UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: SEPTIEMBRE/2013 FEBRERO/2014

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFacultad de Ingeniera en Sistemas Electrnica E IndustrialProyecto Acadmico de Fin de Semestre

TITULO:Sistema de control de TemperaturaCARRERA:Ingeniera Industrial en Procesos de Automatizacin.AREA ACADEMICA:Mecnica.LINEA DE INVESTIGACION:Mecnica.CICLO ACADEMICO:Sexto.ALUMNOS PARTICIPANTES:Lalaleo Franklin.Maygua Edison.MDULO Y DOCENTE:Instrumentacin Industrial: Ing. Mario Christian.Abril - Agosto2014

P1. YY1. TTULO SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA.2. OBJETIVOSMediante el desarrollo de este proyecto se pretenden lograr los siguientes objetivos: Realizar un sistema de control de temperatura de un fluido. Analizar el comportamiento de los instrumentos dentro del funcionamiento del sistema de control Estudiar el funcionamiento de un controlador digital de temperatura. Conocer las aplicaciones de un sistema de controlador de temperatura en la industria.3. RESUMENEl presente trabajo tiene como finalidad el disear e implementar un sistema demostrativo de control de la variable fsica Temperatura.Para ellos se utilizaran varios instrumentos que han sido objeto de estudio durante este curso de instrumentacin industrial.Tambin se elaborara una maqueta que permitir observar de una manera ms didctica el funcionamiento del sistema de control a implementar.El instrumento clave de nuestro sistema va a ser el controlador digital de temperatura ya que este nos permitir realizar el control de dicha variable, para ello se debe realizar un estudio del funcionamiento y los parmetros que maneja el controlador digital para su correcto funcionamiento.4. PALABRAS CLAVE: Sistema de control: Permite el mantenimiento de la variable, compara su valor con un valor deseado y toma una accin de correccin sin que el operario intervenga en lo absoluto.Sensor de temperatura: dispositivo que capta magnitudes fsicas en este caso temperatura.Termopar: transductor formado por la unin de dos metales distintos que produce un voltaje, que es funcin de la diferencia de temperatura.Instrumento: Conjunto de diversas piezas combinadas adecuadamente para que sirva con un determinado objetivo en el ejercicio de las artes u oficios.Elemento primario: Capta la variable a medir y produce cambios en sus propiedades fsicas.Elemento secundario: Capta a seal del elemento primario y la transforma en una seal de salida.5. INTRODUCCINLas razones por las cuales se realizara el presente proyecto son para comprender las utilidades de un sistema de control de temperatura en el rea industrial, as como de los medios de control que se utilizan para desarrollar este tipo de sistema. Hoy en da en el rea industrial la mayora de los procesos industriales han sido automatizadas para evitar que la persona no intervenga directamente en el proceso, debido a esto en la materia de instrumentacin se construy un sistema de control de temperatura que puede ser de utilidad en varios campos industriales y mediante esto se conocer las ventajas y desventajas que conlleva el desarrollo de este sistema. 6. MATERIALES Y METODOLOGAMateriales. Un termopar (Elemento sensor de temperatura). Un controlador de temperatura digital. Una llave de paso. Un grifo. Dos recipientes de plstico de distinto tamao. Tubos y codos de plstico de de dimetro. Un calefactor elctrico. Madera y Papel contacto. Cables. Cautn y estao.Metodologa.Para realizar este proyecto se realiz los siguientes pasos.a. Adquisicin de todos los materiales tales como el calefactor elctrico los dos recipientes plsticos, los tubos, etc.b. Construir los soportes para los recipientes con palos de balsa y una pequea plancha de madera y a su vez una caja pequea en el cual se montara el controlador de temperatura.c. Despus de esto se procedi a unir los dos recipientes plsticos mediante un tubo de agua y entre los dos recipientes se coloc una llave de paso para permitir que el agua circule cuando queramos que el lquido pase del primer recipiente al segundod. En uno de los recipientes se realiz un agujero y se coloc el termopar el cual medir la temperatura del agua cuando este se caliente.e. Despus de esto se realiz un orificio en la tapa del recipiente donde se calentara el agua se colocara el calentador de agua.f. Una vez colocado el calentador de agua en la tapa se coloc los dos recipientes de agua sobre el soporte de madera que se construy anteriormente.g. Una vez construido la maqueta casi en su totalidad se procedi a colocar el controlador de temperatura y conectar los cables del termopar, de la fuente de energa y del calefactor elctrico, previamente revisando la configuracin del controlador.h. Para la programacin del controlador se revis tutoriales en internet ya que no se pudo adquirir los manuales de controlador porque se tom prestado de uno de los proyectos que estn el laboratorio.i. Mediante la revisin de los tutoriales se comenz a programar el controlador para hacer funcionar el sistema ya terminado.j. Se hizo funcionar el sistema y obtuvimos varios resultados los cuales fueron discutidos en el grupo de trabajo.Marco terico.INSTRUMENTACION.Es el grupo de instrumentos que sirva para medir controlar y registrar la variable de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en el proceso.SISTEMA DE MEDICION.Es aquel conjunto de elementos que forman un instrumento capaz de convertir una variable fsica en una seal o indicacin a ser interpretada por el hombre con mayor facilidad.Se puede decir que un sistema instrumentado es una extensin o habilidad del ser humano para medir y controlar su entorno.

ELEMENTOS DE TRANSIMISION Y MEDICION.Son los dispositivos que se encargan de transformar la variable de ingeniera en una seal mecnica, neumtica, elctrica, electrnica, digital, etc.Elemento primario: Es aquel que capta la variable a medir y produce cambios en sus propiedades fsicas que luego se trasforman en una seal.Elemento secundario: Capta la seal del elemento primario y la transforma en una salida o seal estndar para que pueda ser captada por otro instrumento en forma local o en forma remota.

SISTEMA DE CONTROLPermite el mantenimiento de la variable, puede definirse como aquel que compara el valor de la variable con un valor deseado y toma una accin de correccin sin que el operario intervenga en lo absoluto.Para que esta comparacin o subsiguiente correccin sea posible se necesita un conjunto de unidades que reciben el nombre de bucle de control.Los bucles pueden ser abiertos o tambin cerrados.Bucle de regulacin:

Sistemas de control en lazo cerrado Usado en el presente trabajo.El control retroalimentado o a lazo cerrado tiene la caracterstica de que medimos cierta cantidad de la salida y luego la comparamos con un valor deseado, y el error resultante lo utilizamos para corregir la salida del sistema.

El sistema de control, a travs de un transductor de realimentacin, conoce en cada instante el valor de la seal de salida. De esta manera, puede intervenir si existe una desviacin en la misma.La seal de error actuante, que es la diferencia entre la seal de entrada y la de retroalimentacin (que puede ser la seal de salida o una funcin de la seal de salida y sus derivadas), entra al controlador para reducir el error y llevar la salida a un valor deseado. Esta retroalimentacin se logra a travs de la accin de un operador (control manual) o por medio de instrumentos (control automtico).TERMOPARESEs un transductor formado por la unin de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequea (del orden de mili voltios) que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado punto caliente o unin caliente o de medida y el otro llamado punto fro o unin fra o de referencia

Los termopares son usados como sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitacin est en la exactitud, pues es fcil obtener errores del sistema cuando se trabaja con temperaturas inferiores a un grado Celsius.

Caractersticas de la termocupla tipo J utilizada:

IEC 584.LaComisin Electrotcnica Internacional ANSI 43710El Instituto Nacional Estadounidense de EstndaresANSI es miembro de la (ISO) y de la (IEC).

CONTROLADORES DE TEMPERATURA. El controlador de temperatura es un dispositivo con el cual se establece la temperatura que se desea de un medio ambiente, con este dispositivo se monitorea la temperatura, y se produce una orden de cambio de sta misma, que se hace mediante un control inalmbrico o una computadora, en ambos controles (computadora y control inalmbrico) se observa en todo momento la temperatura actual. Este proyecto por comodidad y facilidad se usa para controlar la temperatura de un recipiente de agua, aunque tiene otros campos de aplicacin como son la temperatura de una casa, de una piscina, de una planta de produccin de una empresa que necesita estar a cierta temperatura, y muchas otras aplicaciones.Caractersticas Controladores de salida de un lazo, alto valor, encendido/apagado o analgica Tamaos 1/8 DIN, 1/16 DIN y 1/32 DIN Para entradas de termocupla o sensores pt100 Ajuste automtico y autoajuste disponibles para simplificar la puesta en marcha Control de calentamiento, enfriamiento o calentamiento/enfriamiento disponible. Pantalla de estado de 11 segmentos, cuatro dgitos y alta visibilidad Teclado integral con retroalimentacin tctil que permite configurar y modificar parmetros Modos/niveles de proteccin Entrada de evento (TC8 y TC16) para seleccin de mltiples puntos de ajuste, MARCHA/PARO de controlador y cambio de modo automtico/manual.Tabla de EspecificacionesSerieTZ4SPTZN4STZ4STTZ4M TZN4MTZ4W TZN4WTZ4H TZN4HTZ4LTZN4L

Alimentacin() 100-240VCA 50/60Hz, 24VCA 50/60Hz / 24-48VCC

Rango permitido de voltaje90~110% de la alimentacin

ConsumoAprox. 5VAAprox. 6VA(bajo voltaje CA:Aprox. 8VA, CC:Aprox. 7W)

DisplayDisplay LED de 7 segmentos [valor del proceso (PV): en rojo, valor de ajuste (SV) en verde]

Tamao de caracteresTZ4SP W4.8x H7.8mmTZN4S PV:W7.8xH11mmSV:W5.8xH8mmW4.8xH7.8mmTZ4M PV:W9.8xH14.2mmSV:W8xH10mmTZN4M PV:W8xH13mmSV:W5xH9mmW8xH10mmTZ4H W3.8xH7.6mmTZN4H PV:W7.8xH11mmSV:W5.8xH8mmPV:W9.8xH14.2mmSV:W8xH10mm

EntradaTermoparK(CA), J(IC), R(PR), E(CR), T(CC), S(PR), N(NN), W(TT)

RTDPt 100, JIS Pt1003 conductores, tolerancia en la resistencia de lnea mx. 5, por conductor

Analgica1-5VCC, 0-10VCC, 4-20mACC

Salida de controlRelevador250VCA 3A 1c

SSR12VCC3V 30mA max.

Corriente4-20mACC carga 600 Max.

Salida auxiliarTransmisin-Transmisin PV: 4-20mACC carga max. 600

EVENTO 1250VCA 1A 1a

EVENTO 2250VCA 1A 1a

Comuni -cacin--RS485 (transmisin PV, ajuste SV)

Tipo de controlControl ON/OFF, P, PI, PD, PIDF, PIDS

Precisin de displayF.S 0.3% o 3C(superior)

Tipo de ajustePor medio de botones al frente

HistresisAjustable 1~100C(0.1~100.0C) en control ON/OFF

Histresis de salida de alarmaAjustable 1~100C(0.1~100.0C) en control ON/OFF

Banda proporcional (P)0.0 - 100.0%

Tiempo integral (1)0 - 3600 seg.

Tiempo derivativo D)0 - 3600 seg.

Tiempo de control (T)1 - 120 seg.

Periodo de muestreo0.5 seg.

Ajuste LBA1 - 999 seg.

Ajuste RAMPARampa ascendente, rampa descendente a 1~99min.

Rigidez dielctrica2000VCA 50/60Hz por 1 min.

VibracinAmplitud de 0.75mm a frecuencia 10 ~ 55Hz en cada direccin X, Y, Z por 2 horas

Vida del relevadoSalida principaMecnica: min. 10,000,000 veces, Elctrica : min. 100,000 veces (250VCA 3A carga resistiva)

Salida aux.Mecnica: min. 20,000,000 veces, Elctrica: min. 300,000 veces (250VCA 1A carga resistiva)

Resist. de aislamientoMin. 100M (a 500VCC mega)

RuidoOnda cuadrada de ruido generada por simulador de ruido (ancho de pulso s)2kV

Proteccin de memoriaAprox. 10 aos (cuando se usa una memoria semiconductora no voltil)

Temperatura ambiente-10 ~ 50C(en condicin de no congelamiento)

Temp. de almacenaje-20 ~ 60 C(en condicin de no congelamiento)

Humedad ambiental35 ~ 85%RH

CertificacionesCE, UL, ROHS(TZN4S)

Peso de la unidadTZ4SP: Aprox. 136g TZN4S: Aprox. 150gAprox. 136gAprox. 270gTZ4W: Aprox. 270g TZN4W: Aprox. 259gAprox. 259gAprox. 360g

7. RESULTADOS Y DISCUSINLos resultados obtenidos durante el funcionamiento del sistema fueron aceptables ya que el sistema se comport de acuerdo a lo que se esperaba, las dificultades que se obtuvieron en el proyecto fueron la programacin del controlador ya que no se pudo adquirir los manuales, por tal motivo se buscaron en tutoriales en internet la forma de como programarlo y los rangos de variacin para la medicin del controlador con lo cual se logr su correcto funcionamiento.8. CONCLUSIONES Se concluy que en un sistema de control de temperatura hay que tomar en cuenta el tipo de sensor de temperatura que se vaya a utilizar ya que existen en el mercado una gama de sensores los cuales al momento de conectarlos al controlador se debe de conocer su forma de conexin. Este tipo de sistema es muy utilizado en las industrias donde se quiera medir la temperatura de algn lquido, solido a gas que se est produciendo para as controlar si este se encuentra sobrepasando la temperatura nominal o se est bajando ms de lo debido. Para el control de un sistema se lleg a conocer que existen una gran variedad de controladores los cuales tienen una similitud en su programacin.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS http://fisica.udea.edu.co/~labgicm/Instrumentacion/2014_Control_de_lazo_abiertos%20y%20cerrados.pdf http://st31mo.blogspot.com/2008_06_01_archive.htm. http://www.jmi.com.mx/catalogo_sensores/Tablas_Termopares.pdf https://www.youtube.com/watch?v=iM0a4By78OY https://www.youtube.com/watch?v=EpPmN53b9vs

10. ANEXOS10.1 DIAGRAMA ELCTRICO (controlador).

10.2 DIAGRAMA SEGN NORMA ISA.

10.3 FOTOGRAFAS Y GRFICOS Foto 2. Controlador de temperaturaFoto 1. Sistema de control de temperatura

Fotos 4. Visualizacin del recipiente para agua fra y agua calienteFoto 3. Vista superior de los recipientes para el lquido

Foto 6. Controlador de temperatura montada en la cajaFoto 5. Conexin de los cables de en el controlador

Imagen 8. Llave para la salida del agua calienteImagen 7. Funcionamiento del controlador de temperatura

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