Control y Monitoreo de un Variador de Frecuencia por Medio de un PLC y Software LABVIEW
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(2) E sp och F a c u lta d d e M e c á n ic a. C E R T IF IC A D O D E A P R O B A C IÓ N D E T E S IS. C O N S E J O D IR E C T IV O A g o sto , 1 d e 2 0 1 1. Y o re c o m ie n d o q u e la T e s is p re p a ra d a p o r :. A r c o s M u ñ o z C é s a r M ig u e l. T itu la d a :. “C O N T R O L Y M O N IT O R E O D E U N V A R IA D O R D E F R E C U E N C IA M E D IA N T E U N P L C Y SO F T W A R E L ab V IE W ”. S e a a c e p ta d a c o m o p a r c ia l c o m p le m e n ta c i ó n d e lo s re q u e rim i e n to s p a ra e l T ítu lo d e :. IN G E N IE R O M A N T E N IM IE N T O. In g . G e o v a n n y N o v illo A . D E C A N O D E L A F A C . D E M E C Á N IC A. N o s o tro s c o in c id im o s c o n e s ta re c o m e n d a c ió n :. In g . M a rc o S a n tillá n D IR E C T O R D E T E S IS. In g . P a b lo M o n ta lv o A S E S O R D E T E S IS.
(3) E sp och F a c u lta d d e M e c á n ic a. C E R T IF IC A D O D E E X A M IN A C IÓ N D E T E SIS. N O M B R E D E L E ST U D IA N T E :. T ÍT U L O. D E L A. T E SIS:. A r c o s M u ñ o z C é sa r M ig u e l.. “C O N T R O L Y M O N IT O R E O. D E U N V A R IA D O R. F R E C U E N C IA M E D IA N T E U N P L C Y SO F T W A R E L ab V IE W ”. F e c h a d e E x a m in a c ió n :. A g o sto 1 de 2 0 1 1 .. R E SU L T A D O D E L A E X A M IN A C IÓ N :. C O M IT É D E E X A M IN A C IÓ N. A PR U E B A. N O. F IR M A. A PR U E B A. IN G . A n g el G u am án ( P r e s i d e n t e T ri b . D e f e n s a ) IN G .. M a r c o S a n t il l á n. ( D i r e c t o r d e T e s is ) IN G . P a b lo M o n ta lv o (A seso r) * M á s q u e u n v o t o d e n o a p r o b a c i ó n e s r a z ó n s u f ic i e n t e p a r a l a f a l l a t o t a l .. R E C O M E N D A C IO N E S:. E l P r e s i d e n t e d e l T r i b u n a l q u i e n c e r ti fi c a a l C o n s e j o D i r e c t i v o q u e l a s c o n d i c i o n e s d e la. d e f e n s a s e h a n c u m p li d o .. f ) P r e si d e n t e d e l T ri b u n a l. D E.
(4) D E R E C H O S D E A U T O R ÍA. E l t r a b a j o d e g r a d o q u e p r e s e n t o , e s o ri g i n a l y b a s a d o e n e l p r o c e s o d e i n v e st i g a c i ó n y / o a d a p t a c i ó n t e c n o l ó g i c a e s t a b l e c i d o e n la F a c u l t a d d e M e c á n i c a d e l a E s c u e l a S u p e r i o r P o lité c nic a r e s u lt a d o s. de son. C h im b o r a z o . de. e x c lusiv a. En. t a l v i rt u d , l o s f u n d a m e n t o s t e ó ri c o s. re s p o n s a b i li d a d. del. a u tor.. p e r t e n e c e a l a E s c u e l a S u p e ri o r P o li t é c n i c a d e C h i m b o r a z o .. f) C é sa r M ig u e l A rc os M u ñ o z. El. - c i e n tí fi c o s. p a t ri m o n i o. y lo s. inte le ctu a l. le.
(5) A G R A D E C IM IE N T O. A g r a d e z c o a D I O S p o r p e r m i ti r m e c u l m i n a r m i s u e ñ o p r o f e s i o n a l .. Y. a l a E s c u e l a S u p e r i o r P o l i té c n i c a d e C h i m b o r a z o , e n e s p e c i a l a l a E s c u e l a d e. I n g e n i e rí a d e M a n t e n im i e n t o , p o r b ri n d a rm e l a o p o r t u n i d a d d e o b t e n e r u n a p r o fe s i ó n y s e r u n a p e r s o n a ú ti l a l a s o c i e d a d , n o s o l o c o n s u e n s e ñ a n z a té c n i c a t a m b i é n c o n s u s v a l o re s .. Y e n e s p e c ia l p a r a t o d a m i f a m i li a , l o s a m i g o s , c o m p a ñ e r o s y p e r s o n a s q u e c o n u n a p a l a b r a , u n g e s t o h a n s e m b r a d o e n m í l a f u e r z a p a r a s e g u i r a d e l a n te . S o b r e t o d o a m i m a d r e por su. c a ri ñ o , a m o r y c o m p re n s i ó n e n l o s m o m e n t o s d if í c i l e s d e m i v i d a .. C é sa r M ig u e l A r c o s M u ñ o z.
(6) D E D IC A T O R IA. E s t a t e s is d e d i c o a m i m a d r e S i l v i a M u ñ o z. q u e c o n su a m o r y c o n sta n c ia m e a y u d ó. a c u l m i n a r e s t a m e t a , s u s b u e n o s c o n s e j o s h a s sa b i d o g u i a rm e p o r e l c a m i n o c o rr e c t o y a. t e n e r la f u e rz a q u e m e a y u d a a s e g u i r a d e l a n t e .. C é sa r M ig u e l A rc os M u ñ o z.
(7) T A B L A D E C O N T E N ID O S. C A P ÍT U L O. P Á G IN A. 1.. G E N E R A L ID A D E S. 1 .1 .. A n t e c e d e n t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. 1. 1 .2 .. J u s t if i c a c i ó n … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 2. 1 .3 .. O b j e t i v o s … … … … … … … … … … … … .… … … … … … … … … … … .... 3. 1 .3 .1 .. O b j e t i v o G e n e r a l … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 3. 1 .3 .2 .. O b j e t i v o s E s p e c í fi c o s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 3. 2.. M A R C O T E Ó R IC O. 2 .1 .. M e d i d a s d e e f i c i e n c ia … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 4. 2 .2 .. E q u i p o s y a p a r a t o s d e m a n i o b ra d e l m ó d u l o D G – S C H – X X & A M C - 1 … .. 5. 2 .2 .1 .. V a r i a d o r d e fr e c u e n c i a … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 5. 2 .2 .2 .. C o n t r o l a d o r L ó g i c o P r o g r a m a b le “ P L C ” … … … … … … … … … ..................... 11. 2 .2 .3 .. C o m u n i c a c i ó n … … … … … … … .… … … … … … … … … … … … … … … … … ... 17. 2 .2 .3 .1. C o m u n i c a c i ó n ( R S - 4 8 5 ) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 17. 2 .2 .3 .2. A c c e ss P o in t… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 17. 2 .2 .3 .3. C o m u n i c a c i ó n M o d b u s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 18. 2 .2 .3 .4. M o d b u s T C P / I P ( E t h e r n e t ) … … … … … … … … … … … … … … ....................... 22. 2 .2 .4 .. S o f t w a r e “ L a b V I E W ” … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ........... 26. 2 .2 .5 .. N I O P C S erv er… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 31. 2 .2 .6 .. A p a r a t o s d e p r o t e c c i ó n … … … … … … … … … … … … … … … … ..................... 32.
(8) 3.. A N Á L ISIS. Y. P R O Y E C C IÓ N. PA R A. L A. C O M P L E M E N T A C IÓ N. D E. M Ó D U L O. 3 .1 .. A n á l i s i s d e c a m p o … … … … … … … … … … .… … … … … … … … … … … … .... 34. 3 .2 .. P r o y e c c i ó n d e l m ó d u l o … … … ...… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 34. 3 .2 .1 .. L o c a l i z a c i ó n … ...… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 35. 3 .2 .2 .. V e n t a j a s y d e s v e n t a j a s d e l o s m ó d u l o s … … … … … … … … … … … … … … … … ....... 35. 3 .2 .3 .. C o tiz a c ió n de lo s m ó d u lo s… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 36. 3 .2 .4 .. M a t e ri a l e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 36. 3 .3 .. C o n f o r m a c i ó n d e l m ó d u l o ...… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 36. 3 .3 .1 .. C i r c u i t o d e c o n tr o l … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ............... 37. 3 .3 .2 .. C i r c u i t o d e p o t e n c i a … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 39. 3 .3 .3 .. D e s c r i p c i ó n d e f u n c i o n a m ie n t o d e l m ó d u l o … … … … … … … … … … … … … … ..… .... 40. 4.. E N SA M B L A J E. 4 .1 .. E n s a m b l a j e d e l m ó d u l o … … … … … … .… … … … … … … … … … … … … … …. 42. 4 .1 .1 .. P l a n e a c i ó n d e e n s a m b l a j e d e l m ó d u l o … … … … … … … … … … ...… … … … ... 42. 4 .1 .2 .. P r o c e d i m i e n t o d e e n s a m b l a je … … … … … … … … … … … … … … ..… … … … .. 42. 4 .2 .. C i r c u i t o s f u n c i o n a l e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .…. 43. 4 .3 .. O p e ra c ió n b á sic a d e l m ó d u lo … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 44. 5.. G U ÍA , O P E R A C IÓ N D E P R Á C T IC A S Y M A N T E N IM IE N T O. 5 .1. I n s t a l a c i ó n d e l s o ft w a r e L a b V I E W … … … … … … … … … … … … ..… … ..… … …. 48. 5 .2 .. I n s t a l a c i ó n d e l T w i d o S u i te … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … … …. 51. 5 .2 .1 .. P r e p a r a c i ó n d e l T w i d o S u it e … … … … … … … … … … … … … .… … … ..… … … ...... 54. 5 .3 .. U t i l i z a c i ó n d e l A c c e s s P o i n t … … … … … … … … … … … … … ...… … ..… … … .... 56.
(9) 5 .4 .. C o n t r o l d e l v a r ia d o r d e fr e c u e n c i a v í a c o m u n ic a c i ó n T C P / I P g e n e r a d a e n e l. P L C … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 56. 5 .4 .1 .. C o n f i g u r a c i ó n d e l P L C … … … … … … … … … … … … … … … .… … … ................. 56. 5 .4 .2 .. D i r e c c i o n a m i e n t o d e l a c o n e x i ó n I P … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 57. 5 .5 .. C o n f i g u r a c i ó n d e l v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a … … … … … … … … … … … … … … .… .. 58. 5 .6 .. C o n t r o l y m o n i t o r e o d e l v a r i a d o r d e fr e c u e n c ia p o r s o f t w a r e L a b V I E W … … … …. 58. 5 .6 .1 .. C o n fig u ra ció n d e L a b V IE W. p a r a la c o m u n i c a c i ó n M o d b u s … … … … … … … …. 58. 5 .6 .2 .. S e l e c c i ó n d e v a r i a b l e s … … … … … … … … … … … … … ..… … … … … … … ..… ... 60. 5 .7 .. G u í a s d e p r á c t i c a s d e l a b o r a t o ri o … … … … … … … … … … … … ..… … … … .… ... 64. 5 .8 .. E l a b o r a c i ó n d e l p la n d e m a n t e n im i e n t o … … … … … … … … … … … … … … .… …. 60. 5 .8 .1 .. M a n t e n im i e n t o d e l P L C … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..... 72. 5 .8 .2 .. M a n t e n im i e n t o d e l v a r i a d o r d e fr e c u e n c i a … … … … … … … … … … … … … … … .. 73. 6.. C O N C L U SIO N E S Y R E C O M E N D A C IO N E S. 6 .1 .. C o n c l u s i o n e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 75. 6 .2 .. R e c o m e n d a c i o n e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 76. R E F E R E N C IA S B IB L IO G R Á F IC A S. B IB L IO G R A F ÍA. L IN K O G R A F ÍA. A N E X O S.
(10) L IST A D E T A B L A S. T A B L A. P Á G IN A. 2 .1 .. T r a m a g e n é ri c a d e l m e n s a j e se g ú n e l c ó d i g o e m p l e a d o … … … … … … … … … ... 21. 2 .2 .. E s q u e m a d e e n c a p s ula ció n e n M o d b u s/T C P … … … … … … … … … … … … … …. 22. 2 .3 .. C o m a n d o s c l a se 0 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 23. 2 .4 .. C o m a n d o s c l a se 1 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 23. 2 .5 .. C o m a n d o s c l a se 2 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 24. 2 .6 .. F u n c io n e s d e p e n die n te s de la m á q u in a … … … … … … … … … … … … … … … …. 24. 2 .7 .. V a r i a b l e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 30. 3 .1 .. C o tiz a c ió n de e q u ip o s… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 36. 3 .2 .. C o t i z a c i ó n d e m a t e r ia l e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 36. 5 .1 .. E q u i v a l e n c i a e n tr e l a s v a r ia b l e s … … … … … … … … … … … … … ........................ 61. 5 .2 .. M a n t e n im i e n t o m e n s u a l … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 72. 5 .3 .. M a n t e n im i e n t o s e m e s tr a l ... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 72. 5 .4 .. M a n t e n im i e n t o a n u a l .… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 73. 5 .5 .. C a m b i o d e p a rt e s d e l v a ri a d o r … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 74.
(11) L IST A D E F IG U R A S. F IG U R A. P Á G IN A. 2 .1 .. D i f e r e n c i a e n tr e ti p o s d e a rr a n q u e … … … … … … … … … … … … … … …. 5. 2 .2 .. V a r i a d o r d e fr e c u e n c i a … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 6. 2 .3 .. D i a g r a m a d e v a r i a d o r d e fr e c u e n c ia ( P W M ) … … … … … … … … … … ... 8. 2 .4 .. G r á f i c a c o m p a r a t i v a d e l a p o te n c i a c o n s u m i d a … … … … … … … … … .... 9. 2 .5 .. D i f e r e n c i a s e n tr e l a s p o t e n c i a s c o n s u m i d a s … … … … … … … … … ......... 10. 2 .6 .. R e d u c c i ó n d e l a p o t e n c i a a l u t i li z a r v e l o c i d a d v a ri a b l e … … … … … … ... 11. 2 .7 .. C o n t r o l a d o r l ó g i c o p r o g r a m a b l e … … … … … … … … … … … … … … … ... 11. 2 .8 .. C o m p o n e n te s d e u n P L C c o m p a cto … … … … … … … … … … … … … … .. 12. 2 .9 .. L e n g u a je d e c o n tac to s… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 14. 2 .1 0 .. L e n g u a j e p o r li s t a d e i n s t r u c c i o n e s … … … … … … … … … … … … … … .. 15. 2 .1 1 .. G ra fc e t… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 15. 2 .1 2 .. P l a n o d e f u n c i o n e s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 16. 2 .1 3 .. A c c e ss P o in t… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 17. 2 .1 4 .. C o n e x i ó n d e l a c o m p u t a d o ra a l v a r i a d o r … … … … … … … … … … … …. 20. 2 .1 5 .. E je m p lo c om u n ica c ió n M o d b us… … … … … … … … … … … … … … … .. 21. 2 .1 6 .. V i s t a d e l p a n e l fr o n t a l … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 27. 2 .1 7 .. V i s t a d e l d i a g r a m a d e b l o q u e s … … … … … … … … … … … … … … … ... 28. 2 .1 8 .. B a r r a d e h e rr a m i e n t a s… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 29. 2 .1 9 .. A d q u isic ió n d e da to s a n álo g o s… … … … … … … … … … … … … … … …. 31. 2 .2 0 .. R e l a c i ó n e n t r e e l P C d e s u p e r v is i ó n y e l s is t e m a d e c o n tr o l … … … … …. 31. 3 .1 .. E sq u e m a d e c o m p o ne n te s d e lo s m ó d u lo s… … … … … … … … … … … …. 35. 3 .2 .. C o n f o r m a c i ó n d e c ir c u it o s … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 37. 3 .3 .. D ia g ra m a esq u e m átic o d e c o n trol… … … … … … … … … … … … … … …. 37. 3 .4 .. I n s t a l a c i ó n d e l c ir c u it o … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... 38. 3 .5 .. D ia g ra m a esq u e m átic o d e p ote n cia … … … … … … … … … … … … … … .. 39. 3 .6 .. I n s t a l a c i ó n d e l c ir c u it o e s q u e m á ti c o d e p o te n c i a … … … … … … … … …. 40. 4 .1 .. P r o c e d i m i e n t o d e e n s a m b l a je … … … … … … … … … … … … … … … … …. 43. 4 .2 .. C a m b i o d e l o s v a l o re s d e p a rá m e t r o s … … … … … … … … … … … … … …. 44. 4 .3 .. D e f i n i c ió n d e l a f r e c u e n c i a c o n e l t e c l a d o y l o s b o r n e s … … … … … … …. 45.
(12) 4 .4 .. C o n e x ió n … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 46. 4 .5 .. P a t r ó n d e o p e ra c i ó n … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 46. 4 .6 .. F re c u e n c ia c o n p ote n ció m etro … … … … … … … … … … … … … … … … .. 46. 4 .7 .. C o n e x ió n c o n p o te n ció m etro y b o rn es… … … … … … … … … … … … …. 47. 4 .8 .. P a t r ó n d e o p e ra c i o n e s c o n p o t e n c i ó m e t r o … … … … … … … … … … … ... 47. 5 .1 .. O p c i ó n d e s e l e c c i ó n d e i n s t a l a c i ó n … … … … … … … … … … … … … … ... 48. 5 .2 .. R e g i s t r o d e l p r o g r a m a … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 49. 5 .3 .. S e le c c ió n d e la s h erram ie nta s… … … … … … … … … … … … … … … … .. 49. 5 .4 .. S e le c c ió n d e lo s p ro d uc to s a dic io na le s… … … … … … … … … … … … …. 50. 5 .5 .. C o n firm ac ió n d e la in sta lac ió n … … … … … … … … … … … … … … … … .. 50. 5 .6 .. P l a t a f o r m a T w i d o S u it e … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 51. 5 .7 .. V e n t a n a s d e l p r o c e s o d e i n s t a l a c i ó n … … … … … … … … … … … … … ... 53. 5 .8 .. I n f o r m a c i ó n d e l p r o y e c t o … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 54. 5 .9 .. C o n f i g u r a c i ó n g r á fi c a … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 54. 5 .1 0 .. C o n fig u ra ció n d e l m ó d u lo … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 55. 5 .1 1 .. P ro g ra m a ció n L a d d e r… … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 55. 5 .1 2 .. C a rg a d e l p ro gra m a al P L C … … … … … … … … … … … … … … … … …. 55. 5 .1 3 .. A c c e s s P o i n t … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 56. 5 .1 4 .. C a b l e p a r tr e n z a d o C A T 5 … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 56. 5 .1 5 .. C o n fig u ra ció n d e la se ñ a l d e e ntra d a a l a utó m ata … … … … … … … …. 56. 5 .1 6 .. C o n f i g u r a c i ó n d e l a s e ñ a l d e s a li d a d e l a u t ó m a t a … … … … … … … … ... 57. 5 .1 7 .. C o n fig u ra ció n d e la s m e m orias d e l a utó m ata … … … … … … … … … …. 57. 5 .1 8 .. D ire c c ió n IP … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 57. 5 .1 9 .. S e le c c ió n p ara c o m u nic a ció n M o d b u s… … … … … … … … … … … … … .. 59. 5 .2 0 .. C o n fig u ra ció n M o d b u s E th ern e t… … … … … … … … … … … … … … … …. 59. 5 .2 1 .. C o n fig u ra ció n M o d b u s R T U … … … … … … … … … … … … … … … … …. 60. 5 .2 2 .. C r e a c i ó n d e v a ri a b le s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... 60. 5 .2 3 .. C o lo c a c ió n d e dire c cio n e s… … … … … … … … … … … … … … … … … …. 61. 5 .2 4 .. E n l a z a r ic o n o d e l a s v a r ia b l e s … … … … … … … … … … … … … … … … ... 62. 5 .2 5 .. V in c u lo c o n la dire c ció n d el O P C S e rv e r… … … … … … … … … … … …. 62. 5 .2 6 .. P r o g r a m a e n e l d ia g r a m a d e b l o q u e s y l a s v a r i a b l e s … … … … … … … …. 63. 5 .2 7 .. S istem a d e b o m b e o c o n trola d o p o r L a b V IE W. 64. y un PLC … … … … … ….
(13) L IST A D E A B R E V IA C IO N E S. A P I:. A u t ó m a t a s P r o g r a m a b l e s I n d u s tr i a l. F IF O :. F i r s t I n F i rs t O u t. IL :. L e n g u a j e L i s t a d e I n s t r u c c i o n e s ( I n s t r u c ti o n L i s t ). IP :. In te rn et P roto c o l. LA N :. L o c a l A re a N e tw o rk. LD :. L e n g u a j e d e c o n t a c t o s ( L a d d e r D i a g ra m ). O LE:. O b je c t L in k in g a n d E m b e d d in g. O PC :. O L E fo r P ro c e ss C o n trol. PLC :. P ro g ra m m a b le L o gic C o n trolle r. R TU :. R e m o t e T e rm i n a l U n i t. SC A D A :. S u p e r v i s o r y C o n tr o l A n d D a t a A d q u i s i ti o n. ST:. l e n g u a j e l it e r a l e s tr u c t u r a d o ( S t r u c t u r e d T e x t). TC P:. T r a n s m is i ó n C o n tr o l P r o t o c o l. V B :. V isu a l B a sic. PW M :. M o d u la c ió n de A n c h o d e P u lso. IG B T s:. T r a n s i s t o r e s b i p o l a r e s d e p u e r t a a i s la d a. V FD :. U n s i s t e m a d e v a ri a d o r d e f r e c u e n c i a. H M I:. H u m a n M a c h i n e I n t e rf a c e. W A P o A P:. p o r s u s s igla s e n in g lés : W irele s s A c c e ss P o in t. G R A F C ET:. G rá fic a d e c o ntrol d e se c u e n cia s d e pro g ram a c ió n.
(14) L IST A D E L O S A N E X O S. A N E X O 1:. C A R A C T E R ÍS T IC A S D E L V A R IA D O R D E F R E C U E N C IA S V -IG 5 A. A N E X O 2:. L IS T A D E F U N C IO N E S. A N E X O 3:. C O M U N IC A C IÓ N M O D B U S. A N E X O 4:. L IS T A D E C Ó D I G O S D E P A R Á M E T R O S. A N E X O 5:. D E T E C C IÓ N D E P R O B L E M A S E N C O M U N IC A C IÓ N M O D B U S. A N E X O 6:. A U T Ó M A TA TW D LC A E40 D R F.
(15) R E SU M E N. C o n la p re se n te in v e stig a ció n , s e h a lo gra d o el C o n trol y M o n itore o d e u n V a ria d or. d e F r e c u e n c i a p o r m e d i o d e u n P L C y S o f t w a r e L a b V I E W , a s e r u ti li z a d o e n e l L a b o ra t o ri o. d e C o n t r o l I n d u s t ri a l d e l a F a c u l t a d d e l a E S P O C H .. E l p r e s e n t e m ó d u l o s e h a r e a li z a d o p a r a e l f u t u r o I n g e n i e r o d e M a n t e n im i e n t o , c o n. e l o b j e ti v o d e q u e e l e s t u d ia n t e m e j o r e s u s d e s tr e z a s e n e l á r e a d e l a A u t o m a t i z a c i ó n p a r a e l. c o n t r o l y m o n i t o r e o d e e q u i p o s , e l c u a l p o d r á a p l i c a r s u s c o n o c im i e n t o s c o n e q u i p o s c o m o. e l P L C y e l v a r ia d o r d e fr e c u e n c i a .. E s ta v e z s e in c lu ye s iste m as d e c o m u n ica c ió n c o m o el p ro to c olo d e c o m u nic a c io ne s. M o d b u s R T U y M o d b u s T C P / I P , m e d i a n t e e l c u a l s e h a l o g r a d o l a i n t e r c o m u n i c a c i ó n e n tr e. l o s d i s t i n t o s e le m e n t o s q u e c o n s t it u y e n e l m ó d u l o .. S e f o r t a l e c e n l o s c o n o c im i e n t o s s o b r e e l p r o g r a m a L a b V I E W , e l b a n c o d e e n s a y o s. d e b e c o n t a r c o n u n c o m p u ta d o r c o n c o n e x i ó n r e d o t a rj e t a i n a lá m b ri c a .. E l p r i m e r p a s o c o n s i s te e n l a i n s t a l a c i ó n d e l s o f t w a r e d e l P L C y L a b V I E W. en el. c o m p u t a d o r , c o n e l q u e c o n f i g u r a a l P L C y s u s c o m p o n e n t e s . A c o n ti n u a c i ó n s e i n g r e s a l a. i n f o rm a c i ó n d e l c o m p u t a d o r a l P L C m e d i a n t e u n c a b l e s e r ia l . E n t o n c e s s e r e ti r a e l c a b l e. se rial y. v ía. i n a l á m b r ic a. se. c o n e cta. a l A c c e ss. P o in t al P L C . D e sd e. la. C o m p u t a d o ra. se. c o n e c t a a l c o n v e r ti d o r d e R S 2 3 2 / 4 8 5 h a c i a e l v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a a la s te r m i n a le s ( + ) y. (– ) p a ra la c o m u nic a ció n M o d b u s R T U .. El. p ro g ram a. fu n c io n am ie nto. d esa rrolla d o. d e lo s. distinto s. en. L ab V IE W. ele m e nto s. q ue. fue. de. ac u e rd o. a. las. n e c e sid a d e s. de. s e e n c u e ntra n c o n e c ta d os . M e dia n te e ste. p r o c e s o s e l o g r ó e l c o n t r o l d e l v a r ia d o r d e fr e c u e n c i a c o n la s s e ñ a l e s a d q u i r i d a s d e l P L C ..
(16) SU M M A R Y. A c o n t r o l a n d m o n it o ri n g o f a f r e q u e n c y c h a n g e r h a s b e e n c a r ri e d o u t b y m e a n s o f a. P L C a n d so ftw a re L a b V IE W. to b e u s e d at th e L a b ora tory o f a M ec h a n ics In d u strial C o n trol. o f th e E S P O C H .. T h e m o d u le h a s b e e n m a d e fo r th e fu ture m a inte n a n c e e n gin e e r, so th at th e stu d e nts. can. im pro v e. t h e i r s k il l s. at. th e. a u t o m a ti o n. a re a. de. c o ntro l a n d. e q u i p m e n t m o n i t o ri n g ,. t h e r e f o r e t h e y c a n a p p l y t h e ir k n o w l e d g e w i t h d e v i c e s s u c h a s P L C a n d f r e q u e n c y c h a n g e r .. A. sy ste m. o f c o m m u n i c a ti o n is i n c l u d e d a s a p r o t o c o l o f c o m m u n i c a t i o n M o d b u s. T C P / I P , g e t t i n g c o m m u n i c a t i o n a m o n g d if f e r e n t e le m e n t s o f t h e m o d u l e .. K n o w le d g e is stre n gth e n e d o n th e pro g ram. L a b V IE W , a n d th e b a n k o f essa y s of. e ssa y s sh o uld h a v e a c om p u te r c o n n e c te d to a n etw o rk .. T h e f i rs t s t e p i s t o i n s t a ll i n t h e c o m p u t e r t h e s o ft w a r e o f P L C. fro m. and. m eans. a. PLC. s e ri a l. c o n n e c te d. t h e i r c o m p o n e n t s . T h e n , t h e i n f o rm a ti o n. c a b le .. to th e. A fter. A ccess. th a t, th e. s e r ia l. P o int (p re vio u sly. c o n n e c te d to th e A c c e ss P o in t. F rom. ca b le s. is. o f th e. ta k e n. f o rm e d ) , a n d. by. an d L ab V IE W. c om p u ter is. aw ay. and. m eans. th e. th e. to. e n te r e d. by. w ir e l e s s. is. E the rn et p o rt is. t h e c o m p u t e r t h e c o n v e r te r R S 2 3 2 / 4 8 5 i s c o n n e c t e d. t o t h e fr e q u e n c y c h a n g e r t o t h e t e rm i n a l p o i n t s ( + ) a n d ( – ) f o r t h e c o m m u n i c a t i o n M o d b u s. R TU .. The. d e v e lo p m e nt p ro g ram. in th e. L ab V IE W. c o v e rs. th e. f u n c ti o n s. needs. o f d i ff e r e n t. c o n n e c t e d e le m e n t s . B y m e a n s o f t h is p r o c e s s t h e c h a n g e r f r e q u e n c y c o n tr o l w a s a c h i e v e d. w i t h t h e a c q u i r e d s i g n a ls o f P L C ..
(17) 1. C A P ÍT U L O I. 1.. G E N E R A L ID A D E S. 1 .1 .. A N T E C E D E N T E S. L a F a c u l t a d d e M e c á n i c a d e l a E s c u e l a S u p e r i o r P o l it é c n ic a d e C h im b o r a z o c u e n t a c o n u n l a b o r a t o ri o d e C o n t ro l I n d u s t ri a l , c u y o fi n e s p e r m i t ir c o n o c e r t é c n i c a s p a r a e l c o n t r o l d e q u i p o s e l é c t ri c o s , l a e l im i n a c i ó n d e e rr o r e s y u n a u m e n t o e n l a s e g u ri d a d d e l o s p r o c e s o s . E n e s p e c i a l l a E s c u e l a d e I n g e n i e rí a d e M a n t e n i m i e n t o ti e n e u n m ó d u l o d e e l e c tr ó n i c o. suave,. e ste. m ó d ulo. c o n sta. de. un. A ccess. P o in t,. un. u n a rr a n c a d o r. C o n trola d o r. L ó g ic o. P r o g r a m a b l e “ P L C ” y e s t á e n l a c a p a c i d a d d e a c o p l a r s e a o tr o t i p o d e e q u i p o s , c o m o e s e l c a s o d e u n v a ri a d o r d e fr e c u e n c i a .. A p e s a r d e q u e h a l o g r a d o a l c a n z a r u n e q u i p a m i e n t o e s p e c i a l i z a d o e n a u t o m a t iz a c i ó n hay. una. d e fi c ie n c i a. e s p e c í fi c a m e n t e. en. so b re. el. el. a spe c to. p roto c o lo. de. la s. form as. M o d b u s .T a n t o. de. en. c o m u nic a c ió n. la. e n tr e. i n d u s t ri a , c o m o. e q uip o s. en. y. a plic a cio n e s. e s p e c í fi c a s , e s c o m ú n e n c o n tr a r s e c o n l a n e c e s i d a d d e v a ri a r l a v e l o c i d a d d e u n m o t o r e n fo rm a. c o n ti n u a. y. m a n te n i e n d o. el. to rq u e. en. el. e je .. T a m bié n. en. o c a sio ne s. es. n e c e sa rio. p ro p o rc io n ar a lo s m o tore s u n a rra n q u e su a v e y g ra d u a l. P a ra ello se id e aro n g ra n c a n tida d d e m o t o r e s e s p e c íf i c o s y e q u i p o s d e r e g u l a c i ó n q u e p e r m i t a n s a t is f a c e r e s t a s n e c e s i d a d e s . E n t r e lo s. m ás. com u n es. en. uso,. se. e n c u e n tr a n. lo s. m o t o re s. de. c o r ri e n t e. c o n ti n u a. c o n trola d o s. m e d i a n t e l a t e n si ó n d e l i n d u c i d o y l o s m o t o r e s a si n c r ó n i c o s t ri f á si c o s c o n t r o l a d o s m e d i a n t e l a v a r i a c i ó n d e f r e c u e n c i a . L o s m o t o r e s d e c o n ti n u a ti e n e n l a s d e s v e n t a j a s d e s e r m á s c a r o s , v o lu m in oso s. y. n e c e s it a r. e x p u e sto. a n t e r i o rm e n te. p e r m it e n. c o n m uta r. v a r i a d o re s. de. y. m ayor por. g ra n d es. fre c u e n cia. el. m a n te n i m i e n t o a m p lio. c o r ri e n t e s. p ara. a. que. d e s a r r o ll o. de. te n sio n es. i n d u s tr i a l e s ,. a. m oto re s. d e b id o. a sin c ró nic o s ,. u t i li z a n. d is p o sitiv os. f a c i li t a n d o. se la. de. ca rb o n e s. e sta d o. p o p u lariz ó r e a li z a c i ó n. P or. s ó li d o el. que. uso. de. lo. de. tare a s. p e l i g r o s a s , p e s a d a s o r e p e t i ti v a s .E s im p o r ta n t e d e s t a c a r q u e a n t e r i o r a l a a p li c a c i ó n m a s i v a d e la s. t é c n ic a s. de. c o ntro l. a u t o m á ti c o. en. la. i n d u s tr i a ,. era. el. h o m bre. el. que. a plic a b a. sus. c a p a c i d a d e s d e c á l c u l o e i n c l u s o s u f u e rz a f í s i c a p a r a l a e j e c u c i ó n d e l c o n tr o l d e u n p r o c e s o o m á q u i n a a s o c i a d a a l a p r o d u c c i ó n . E n l a a c t u a l i d a d , g r a c i a s a l d e s a r r o ll o y a p li c a c i ó n d e l a s té c n ic as. m o d ern as. m a n i p u la c i ó n. de. de la s. c o n tr o l , v a ri a b l e s. un ha. g ran sid o. n ú m ero. de. d e le g a d o. t a re a s a. y. c á lc u los. c o m p u ta d ora s,. a so c ia d o s. a. la. c o n t r o l a d o re s. y.
(18) 2. a c c i o n a m i e n t o s e s p e c i a l i z a d o s p a r a e l l o g r o d e l o s r e q u e r im i e n t o s d e l s i s t e m a .D e e s ta m a n e r a s e p l a n t e a l a p r e s e n te t e s i s , u ti l iz a n d o e l s o f t w a r e L a b V I E W , e l c u a l s im u l a rá l a s b o t o n e r a s , p a n t a ll a s p a r a m o n i t o r e a r e l v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a , c o n e l A c c e s s P o i n t q u e e n v i a r á y r e c i b i r á l o s m e n s a j e s v í a i n a l á m b r i c a e m it i d a s e n tr e l a L a b V I E W PLC. tra b a ja rá n. por. m e dio. de. un. p ro to c o lo. de. y e l P L C , e l v aria d or d e frec u e n c ia y. c om u n ic a cio n e s. ll a m a d o. M O D B U S,. e ste. p r o t o c o l o e s t á b a s a d o e n la a r q u i t e c t u r a m a e s t r o / e s c l a v o o c l ie n t e / s e r v i d o r , d i s e ñ a d o e n 1 9 7 9 p o r M o d ic o n p a ra su g am a d e P L C .. E s t e p r o t o c o l o e s tá n d a r e n l a i n d u s t r ia e s e l q u e g o z a d e. m a y o r d is p o n i b i l i d a d p a r a l a c o n e x i ó n d e d i s p o s i ti v o s e l e c tr ó n i c o s i n d u s t r i a l e s .. 1 .2 .. JU ST IF IC A C IÓ N. El c o n tin u o s. a v a n c e t e c n o l ó g ic o c r e c e d e u n a f o r m a a c e l e r a d a , d o n d e e l c o n tr o l d e p r o c e s o s com o. d isc o ntin u os,. re g ula ció n. de. la s. v a ri a b l e s. com o. tem p e ratu ra ,. p re sio n e s ,. n i v e l e s , s o n a l g u n o s d e l o s r e t o s q u e s e l e p r e s e n t a a l i n g e n i e r o d e m a n t e n i m ie n t o , a m á s d e l c u i d a d o h a c i a e l m e d i o a m b i e n t e e n e l c u a l e l a h o r r o e n e r g é t i c o , p r o c e s o s m á s li m p i o s y a h o r r o d e m a t e r i a p ri m a s o n f a c t o r e s c o n l a c u a l s e h a t o m a d o e n c u e n t a p a r a l a e l a b o r a c i ó n d e l e s t e t e m a . S i b i e n e s c i e rt o e l la b o r a t o r i o d e C o n tr o l I n d u s t ri a l c u e n t a c o n u n m ó d u l o d e l a r r a n c a d o r e le c t r ó n i c o s u a v e , la t e s i s s e p r o p o n e c o m p l e m e n t a r a l m ó d u l o c o n u n v a r ia d o r d e f r e c u e n c i a p a r a e l c o n tr o l d e v e l o c i d a d d e m o t o r e s a s i n c r ó n ic o s j a u la d e a r d i ll a t ri f á s i c o s , d o n d e s e u t il i z a r á n e l P L C y e l A c c e s s P o i n t d e l m ó d u l o a n t e s m e n c i o n a d o .. E l v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a e s p o r h o y u n e l e m e n t o m u y u ti li z a d o e n v a ri a s á r e a s c o m o son:. A r ra n q u e. y. c o n tr o l. de. v elo c id a d. en. m o tore s. e l é c t r ic o s. p ara. s iste m as. de. bom beo. c o n s t a n te , c o n t r o l d e f l u j o , e t c . P e r o s e h a v i s t o c o n v e n i e n t e c o n o c e r l o s d if e r e n t e s m é t o d o s y f o r m a s d e c o m u n i c a c i ó n e n t r e h o m b re y m á q u i n a , p o r e l l o s e h a i n t r o d u c i d o l a u t il i z a c i ó n d e l s o f t w a r e L a b V I E W , p a r a e l m o n i t o re o y c o n t r o l d e l v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a p o r m e d i o d e u n P L C , v í a i n a l á m b ri c a c o n e l A c c e s s P o i n t . E l s o f t w a r e L a b V I E W. c u y a li c e n c i a s e r á p r o v i s t a. p o r l a E s c u e l a d e I n g e n i e rí a d e M a n t e n im i e n t o .. E n e ste. p r o c e s o d e a u t o m a t i z a c i ó n u t il i z a r e m o s e l p r o t o c o l o M o d b u s q u e p e r m i t e e l. c o n t r o l d e u n a r e d d e d i s p o s i t i v o s , e n e s t e c a s o la c o m u n i c a c i ó n e n tr e e l P L C T e l e m e c a n i q u e y. el. v a ria d o r. o rd en ad o r. de. de. fre c u e n cia. s u p e rvisió n. S V -iG 5 A . M o d b u s. con. una. u n id a d. ta m b ié n. rem o ta. se. (R TU ). usa. p ara. la. en. s iste m as. c o n e x ió n de. de. un. su p e rvisió n. a d q u i s i c i ó n d e d a t o s ( S C A D A ) .Y a s í i r c u b r ie n d o l a n e c e s i d a d d e i r re n o v a n d o y a c t u a l i z a n d o.
(19) 3. lo s. dife re nte s. e q u ip o s. y. m a teriale s. u t il i z a d o s. en. e l la b ora torio. de. C o n tr o l I n d u s tr i a l. que. p e r m it a a l e s t u d i a n t e d e l a F a c u lt a d d e M e c á n i c a y s u s d i v e r s a s e s c u e l a s e s t a r a l a a l t u r a d e lo s. r e q u e r im i e n t o s. d el. se cto r. p r o d u c ti v o .. E ste. m ó d ulo. p e rm it i r á. a. los. e stu d ia nte s. una. f o r m a c i ó n t e ó r ic a - p r á c t i c a c o n g u í a s d e l a b o r a t o ri o l a s m i s m a s q u e s ir v e n p a r a re a li z a r l a s d ife re nte s. pru eb as. y. m o n it o r e o. de. lo s. p a rá m e t r o s. de. fu n c io n am ie nto. de. e ste. d i s p o s it i v o. e l e c tr ó n i c o , e l c u a l f o r m a r á p a r te a c t i v a d u r a n t e l a p r e p a r a c i ó n d e l o s e s t u d i a n te s , l o g r a n d o u n m e j o r a m ie n t o c o n t i n u o y f o m e n ta n d o l a i n v e s ti g a c i ó n .. 1 .3 .. O B JE T IV O S. 1 .3 .1 .. O B JE T IV O G E N E R A L. C o n t r o l a r y m o n it o r e a r a u n v a ri a d o r d e fr e c u e n c i a m e d i a n t e u n P L C. y c o n s o f t w a re. L ab V IE W .. 1 .3 .2 .. O B JE T IV O S E SP E C ÍF IC O S. R e a liz a r. un. e stu dio. p re v i o. del. m ó d u lo. a rr a n c a d o r. e l e c tr ó n i c o. s u a v e , e x i s t e n te. en. el. l a b o r a t o r i o d e C o n t r o l I n d u s tr i a l .. C o n o c e r l a e s t r u c t u r a y p ri n c i p a l e s c a r a c t e rí s ti c a s d e l o s v a ri a d o r e s d e f re c u e n c ia .. S a b e r c u á l e s l a u t i li z a c i ó n d e l A c c e s s P o i n t .. U t i l i z a r té c n i c a s d e p r o g ra m a c i ó n p a r a e l c o n tr o l y m o n it o r e o d e d i s p o s i t i v o s .. L le g a r. a. conocer. el. fu n cio n a m ie n to. del. C o n trola d o r. L ó gic o. P ro gra m a ble. con. E th e rn e t.. M o n i t o re a r p o r u n s i st e m a S C A D A. M a n e j a r e l v a ri a d o r d e f r e c u e n c i a p o r m e d i o d e u n C o n t r o l a d o r L ó g ic o P r o g r a m a b l e .. R e a l i z a r e l m o n t a je y p r u e b a s d e b u e n f u n c i o n a m i e n t o d e l m ó d u l o .. E l a b o r a r g u í a s d e l a b o r a t o r i o p a r a e l m a n e j o d e l v a r i a d o r d e fr e c u e n c ia .. salid a.
(20) 4. C A P ÍT U L O II. 2.. M A R C O T E Ó R IC O. 2 .1 .. M E D ID A S D E E F IC IE N C IA [1 ]. L a i n s t a l a c i ó n d e u n s i s t e m a d e r e g u l a c i ó n e l e c tr ó n i c a d e v e lo c i d a d r e p r e s e n t a e n s í u n a i m p o rt a n t e m e d i d a d e e fi c i e n c i a e n e r g é ti c a .. A. p e s a r d e l c o s t e q u e s u p o n e l a i n v e r s i ó n e n u n s i s te m a d e a j u s t e e l e c tr ó n i c o d e la. fre c u e n cia. p ara. c o ntro lar la. v e loc id a d. de. los. m o tore s , e l d e sa rrollo. en. p re cisió n y. f i a b il i d a d h a a l c a n z a d o c o t a s ta n e le v a d a s q u e e l c o s t e i n i c i a l s e j u s ti fi c a p o r l a m e j o ra s u s t a n c i a l d e l o s r e s u l ta d o s y p o r la b a ja d a d e c o s t e s d e b i d a a l a re d u c c i ó n d e p é r d i d a s y e n m a n t e n im i e n t o .A l g u n o s f a c t o r e s q u e d e t e rm i n a n l a d e c i s i ó n s o b r e l a a p li c a c i ó n d e r e g u l a c i ó n e l e c t r ó n i c a d e v e l o c i d a d s o n l o s s i g u ie n t e s :. E l v a l o r d e l a h o rr o e n e r g é t i c o. q u e s e p u e d e l o g ra r c o n l a i n s t a la c i ó n d e r e g u l a c i ó n. e l e c tr ó n i c a d e v e l o c i d a d d e p e n d e p r i n c i p a lm e n t e , c o m o s e h a v i s t o , d e l t i p o d e c a r g a que. e sté. cu ad rad o. a c o pla d a de. la. a l m o to r. A sí, l o s. v e l o c i d a d , ta l e s c o m o. m o to res. con. c a rg as. con. b o m bas, co m presores. o. par. p ro p orc io n al. v e n t i la d o r e s , s o n. al los. s u s c e p ti b l e s d e u n m a y o r a h o r r o e n e r g é ti c o .. U n a s p e c t o a t e n e r e n c u e n t a e n l a v a l o r a c i ó n d e l c o n s u m o d e e n e r g í a a h o r r a d o e s la f o r m a d e r e g u l a c i ó n e m p l e a d a h a s ta e l m o m e n t o e n q u e s e p la n t e a l a i n s t a l a c i ó n d e r e g u l a d o re s e l e c tr ó n i c o s . E l c o n tr o l d e l a i n s ta l a c i ó n d e f o rm a m e c á n i c a ( p o r e j e m p lo m e d i a n t e v á l v u l a s d e e s t r a n g u la m ie n t o e n b o m b a s o p e r s i a n a s e n v e n ti l a d o r e s ) , o la a u s e n c i a d e c o n t r o l , p r o d u c e u n s o b re d im e n s i o n a m i e n t o d e l m e c a n is m o , d a n d o l u g a r a u n e x c e s o d e p o t e n c i a d e m a n d a d a . L a i n s t a l a c i ó n d e r e g u l a d o r e s e l e c t r ó n i c o s p e r m i te u n a h o r r o im p o rt a n t e d e e n e r g ía .. La. re g u la c ió n. e l e c tr ó n i c a. de. v elo c id a d. p e r m it e. su a viz a r. los. c r ít i c o s. p ro ceso s. de. a r r a n q u e y p a r a d a s ( li m i t a n d o l a s a l t a s i n t e n s i d a d e s d e a r r a n q u e y e v it a n d o c a í d a s d e t e n s i ó n ) , a s í c o m o r e a li z a r u n t r a b a j o m á s c o n t i n u o y s u a v e d e l p r o c e s o . S e d i s m i n u y e de. e sta. f o rm a. el. n ú m ero. de. a ve rías,. las. p a ra d a s. m a n t e n i m ie n t o , y d e p r o l o n g a r l a v i d a ú ti l d e l a m á q u i n a .. d el. p ro ce so. y. el. c o ste. en.
(21) 5. F i g u r a 2 .1 : D i f e re n c i a e n t r e t i p o s d e a r r a n q u e. U n p a r á m e tr o e s e n c i a l a l a h o r a d e e s ti m a r e l a h o r r o d e r i v a d o d e l a i n s t a l a c i ó n d e la r e g u l a c i ó n e l e c tr ó n i c a d e v e l o c i d a d e s e l ti e m p o t o t a l d e t r a b a j o d e la m á q u i n a y s u r é g i m e n d e t r a b a j o . C u a n t o m a y o r s e a e l ti e m p o d e t r a b a j o d e l a m á q u i n a , m a y o r s e rá e l a h o r r o p r o d u c i d o y m e n o r e l ti e m p o d e a m o rt i z a c i ó n d e l a i n v e r s i ó n r e a li z a d a .. L a v a r i a c i ó n d e fr e c u e n c i a e s e s p e c i a l m e n t e a t ra c ti v a e n s is t e m a s m u lt im o t o r , c u a n d o una. g ran. c a n ti d a d. de. pequeños. m oto res. de. c o r ri e n t e. altern a. son. a li m e n t a d o s. s i m u l t á n e a m e n te c o n l a m i s m a f r e c u e n c i a y t e n s i ó n . E n t a l e s i n s t a l a c i o n e s , e l c o s t e d e l c o n v e r t id o r d e. fr e c u e n c i a. s e j u s ti f ic a. p o r la. re d u c ció n. s i g n i fi c a ti v a. d e l c o s te. de. la. m á q u in a d e bid a a l gra n n ú m e ro d e m oto res c u b ierto s .. L a d e c i s i ó n d e i n s t a l a r u n r e g u l a d o r d e v e l o c i d a d d e b e c o n t e m p l a r , a d e m á s d e l a h o r ro e n e r g é ti c o y l a r a p i d e z e n l a a m o rt i z a c i ó n d e l a i n v e r s i ó n r e a l i z a d a , o tr a s v e n t a ja s d e l a r e g u l a c i ó n d e v e l o c i d a d c o m o l a r e d u c c i ó n e n a v e rí a s , p a r a d a s y c o s t e s d e m a n t e n i m ie n t o o m e jo ras. en. fre c u e n cia. la. c a li d a d. ofrece. o tr a s. y. r e n t a b il i d a d m e jora s. com o. del la. s is t e m a. p r o d u c ti v o .. c o m p e n sa c ió n. del. Instala r fa cto r. v a r ia d o r e s de. p ote n c ia. de y. d ism in u c io n e s c o n sid era b les d e l niv e l d e ru id o g e n era d o .. 2 .2 .. E Q U IP O S Y A P A R A T O S D E M A N IO B R A. D E L M Ó D U L O. D G. – SC H. – X X. & A M C -0 1 .. 2 .2 .1 .. V a r ia d o r d e fr e c u e n c ia [2 ].. D e s p u é s d e l o s m o t o r e s e lé c tr i c o s , l a s b o m b a s y l o s v e n ti la d o r e s s o n l a s m á q u i n a s m á s u ti li z a d a s e n e l m u n d o . E s t o s i g n i f ic a q u e u n a c o m b i n a c i ó n d e m o t o r y b o m b a , o d e.
(22) 6. m o t o r y v e n ti l a d o r , c o n s t it u y e n á r e a s i m p o rt a n te s e n q u e e l u s o d e l a e n e r g í a p u e d e h a c e rs e m á s e fi c i e n t e .. F i g u r a 2 .2 : V a r i a d o r d e f re c u e n c i a .. H a y u n a g r a n c a n ti d a d d e v e n t a j a s q u e s e p u e d e n l o g r a r , a s e g u r a n d o q u e e l s i s t e m a e s t é c o rre cta m e nte (e le v a d ore s,. d im e nsio n a d o , y g rú as,. en. p a rte. c o m p r e s o re s ,. u sá n d olo. tra nsp o rta d ore s,. r a c i o n a lm e n t e . O t r o s m á q uin a s. tip o s. h e rr a m i e n t a ,. de. cargas. e x t r u s o ra s ,. m á q u i n a s t e x t i le s , e t c .) t a m b i é n o fr e c e n a c t u a lm e n t e u n im p o rt a n t e c a m p o p a r a e l a h o rr o , u t i li z a n d o a d e c u a d a m e n t e e q u i p o s e f ic i e n t e s .U n á r e a q u e b r i n d a g r a n d e s o p o r t u n i d a d e s d e ah o rro. es. en. lo s. casos. en. que. se. c o ntrola. el flujo. de. agua. o. de. a i re. p o r m éto d o s. de. e s t r a n g u l a m i e n t o ( v á l v u l a s o c o m p u e r t a s ) y s e s u s t it u y e p o r m é t o d o s e n q u e s e v a r í a l a v e lo c id a d. de l m o to r q u e. a c cio n a. la. b o m ba . E l m é to d o. m ás. efica z. y. eficie n te. para. v a r i a c i ó n d e v e l o c i d a d e s h o y e n d í a e l u s o d e v a r i a d o r e s d e fr e c u e n c i a a p li c a d o s m o to res. a sin c ró nic o s , p rinc ip alm e nte. a q ue llos. que. e m ple a n. e l p rinc ip io. de. la. a lo s. c o n trol. p or. m o d u l a c i ó n d e l a n c h o d e p u l s o ( P W M ) .U n v a r i a d o r d e f r e c u e n c i a (s i g l a s V F D , d e l i n g l é s: V a ria b le F re q ue n c y D riv e o bie n A F D. A d j u s t a b l e F r e q u e n c y D r i v e ) e s u n s is t e m a p a r a e l. c o n t r o l d e la v e l o c i d a d r o t a c i o n a l d e u n c o n tro l. de. la. fr e c u e n c i a. de. m o t o r d e c o r ri e n te a l t e r n a. a li m e n t a c i ó n. s u m in istra d a. al. m oto r.. (A C ) p o r m e d io d el Los. v a ri a d o r e s. de. f r e c u e n c i a s o n t a m b i é n c o n o c i d o s c o m o d r i v e r s d e f r e c u e n c i a a j u s t a b l e ( A F D ) , d ri v e r s d e C A , m i c r o d r i v e r s o i n v e r s o r e s . D a d o q u e e l v o lt a j e e s v a ri a d o a l a v e z q u e l a fr e c u e n c ia , a v e c e s s o n ll a m a d o s d r i v e r s V V V F ( v a r i a d o r d e v o l ta j e v a r i a d o r d e f re c u e n c i a ) .. P r in c ip io d e fu n cio n a m ie n to. L o s v a r i a d o r e s d e f r e c u e n c i a o p e r a n b a j o e l p ri n c i p i o d e q u e l a v e l o c i d a d s í n c r o n a de. un. m oto r. de. c o r ri e n t e. a lt e r n a. (C A ). e stá. d e t e rm i n a d a. por. la. f re c u e n c ia. s u m i n i s tr a d a y e l n ú m e r o d e p o l o s e n e l e s t a t o r , s e g ú n la r e la c i ó n d e l a e c u a c i ó n 2 .1 .. de. C A.
(23) 7. L a s c a n t i d a d e s d e p o l o s m á s f r e c u e n t e m e n t e u ti li z a d a s e n m o t o r e s s í n c r o n o s o e n m o t o r e s a s í n c r o n o s s o n 2 , 4 , 6 y 8 p o l o s q u e , s i g u i e n d o l a e c u a c i ó n c i ta d a , r e s u l ta r í a n e n 3000 R PM , 1500 R PM , 1000 R PM. y 750 R PM. r e s p e c t i v a m e n t e p a r a m o t o r e s s i n c r ó n ic o s. ú n ic a m e nte y a la fre c u e nc ia d e 5 0 H z . D e p e n d ie n d o d e la u bic a ció n g e o g ráfica fu n cio n a en 50H z o 60H z.. R PM. = (1 2 0 x f) / p. ( 2 .1 ). D ónde: R PM. = R e v o lu c io n e s p o r m in u to. f = f r e c u e n c i a d e s u m i n i s tr o C A ( H e r c i o ) p = N ú m e r o d e p o l o s (a d i m e n s i o n a l ). L a s c a n t i d a d e s d e p o l o s m á s f r e c u e n t e m e n t e u ti li z a d a s e n m o t o r e s s í n c r o n o s o e n M o t o r a s í n c r o n o s o n 2 , 4 , 6 y 8 p o l o s q u e , s i g u i e n d o l a e c u a c i ó n c it a d a , r e s u l t a r í a n e n 3 0 0 0 R PM ,. 1500. R PM ,. 1000. R PM. y. 750. R PM. re sp ec tiva m e nte. p ara. m oto res. s i n c r ó n ic o s. ú n ic a m e nte y a la fre c u e nc ia d e 5 0 H z . D e p e n d ie n d o d e la u bic a ció n g e o g ráfica fu n cio n a en 50H z o 60H z.. E n l o s m o t o r e s a s í n c r o n o s l a s re v o l u c i o n e s p o r m i n u t o s o n li g e r a m e n te m e n o r e s p o r e l p r o p i o a s i n c r o n i s m o q u e i n d i c a s u n o m b r e . E n e s t o s s e p r o d u c e u n d e s f a s e m í n i m o e n tr e l a v e l o c i d a d d e r o t a c i ó n ( R P M ) d e l r o t o r ( v e l o c i d a d " r e a l " o " d e s a l i d a " ) c o m p a ra ti v a m e n t e c o n la c a ntid a d d e R P M. d e l c a m p o m a g n é ti c o (l a s c u a l e s s i d e b e rí a n c u m p l ir la e c u a c i ó n. a rrib a m e n c io na d a ta nto e n M o tore s sín c ro n o s c om o e n m oto re s a s ín cro n o s ) d e bid o a q u e s ó l o e s a t ra í d o p o r e l c a m p o m a g n é t i c o e x t e ri o r q u e l o a v e n t a j a s ie m p re e n v e l o c i d a d ( d e l o c o n t r a ri o. el. m oto r. d e jaría. de. g ir a r. en. lo s. m om e n to s. en. lo s. que. a lc a n za se. al. c am p o. m a g n é ti c o ). C o n tr o la d o r d e l V F D [3 ]. El. c o n tr o l a d o r. del. v a ri a c i ó n. de. fr e c u e n c i a. está. f o rm a d o. por. d i s p o s it i v o s. d e. c o n v e r s i ó n e l e c tr ó n i c o s d e e s t a d o s ó li d o . E l d i s e ñ o h a b it u a l p ri m e r o c o n v i e rt e l a e n e r g í a d e e n t r a d a C A e n C C u s a n d o u n p u e n t e r e c t if i c a d o r . L a e n e r g í a i n t e r m e d i a C C e s c o n v e r t i d a e n u n a se ñ a l q u a s i- s e n o id a l d e C A es. u s u a lm e n te. un. p u e nte. u s a n d o u n c i r c u i t o i n v e r s o r c o n m u t a d o . E l r e c t if i c a d o r. t ri f á si c o. de. d io d o s ,. p ero. ta m bié n. se. usan. r e c t i fi c a d o re s.
(24) 8. c o n t r o l a d o s . D e b i d o a q u e l a e n e r g í a e s c o n v e rt i d a e n c o n t i n u a , m u c h a s u n i d a d e s a c e p t a n e n tra d a s ta n to v a ria d o r de. m o n ofá sic a s. v e lo cid a d ). T a n. c o m o t r if á s ic a s pro n to. com o. (a ctu a n d o. com o. un. c o n v e rt i d o r d e. a p a rec ie ro n lo s in terru p tore s. fase , u n. s e m ic o n d u c t o re s. f u e r o n i n t r o d u c i d o s e n l o s V F D , e l l o s h a n s i d o a p li c a d o s p a r a l o s i n v e r s o r e s d e t o d a s te n sio n es. que. hay. d is p o n i b le . A c t u a l m e n t e , l o s. tra n sis tore s. bip o lare s. de. p u e rt a. la s. aisla d a. ( I G B T s ) s o n u s a d o s e n l a m a y o r í a d e c i r c u i t o s i n v e rs o r e s .. F i g u r a 2 .3 D i a g r a m a d e v a r ia d o r d e fr e c u e n c i a ( P W M ) .. Las. c a r a c te r ís t ic a s. d el m o tor C A. r e q u i e re n. la. v aria ció n. p r o p o rc i o n a l d e l v o l t a j e. c a d a v e z q u e l a f r e c u e n c i a e s v a r i a d a . P o r e j e m p l o , s i u n m o t o r e s t á d i s e ñ a d o p a r a t ra b a j a r a 4 6 0 v o l t i o s a 6 0 H z , e l v o l t a j e a p li c a d o d e b e re d u c ir s e a 2 3 0 v o lt i o s c u a n d o l a f re c u e n c ia e s r e d u c i d a a 3 0 H z . A s í l a r e l a c i ó n v o l ti o s / h e r t z i o s d e b e n s e r r e g u l a d o s e n u n v a l o r c o n s t a n t e ( 4 6 0 / 6 0 = 7 .6 7 V / H z e n e s t e c a s o ) . P a r a u n f u n c i o n a m i e n t o ó p t i m o , o tr o s a j u s t e s d e v o l t a j e s o n n e c e s a r i o s , p e r o n o m i n a l m e n t e l a c o n s ta n t e e s V / H z e s l a r e g l a g e n e r a l . E l m é t o d o m á s n o v e d o s o y e x t e n d i d o e n n u e v a s a p l i c a c i o n e s e s e l c o n t r o l d e v o lt a j e p o r P W M .. C a m p o s d e a p lic a ció n [4 ]. A l g u n a s a p li c a c i o n e s d e l a s m á s c o m u n e s d e n tr o d e l a i n d u s t r ia , c o m p a r a n d o e l u s o d e v a r i a d o re s e l e c t r ó n i c o s d e fr e c u e n c i a c o n o tr o s s is t e m a s d e r e g u l a c i ó n o e l tr a b a j o s i n r e g u l a d o re s y e x p li c a n d o c ó m o s e p r o d u c e e l a h o r r o e n e r g é ti c o e n c a d a c a s o .. B om bas E s u n a a p li c a c i ó n m u y s u s c e p t i b le d e s e r re g u l a d a p o r v a ri a d o re s e l e c tr ó n i c o s d e f r e c u e n c i a y a q u e n o r m a l m e n t e s e p r o d u c e n a h o rr o s d e v a l o r c o n s i d e r a b l e . E x i s t e n c u a tr o m a n e r a s d i s t i n ta s d e r e a l iz a r la r e g u la c i ó n d e l c a u d a l :.
(25) 9. V á lv u la. de. e s t r a n g u l a m i e n t o .-. Se. e stra n g ula. la. s a li d a. de. la. b o m b a , p ro d u c ie n d o. una. m a y o r r e s i s te n c i a a l p a s o d e f l u i d o , i n t r o d u c i e n d o u n a p é r d i d a a d i c i o n a l a l a i n s t a la c i ó n . L a b o m b a t i e n e q u e g e n e r a r u n a m a y o r p r e s i ó n e n e l c a u d a l , n o p u d i e n d o ll e g a r a b o m b e a r e l c a u d a l n o m i n a l . E s t o h a c e q u e e l s is t e m a s o li c it e u n a e n e r g í a d e b o m b e o b a s t a n t e s u p e r i o r a l a r e q u e r i d a p o r e l s i s te m a , r e s u lt a n d o e n u n b a j o r e n d i m ie n t o d e l a i n s t a la c i ó n .. R e g u la c ió n caudal. al. b y - p a s s .-. d e p ó s it o. E l b y -p ass. desde. el. c u al. es. un. se. tu b o. de. b om b ea,. r e a l im e n t a c i ó n. re g u l a n d o. así. que. el. d e v u e lve. c a u d al. que. p a rte ll e g a. d el a. la. i n s t a l a c i ó n . E s e l m é t o d o m e n o s e fi c a z , e n e r g é ti c a m e n t e h a b l a n d o .. R e g u l a c i ó n e l e c t r ó n i c a d e v e l o c i d a d d e l m o t o r .- E n e s t e c a s o , a l v a r i a r l a v e l o c i d a d v a r í a l a c u r v a c a r a c t e rí s ti c a d e l a b o m b a . A l d i s m i n u ir l a v e l o c i d a d , d i s m i n u y e n a l a v e z l a a l t u r a m a n o m é t r ic a. y. el c a u d al, c o n s um ié n d o se. so lo la. p ote n cia. n e c e s a r ia . E s. el m éto d o. m ás. e f i c a z e n e r g é ti c a m e n t e .. R e g u la c ió n. m e d i a n te. a r r a n q u e - p a r a d a .-. E x is t e. ta m bié n. la. a l t e r n a ti v a. de. re g ula r. el. c a u d a l m e d i a n t e a rr a n q u e s y p a r a d a s d e l a b o m b a , d e f o r m a q u e e l c a u d a l m e d i o s e a j u st e a l r e q u e ri d o . S u u s o e s r e s t ri n g i d o d e b i d o a q u e e s m u y p e r j u d i c i a l t a n t o p a r a e l m o t o r com o. p ara. p ro d u ce. un. e l re sto p ro n to. de. la. in stala c ió n , d e b id o. e n v e j e c im i e n t o. de. la. p ri n c i p a l m e n t e. in stala c ió n , b aja n d o. a. lo s su. g o lp e s. de. e fi c ie n c i a. y. a ri e t e . S e ele v a n d o. c o ste s.. E n l a s i g u i e n te f i g u r a s e m u e s t r a u n a g r á f i c a c o m p a r a ti v a d e l a p o te n c i a c o n s u m i d a c o n l a r e g u l a c i ó n e l e c t r ó n ic a d e v e l o c i d a d fr e n t e a l o s s i s t e m a s d e r e g u l a c i ó n t r a d i c i o n a l e s :. F i g u r a 2 .4 : G r á fi c a c o m p a r a ti v a d e l a p o t e n c i a c o n s u m i d a.
(26) 10. V e n tila d o r e s. A l i g u a l q u e l a s b o m b a s , s e tr a t a d e e q u i p o s h a b i t u a l e s e n l a i n d u s t ri a e n l o s q u e r e s u lt a. m uy. v e n tajo sa. la. a plic a ció n. de. v a r ia c i ó n. e le c t r ó n i c a. de. v e lo cid a d , p ro d u cie n d o. a h o r r o s e n e r g é ti c o s im p o rt a n t e s . E x i s t e n l a s s i g u i e n t e s f o rm a s d e re g u l a c i ó n d e v e l o c i d a d :. E s t r a n g u l a m i e n t o m e d i a n t e p e r s i a n a s .- E s e l m é t o d o c o n p e o r r e s u l t a d o e n e r g é ti c o . E l c i e r re d e l a p e r s ia n a p r o d u c e u n a m a y o r r e s i s te n c i a a l p a s o d e fl u i d o , i n tr o d u c i e n d o u n a p é rd id a a dic io n al a la in s tala ció n . S e tie ne q u e g e n e rar u n a m a y o r pre sió n e n e l c a u d al, n o p u d ie n d o e n e rg ía. ll e g a r a s u m i n i s t r a r e l m i s m o. m ayor que. la. e st ri c t a m e n t e. c a u d al. E sto. h ac e. n e c e s a ri a , r e s u l t a n d o. que en. e l s iste m a. un. b a jo. consum a. re n d i m i e n t o. una. de. la. in stala c ió n .. R e g u la c ió n v a r i a b le ,. m e d ia nte. á la b es. f a c il it a n d o. s u m i n i s tr a d o .. N o. o. se. c o n stru ctiv am e n te ,. m ó v i l e s .-. Los. e n to rp e c ie n d o. su e le. que. el. u ti l iz a r e m ple o. el. paso. d e b id o de. á la be s. a. d el. de. flu id o. que. p e rsia n as. v e n t il a d o r. es y. y. una. que. tie ne n. re g u la n d o. solu c ió n re q u ie re. una así. p o sició n el. m ucho. c a u d al. m ás. m a y o res. c ara ,. c o sto s. de. m a n t e n i m ie n t o .. V a r i a c i ó n e l e c t r ó n i c a d e v e l o c i d a d .- E l c a u d a l s e r e g u l a a j u st a n d o l a v e l o c i d a d d e l m o t o r a. la. r e q u e ri d a. re sp e c to. a. la s. por. el. s iste m a ,. o p c io ne s. s o b r e d im e n s i o n a d o . e n e r g é ti c a m e n t e . L a. Se. re d u cié n d o se. a n t e ri o r e s t ra t a ,. sig u ie nte. p or. fig ura. que. c o n s i d e r a b le m e n t e. tra b a ja b a n. ta nto ,. de. m u e stra. la s. en un. to d o. p o te nc ia. m o m e n to. sis tem a. d ifere n c ias. la. que. m ucho puede. p o t e n c i a s c o n s u m i d a s p o r l o s d i s ti n t o s t i p o s d e r e g u l a c i ó n :. F i g u r a 2 .5 . D i f e r e n c i a s e n t r e l a s p o te n c i a s c o n s u m i d a s. con. c o n su m id a un. m ás. sistem a e fi c i e n t e. h a b e r e n tre. la s.
(27) 11. C in ta s tr a n sp o r ta d o r as. L a s c i n t a s t r a n s p o r t a d o ra s s o n d e l o s e l e m e n t o s m á s a b u n d a n t e s e n t o d a l a i n d u st ri a . S o n m e c a n i s m o s c o n p a r c o n s t a n t e c o n l a v e l o c i d a d , v a r i a n d o l a p o t e n c ia l i n e a l m e n t e c o n la. v e l o c i d a d .C u a n d o. c o n s t a n te U tiliza n d o. la. p o te n c i a la. se. ti e n e. una. c inta. d em an dad a, v a. re g u lac ió n. de. de. desde. v elo cid a d. se. ca rg a. v aria ble , si. el 50%. en. v a cío. pueden. re d u cir. se. m a ntie n e. la. al. 1 0 0%. p le na. la s. en. p o te n c i a s. v e lo cid a d c arg a .. d em an d adas. re d u c ie n d o las p é rd id as d e ro z a m ie n to , q u e so n p ro p o rcio n a les a la v e lo cid a d . S e b u sc a e l a j u s t a r l a v e l o c i d a d d e l m o t o r p a r a q u e l a c a r g a s e a s i e m p r e e l 1 0 0 % . L a s i g u i e n te g r á fi c a m u e s tr a c ó m o s e r e d u c e l a p o te n c i a d e m a n d a d a a l u ti li z a r v e l o c i d a d v a r ia b l e .. F i g u r a 2 .6 R e d u c c i ó n d e l a p o t e n c i a a l u t il i z a r v e l o c i d a d v a ri a b l e. 2 .2 .2. C o n tr o la d o r L ó g ic o P r o g r a m a b le “ P L C ” [5 ]. F i g u r a 2 .7 : C o n t r o l a d o r L ó g i c o P r o g r a m a b l e. L o s c o n t r o l a d o r e s p r o g r a m a b l e s T w i d o , h a n s i d o o p ti m i z a d o s p a r a l a s i n s t a l a c i o n e s s e n c i ll a s y l a s m á q u i n a s p e q u e ñ a s : a p l i c a c i o n e s e s t á n d a r d e 1 0 a 1 0 0 E / S ( m á x . 2 5 2 E / S ) . D o n d e e l T w i d o o f r e c e u n a f l e x i b i li d a d y s e n c i ll e z a l a h o r a d e a u t o m a ti z a r e s t e t i p o d e a p lic a cio n e s. E l. c o ntrola d o r T w id o. d isp o ne. de. dos. m o d elo s:. C o m pa c to. o. M o d ula r. E n.
(28) 12. a lg u n o s. casos. cu and o. el. tr a b a j o. que. debe. r e a li z a r. el. c o n tr o l a d o r. es. m ás. e x i g e n te , s e. i n c l u y e n M ó d u l o s I n t e li g e n te s . L a s c a r a c t e r í s t i c a s s e e n c u e n t r a n e n e l A n e x o 6 .. C o m p o n en tes d e u n P L C :. 1 O rificio d e m o nta je. 9 C o n e c t o r d e p u e rt o s e ri e 2 .. 2 C u b i e r t a d e t e rm i n a l .. 1 0 T e rm in ale s d e. 3 P u e rta d e a c ce so. 1 1 C o n e c t o r d e c a rt u c h o s. 4 C u b ie rta. e xtraíb le. del. c o n e c tor. del. (u b ic a d o. en. la. p a rt e. in ferio r. d el. H M I.. c o n tro lad o r). 5 C o n e c to r d e a m pliac ió n. 1 2 T e rm in ale s d e e ntra d as. ( e n l a s s e r ie s 2 4 D R F y 4 0 D R F ). 1 3 I n d i c a d o re s L E D. 6 T e rm in ale s d e p ote n c ia d e l se nso r. 1 4 T e rm in ale s d e sa lida s. 7 P u e rto serie 1. 1 5 R J 4 5 1 0 0 B a s e - T X E t h e r n e t p o rt. 8 P o te n c ió m e tros a n a ló gic o s. 1 6 E x t e r n a l u s e r - b a t t e r y c o m p a r tm e n t. F i g u r a 2 .8 : C o m p o n e n t e s d e u n P L C c o m p a c t o ..
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Fuente de emisión secundaria que afecta a la estación: Combustión en sector residencial y comercial Distancia a la primera vía de tráfico: 3 metros (15 m de ancho)..
