Universidad de la serenaFacultad de ingeniería

Departamento de ing. de minasServicio a la minería

“Instrumentación y dispositivo de control automático para el accionamiento de bombas

eléctricas”

Integrantes:

-Natalia Aguirre Skarlis -Juan Arancibia Muñoz-Felipe Campos Méndez-Gabriela Castillo Diaz-Nicolás Escudero Barrera-Rosa Soto Hernández

23 de mayo del 2014

Índice

Introducción...................................................................................................................................2

Desarrollo del tema........................................................................................................................3

Componentes de los dispositivos controladores............................................................................4

Arranque y parada.........................................................................................................................6

Clasificación general de sistemas automáticos de arranque y control:......................................7

Comparación entre métodos de arranque de un motor eléctrico..................................................8

Arrancadores suaves......................................................................................................................8

Ejemplos de arrancadores suaves:.............................................................................................8

Ventajas y desventajas de los dispositivos de control automático:..............................................10

Conclusión....................................................................................................................................11

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Introducción

Hoy en día, gracias al buen sustento económico que ofrece la minería, por obvias razones se intenta lograr una mayor optimización en los diversos sistemas utilizados en la empresa minera. Y un importante factor para el eficiente logro de la extracción del mineral, es la extracción de las aguas presentes en este proceso.

Al muchas veces ser imposible el desarrollo de las explotaciones, si es que no son removidas las aguas existentes en la mina, es necesario extraerlas, por eso mismo la tecnología cumple una importante función. Es por eso que se debe diseñar una buena red de desagüe en la mina, lo cual se puede lograr de dos maneras, la primera evitando que entre en la mina, lo cual es la primera solución factible que se puede llevar a cabo siguen de el orden lógico del ingreso acuífero a la mina, lo cual se puede lograr atreves de la creación de canales perimetrales, impermeabilización o desvíos de cauces. Y la otra manera, que se verá en esta investigación, es el bombeo del agua afuera de la mina.

Por esa razón, el desarrollo de la investigación será precisamente los sistemas automáticos de bombas eléctricas, lo cual lleva a un ahorro monetario, y posibles problemas en el accionamientos de estas maquinas, que no son exactamente de bajo costo monetario, al automatizar estos mecanismos, existe una serie de ventajas y desventajas, que se verán en el informe, al igual que los distintos sistemas posibles de uso, ya que existen varias opciones distintas de automatización.

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Desarrollo del tema

Antes de entrar de lleno al tema, empezaremos por explicar brevemente algunos conceptos importantes para el desarrollo de este:

¿Qué es el control automático?Es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condición midiendo el valor existente, comparándolo con el valor deseado y utilizando la diferencia para proceder a reducirla, en consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana.

Las motobombas se pueden controlar desde un punto cercano o alejado, usando diferentes dispositivos de accionamiento de control, por ejemplo, nivel superior e inferior de un estanque, con los cuales monitoreamos automáticamente sin necesidad de supervisión permanente.

¿Qué es un dispositivo de control automático?El controlador de una motobomba es un dispositivo que se usa normalmente para el arranque y la detención de la bomba, con un comportamiento en forma determinada y en condiciones normales de operación.

El controlador puede ser un simple switch para arrancar y parar a la motobomba, como también una estación de botones para arrancar a éste en forma local o a control remoto. Un dispositivo que encienda el motor de la motobomba por los pasos que puedan controlar, como son: la presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranque o paro de la motobomba, y otras operaciones que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad.

Componentes de los dispositivos controladores

Cada circuito de control, por simple o complejo que sea, está compuesto de un cierto número de componentes básicos conectados entre sí para cumplir con un comportamiento determinado. El principio de operación de estos componentes es el mismo, y su tamaño varía dependiendo de la potencia del motor que va a controlar, aun cuando la variedad de componentes para los circuitos de control es amplia. Los principales elementos eléctricos para este fin, son los que a continuación se mencionan:

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Des conectores (switches). Interruptores Estaciones de botones. Relevadores de control. Relevadores térmicos y fusibles. Contactores magnéticos Lámparas piloto. Switch de nivel limite

Ahora, los principales componentes de los dispositivos que veremos en el informe, es decir, los dispositivos de control automático para el accionamiento de bombas son:

El Interruptor de flotador: La elevación o descenso de un flotador unido mecánicamente a contactos eléctricos, puede arrancar motobombas impulsadas por motor para vaciar o llenar tanques, según se desee. También se utilizan para abrir o cerrar válvulas de tubería para controlar fluidos.

Es un switch de baja potencia de mando que convierte una acción de tipo mecánico dada por el nivel o posición del agua, en una señal eléctrica que actúa en el circuito de control del motor para arrancar o parar. Su uso más frecuente se encuentra en equipos para bombeo, o bien del tipo hidroneumático y su función principal, es mantener los valores límite (definidos por límite máximo y límite mínimo) en cisternas y tinacos.

Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo principio y están constituidos por un conjunto de contactos que se accionan por dispositivos mecánicos, ajustando los rangos de apertura y cierre.

Interruptor de presión: Los interruptores de presión se emplean para controlar la presión de los líquidos y gases (aire) dentro de una amplitud deseada. Mantienen la presión y el flujo, por ejemplo en los compresores de aire se arrancan directa o indirectamente de acuerdo con la demanda de más aire, mediante un interruptor de presión.

Reloj de control de tiempo: Cuando se requiere un periodo definido de "cerrado y abierto" prácticamente, sin necesidad de ajustes para largos lapsos, pueden usarse relojes para control. Un arreglo típico es una motobomba que debe arrancar a la misma hora y detenerse cada noche a una hora determinada.

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Termostato: Junto con dispositivos piloto sensibles a los niveles de los líquidos, presiones de los gases, y hora del día, se utilizan ampliamente los termostatos sensibles a los cambios de temperatura. Éstos controlan indirectamente motores grandes en los sistemas de acondicionamiento de aire y en muchas aplicaciones industriales. Hay muchos tipos diferentes de termostatos e interruptores que funcionan por la acción de la temperatura.

Interruptor de límite: Los interruptores de límite se usan, probablemente, con más frecuencia, para detener máquinas, equipo y productos en proceso durante el curso. Estos dispositivos piloto se emplean en circuitos de control de arrancadores magnéticos, para gobernar el arranque, la parada o la inversión de la rotación de los motores eléctricos.

Interconexión eléctrica o mecánica con otras máquinas: Es posible, y probable, que muchos de los dispositivos piloto eléctricos que se describen, se conecten juntos en un sistema de interconexión en el que la operación final de uno o muchos motores depende de la posición eléctrica de cada dispositivo piloto individual. Por ejemplo un interruptor de flotador para el control de motobombas puede demandar más líquido, pero no la detendrá hasta que un interruptor de presión o un reloj de control de tiempo cumplan con ciertos parámetros establecidos por el operador. Laobtención de la habilidad para comprender todo el sistema operacional y la función de los componentes individuales, es vital en el diseño, instalación y mantenimiento de los controles en cualquier sistema de interconexión eléctrica o mecánica. Es posible, con la práctica, transmitir el conocimiento de circuitos y descripciones para la comprensión de otros controles semejantes.

Arranque y parada

El arranque está definido como una función en la cual la motobomba opera cuando se acciona un botón o un dispositivo detecta una señal, y frena cuando el botón se desacciona mediante un controlador u operación manual. Esta acción de arranque y frenado se usa con máquinas, en las cuales el motor debe opera por períodos breves para conducir a la máquina a su posición o punto de, operación.

Muchas máquinas y procesos industriales se arrancan y restablecen automáticamente mediante dispositivos automáticos, con un ahorro enorme de horas, mano de obra y materiales. Los dispositivos de parada automática se usan en los sistemas de control para motobombas, porque estos reducen grandemente los riesgos de funcionamiento de algunas máquinas, tanto para el operario como en la precisión demandada.

Comúnmente es necesario que muchos motores paren instantáneamente. Algunas exigencias de seguridad son tales, que es necesario hacer que las máquinas se detengan tan rápidamente como

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sea posible. Los controles automáticos y aplicados, facilitan el retardo y frenan la velocidad de un motor.Para detenciones exactas, como la detención de un control de nivel, se facilitan con un equipo automático de parada suave y rápida. Los dispositivos piloto automáticos se interconectan con los sistemas de control, por ejemplo para detener los carros de los elevadores en una posición exacta a determinados niveles.

Además la protección contra sobrecarga es una característica esencial de todos los controladores, que se diseña para proteger adecuadamente un motor y obtener su máxima potencia disponible bajo cierta variedad de condiciones de sobrecarga y temperatura. La sobrecarga puede originarse por un exceso de carga en la máquina impulsada, por un voltaje bajo en la línea, o por una línea abierta en un sistema polifásico, lo que resulta en operación monofásica.Generalmente, la protección contra corto circuito se instala en la misma envolvente que el medio de desconexión del controlador, usualmente para controladores más grandes que los fraccionarios. Los fusibles que se instalan para este propósito, y los cortacircuitos, son dispositivos de sobrecorriente que tratan de proteger los conductores del circuito derivado del motor, los aparatos de control de éste, y los motores contra sobrecorriente sostenida debida a corto circuitos, escapes a tierra y corrientes prolongadas y excesivas de arranque.

Clasificación general de sistemas automáticos de arranque y control:

Aceleración por limitación de corriente (tiempo de compensación): Se refiere a la cantidad de corriente o caída de voltaje necesarios para abrir o cerrar los interruptores magnéticos. La elevación y la caída de las corrientes y voltajes determinan un periodo de control de tiempo que se usa principalmente para el control del motor de corriente continua.

Aceleración por retardo de tiempo: Éste es del tiempo definido, del tipo periodo de control de tiempo. Una vez que se ajusta el periodo de control de tiempo, no cambia, independientemente de los cambios de corriente o voltaje que se encuentren con la aceleración del motor.

La construcción de este dispositivo permite montarlo en diversos lugares, cuando el espacio disponible es pequeño. El tipo descubierto, o abierto, es un dispositivo que se puede montar en una caja ordinaria para interruptor o para grupo. Las posiciones "cerrado" y "abierto" están marcadas claramente en la palanca de operación, que es muy similar a la que se emplea en un interruptor estándar, del tipo de volquete, para alumbrado.

Los arrancadores manuales para potencia fraccionario tienen protección térmica contra recarga. En una sobrecarga, la palanca se mueve automáticamente hacia la posición central a indicar que se han abierto los contactos.

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Se pueden conseguir cajas para proteger las partes vivas contra contacto accidental, para montar en las cavidades de la máquina, para proteger al arrancador contra polvo y humedad, o para evitar la posibilidad de una explosión cuando ese aparato se use en localidades peligrosas.

Casi cualquier motor debe controlarse con un arrancador de tipo manual. Los dispositivos de control automático, tales como interruptores de presión, de flotador, o termostatos, se pueden 'utilizar en unión de arrancadores manuales de potencia fraccionario.

Comparación entre métodos de arranque de un motor eléctrico.

Arrancadores suaves

Los Arrancadores Suaves optimizan las secuencias de arranque y de parada (aceleran y desaceleran), aumentan la productividad, permiten ahorro de energía / mantenimiento y protegen los motores de inducción trifásicos. El control de la tensión aplicada al motor por medio de los ajustes del ángulo de disparo de los tiristores permite a estos arrancadores arrancar y parar un motor eléctrico de modo suave y controlado. Con los ajustes adecuados de las variables, el par producido es ajustado a las necesidades de la carga para que la corriente necesaria sea la más baja posible en los arranques.

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Ejemplos de arrancadores suaves:

SSW-05 PlusAporta un excelente rendimiento durante los arranques/paradas de motores eléctricos con

excelente beneficio/coste.La interfaz de operación permite una fácil programación, lo que simplifica la puesta en marcha y las actividades operacionales.

Beneficios

Reducción del estrés mecánico y en los sistemas de transmisión (reductores, roldanas, correas, etc…).

Aumento de la vida útil del motor y equipo mecánico debido a la reducción del estres mecánico.

Fácil operación, programación y mantenimiento. Instalación eléctrica y mecánica sencilla. Operación en ambiente hasta 55°C (122°F). Bypass incorporado lo que permite tamaño reducido, ahorro de energía y aumento de la vida

útil del Arrancador Suave.

SSW-06 Es controlada vía microprocesador, totalmente digital y diseñada con tecnología de última generación .Además de proporcionar arranques y paradas controladas, protección completa del motor y funciones dedicadas, ofrece una excelente relación beneficio/coste a los accionamientos. Además posee la función SOFTPLC que permite la programación/edición de lógicas de automatismo y la función “Pump Control” que permite un reajuste de los parámetros en aplicaciones de bombeo (evitar el “Golpe de Ariete”).

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Ventajas y desventajas de los dispositivos de control automático:

Ventajas

Permiten automatizar las labores

Disminuye la cantidad de operarios y posibles riesgos asociados a condiciones de peligro en las faenas.

Permiten una mayor precisión y evitan errores ocasionados por mal manejo del operador

Ahorran horas/hombre prescindiendo de personal con el fin asignándolos a otras labores.

Desventajas

Costo de adquisición y de instalación

Antes de instalar el controlador automático se debe capacitar al personal respecto al funcionamiento

Algunos dispositivos requieren de mantención cada cierta operación/tiempo monitoreando el desgaste de piezas que deben ser reemplazadas, o si es necesario el controlador en su totalidad

Consumo de energía de los controladores eléctricos

Conclusión

Como se ha mostrado, existe una gran variedad de dispositivos por los cuales se puede automatizar el sistema de bombeo a interior de minas, mientras tanto en minas de cielo abierto existen mas maneras de evitar estas inundaciones, y de por si es mas sencillo evacuar las aguas que en minas subterráneas, en especial se aumenta la dificultad cuando estas minas subterráneas poseen grandes longitudes de galería, ya que al existir grandes extensiones, son necesarias una mayor cantidad de bombas, ya que como se menciono desde un principio, esa es un apartado fundamental en toda mina, ya que siempre existirán filtraciones, además de el uso del agua en las

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perforaciones, toda esta agua debe ser bombeada de la mina, para evitar inundaciones y problemas de debilitaciones en el macizo rocoso.

Por razones obvias las bombas eléctricas son de fundamental uso en minas subterráneas, ya que al utilizar energía eléctrica para su funcionamiento, y no petróleo, no existe una liberación de gases, por lo tanto no existe daño a los trabajadores y se puede transitar libremente por la mina, por eso se utilizan motobombas eléctricas y no de otro tipo de alimentación (además de las bombas neumáticas, ya que funcionan bajo aire comprimido proporcionado por un compresor)

Uno de las mayores ventajas de tener sistemas automáticos para el bombeo de aguas al interior de minas, es la eficiencia de ellas, por razones de que funcionan bajo condiciones especificadas por los operadores, lo cual aumenta la eficiencia y disminuye los peligros.

La disminución de contratación de operadores para cada motobomba, lo cual logra un ahorro en horas hombre, que puede llegar a ser considerable, en minas con largas galerías, evita el traslado dentro de esta, para el checkeo constante de cada una de ellas, por parte del personal. Ya que al poseer grandes galerías, un funcionario a cargo de unas cuantas moto bombas, deberá recorrer esas distancias de alguna manera, que probablemente sea bajo un vehículo motorizado, por lo que también se ahorra esta inversión.

Lo errores humanos son un importante factor que se evita con la automatización de las maquinas, y este caso no es una excepción.

Al ser automatizadas, un solo operador/controlador, podrá operar y supervisar un gran número de bombas, a diferencia de que si no fuesen automatizadas.

Al estar automatizada, al presentarse algún problema en la motobomba, esta se detendrá hasta que llegue el operador de turno y verifique su correcto funcionamiento, o en su defecto solucione el problema que se presentó en la bomba, la cual produjo su detención.

Estos sistemas automatizados facilitar el ahorro de dinero en épocas como las de invierno, ya que el sistema eléctrico en esas fechas, impone horas de alto consumo, en las cuales el costo de KW/hora es mayor, y bajo estos sistemas automatizados, se puede programar el bombeo de las aguas, anteponiendo estos horarios y apagando los motores, lo cual reduciría los costos al interior de la mina.

Como se declaró, existen varias razones por las cuales sería preferible instalar sistemas automatizados para el bombeo de las aguas a interior de minas, pero por razones de costos de instalación, siempre será factible la instalación de estas maquinas en proyectos a largo plazo, y no a corto, ya que en si por su alta eficiencia y ahorro, en trabajos a largo plazo es una inversión, ya que tiempo después de la instalación, se logra un considerable ahorro.

En tanto en pequeñas minas, o minas que están recién empezando su explotación, no es recomendable la instalación de estos mecanismos automáticos, por razones de que sus labores aún son muy pequeñas y no vale la pena una alta inversión en esas condiciones, pero mientras el

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proyecto se considere a largo plazo, siempre será una importante inversión la instalación de mecanismos automáticos.

Cabe también señalar que estos sistemas son recomendados y utilizables siempre y cuando los caudales que se filtran a la mina sean elevados.

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