lo suficientemente precisos para nuestra aplicación. Condiciones de funcionamiento para generación de alarmas. Uno de las consideraciones más importantes en nuestro diseño atienden a criterios de seguridad. La generación de alarmas por operaciones prohibidas, sobrepase de límites de operación recomendados, advertencias para la optimización de la instalación, etc. es parte fundamental de cualquier sistema de control y monitorización, y en nuestro caso resulta de gran relevancia. Horas de funcionamiento. El sistema nos permitirá llevar un contaje de las horas de funcionamiento de cada máquina, posibilitando una alternancia de uso racionalizada para asegurar mejor rendimiento de la instalación y mayor durabilidad de los equipos. Cerramientos de protección de partes móviles. En una instalación en la que existirá trasiego de operarios y a menudo se ejecutarán operaciones manuales en los entornos de la maquinaria, es esencial garantizar el NO funcionamiento de los molinos trituradores en caso de presentar partes móviles sin su correspondiente protección por cerramiento. Para ello se instalarán los correspondientes sensores de cierre de las envolventes. Temperaturas de seguridad del motor. Los motores instalados, son elementos que estarán sometidos a grandes esfuerzos y debemos hacer todo lo posible por alargar su vida útil. El fabricante de los motores, nos proporciona unos límites para las temperaturas de operación en los puntos más calientes del devanado. Es por tanto conveniente garantizar que el motor opere dentro de los valores adecuados, para así proteger al motor tanto en estado de servicio como en caso de avería. El propio fabricante proporciona los sensores de temperatura en el devanado bajo demanda, en nuestro caso supondremos que los equipos disponen de un sensor PTC en origen, en caso contrario se propone un sensor del mismo tipo de un fabricante independiente (será necesario consultar con el fabricante del motor lo referente a la instalación a posteriori del sensor PTC). Instalaremos un disparador externo para protección de motores por termistor según las indicaciones del fabricante.
Queremos actuar sobre: • •
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Marcha paro de los motores. Para la operación básica de los equipos. Función JOG derecha e izquierda. Posibilitará pequeños movimientos controlados del motor para la actuación en caso de obstrucción de la maquinaria y para el posicionamiento de la misma de cara a labores de limpieza y mantenimiento. Modos de funcionamiento: Curvas de arranque y recetas (p.e. arranque en carga o libre). Permitirá distintos modos de funcionamiento configurables.
Todos los parámetros que queremos medir los podemos obtener del variador, excepto los sensores de cierre de protecciones, y los sensores de temperaturas de bobinados del motor. El control de horas de trabajo se realizará por medio del SCADA programado como interfaz de usuario. Así mismo, todas las operaciones a realizar se ejecutarán mediante el variador de frecuencia a través de la interfaz de usuario.
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Sensores de cierre de envolvente. La función de estos sensores es detectar que se entra en el ámbito de trabajo o de peligro de la máquina triturada, de forma que ante la presencia de operadores, el motor debe pararse.
Disparador de protección del motor por termistor
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Según el manual AEG al que pertenece el motor estudiado, se puede proteger mediante un termistor semiconductor (PTC) en el devanado del estator en conexión con disparador (en su caso adicionalmente interruptor de protección) Termistor PTC
El motor seleccionado tiene un calentamiento Clase B hasta 130ºC, lo que da la selección del PTC. Termistores - PTC (coeficiente de temperatura positivo). PTFM tiene una lengüeta de fijación roscada PTFL es un tipo de cable . Diseño pequeño con excelente respuesta térmica. Puede resistir vibración mecánica. Sin contacto para una vida útil más larga. El termistor de coeficiente de temperatura positivo está diseñado para uso general para protección frente a sobrecorriente, sobretensión y temperaturas elevadas.
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3.4 Selección del variador
Se ha decidido utilizar variadores de la marca Omron por su accesibilidad en el mercado actual y su relación calidad precio. La página web consultada es http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/motion_and_drives/frequency_inverters/general_purpose/d efault.html CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES A CONTROLAR A partir de las características establecidas en el enunciado, se deduce que los motores son asíncronos trifásicos de 4 polos de la marca AEG modelo AM200L NG. Con una potencia nominal de 30kW a una tensión de alimentación trifásica de 400V. La corriente nominal del motor es d e 56,5A. SELECCIÓN DEL VARIADOR Disponemos de una tensión de alimentación en el cuadro general de mando y protección de 400V trifásica. Para la selección del variador hemos considerado el tipo de carga para nuestra aplicación, creciente con la velocidad, y aunque se ha elegido en base a la corriente que absorbe el motor, el propio fabricante de los variadores nos indica qué modelo es adecuado para cada tipo de motor. Para la selección del variador, primero se cerrará la búsqueda de la gama del variador por medio de la especificación de la potencia del motor, lo que nos lleva a los variadores Omron “Para todo uso” debido a que las gamas para soluciones básicas y solución compacta no cumplen con una potencia de 30kw.
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Hemos elegido un variador Omron de la serie RX modelo A4370 ya que es adecuado para motores de 4 polos y admite una potencia del motor de hasta 37kW. Hemos decidido sobredimensionar en un 19% el variador (ya que el modelo A4300 llega hasta los 30kW) con previsión a una posible sustitución del motor, de este modo tendremos cierto margen en su sustitución. Además, la elección de un variador sobredimensionado, facilitará la aceleración del motor debido a su mayor margen de par de sobrecara, cuestión muy recomendable en una aplicación de carga severa como la nuestra. El precio aproximado de este dispositivo es de 3740 euros Calidad y fiabilidad, además de la posibilidad de personalizar de forma rápida y sencilla el variador para la aplicación en cuestión. Combina el alto nivel de calidad y rendimiento Alto par de arranque en lazo abierto: 200% a 0,3 Hz 200% del par a 0 Hz en lazo cerrado Control vectorial de lazo cerrado y control vectorial en lazo abierto Valor nominal doble VT 120%/1 min y CT 150%/1 min Filtro EMC incorporado Capacidad de programación lógica integrada Funcionalidad de aplicaciones estándar integradas Funcionalidad de posicionamiento Ahorro de energía automático Funciones de supresión de micropicos de tensión Comunicaciones por bus de campo: Modbus, DeviceNet, Profibus, Componet, EtherCAT y ML2 CE, cULus, RoHS
Este variador permite comunicaciones por un puerto RS485 además de disponer de suficientes entradas y salidas para nuestra aplicación (ver diagrama de bloques del va riador insertado con anterioridad) Otra opción comercial sería el variador Omron, serie G7 modelo C40370. Cuyas características se presentan a continuación El G7 tiene la primera arquitectura de variador de 3 niveles de 400 V del mundo que elimina o reduce los problemas de instalación asociados a la conmutación IGBT (longitudes de cable excesivas, corrientes admisibles y corrientes de modo común) y protege todo el sistema de accionamiento. El G7 se puede programar mediante DriveWorksEZ™. Se trata de una herramienta de programación basada en PC, orientada a objetos, fácil de usar y con iconos gráficos. El control de 3 niveles reduce los picos de tensión en los bobinados del motor hasta el 50%. No es necesaria una reactancia de CA en los cables de motor largos Control vectorial de flujo. Rendimiento excelente en modo de lazo abierto con el 150% de par a 0,3 Hz. Funcionamiento silencioso. Funcionamiento silencioso sin disminución de corriente (alta frecuencia portadora) Amplia selección de tarjetas opcionales: bus de campo, unidad PLC, Mechatrolink, E/S analógica y digital, etc. Software de programación: CX-drive para la configuración de parámetros
Se selecciona el RX por ser de propósito general, más barato, más robusto, dispone de todo tipo de comunicaciones, y se adapta a las características del sistema. El G7 es un variador mucho más sofisticado en sus elementos de programación, orientado quizás a procesos más complejos que el manejo del motor objeto de nuestro estudio.
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Se utilizará un variador para cada uno de los motores. Los variadores se comunicarán por RS-485 en serie con una pantalla táctil que contendrá un SCADA para monitorizar y controlar la instalación. Esta solución nos parece más adecuada que operar directamente sobre el variador mediante un interruptor de marcha/paro, ya que estaríamos desaprovechando la mayoría de las opciones que nos permiten el uso de los variadores de frecuencia en cuanto a monitorización de variables, programación de modos de operación, generación de avisos y alarmas, etc. Otra opción hubiera sido controlar los variadores mediante PLC, sin embargo supondría un mayor desembolso económico poco justificado debido a las funciones tan básicas que queremos realizar, además en el caso del PLC necesitaríamos equipos auxiliares para la implementación de una interfaz gráfica para el operario.En cualquier caso, será necesario disponer de un interruptor Automático/Manual/Parada para asegurar el funcionamiento del variador, y por tanto los motores, en caso de la existencia de algún problema en el SCADA, comunicaciones, terminal, etc. Hemos elegido un terminal programable Omron NS15 que dispone de comunicaciones RS485. Pantalla TFT de 15" 1024x768 Software CX-One para dar soporte a la programación de PLCs + HMI, redes, Motion Control, servos, regulación, conmutación y sensores Este modelo ofrece 256 colores (32.768 para datos de imagen), dos conexiones USB para realizar descargas o imprimir y conexiones opcionales de tarjeta Ethernet, Controller Link y vídeo Gran Tamaño de memoria (60 MB) Mediante la terminal el operario podrá monitorizar distintos parámetros de la aplicación (las tres líneas de molienda), además de controlar el funcionamiento del sistema. El software de programación del terminal lo proporciona el propio fabricante. Además nos garantizamos una correcta compatibilidad entre dispositivos debido a ser adquiridos de u n mismo fabricante.
3.5 Elección de la envolvente
Condiciones previstas para la instalación: Electrónica Industrial Aplicada a Procesos Automatizados
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Trituradora situada en nave semiabierta. Se dispone de sala anexa (a una distancia mínima para la disposición del cableado) a la instalación de los motores, no sometida a la acumulación de polvo y con suficiente ventilación. En estas condiciones se necesitarán tres envolventes con ventilación forzada independiente para cada variador.
La necesidad de tres envolventes (una por variador) se debe al tamaño del variador (390x550x250):
Los variadores seleccionados solo ofrecen una elección de protección IP00( mod G7) o protección IP20(mod RX) En nuestro caso nos encontramos en un emplazamiento con presencia de POLVO NO INFLAMABLE, que son las condiciones de fábricas de cemento y triturado de minerales. Como mínimo deberemos adoptar una envolvente para el variador con protección IP5X, e incluso IP6X si las características del producto objeto de molienda conllevan una conductividad que puede afectar al sistema. El cuadro de control donde se sitúe el variador deberá estar en una zona donde se minimice la atmósfera de polvo previsible para estas instalaciones (sala anexa), con una envolvente IP54. La envolvente deberá contar con una ventilación forzada.
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Existe una problemática que se quiere contemplar. En el caso de que la envolvente se situara cerca de los motores, fuera de la sala anexa y sometidas a unas condiciones que no se conocen con exactitud, y ante situaciones en las que pueda existir humedad, se recomendaría una protección mínima IP65 con objeto de evitar acumulaciones indeseables de polvo y la posibilidad de que ante condiciones de humedad se puedan dar salpicaduras que puedan resultar corrosivas. Sin embargo, una IP65, o lo que es lo mismo, una envolvente estanca, podría suponer un problema a la hora de evacuar el calor que genera el variador dentro de la envolvente. Existen soluciones industriales a este problema, pero creemos más lógico que es preferible situar los variadores y sus envolventes en una zona más protegida como sería una sala anexa, que aún estando sometida a situaciones de polvo, no serían tan intensas como cerca del motor. Con respecto a la protección mecánica se optará por una IK09 ante la posibilidad de impactos por el trasiego de pequeños equipos de transporte que pudieran circular de manera puntual por la sala anexa. En cualquier caso el riesgo de impacto se asume tan solo por debajo de cierta altura de ubicación de la envolvente (alrededor de 1,5m))
3.6 Elección de las protecciones del motor
El fabricante del motor nos recomienda los siguientes métodos de protección: Electrónica Industrial Aplicada a Procesos Automatizados
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El tipo de protección del motor debe elegirse según las condiciones de servicio existentes. Los motores pueden protegerse mediante interruptores de protección en función de la corriente o relés de la máxima intensidad y mediante sensores de temperatura. En nuestro caso protegeremos mediante un dispositivo de corte automático de la alimentación mediante termistor, en serie con un guardamotor con sensibilidad de corte convenientemente ajustada. De este modo estaremos protegiendo al motor contra sobrecargas en servicio continuo, rotor bloqueado, procesos de arranque y frenado largos, y alta frecuencia de conmutación (estando el motor en servicio); y contra refrigeración obstruida, temperatura de refrigeración aumentada, funcionamiento monofásico, fluctuaciones de frecuencia inadecuadas y conmutación con rotor bloqueado (en caso de avería del motor). Como ya se ha tenido en cuenta la protección con sensores de temperatura, veamos cómo protegeríamos según el fabricante del variador. El fabricante del variador nos presenta los siguientes accesorios para la protección de los equipos:
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Interruptor automático: La corriente de línea corresponde a la corriente absorbida por el variador a la potencia nominal de utilización Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento automático del circuito en caso de una emergencia o en paradas por fallas Inductancia de línea: Estas inductancias permiten garantizar una mejor protección contra las sobretensiones de red, y reducir el índice de armónicos de corriente que produce el variador, mejorando a la vez la distorsión de la tensión en el punto de conexión Filtro de radio perturbaciones: estos filtros permiten limitar la propagación de los parásitos que generan los variadores por conducción, y que podrían perturbar a determinados receptores situados en las proximidades del aparato (radio, televisión, sistemas de audio, etc.). Estos filtros sólo pueden utilizarse en redes de tipo TN (Puesta al neutro) y TT (neutro a tierra). Existen filtros estándar para cada tipo de variador. Algunos variadores los traen incorporados de origen. Resistencia de frenado: Su función es disipar la energía de frenado, permitiendo el uso del variador en los cuadrantes 2 y 4 del diagrama par-velocidad. De este modo se logra el máximo aprovechamiento del par del motor, durante el momento de frenado y se conoce como frenado dinámico. Normalmente es un opcional ya que sólo es necesaria en aplicaciones donde se necesitaran altos pares de frenado En nuestro caso, además del interruptor automático que trataremos más adelante, podríamos instalar una reactancia de c.a. a la entrada del variador, ya que al estar situados probablemente en un entorno con instalaciones industriales anexas, es fácil que nuestra señal de alimentación presente importantes perturbaciones (arranques y paradas de motores y maquinaria de gran potencia, conmutaciones, etc.). Mediante la reactancia reduciríamos la tasa de armónicos (disminuyendo el riesgo de afectar a otros equipos) y evitaríamos el paso de transitorios de sobretensión de red, así como las perturbaciones de otros equipos. De este modo aumentaremos la vida y fiabilidad de los variadores. Sin embargo, no sería necesaria la instalación de inductancias a la salida del variador, ya que las longitudes de los conductores hasta los motores no son importantes.
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3.7 Protección de las personas
Como condición inicial se supone que partimos de un cuadro eléctrico existente con sus protecciones. La alimentación partirá de tres líneas de 400v “protegidas” que debe suministrarnos los 90Kw. Ahora bien, para la protección en los cuadros que se instalarán se tendrá en cuenta que la protección de las personas se basa en dos aspectos: Protección contra contactos directos Protección por aislamiento de las partes activas. Las partes activas deberán estar recubiertas por un aislamiento que no pueda ser eliminado más que destruyéndolo. Protección por medio de barreras o envolventes. Las partes activas estarán situadas en el interior de envolventes con grado de protección adecuado (ya se ha contemplado este grado) y ser de una robustez y durabilidad adecuadas, además de contemplar con un mecanismo para evitar su acceso (cerradura). Protección complementaria por dispositivos de corriente diferencial-residual. Esta medida es complementaria a las anteriores y no garantiza por sí misma la total protección. En cabecera de cada cuadro un magnetotérmico general de corte omnipolar para cada uno de los variadores para protección contra sobreintensidades . Protección contra contactos indirectos Para proteger contra los contactos indirectos, lo haremos mediante el corte automático de la alimentación. El objetivo será, tras la aparición de un fallo, limitar el tiempo de duración de una tensión de contacto de valor suficiente para causar un riesgo. Se utilizará por tanto un esquema de conexiones a tierra coordinadamente con las características de los dispositivos de protección. Utilizamos un esquema de conexiones a tierra TT en el que todas las masas de los equipos eléctricos protegidos por un mismo dispositivo de protección, se conectarán a una misma toma de tierra, Se instalará un diferencial con sensibilidad 300mA para una corriente de mayor que la de corte del interruptor magnetotérmico, para así asegurar una correcta selectividad de los dispositivos de corte, y con una curva de corte especial para motores.
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