REPÙBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA
MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
SISTEMA DE CONTROL DE POTENCIA ELECTRICA PARA LA DISMINUCION DE ENERGIA EN EMPRESAS DE ALTO CONSUMO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÌTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y
CONTROL
PRESENTADO POR:
Br. DIAZ, Luís Br. MORAN, Guillermo
Br. SOTO, Marelis Br. VEGA, Jorge
ASESOR ACADEMICO ASESOR METODOLÓGICO ____________________ ____________________
MSc. JUAN ROMERO MSc. MARIBEL ORDOÑEZ
MARACAIBO, DICIEMBRE DE 2007.
REPÙBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA
MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
SISTEMA DE CONTROL DE POTENCIA ELECTRICA PARA LA DISMINUCION DE ENERGIA EN EMPRESAS DE ALTO CONSUMO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÌTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y
CONTROL
PRESENTADO POR:
DIAZ, Luis MORAN, Guillermo
SOTO, Marelis VEGA, Jorge
ASESORADO POR:
MGS. JUAN ROMERO MSG. MARIBEL OR DOÑEZ MARACAIBO, DICIEMBRE DE 2007.
SISTEMA DE CONTROL DE POTENCIA ELECTRICA PARA LA DISMINUCION DE ENERGIA EN EMPRESAS DE ALTO CONSUMO
IV
DEDICATORIA
Son muchos los que me han alentado y ayudado durante la realización de esta meta, por eso quiero dedicar mi proyecto a:
En primer lugar a Dios por haberme dado la fortaleza y sabiduría necesaria para lograr mis metas hasta ahora planteadas.
A mis padres Luís Díaz y Xiomara Torres de Díaz, quienes han estado a mi lado durante todos estos años, brindándome todo su apoyo, comprensión y amor.
A mis hermanas Diarquis Díaz y Dayana Díaz que para mí son lo más grande que tengo hasta ahora.
A mi Tío Humberto Díaz por ser una de las personas que mas influyo en mis decisiones para saber hacia donde quería llegar, planteándome metas para alcanzarlas.
Por último pero no menos importante a mis compañeros de tesis Marelis, Jorge y Guillermo, los cuales fueron un pilar de apoyo con el que conté para la realización de este proyecto.
Gracias!
Luís D íaz.
V DEDICATORIA
Doy infinitas gracias a Dios nuestro señor por haberme dado la fuerza y voluntad de recorrer el difícil camino para alcanzar esta meta.
A mi padre y hermanos por el apoyo constante y la motivación necesaria para poder seguir adelante en cada paso de mi vida, y por su constante amor y comprensión en los momentos más difíciles.
A mi esposa y mi hijo que son la razón principal del porque vivir, y que alimentan mi amor y mi motivación para alcanzar los objetivos que nos brinden la mayor suma de felicidad posible.
A mis amigos Alexis, David, Frank y Andrea, que siempre mantuvieron una posición firme a la hora de estimular mi confianza para conseguir las metas personales y profesionales de las exigencias de la vida diaria.
A mis compañeros de tesis y amigos Jorge, Luís y Marelis que fueron foco de orientación para mi desempeño en este proyecto.
A todos GRACIAS…!
Guillermo Morán.
VI DEDICATORIA
A Dios, por brindarme sabiduría y fortaleza para afrontar cada obstáculo presentado a lo largo de este proyecto.
A mis Padres Nelly, William y Nerio, por ser ejemplo de constancia y dedicación, gracias por estar siempre a mi lado en cada meta cumplida y por ayudarme a levantar después de cada caída, por brindarme siempre sus consejos, gran parte de esto se los debo a ustedes.
A mis Hermanas, Joy, Ye y Ne, gracias por ayudarme a alcanzar este sueño y por ser mis confidentes en los momentos mas difíciles de mi vida.
A mis Hermanos y Amigos del alma, Mona y Merche, gracias por su amistad y por brindarme unos hombros en los que reposar cada vez que lo he necesitado. Los Quiero..!!
A mi Tutor y Amigo, Juan C Romero, gracias por brindarme tu apoyo y ser mi guía, por tu dedicación y ayuda en la elaboración de este proyecto, pero sobretodo por creer en mí y darme la oportunidad de demostrármelo a mi misma.
A mis compañeros de Tesis, ahora amigos, Guille, Doctor Luís y Mr Tribilin Jorge, por formar parte del éxito de este proyecto. Gracias por tomar este reto conmigo y hacerlo posible.
A Todos Mil Gracias..!!
Marelis Soto.
VII DEDICATORIA
Doy infinitas gracias a Dios nuestro señor por haberme dado la fuerza voluntad y sabiduría para poder alcanzar esta meta.
A mis padres, hermanas, primos, tías y tíos por el apoyo constante y la motivación necesaria para poder seguir adelante en cada paso de mi vida, y por su constante amor y comprensión en los momentos más difíciles.
A mi novia que fue la razón del poder llegar hasta aquí al confiar en que podía lograr mi meta y apoyándome en todo.
A mis compañeros de tesis y amigos Luis, Guillermo y Marelis que fueron fo co de orientación para mi desempeño en este proyecto.
A los padres de Marelis que nos orientaron a la hora de realizar este proyecto y por brindarnos tanto apoyo dándonos consejos a la largo de todo este trabajo.
A todos GRACIAS..!
Jorge Vega
VIII AGRADECIMIENTO
A nuestro Tutor académico Msc. Juan C Romero, por ser nuestro guía a lo largo de este camino, por tendernos la mano en los momentos mas difíciles, ayudándonos a superar todos los obstáculos presentados, porque mas que nuestro tutor en poco tiempo se convirtió en un amigo incondicional al cual le debemos gran parte del éxito de este proyecto.
A nuestra Tutora metodologica Msc. Maribel Ordóñez, por ser pilar fundamental de nuestra formación profesional y ayudarnos así en la elaboración y culminación de este proyecto.
Al Sr. Carlos Vega, por confiar en nosotros y brindarnos la oportunidad de realizar la implementación de nuestro proyecto, logrando así el objetivo final planteado.
A nuestros compañeros de estudios Andrés Godoy y Elio Roo, por darnos su ayuda y apoyo incondicional.
A La Sra. Nelly y al Sr. Nerio, por hacernos sentir como en casa, y brindarnos su apoyo y cariño.
Y a todos aquellos que fueron participes en la elaboración de este proyecto y que nos ayudaron de una u otra manera a cumplir con esta meta.
A Todos Gracias..!!
Los tesistas..!!
IX
INDICE GENERAL
CONSTANCIA DE APROBACIÓN………..………..….iii
DEDICATORIA………..……….iv
AGRADECIMIENTO……...………v
RESUMEN……….……….vi
ABSTRACT……….….………..vii
ÍNDICE GENERAL………..viii
INTRODUCCIÓN………1
FASE I. DEFINICIÓN 1. TEORIZACIÓN DE LA VARIABLE………....5
1.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN………6
1.2. BASES TEÓRICAS………...………...6
1.2.1.ENERGIA………..….… .……..… ….7
1.2.1.1. TIPOS DE ENERGÍA……….………...8
1.2.2. CORRIENTE ELECTRICA………..8
1.2.3. CORRIENTE DIRECTA………….……… ..9
1.2.4. CORRIENTE ALTERNA (AC)...……….10
1.2.5. TENSION………..10
1.2.6. POTENCIA ELECTRICA………..… .12
1.2.6.1 TIPOS ………...……….…12
1.2.7. FACTOR DE POTENCIA…………...13
X
1.2.8. MEDIDOR ELECTRICO………14
1.2.9. SISTEMA DE CONTROL………..22
1.2.9.1. CLASIFICACIÓN………..… 23
1.2.10. CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE………27
1.2.10.1. APLICACIONES………28
1.2 .10.2. ARQUITECTURA……….29
1.2.10.3. ESTRUCTURA……….29
1.2.10.4. CICLO DE FUNCIONAMIENTO………33
1.2.10.5. TIPOS DE PROGRAMACION………..35
1.2.11. TERMOPAR………36
1.3. SISTEMA DE VARIABLES………37
1.3 .1. VARIABLE I………..………38
1.3.1.1 . DEFINICIÓN CONCEPTUAL………...….…………..39
1.3 .2. VARIABLE II……….……… .…...39
1.3.2.1 . DEFINICIÓN OPERACIONAL……...……...39
2. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA………40
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION……….42
3.1. OBJETIVO GENERAL………...… ………...42
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS………..……….43
4. JUSTIFICACIÓN………..43
5. DELIMITACIÓN………44
XI FASE II. DESARROLLO
1. METODOS Y TECNICAS……… ...………48
1.1. TIPO DE INVESTIGACION………48
1 .2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION………..50
1.3. TECNICAS Y RECOLECCION DE DATOS………52
1.4. INSTRUMENTO……… ……… 53
2. METODOLOGIA……….54
3. ACTIVIDADES Y RECURSOS……….57
FASE III. CULMINACIÓN 1. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN...63
1.1 ANALISIS DE LOS RESULTADOS...63
1.1.1. FASE I DEFINICION DE LAS ESPECIFICACIONES…...64
1.1.2. FASE II ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE………..… 66
1.1.3. FASE III DIAGRAMA DE FLUJO GENERAL………73
1.1.4. FASE IV IMPLEMENTACION DEL HARDWARE……….81
1.1.5.FASE V ADAPTACION ENTRE EL HARDWARE Y SOFTWARE……… 90
1.1.6 FASE VI INTEGRACION ENTRE EL HARDWARE Y SOFTWARE……… 93
1.1.7. FASE VII ORDINOGRAMAS MODULARES Y CODIFICACION DEL PROGRAMA……….96
1.1.8. FASE VIII DEPURACION DEL SOFTWARE………108
XII
1.1.9. FASE IX PROTOTIPO DEFINITIVO Y DEMOSTRACIONES………….
2. CONCLUSIONES...105
RECOMENDACIONES...108
REFERENCIAS B IBLIOGRÁFICAS……… 110
ANEXOS………...… 112
A. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA CAVA ………..113
B. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA CAVA 2………..114
C. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA CAVA 3……….115
D. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA CAVA 4 E. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA SUPERVICION DE TEMPERATURA CAVA 1………116
F. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA SUPERVICION DE TEMPERATURA CAVA 2………117
G. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA SUPERVICION DE TEMPERATURA CAVA 3……… 118
H. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA SUPERVICION DE TEMPERATURA CAVA 4……….………119
I. DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION DEL SISTEMA ………120
J. GRAFICA #1: CALCULO DE ERROR DE LA TERMOCUPLA #1…… 121
K. GRAFICA #2: CANAL 1 MULTIPLICADO POR EL FACTOR N……….123
L. GRAFICA #3: VALOR ADAPTADO CANAL 1……….124
M. GRAFICA #4: CALCULO DE ERROR DE LA TERMOCUPLA #2……..125
XIII
N. GRAFICA #5: CANAL 2 MULTIPLICADO POR EL FACTOR N………127 O. GRAFICA #6: CANAL 2 VALOR ADAPTADO……….128 P. GRAFICA #7: CALCULO DE ERROR DE LA TERMOCUPLA #3…… 128 Q. GRAFICA #8: CANAL 3 MULTIPLICADO POR EL FACTOR N……… 130
R. GRAFICA #9: VALOR ADAPTADO CANAL 3……… 130 S. GRAFICA #10: CALCULO DE ERROR DE LA TERMOCUPLA #4…… 131 T. GRAFIC A #11: CANAL 4 MULTIPLICADO POR EL FACTOR N……… 132.
U. GRAFICA #12: VALOR ADAPTADO CANAL 4 ……….133.
1
RESUMEN
La presente investigación tiene como propósito el diseño de un sistema de control de potencia eléctrica para la disminución de energía en empresas de alto consumo. Para el desarrollo del sistema se uso una metodología, basada en José Maria Angulo (1986), la cual consta de nueve fases adaptadas a la investigación. El sistema esta compuesto por un PLC programado para realizar secuencias de apagado y encendido nocturno, monitoreo de la temperatura en los equipos y la automatización de la iluminación y la ventilación. Las secuencias están destinadas a realizarse a horas especificas de la noche, el monitoreo de la temperatura fue realizada a través de termocuplas tipo K, las cuales fueron conectadas al modulo adicional F0-04THM, la iluminación y ventilación están configuradas para su uso solo en horario laboral, todo esto fue programado a través del software DirectSoft en programación ladder, por otro lado se utilizo un medidor eléctrico marca ELSTER, modelo A1200 ALPHA, para la verificación y monitoreo del consumo eléctrico diario, el PLC capta la información y corre las rutinas para el cual fue programado. En los resultados de la investigación, el estudio previo y la determinación de requerimientos demostraron que el sistema podría ser mejorado y optimizado, tal y como dio después de haberse implementado el sistema. Se realizaron pruebas pertinentes al mismo, para garantizar el buen funcionamiento tanto del hardware como el software, con el fin de garantizar el éxito y el funcionamiento del sistema. Los resultados estuvieron de acuerdo con lo esperado.
2 ABSTRACT
The present investigation has as intention the design of a system of control of electrical power for the diminution of energy in companies of high consumption. For the development of the system use a methodology, cradle in Jose Maria Angulo (1986), who consists of nine phases adapted to the investigation. The system this made up of a PLC programmed to make sequences of dull and nocturnal, monitored ignition of the temperature in the equipment and the automatization of the illumination and the ventilation. The sequences are destined to be made to hours you specify at night, the monitored of the temperature was made through thermocouples K type, which were connected to I modulate additional F0-04THM, the illumination and ventilation are formed for their single use in labor schedule, all this was programmed through software Direct Soft in programming to ladder, on the other hand I am used an electrical measurer mark ELSTER, model A1200 ALPHA, for the verification of the daily electrical consumption, the PLC catches the information and runs the routines for which it was programmed. In the results of the investigation, the previous study and the determination of requirements demonstrated so that the system could be improved and be optimized and as it gave after to have implemented the system. Pertinent tests to the same one were made, to as much guarantee the good operation of the hardware as software, with the purpose of ensuring the success and the operation of the system. The results were in agreement with the awaited thing.
XIV
INTRODUCCION
La energía es un factor determinante para el desarrollo de los países ya que sin energía no pueden desarrollarse ni crecer la industria y el comercio. Por otro lado, la producción y la forma en que se usa energía, generan un impacto ambiental en todas las escalas, amenazando el desarrollo en el futuro. La abundancia de energía, la falta de conciencia sobre el impacto de su uso en el ambiente, han facilitado por un lado, actividades humanas, comerciales e industriales de consumo intensivo e ineficiente de energía y por el otro, el crecimiento desordenado de las ciudades, que hoy en día son verdaderas máquinas de consumo de energía, produciendo enormes cantidades de residuos y devorando el medio natural.
Por lo tanto, para disminuir el consumo de energía eléctrica innecesaria ésta investigación propone el desarrollo de un sistema de control de potencia, fundamentado en la implementación de medidores de calidad de energía y sistemas de control secuencial. El mismo se realizará en 5 etapas, que van desde la recolección de información básica de la planta, el diseño del sistema en función de los parámetros de trabajo previamente definidos
XIV
tanto en hardware como en software, la construcción de las partes y su interconexión y la demostración del funcionamiento.
Ahora bien, para lograr esto, se manejo la metodología del autor José Maria Angulo (1986). Dicha metodología costa de nuevas fases, las cuales serán desarrolladas a lo largo de este proyecto de investigación, las nuevefases que componen esta metodología son: Fase I. Desarrollo de las especificaciones, Fase II. Diagrama general del Hardware, Fase III. Diagrama de flujo general, Fase IV. Implementación del Hardware, Fase V. Adaptación entre el Hardware y el Software, Fase VI. Integración del Hardware con el Software, Fase VII. Diagramas modulares y codificación del programa, Fase VIII. Depuración del software y por ultimo Fase IX. Prototipo definitivo y demostraciones.
Este proyecto se realizara en las instalaciones del local San Ramón C.A. el cual esta ubicado en el Centro Comercial Caribe de la ciudad de Maracaibo – Edo Zulia, en un lapso comprendido de 6 meses. El sistema de control estará basado en una secuencia de encendido y apagados de los equipos, con el fin de reducir al máximo los altos picos de corriente que se generan al momento del arranque de cada elemento a controlar, así como también de llevar al sistema a un estado mínimo de operación y lograr así un ahorro notable del consumo de energía
