INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · 2017. 6. 7. · La fuerza de trabajo en el 2012 consiste aproximadamente en 500 empleados. Los productos TEMPCO se venden en todo Estados Unidos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“SISTEMA DE CALEFACCIÓN PARA CABINA

INDIVIDUAL DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE GABINETES PARA REFRIGERADOR”

MEMORIA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA: RODRIGO DELGADO RUBALCAVA

ASESOR: M. EN C. GABRIELA SÁNCHEZ MELÉNDEZ

MÉXICO D.F. 2013

SISTEMA DE CALEFACCIÓN PARA CABINA INDIVIDUAL DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE GABINETES PARA REFRIGERADOR


AGRADEZCO ENORMEMENTE….

A mis padres, hermanos y mis tíos:

Aunque algunos de ellos ya no están presentes, siguen vivos en mi corazón.

Quienes con sus regaños y sus alientos hicieron de mi una persona

trabajadora y honesta.

Para mis hijos Blanca y David:

A quienes amo y fueron la fuente de inspiración de este trabajo, que me han

mostrado que siempre puedo esperar más de ellos.

Para mi querida esposa Blanca:

A quien jamás encontraré la forma de agradecer su amor, apoyo, comprensión y confianza, esperando que comprenda que mis logros son también suyos. Con amor y respeto infinito.

A mis amigos Jesús, Adán y José Luis:

Quienes con sus ocurrencias y amistad, hicieron que mi época de estudiante fuese inolvidable.

Para mi querido amigo Efraín:

Quién con su amistad entrañable, en los buenos y malos momentos siempre ha estado conmigo.


ÍNDICE

1.- GENERALIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3.- JUSTIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4.- OBJETIVOS DEL PROYECTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

5.- PANORAMA GENERAL

5.1 Los procesos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

5.2 Sistemas de ventilación/calefacción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.3 Teoría básica del control de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5.3.1 La fuente de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.3.1.1 El Soplador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3.1.2 El Interruptor de flujo de aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.3.2 El sensor de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.3.2.1 Sensores de temperatura por contacto . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3.2.2 Tipos de termocoples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3.2.3 Unión del termocople. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.3.2.4 Tiempo de respuesta de un termocople . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.3.2.5 Buenas prácticas para termocoples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.3.2.6 Código de colores para termocoples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.3.3 Dispositivos para control de potencia a la carga. . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.3.3.1 El relevador electromecánico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.3.3.2 El relevador por desplazamiento de mercurio (MDR). . . . . . 27

5.3.3.3 El relevador de estado sólido (SSR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3.3.3. 1 SSR de cruce por cero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.3.3.3.2 SSR de encendido aleatorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.3.3.3.3 SSR de control proporcional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.3.3.4 El disipador de calor en un SSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.3.3.5 Protección del SSR contra corto circuito o sobrecorriente. . . 36

5.3.4 El controlador de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37


5.3.4.1 Modo de control On-Off (encendido-apagado) . . . . . . . . . . 41

5.3.4.2 Modo de control proporcional (P). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.3.4.3 Control Proporcional Derivativo (PD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.3.4.4 Control Proporcional Integral (PI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.3.5 Cálculos de requerimientos de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5.3.5.1 Cálculos de potencia para calentamiento por conducción y

convección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.3.5.2 Cálculo requerido para derretir (fusión) o vaporizar un

Material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.3.5.3 Pérdidas de calor por conducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.3.5.4 Pérdidas de calor por convección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.3.5.5 Pérdidas de calor por radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.3.5.6 Pérdidas de calor por convección y radiación combinadas . . 55

5.3.5.7 Pérdidas totales de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.3.5.8 Potencia requerida durante el arranque y durante el proceso 56

6.- IMPLEMENTACIÓN

6.1 Cálculo de requerimientos de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6.2 Diseño del circuito eléctrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.3 Diseño del circuito de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.4 Manual de operación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.5 Mantenimiento del horno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7.- PRUEBAS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.- CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

9.- RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

10.- BIBLIOGRAFÍA

11.- GLOSARIO DE TÉRMINOS

12.- APÉNDICES

13.- ANEXOS


1

1.- GENERALIDADES

ACERCA DE TEMPCO MÉXICO

TEMPCO Electric Heater Corporation fue fundada por Fermín Adames en agosto de 1972,

con la finalidad de fabricar resistencias eléctricas calentadoras industriales, comerciales,

para aplicaciones científicas y médicas.

Los primeros productos que se fabricaron fueron cartuchos de alta y baja concentración y

bandas mica (duraband) que fue la primera patente de TEMPCO.

Durante los primeros años de la compañía, Fermín Adames determinó el objetivo de

establecer un programa de investigación y desarrollo de nuevos y mejores productos, esto

amplió los horizontes de la línea de productos anualmente para satisfacer lo diversificado

del mercado, donde diferentes tipos de resistencias calentadoras son usadas.

Actualmente se fabrican más de treinta tipos diferentes de resistencias eléctricas

calentadoras y termopares, con cientos de variantes en diseño. Algunos de los productos

han sido desarrollo original para la industria, de los cuales TEMPCO tiene las patentes.

Muchos de los productos que se fabrican tienen certificación “UL” y el reconocimiento

“CSA”. En adición a la línea estándar de productos, en 1982, se integró un moderno

equipo de fundición y taller de maquinado para fabricar resistencias ahogadas en aluminio

y en bronce, utilizando moldes permanentes y de arena en el proceso.

TEMPCO ha crecido hasta ser reconocido como el líder en el diseño y fabricación de

resistencias eléctricas calentadoras utilizadas en la Industria del Plástico, así como en las

aplicaciones comerciales, industriales y especiales. La clave del éxito de TEMPCO ha sido

la continua innovación y el trabajo intenso con los clientes para mejorar sus productos y

procesos, así como los propios, lo cual se logra con la vasta experiencia en diseño e

ingeniería aplicada del staff de ingenieros de TEMPCO.

TEMPCO atiende principalmente a los fabricantes de equipo original y usuarios finales en

las industrias del plástico, hule, empaque, equipos médicos y de alimentos. También se

atiende a numerosas industrias en las que los productos TEMPCO son usados en procesos

en los que se requiere calor.


2

La fuerza de trabajo en el 2012 consiste aproximadamente en 500 empleados. Los

productos TEMPCO se venden en todo Estados Unidos e internacionalmente a través de

una red de representantes, distribuidores, un centro propio de distribución ubicado en

California, USA y su filial en la Ciudad de México.

TEMPCO México, S. A. de C. V., empresa mexicana fue fundada en el mes de noviembre

de 1981 y es filial de TEMPCO Electric Heater Corporation.

TEMPCO México se ha destacado desde sus inicios en promover resistencias eléctricas

calentadoras, controles de temperatura, termopares y accesorios importados y nacionales

y principalmente asesoría a nuestros clientes mediante nuestro equipo de ingenieros,

asesores y nuestro Departamento de Ingeniería en Sistemas de Control y Calentamiento

Eléctrico.

La industria del plástico fue en un principio el giro principal de nuestros clientes, que nos

favorecieron con sus adquisiciones, extendiéndose con el tiempo a las industrias papelera,

del vidrio, química, automotriz, del calzado, alimentación, farmacéutica, metalmecánica,

etc.

El continuo crecimiento de TEMPCO México y las asociaciones estratégicas que se ha

llevado a cabo, han permitido convertirnos en uno de los líderes de la industria en México.

2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se tiene en Inbera (antes Vendo de México), una línea de hornos de curado individuales.

Cada horno recibe un mueble de lámina de un peso conocido y debe ser precalentado

como máximo a 45°C. El mueble es transportado vía una plataforma motorizada con una

guía en el piso y es introducido manualmente en el horno en una vía de rodillos locos.

Una vez que el “mueble” o estructura de acero es calentada a la temperatura ideal del

proceso, que puede ser prefijada entre 30 y 45°C en un tiempo predeterminado por el

usuario, debe pasar al área de inyección de poliestireno donde mediante un dosificador

automático se le inyectará dicha liga de poliestireno y por efecto de la temperatura se

expande y distribuye uniformemente.


3

En el horno actual se han encontrado las siguientes deficiencias u oportunidades de

mejora:

a) La temperatura del mueble de lámina no se distribuye uniformemente por lo que a

la salida del mismo, se pueden tener muebles con 25, 30 o 45°C o también tener

muebles con variaciones de temperatura de hasta 5°C entre un punto en un

extremo y otro extremo.

b) Para subsanar el problema descrito en el inciso a, el personal operativo (producción)

aumenta la temperatura y el tiempo de residencia del mueble dentro del horno.

c) Debido a que el tiempo y la temperatura son variadas con intermitencia, no se logra

la estabilidad del proceso requerida y el número de piezas que son producidas no

alcanzan el estándar establecido por Planeación de la Producción.

d) Más importante aún, es que si el mueble metálico no tiene la temperatura necesaria

o mínima que requiere el proceso, entonces se entra en un reproceso que

incrementa los costos tanto del proceso como de mano de obra y de los servicios

necesarios, es decir, energía eléctrica.

e) Aunado a lo anterior, se ha detectado también que con cierta regularidad se

encuentra que las resistencias del horno actual (resistencias aletadas) se dañan, con

esto el departamento de mantenimiento incrementa sus paros de producción, los

costos de refaccionamiento y se disminuye la productividad.

3.- JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

a) Debido a que la producción tiene diferentes temperaturas sobre el cuerpo, existen

una gran cantidad de “muebles” que tienen que ser reprocesados.

b) Para subsanar el problema descrito en el inciso a, la empresa cliente buscó un

proveedor confiable de gran reputación siendo esa empresa, Tempco México.

c) Tempco México acepta el proyecto, aún cuando no es el proyecto más barato en

costo; es la solución ganadora debido a las garantías que puso sobre la mesa la

empresa.


4

4.- OBJETIVOS DEL PROYECTO

Se trata de realizar un proyecto que garantice sobretodo los siguientes puntos, uno de

ellos desde el punto de vista del fabricante, en este caso Tempco de México y otros desde

el punto de vista del cliente, que en este caso se trata de Inbera de México, S. A. de C. V.

a) El horno debe cumplir con las expectativas de producción del cliente, es decir, debe

dar un tiempo de proceso de 6 min., o una producción muy cercana a 9 muebles

por hora (considerando el tiempo de cambio de mueble). Esta producción por 16

horas contínuas de trabajo nos darán aproximadamente 144 muebles diarios.

b) El horno debe ser estable, es decir, no debe haber tantas intermitencias que el

operador tenga que estar ajustando la temperatura varias veces durante el turno.

c) Una vez aceptada la cotización, el horno debe estar puesto en marcha dentro del

tiempo y costo fijado.

También debe cubrir los siguientes objetivos para Tempco de México:

a) Cumplir o superar las necesidades de Inbera de México.

b) El proyecto debe ser realizable en su totalidad por Tempco de México, desde el

diseño hasta la construcción, instalación y puesta en marcha.

c) El proyecto debe ser realizado utilizando la mayor parte de componentes que

fabrica Tempco de México.

d) El proyecto debe ser realizado con materiales de la más alta calidad, la calidad ha

sido el sello distintivo de la empresa.

e) El proyecto debe ser realizado en tiempo y forma hasta la puesta en marcha.

f) Los costos en los que incurre Tempco de México deben ser cuidadosamente

calculados para que la utilidad del proyecto sea íntegra.

g) El horno debe ser totalmente funcional pues de él depende la construcción similar

de otros 3 hornos y probablemente la tecnología implementada en la planta de San

Juan del Río, Qro., sea llevada a otras plantas de otros países (estandarización). Esto

conlleva para Tempco la posibilidad de seguir construyendo hornos para el grupo

empresarial al cual pertenece Inbera.


5

Objetivos específicos:

a) Cálculo y diseño de un horno de precalentamiento por el método de ventilación

forzada.

b) Diseño e implementación de un sistema de control de lazo cerrado para el control

de la temperatura dentro del horno, utilizando un controlador de temperatura

digital.

c) Diseño e implementación del sistema de potencia para calentar la carga u horno, así

como la selección de componentes y los cuidados que se deben observar en dicha

selección.

d) Cómo toda máquina o equipo, se deben entregar los manuales respectivos de los

cuales se da una pequeña reproducción en este trabajo, el cual debe incluir como

mínimo:

d.1) Manual de operación

d.2) Manual de Mantenimiento

d.3) Manual de operación del controlador (en español).

d.4) Diagramas y planos.

5.- PANORAMA GENERAL

5.1 LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Los procesos industriales pueden ser de distinta naturaleza pero en general tienen como

aspecto común que se requiere del control de algunas magnitudes como son: la

temperatura, la presión, el flujo, etc. El sistema de control para estas magnitudes se

puede definir como: Un sistema que compara el valor de una variable a controlar con un

valor deseado y cuando existe una desviación, efectúa una acción de corrección sin que

exista intervención humana.

Los sistemas de control industrial pueden ser operados como sistemas de lazo abierto o

sistemas de lazo cerrado.


6

Un sistema de control elemental incluye la llamada unidad de medida, un indicador, el

registrador, un elemento final de control y el propio proceso a controlar, estos elementos

forman conceptualmente el lazo de control que puede ser abierto o cerrado.

En la figura 1, se muestra el esquema de un lazo de control abierto.

FIGURA 1.- LAZO ABIERTO DE REGULACIÓN

Es importante comprender que las partes básicas de cualquier sistema de control tendrán

los mismos nombres y proporcionarán las mismas funciones, en forma independiente que

el controlador sea neumático o con amplificador operacional en un sistema basado en

microprocesadores. En la figura 2, se muestran las partes básicas de un sistema de control

en un diagrama de bloques.

FIGURA 2.- DIAGRAMA A BLOQUE DE UN SISTEMA DE CONTROL

Para explicar con más detalle las partes de un sistema típico de control, se puede usar un

sistema de calefacción eléctrico, que se emplea para secar pintura y que se muestra en la


7

figura 3; de la cual se puede observar que el sistema arranca con una señal o punto de

ajuste (Setpoint o SP), este valor de la señal del proceso o punto de ajuste es el valor

deseado o la temperatura deseada, por ejemplo, si se pretende una temperatura en el

sistema de calefacción de 140°C, entonces, la señal de proceso o setpoint se ajusta a

140°C.

FIGURA 3.- DIAGRAMA DE CONTROL DE UN SISTEMA INDUSTRIAL

PARA UN HORNO DE SECADO DE PINTURA

La siguiente parte del control es la variable del proceso (VP), la cual es la señal que viene

del sensor, por ejemplo: en el sistema de calefaccción, la variable del proceso es también

llamada la señal de retroalimentación. La variable del proceso es la señal que viene del

termopar que es el sensor de este sistema. Esta señal de retroalimentación es el valor

presente o valor real de la temperatura en el instante que la lectura del sensor tiene lugar.

Dado que la lectura del sensor es continua, la variable del proceso cambiará

continuamente para indicar el cambio en la temperatura del sistema.

El punto de unión o comparador es el lugar en el sistema de control donde la señal de

proceso (SP) se compara con la variable del proceso (VP), esto quiere decir que si la señal

del proceso es 140°C y la señal de la variable de proceso (VP) indica una temperatura real

de 130°C, la diferencia es 10°C. El punto de unión o comparador se identifica con la letra

griega sigma ( Σ ).

La diferencia entre VP y SP se le llama el error y puede ser positivo cuando SP es mayor

que VP o negativo si SP es menor que VP.

El controlador usará una ganancia, ajuste o capacidad para ajustar la señal de salida en

respuesta a la cantidad de error. La ganancia, ajuste o capacidad se le llama también


8

proporcional, integral y derivativo (PID), los valores del PID se pueden ajustar para

cambiar la velocidad de respuesta del sistema, por ejemplo: se puede usar un valor de

ganancia para hacer el cambio en la salida de la temperatura a un índice de 1°C por

minuto, o bien, para que sea 3°C por minuto.

El diagrama de bloques para el sistema de control mostrado anteriormente (fig. 3) se

llama de Lazo, debido a que se usa un sensor para tomar muestras de temperatura y se

envían a la variable del proceso desde su sensor y se regresan al comparador, donde se

compara con la señal de ajuste; la señal del sensor también se le denomina la

retroalimentación o señal de retroalimentación, debido a que retroalimenta al punto de

unión y, entonces, el sistema se llama de lazo cerrado.

Si no se usa la señal de retroalimentación, entonces el sistema se le denomina de lazo

abierto, en la mayoría de los sistemas es posible instalar un switch para controlar la señal

del sensor que se usa para la retroalimentación cuando el switch está cerrado. La señal

del sensor se usa como retroalimentación, y si el switch está abierto, la señal del sensor

no se usa. Este switch se utiliza para determinar si el sistema se usa como de lazo abierto

o de lazo cerrado.

Cuando el sistema opera en el modo de lazo abierto, la salida se ajusta manualmente por

el operador, algunas veces en lugar de usar los términos lazo abierto y lazo cerrado, se

emplean los términos modo manual y modo automático. Cuando el sistema de control se

coloca en modo manual, el lazo está en operación en “lazo abierto”, cuando se coloca en

el modo automático, entonces está en “lazo cerrado”.

Un ejemplo típico de un sistema de lazo abierto en la industria, podría ser el de un

operador que llena un tanque con agua, de modo que cuando el operador abre la llave, se

inicia el llenado del tanque y cuando se determina que el agua ha llegado a su nivel

correcto, cierra la llave, este sistema se dice que opera como lazo abierto o en modo

manual.

Otro ejemplo simple que se puede usar para explicar las principales diferencias entre un

sistema de control de lazo abierto y otro de lazo cerrado se encuentra en la operación de

los condensados de un compresor. Cada mañana rigurosamente el operador de los


9

compresores o el personal de mantenimiento van y drenan los condensados acumulados

en el tanque durante las pasadas 24 horas. Una vez que toda el agua ha salido, cierran la

llave y volverán a realizar la misma operación 24 horas después.

Este proceso se puede automatizar o convertir en un sistema de lazo cerrado de varias

formas, una de ella sería colocar un purgador automático de condensados.

El purgador automático tiene un pequeño tanque con un sensor de nivel, conforme se va

llenando el tanque el sensor de nivel va midiendo hasta que al llegar al límite superior, se

acciona un circuito electrónico que comanda la señal para que se abra una válvula

solenoide para que el agua sea impulsada por el mismo aire contenido en el tanque del

compresor.

Esta operación se repite “n” veces, es decir, cada que se llena el tanque y el sensor de

nivel actúa con el circuito electrónico. Como puede verse, el sistema se convirtió en un

“sistema automático” o de “lazo cerrado”.

5.2 SISTEMAS DE VENTILACIÓN / CALEFACCIÓN

En el diseño de hornos de ventilación / calefacción se pueden destacar a grandes rasgos

dos tipos:

a) Hornos diseñados mediante el principio de mezclado y

b) Hornos diseñados mediante el principio de desplazamiento.

El sistema de ventilación/calefacción basado en el principio de mezclado hace que el aire

sea suministrado o inyectado a muy alta velocidad y dentro del recinto el aire es movido

por medio de ventiladores para tratar de mezclar el aire del cuarto y poder realizar una

mezcla lo más homogénea posible, como se puede observar en la figura 4.

FIGURA 4.- SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR MEZCLADO


10

En un sistema de ventilación / calefacción por desplazamiento, el aire inyectado es

alimentado al espacio por acondicionar a nivel del piso o muy cerca del mismo, a baja

velocidad y a una temperatura más alta a la temperatura del espacio a calentar. El aire

caliente es transferido desde la zona cercana al piso hacia el techo y después es evacuado,

como puede observarse en la figura 5.

FIGURA 5.- SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR DESPLAZAMIENTO

Se decidió utilizar el método de calefacción por desplazamiento para lograr un

calentamiento más homogéneo en el mueble y evitar turbulencias.

5.3 TEORÍA BÁSICA DEL CONTROL DE TEMPERATURA

Aún cuando esta breve explicación es referida al control de temperatura, es aplicable al

control de cualquier variable de un proceso (llamese presión, humedad, nivel, flujo, etc.).

Un control de proceso de lazo cerrado consiste de un sensor para medir la variable del

proceso, un controlador y un dispositivo actuador. Dicho actuador puede ser un

contactor, una válvula de gas o un cilindro, pero para nuestro caso en particular, nuestra

variable será la temperatura. Un sistema controlado por temperatura es compuesto

básicamente de cuatro componentes esenciales y cada uno de ellos afectan el

rendimiento del sistema.

Dichos componentes del sistema son:

La carga

La fuente de calor

El sensor

El controlador

Empezaremos por definir cada uno de ellos:


11

LA CARGA: Es el material u objeto que necesita ser mantenido a una temperatura

particular, la carga puede ser estable, es decir, un objeto a una temperatura constante por

un largo período, o variable y cíclica lo cual es muy común en un proceso industrial.

LA FUENTE DE CALOR: El dispositivo, usualmente un calefactor de cualquier especie, el

cual provee de calor a la carga; algunas aplicaciones pueden necesitar enfriamiento en las

cuales un enfriador puede ser switcheado; por lo que nosotros asumiremos un sistema

“caliente”.

EL SENSOR: Es el dispositivo que mide la temperatura de la carga y alimenta esta

información hacia el controlador.

EL CONTROLADOR: Es el dispositivo que controla el flujo de calor a la carga mediante el

ajuste de la salida de potencia de la “fuente de calor” mediante la información recibida

por el sensor. El controlador deberá comparar la temperatura medida por el sensor

contra la temperatura deseada en la carga (normalmente designado el “setpoint”).

Incrementará la salida de potencia si la temperatura sensada es demasiado baja o reducirá

la potencia si la temperatura sensada es demasiado alta. La fuente de calor, el sensor y el

controlador forman el clásico loop de control mencionado en líneas arriba, y todos juntos

actuan sobre la carga.

En la práctica hay varios obstaculos para un control de temperatura perfecto:

Uno de ellos es el costo, un control de temperatura de alta precisión requiere

instrumentación de alta sensitividad y frecuente recalibración para dar un control

muy bueno. Tratar de mantener una precisión de 0.1° puede ser muy costoso, en

la mayoría de la situaciones es mejor ser realista, por ejemplo: una tostadora de

pan no necesita el mismo control que un autoclave de laboratorio.

Otro obstáculo puede ser el tiempo que transcurrira para que un cambio de

temperatura en una parte del sistema se muestre en otras partes del mismo

sistema. Esto varía considerablemente con la temperatura de operación, las

condiciones ambientales, la masa y conductividad de la carga, etc.

Las variaciones en temperatura entre diferentes partes físicas del sistema en un

instante dado.


12

La colocación del sensor en relación a la fuente de calor y a la carga.

La sensitividad y la velocidad de respuesta del controlador contribuyen a la

precisión del controlador y determinan si es adecuado para la aplicación.

Dicho lo anterior, nosotros tendremos entonces un sistema como el que queremos

controlar visto en un diagrama como el que se puede ver en la figura No. 6:

FIGURA 6.- SISTEMA CONTROLADO POR TEMPERATURA

5.3.1 LA FUENTE DE CALOR

En la figura 7, se puede observar la construcción básica de una resistencia calefactora

tubular.

FIGURA 7.- CONSTRUCCIÓN BÁSICA DE UNA RESISTENCIA CALEFACTORA

Fuente: Tempco México


13

Una computadora diseña la bobina helicoidal de un alambre con una aleación con 80% de

Níquel y 20% de Cromo el cual es soldado a una terminal de acero recubierta con níquel.

La bobina es ensamblada con precisión y centrada en el tubo de metal y después se

rellena el espacio entre ambos con óxido de Magnesio “Grado A”. El tubo rellenado es

después compactado hasta que se convierte en una masa sólida, estabilizando la bobina

en el centro del tubo, esto le da una excelente transferencia de calor y una rigidez

dieléctrica entre la bobina y la funda (chaqueta o forro).

La selección del material de la funda del elemento calefactor debe ser hecha basado en la

composición química del gas o líquido siendo calentado.

Algunos materiales estándar para la funda de los elementos resistivos son:

Incoloy 800.- Una aleación de hierro, con un porcentaje de Níquel (30-35%), Cromo (19-

23%). El alto contenido de níquel de esta aleación contribuye a darle resistencia a la

corrosión. Es usado en calentamiento de aire y en calentamiento por inmersión de agua

potable y otros líquidos no corrosivos.

Acero al bajo carbono.- Sus aplicaciones incluyen medios fluidos para transferencia de

calor, aceites derivados del petróleo de alta y baja viscosidad, asfalto, cera, sal fundida y

otras soluciones que no corroan al acero.

Acero inoxidable 316.- Una aleación de hierro con un 16-18% de Cromo, 11-14% de

Níquel, a los cuales se les agrega molibdeno (2-3%) para darle resistencia a la corrosión en

ciertos ambientes, especialmente donde tenderán a causar picado debido a la presencia

de cloruros. Sus aplicaciones incluyen agua desionizada.

Cobre.- Principalmente usado en calentamiento de agua limpia para lavanderías,

regaderas y protección contra congelamiento de tanques de almacenamiento.

Acero inoxidable 304.- Una aleación de hierro con cromo (18-20%), Níquel (8-11%), usada

en la industria alimenticia, soluciones esterilizadas, calentamiento de aire y algunos

químicos orgánicos e inorgánicos.

Acero inoxidable 321.- Una aleación de hierro con cromo (17-20%), Níquel (9-13%) que es

modificada con la adición de titanio para prevenir precipitación de carbón y resulte en


14

corrosión intergranular que puede darse en ciertos medios cuando operan entre 800 a

1200°F (427-649°C).

Otro punto que normalmente no es tomado muy en cuenta por los diseñadores es cuando

las resistencias del calentador están trabajando con un flujo de aire incorrecto.

Normalmente cuando sucede esto, el material de la camisa alcanza una temperatura

mayor a la que puede soportar traduciéndose esta anomalía en un color ligeramente azul

del calefactor, el decapado o incluso en algunos casos, se llega a fundir. Para prevenir

esto, es menester realizar el cálculo pertinente para determinar si el material es el

correcto con respecto al caudal de aire que pasa.

La velocidad a la cual un gas o un líquido fluyen a través de las tuberías de entrada y salida

es crítica para mantener la temperatura de salida deseada. La caída de presión a través

del calentador de circulación debe ser considerada para dimensionar apropiadamente el

tamaño de los sopladores o bombas. La tabla de la figura 8 nos muestra la Máxima

velocidad para prevenir caída de presión excesiva de acuerdo al tamaño de la tubería, en

pies por segundo y metros por segundo de un gas o líquido siendo calentado y el tamaño

nominal de la tubería.

FIGURA 8.- TABLA DONDE SE MUESTRA LA VELOCIDAD MÁXIMA PARA PREVENIR

CAÍDA DE PRESIÓN EXCESIVA

Fuente: Catálogo Watlow de calefactores de circulación


15

Sugerencias para la aplicación

Seleccione el material del forro de la resistencia y la densidad de potencia para la

sustancia siendo calentada.

Asegúrese de seleccionar el contenedor apropiado considerando las tasas de flujo y

presión, la temperatura del proceso y la resistencia a la corrosión del medio siendo

calentado.

Para procedimientos de mantenimiento, designe un área del doble de la longitud del

calefactor para permitir una inspección fácil de la tornillería, brida, conexiones, etc.

Reduzca al mínimo los problemas asociados con un bajo flujo o un bajo nivel del

líquido por medio de un sensor de nivel, un sensor de bajo flujo de aire o un control

de límite alto para el forro.

Asegúrese que la caja de conexiones no esté a una temperatura superior a 205°C.

El calibre de los cables de potencia al calefactor deben estar dimensionados de

acuerdo a los reglamentos eléctricos aplicables en su localidad.

Proteja el equipo y a las personas contra un choque eléctrico aterrizando

apropiadamente el equipo.

En el dibujo siguiente, figura 9, podemos ver un corte de cómo está construido un

calefactor de circulación:

FIGURA 9: CALEFACTOR DE PROCESO

Fuente: Catálogo Tempco de Calefactores de Proceso


16

5.3.1.1 EL SOPLADOR

Los ventiladores y sopladores proveen aire para ventilación en requerimientos de

procesos industriales. Los ventiladores generan una presión para mover aire (o gases)

contra una resistencia causada por ductos, “dampers” u otros componentes en un sistema

de ventilación. El rotor del ventilador recibe la energía desde una flecha giratoria y la

transmite hacia el aire.

Los ventiladores, sopladores y compresores son diferenciados por el método usado para

mover el aire y por la presión que ellos deben operar. La Sociedad Americana de

Ingenieros Mecánicos (ASME) los especifica por la tasa de la presión de descarga sobre la

presión de succión. Son los compresores los que tienen la tasa más alta, seguidos por los

sopladores y al final por los ventiladores.

Los ventiladores o sopladores caen en dos categorías generales: de flujo centrífugo y de

flujo axial, como se muestra en la figura 10.

En los de flujo centrífugo, el flujo de aire cambia de dirección dos veces, una cuando entra

y la otra cuando sale (ya sean de aspas curvadas hacia adelante, curvadas hacia atrás o

radiales).

En los de flujo axial, el aire entra y deja el ventilador sin cambio de dirección (propela,

axial de tubo y axial de paletas).

Los radiales pueden manejar flujos medianos a altas presiones con una relativa alta

eficiencia de hasta 0.75.

FIGURA 10.- SOPLADORES DE FLUJO CENTRÍFUGO (RADIAL) Y DE FLUJO AXIAL


17

Las partes de un soplador radial pueden verse en la figura 11:

1.- Salida de aire Ø 60 mm.

2.- Entrada de aire Ø 80 mm. (oído)

3.- Motor

4.- Caja de conexiones

5.- Tapa de la caja de conexiones

6.- Base de montaje

FIGURA 11.- PARTES DE UN SOPLADOR

5.3.1.2 EL INTERRUPTOR DE FLUJO DE AIRE

En las sugerencias para la instalación del calentador de proceso, veíamos que para

proteger al mencionado calentador es necesario reducir al mínimo los problemas

asociados con un bajo flujo de aire mediante un sensor de bajo flujo de aire.

Los interruptores de presión de aire son usados en todos los calefactores “asistidos por

ventilación”. Los interruptores de presión de aire son usados para verificar que las

condiciones operacionales son correctas, es decir, que el soplador esta corriendo, que no

Existe obstrucción de aire en la entrada del “oído” o que la manguera de entrada de aire al

interruptor no está obstruida.

Los interruptores de presión de aire son usualmente cableados junto con otros

dispositivos en un circuito “serie”. El circuito de control deberá monitorear


18

constantemente el “estado” del circuito de presión de aire por medio de un interruptor

eléctrico que cerrará sus contactos cuando las condiciones del soplador son correctas y

deberá abrirse cuando exista un problema en respuesta a la presión que esta sensando.

En el empiezo de un ciclo de calefacción, el control deberá primero verificar que existe

suficiente presión de aire desde el soplador antes de encender las resistencias del

calefactor.

Una vez que el soplador ha sido energizado, el interruptor “vigila” que el soplador siempre

este corriendo durante todo el ciclo mediante el sostenimiento cerrado de los contactos

del interruptor.

En el evento de una falla del soplador y por ende una baja de presión, el control deberá

interrumpir inmediatamente el circuito de calefacción para poder proteger al calefactor

de proceso.

Los interruptores de presión de aire se activan en respuesta a la presión sensada a través

de un tubo o manguera (fig. 12). Uno de los extremos de este tubo se adhiere al puerto

de sensado del interruptor de presión y el otro extremo se conecta a la atmósfera.

Un diafragma flexible divide el cuerpo del interruptor en dos cámaras de aire. El puerto

de sensado esta soldado a una de las cámaras de aire. La otra cámara de aire es venteada

a la atmósfera para permitir que el diafragma se mueva. Internamente, los contactos del

interruptor eléctrico se conectan al diafragma; con suficiente presión aplicada, el

movimiento del diafragma activará los contactos del interruptor.

FIG. 12.- OPERACIÓN DE UN INTERRUPTOR DE PRESIÓN DE AIRE


19

5.3.2 EL SENSOR DE TEMPERATURA

Los sensores, transmisores y transductores son quizás las partes más importantes de un

sistema de control industrial, se usan tanto en los sistemas de control de procesos como

en el control de motores y los sistemas de control de movimiento.

Un sensor se define como un dispositivo que es sensible al movimiento, calor, luz, presión,

energía eléctrica, magnética u otro tipo de energía.

Un transductor se define como un dispositivo que puede recibir un tipo de energía y

convertirlo en otro tipo de energía, esto significa que un transductor puede incluir un

sensor para sensar la cantidad de presión. Por ejemplo, un circuito para convertir la

Cantidad de presión a una señal eléctrica y transmitirla a un sistema de control eléctrico

donde se usa en la variable del proceso o retroalimentación.

Dado que los transductores pueden convertir un tipo de energía a otro, es importante

comprender que la forma final de energía es algo que es compatible con los circuitos

electrónicos; esto quiere decir que la salida del transductor debe ser capaz de cambiar

voltaje, corriente, resistencia, frecuencia, capacitancia o inductancia de modo que sea

compatible con los circuitos electrónicos.

Las principales formas de energía que los sensores pueden detectar se clasifican como:

movimiento, temperatura, luz, presión, eléctrica, magnética, química y nuclear.

Es importante comprender que hay una amplia variedad de sensores que pueden medir

temperatura, pero sólo un tipo puede ser más útil para un circuito electrónico porque

convierte el cambio en temperatura en una señal eléctrica compatible con los circuitos

electrónicos, por ejemplo, el sensor de temperatura puede ser un termopar o un

termómetro de vidrio que contiene un bulbo de mercurio que puede sensar la

temperatura. Dado que el bulbo de mercurio convierte el cambio de temperatura a una

altura de columna de mercurio y el termopar a una señal eléctrica, el termopar será más

útil para un circuito electrónico.

Para medir la “temperatura” o la cantidad de energía calórica, han sido desarrolladas 4

escalas comúnmente usadas hoy día:


20

Celsius o Centígrada, comúnmente usada en todo el mundo y se representa por la

fórmula:

°C = 5/9 (°F – 32)

Kelvin, usada en conjunto con la escala Celsius para ecuaciones científicas y de ingeniería.

°K = °C + 273 ó °K = 5/9 (°R – 0.6°)

Fahrenheit, comúnmente usada en Norteamérica y se representa por la fórmula:

°F = 1.8°C + 32

Rankine; usada en conjunto con la escala Fahrenheit para cálculos científicos y de

ingeniería.

°R = 1.8K + 0.6; °R = °F + 460°

5.3.2.1 SENSORES DE TEMPERATURA POR CONTACTO

Los sensores por contacto son aquellos que están en contacto directo con una substancia

u objeto y generan una variación de voltaje, son los llamados termocoples o termopares.

Un termocople es un sensor para medir temperatura. Consiste de dos metales no

similares que son juntados en una punta final, la cual produce un pequeñísimo voltaje (del

orden de los mV) a una temperatura dada. Este voltaje es medido e interpretado por un

termómetro o por un controlador de temperatura. Cuando esa temperatura es

incrementada, el voltaje va creciendo de acuerdo a una constante, por lo que para cada

temperatura tendremos una señal de voltaje diferente.

Los sensores que generan una variación de resistencia son detectores de temperatura por

resistencia o más comúnmente conocidos como RTD’s y termistores. Los dispositivos

resistivos usan metales u óxidos de metal que dan cambios repetibles de resistencia con la

temperatura.

5.3.2.2 TIPOS DE TERMOCOPLES

Existen diferentes tipos de termopares dependiendo de las diferentes combinaciones de

metales o calibraciones. Los cuatro tipos más populares son el J, K, T y E. Cada uno de

ellos tiene un diferente rango de temperatura y varían en forma diferente con ella.


21

Aunque también existen los tipos B, R, N y S. Una mejor descripción de ellos a

continuación:

Tipo E.- Adecuado para uso a una temperatura de hasta 900°C (1650°F) en una atmósfera

de vacío, inerte o medianamente oxidante o reductora. A temperaturas criogénicas, el

termocople no está sujeto a corrosión. Este termocople tiene la salida de voltaje más alta

por grado de todos los comúnmente termocoples usados.

Tipo J: El tipo J puede ser usado, expuesto o protegido, donde hay una deficiencia de

oxígeno libre. Por una mejor limpieza y larga vida, un tubo protector es recomendado.

Dado que el cable de hierro se oxidará rápidamente a temperaturas sobre los 500°C, es

recomendado que se usen calibres de cable más grandes. Máxima temperatura de

operación recomendada es de 760°C (1400°F).

Tipo K.- Debido a que es confiable y preciso, el tipo K es usado extensivamente a

temperaturas hasta 1260°C (2300°F). Es buena práctica proteger este tipo de termocoples

con un adecuado tubo cerámico o de metal, especialmente en atmósferas reductoras. En

atmósferas oxidantes, tales como hornos eléctricos, el tubo de protección no siempre es

necesario, pero es recomendable por limpieza y protección mecánica general. El tipo K es

Preferido en algunas aplicaciones sobre el tipo J porque en este último el cable de hierro

rápidamente se oxida, especialmente a altas temperaturas.

Tipo N.- Este termocople de aleación basada en níquel es usado primariamente a altas

temperaturas hasta 1260°C (2300°F). Aunque no es un reemplazo directo del tipo K, el

tipo N da una mucho mejor resistencia a la oxidación a altas temperaturas y una vida más

larga en aplicaciones donde el azufre esta presente.

Tipo T.- Este termocople puede ser usado tanto en atmósferas reductoras como

oxidantes, aunque para una larga vida un tubo de protección es recomendado. Debido a

su estabilidad a bajas temperaturas, esto lo hace un termocople muy bueno para una

amplia variedad de aplicaciones en temperaturas bajas y criogénicas. Su rango de

operación recomendado es de -200 a 350°C (-330 a 660°F). Aunque resultan adecuadas

para mediciones debajo de 0ºC, para ese propósito se recomiendan los termocoples tipo

E.


22

Tipos S, R y B.- Las máximas temperaturas de operación recomendadas para los tipos S o R

es 1450°C (2640°F); el tipo B es recomendado para usarse hasta 1700°C (3100°F). Estos

termocoples son fácilmente contaminados. Las atmósferas reductoras son

particularmente dañinas a la calibración. Los termocoples de metal noble deben siempre

ser protegidos con un tubo de cerámica sellado, un tubo secundario de alúmina y un tubo

exterior de carburo de silicio o de metal, según se requiera.

5.3.2.3 UNIÓN DEL TERMOCOPLE

Todos los termocoples tienen unión fría y caliente. Adicionalmente, la unión caliente

puede estar físicamente expuesta o no expuesta (protegida). La unión caliente es la unión

Sometida al calor siendo medido. La fría, o unión de referencia, es otra unión en el

circuito del termocople usualmente a, o compensada a 0°C. Las uniones frías son

generalmente eliminadas en el circuito del termocople mediante el uso de métodos de

compensación o hardware. Un voltaje termoeléctrico en los termocoples es generado

entre las uniones fría y caliente, no donde los dos termoelementos están físicamente

juntos. El efecto Seebeck toma lugar en los gradientes entre la porción isotérmica de la

unión caliente y la porción isotérmica en la unión fría.

La construcción física de un termocople puede tener unión caliente expuesta o no

expuesta (ver figura 13). Una unión expuesta tiene termoelementos desnudos en contacto

con la sustancia siendo medida. Una temperatura no expuesta tiene una malla para

protegerlo de ambientes hostiles. Las uniones no expuestas son comúnmente

encontradas en termocoples fabricados de mineral aislado, cable de metal revestido. Otro

aspecto de la unión de un termocople no expuesto es que puede ser aterrizado o no

aterrizado. Una construcción no aterrizada tiene la unión eléctricamente aislada del forro

O tuvo protector. Cada estilo tiene ventajas y desventajas dependiendo de la aplicación

particular y consideraciones eléctricas, sobre todo en el tiempo de respuesta.

La unión puesta a tierra se recomienda para medir temperaturas en líquidos y gases

corrosivos estáticos o en circulación y para aplicaciones de alta presión. La unión de un


23

termopar puesta a tierra esta soldado a la cubierta protectora proporcionando una

respuesta más rápida que el tipo de unión no conectada a tierra.

La unión no conectada a tierra se recomienda para las medidas de temperatura en

ambientes corrosivos, en donde sea deseable tener el termopar eléctricamente aislado

de, y protegido por, la cubierta exterior. Los hilos soldados están físicamente aislados de

la cubierta del termopar por polvo de óxido de magnesio.

Una unión expuesta se recomienda para la medida de temperaturas de gases no

corrosivos estáticos o en circulación, en donde se requiera un tiempo de respuesta rápido.

La unión se extiende más allá de la cubierta metálica protectora para proporcionar una

respuesta rápida exacta. El aislamiento de la cubierta está diseñado donde la unión se

extiende para impedir la penetración de humedad o gas, que podría originar errores.

FIGURA 13.- TIPOS DE UNIONES EN TERMOCOPLES

5.3.2.4 TIEMPO DE RESPUESTA DE UN TERMOCOPLE

La constante de tiempo o tiempo de respuesta térmica, es una expresión de cuán

rápidamente responde un sensor a los cambios de temperatura. Como se expresa aquí, el

tiempo de respuesta es definido como el tiempo que tarda un sensor en llegar al 63.2

porciento de un cambio de temperatura o escalón. Normalmente se prueban en 5

escalones hasta llegar al 100% de la temperatura estabilizada.

La velocidad de respuesta es una función de la masa del sensor y su eficiencia en transferir

calor desde la superficie más exterior hacia el elemento sensante. Un rápido tiempo de

respuesta es esencial para la precisión de un sistema con cambios de temperatura agudos.

El tiempo de respuesta variará con el diseño (tipo de termopar, diámetro y espesor de la

funda protectora, etc.)


24

5.3.2.5 BUENAS PRÁCTICAS PARA TERMOCOPLES

Cuando son instalados apropiadamente y bajo condiciones normales, los termocoples

pueden dar un servicio largo y sin problemas. Dificultades ocasionales pueden ser

encontradas como resultado de una operación o aplicación inapropiada. La presente

información sirve como una guía para que se pueda obtener la precisión y economía para

lo cual los termocoples son producidos.

1.- Proteja los termocoples en servicio.- La evaporación, difusión, oxidación, corrosión y

contaminación inducen fuerzas electromotrices derivadas del efecto sobre la composición

de la aleación del termocople. En la mayoría de esos casos, los factores ambientales son

destructivos para los materiales comunes con los que se fabrican los termocoples, por lo

que es esencial que una protección adecuada sea otorgada donde esas condiciones

adversas sean encontradas. En algunas aplicaciones este requerimiento puede ser

cubierto mediante el uso de una unidad enfundada o cubierta, sobre todo en atmósferas

corrosivas.

2.- Use cable de calibre grande.- Es generalmente verdad que los termocoples de

tamaños grandes son más estables a altas temperaturas que los de cables muy delgados.

En algunas aplicaciones, un cable de tamaño grande no satisface los requerimientos de

flexibilidad y rápida respuesta, geometría del equipo, etc.

3.- Instale el termocople en un lugar adecuado.- El lugar seleccionado para la instalación

del termocople debe asegurarnos que las temperaturas siendo medidas son

representativas del equipo o del medio.

4.- Provea una profundidad de inmersión suficiente.- Dado que el calor conducido lejos

de la unión caliente causa que el termocople indique una temperatura más baja, provea

una profundidad de inmersión del termocople suficiente en el medio siendo medido para

minimizar la transferencia de calor a lo largo del tubo de protección. Como una regla

general, una inmersión mínima de 10 veces el diámetro exterior del tubo de protección

deberá ser usado.

5. - Evite el cambio de la profundidad de inmersión.- Bajo ciertas condiciones, las no

homogeneidades pueden gradualmente desarrollar par de cables de termocoples debido


25

a la oxidación, corrosión, contaminación o cambios metalúrgicos. Un cambio en la

profundidad de inmersión puede alterar la salida del termocople y producir lecturas

erróneas. Por tanto, evite cambiar la profundidad de inmersión de un termocople

después que ha sido puesto en servicio.

6. - Establezca un programa de mantenimiento preventivo.- Los termocoples, tubos de

protección y los cables de extensión deben ser verificados regularmente. La experiencia

determina la frecuencia de inspección, pero usualmente una vez al mes es suficiente.

5.3.2.6 CÓDIGO DE COLORES PARA TERMOCOPLES

FIGURA 14.- TABLA DE CÓDIGO DE COLORES PARA TERMOCOPLES

5.3.3 DISPOSITIVOS PARA CONTROL DE POTENCIA A LA CARGA

Básicamente, podemos distinguir 4 tipos de dispositivos para controlar la potencia a la

carga. Todos y cada uno de ellos son elegidos dependiendo de varios factores como son:

El tipo de control que se requiere manejar.


26

La cantidad de carga o corriente que se va a manejar.

El grado de control de temperatura que se requiere (que tan preciso es con respecto

al setpoint).

El tipo de calefactor.

Los requerimientos de vida del calefactor.

Dichos dispositivos son:

El relevador electromecánico (EMR).

El relevador por desplazamiento de mercurio (MDR).

Los relevadores controlados de silicio (SCR).

Los relevadores de estado sólido (SSR).

5.3.3.1 El RELEVADOR ELECTROMECÁNICO

El contactor electromecánico o relevador (figura 15) es un dispositivo eléctrico y mecánico

con partes móviles. Cuando la potencia es aplicada a la bobina o solenoide del relevador,

el cierre es creado a traves del movimiento del contacto común.

Debido a que el contactor tiene partes en movimiento, es susceptible a la vibración o a

fallas mecánicas. El cierre de los contactos cuando se aplica la energía va causando que

los contactos se vayan quemando y erosionando, la cual, de hecho, es la razón primaria de

falla en un relevador electromecánico. Una guía general para poder proyectar la vida útil

de un relevador electromecánico es como sigue:

1.- 100,000 ciclos a carga total, es decir, la carga máxima que pueden soportar los

contactos.

2.- 500,000 ciclos a 2/3 de la carga total.

3.- 1,000,000 ciclos a 1/3 de la carga total.

Los contactores electromecánicos pueden ser montados en casi cualquier posición y son

mucho más sencillos de instalar y dar servicio que muchos interruptores de estado sólido.

Ellos se pueden adquirir por precios razonablemente bajos.


27

FIGURA 15.- CONTACTOR ELECTROMECÁNICO

5.3.3.2 EL RELEVADOR POR DESPLAZAMIENTO DE MERCURIO (MDR)

El relé por desplazamiento de mercurio (figura 16) tiene sus contactos completamente

encapsulados que realizan un movimiento mecánico para funcionar. Por tanto, los reles

son diseñados para que las partes en movimientos esten en un área confinada y cualquier

contacto como resultado de este movimiento esté entre el Teflon y el metal. Los

contactos no se desgastan debido al mercurio dentro de la cápsula. El mercurio no se

erosiona o se quema como el metal. Los reles por desplazamiento de mercurio dan una

perfecta apertura de los contactos, son pequeños en tamaño y bajos en costo y dan un

ligero ruido audible cuando “switchean”.

Los relevadores por desplazamiento de mercurio combinan las mejores características del

relevador electromecánico y el “switch” de estado sólido. La ventaja principal del

relevador electromecánico es su habilidad para manejar grandes cantidades de potencia a

bajo costo Una de las primeras ventajas de los dispositivos de estado sólido es su larga

vida útil. Los MDR combinan esas características. Aunque el relevador electromecánico

es menos costoso (casi a la mitad), el MDR proveerá la larga vida deseada. Los MDR

pueden tipicamente superar a los relevadores electromecánicos por un factor de 100 a 1 o

más. El MDR llega a alcanzar hasta 15 millones de ciclos a carga total, lo cual le da una

vida extensa como con los relevadores de estado sólido.


28

FIGURA 16.- RELEVADOR POR DESPLAZAMIENTO DE MERCURIO

5.3.3.3 EL RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO (SSR)

Un relevador de estado sólido (SSR, por sus siglas en inglés) es un dispositivo de control

ON - OFF en el cual la corriente a la carga es conducido por uno o más semiconductores,

es decir, un transistor de potencia, un SCR o un Triac.

Como todos los relevadores, los SSR requieren relativamente un circuito de control de

baja energía para switchear o transferir el estado de la salida de apagado a encendido, o

viceversa.

Los dispositivos de estado sólido no tienen partes móviles y por lo tanto, no tienen fallas

mecánicas (figura 17). Los relevadores de estado sólidos son resistentes a los choques y a

la vibración. La ausencia de partes móviles también hacen que estén libres de ruido (ellos

producen ruido no audible).

El factor más importante que afecta la vida del SSR es la temperatura de operación. Los

dispositivos de estado sólido son muy durables, si son operados dentro de temperaturas

ambientes tolerables. La falla para disipar el calor generado por cualquier componente de

estado sólido lo destruirá muy rápidamente. El lugar y el disipador de calor deben ser

adecuados. Los relevadores de estado sólido aceptan señales on-off o proporcionales en

el tiempo. Ellos están ópticamente aislados, es decir, la circuitería de salida es energizada

por la emisión de luz infrarroja sobre un dispositivo sensible a la luz.

Debido a que los SSR pueden operar a ciclos de tiempo mucho más rápidos que los

relevadores electromecánicos o los MDR, ellos deben ser empleados principalmente


29

donde un control de proceso preciso sea requerido. También son sensibles a los

cortocircuitos o a transientes en la línea. Esos modos de falla pueden ser eliminados en

un alto grado mediante los fusibles adecuados y/o filtrando dichos transientes.

FIGURA 17.- RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO (SSR)

Discutiremos cuales son las maneras en las cuales los relevadores de estado sólido

“switchean” la potencia a la carga. En la mayoría de los casos, parece cosa de misterio

emplear los términos “cruce por cero” (zero-cross), “aleatorio” (random) y “control

proporcional” (proportional control).

Afortunadamente esos modos de “switcheo” y como se aplican a diferentes tipos de carga

son fáciles de explicar.

5.3.3.3.1 SSR DE CRUCE POR CERO

También conocido como un relevador de estado sólido “síncrono”, este es el tipo más

común de SSR encontrado en el mercado hoy día. Como el nombre lo dice, el “switcheo”

del relay desde el estado de no conducción al de conducción ocurre cuando el voltaje de

las líneas de AC llegan al punto de cruce por cero de la onda senoidal. Esto minimiza el

pico de corriente a través de la carga durante el primer ciclo de conducción y ayuda a

reducir el nivel de emisiones conducidas en el suministro de AC.

La figura 18 nos da un diagrama simplificado de las señales de entrada y salida en un

relevador de estado sólido de cruce por cero. En el punto 1 el voltaje de control es


30

aplicado a la entrada del relevador. Por tanto, el relevador no permite que fluya la

corriente a la carga a través de la salida hasta el punto 2, el cual es el siguiente punto

donde la señal senoidal de AC cruza por cero. En el punto 3, el voltaje de control es

removido de la entrada del SSR, el cual entonces detiene la conducción de la corriente a la

carga en el punto 4.

Note que la salida del SSR no para de conducir hasta que la corriente de la carga llega al

siguiente punto de cruce por cero de la onda senoidal. Por tanto, esto no esta relacionado

a la función “cruce por cero” de los SSR sino que es debido al hecho de que el SCR en el

circuito de salida no puede apagarse hasta que la corriente en la carga caiga debajo de su

corriente especificada de sostenimiento (típicamente menos de 100 mA). Esta es una

característica de todos los relevadores de estado sólido con salida de AC, sin importar el

tipo de switcheo.

Los relevadores de cruce por cero son idealmente buenos para la mayoria de las cargas

comerciales e industriales, tales como elementos de calefacción de resistencias, lámparas

y balastros.

FIGURA 18.- FORMA DE ONDA ENTRADA/SALIDA DE UN SSR

CRUCE POR CERO

5.3.3.3.2 SSR DE ENCENDIDO ALEATORIO

También conocidos como relevadores de estado sólido asíncronos o instantáneos, estos

relevadores se encienden inmediatamente después de la aplicación de la señal de control.

En la mayoría de las casos, la salida esta conduciendo el total de la corriente en la carga en

menos de 100 μS.


31

La figura 19 nos muestra un diagrama simplificado de las señales de entrada y salida de un

relevador de estado sólido de encendido aleatorio. En el punto 1, el control de voltaje es

aplicado a la entrada del relevador. La salida del relevador inmediatamente empieza a

conducir la corriente a la carga (punto 2) en forma opuesta a como lo hace un relevador

de cruce por cero, el cual esperará hasta el punto siguiente donde cruce por cero la onda

senoidal de AC. En el punto 3, el voltaje de control es suspendido de la entrada del SSR, el

cual entonces para de conducir corriente a la carga en el punto 4.

FIGURA 19.- FORMA DE ONDA ENTRADA/SALIDA DE UN SSR

DE ENCENDIDO ALEATORIO

Los relevadores de estado sólido de encendido aleatorio son comúnmente empleados en

aplicaciones con cargas inductivas.

5.3.3.3.3 SSR DE CONTROL PROPORCIONAL

Son relevadores de estado sólido comúnmente encontrados en el mercado con el nombre

de controladores de ángulo de fase.

Esos relevadores de estado sólido dan una potencia proporcional a la carga (de 0% a 100%

en la mayoria de los casos) basados en el valor de una señal análoga aplicada a la entrada.

Esta puede ser 0-5 V, 0-10 V, 4-20 mA, valor resistivo u otra señal variante que pueda ser

trasladada a un nivel de potencia deseado a la carga. Esos relevadores son encontrados

en aplicaciones de temperatura extremadamente precisos o en aplicaciones de alumbrado

que requieren incrementar o decrementar el nivel de iluminación de un cuarto o área.


32

La figura 20a nos da un diagrama simplificado de la forma de onda de salida de un

relevador de estado sólido controlado por ángulo de fase. En este ejemplo, nosotros

tenemos una señal aplicada de 5 V análogos a la entrada de un relevador de 0-10 V (50%).

La correspondiente forma de onda de salida muestra al relevador de estado sólido

encendiendose en el pico de cada semiciclo de la onda de alterna, aplicando

efectivamente 50% de potencia a la carga. Si nosotros incrementamos gradualmente la

entrada análoga de 5 a 7.5 V (figura 20b) y después a 10 V (figura 20c), entonces

deberemos ver que las áreas sombreadas en el diagrama de la forma de onda suavemente

desaparecen hasta que logremos aplicar el 100% de potencia a la carga.

FIGURA 20a.- FORMA DE ONDA DE SALIDA DE UN SSR CON UNA

ENTRADA ANÁLOGA DE 5 V

FIGURA 20b.- FORMA DE ONDA DE SALIDA DE UN SSR CON UNA ENTRADA

ANÁLOGA DE 7.5 V


33

FIGURA 20c.- FORMA DE ONDA DE SALIDA DE UN SSR CON UNA ENTRADA

ANÁLOGA DE 10 V

Los controladores por disparo de ráfagas o trenes son similares a los relevadores de

estado sólido de ángulo de fase en que ellos proporcionan control proporcional a la carga.

Por tanto, en lugar de conducir parcialmente la corriente a la carga durante cada medio

ciclo, los controladores por disparos de trenes dan una serie de ciclos de AC a la carga. El

número de ciclos de encendido y apagado determina el porcentaje de potencia aplicado a

la carga sobre un periodo de tiempo fijo, el cual es controlado por el valor de la señal

analoga aplicada a la entrada. La ventaja de esto es que se reduce el nivel de veces que se

tiene que conmutar la alimentación principal de AC, como sucede en el encendido y

apagado en el punto cero de la onda senoidal. La desventaja es que los SSR por disparo de

trenes no son aplicables en alumbrado porque la variación de los tiempos de encendido y

apagado pueden crear el indeseado efecto de parpadeo (flicker).

La figura 21 nos da un diagrama simplificado de la forma de onda de salida en un SSR

controlado por disparo de ráfagas. En este ejemplo nostros tenemos una señal análoga de

5 V aplicada a la entrada de un SSR de 0-10 V (50%). La correspondiente forma de onda

de salida muestra al SSR dando 5 ciclos completos de AC a la carga, después se apaga por

5 ciclos completos de AC (50% de potencia efectiva). Si gradualmente incrementamos la

entrada análoga de 5 a 10 V, entonces podremos ver que el área sombreada va

desapareciendo suavemente hasta que se alcanza el 100% de potencia aplicada a la carga.


34

FIGURA 21.- FORMA DE ONDA DE SALIDA DE UN SSR CONTROLADO POR DISPARO DE RÁFAGAS

5.3.3.3.4 EL DISIPADOR DE CALOR EN UN SSR

Pocos ingenieros o técnicos le dan importancia a asegurarse de que los relevadores de

estado sólido operen en un rango de temperatura seguro. A la larga, un día caluroso da al

traste con uno o más relevadores de estado sólido y lo primero en lo que nos centramos

es en buscar un corto circuito o muchas veces ponemos la culpa en un fusible

“defectuoso”. El paso más simple y más socorrido es el de cambiar los dispositivos

defectuosos y volver a arrancar el sistema sin pensar que tarde o temprano, el evento

vuelve a suceder con la consabida pérdida de productividad porque el equipo se paró o el

incremento de costos.

Un disipador de calor no es más que un objeto que absorbe o disipa calor. Basicamente,

sólo es una pieza de aluminio. Puede ser desde una forma compleja con ángulos y puntas

hasta una suave superficie metálica sin pintar de un panel eléctrico. Sin importar su

forma, un disipador no hace otra cosa que transferir el calor de la fuente (el relevador de

estado sólido) hacia el ambiente circundante y es especificado como una “resistencia

térmica” (comúnmente denotada como “Rs-a”). Un disipador con una superficie amplia

tendrá un mayor contacto con el aire ambiente. Por tanto, la resistencia térmica o

impedancia térmica, deberá ser más baja que un disipador con una menor superficie. La

impedancia de un disipador es medida en °C/W (o °K/W), la cual especificará el

incremento de temperatura de la fuente de calor (SSR) por cada watt de potencia

disipada.


35

La temperatura máxima permisible en la base del SSR vendrá dada por la fórmula:

Tbp = Tamb + (Potencia x Rs-a)

Tbp = Tamb + (Vf x Icarga x Rs-a)

donde:

Tbp = Máxima temperatura permisible en la placa base

Tamb = Temperatura ambiente

Potencia = Disipación del SSR (watts) = Vf x corriente de carga

Rs-a = Impedancia térmica del disipador de calor

En el mundo real, la información anterior es fácilmente disponible para el consumidor.

Asuma que queremos mantener la temperatura de la placa base de un relevador de

estado sólido CWD2450 a una temperatura relativamente baja de 80°C en una aplicación

donde la temperatura ambiente es de 40°C. La carga es un elemento de calefacción

resistivo dentro de un horno de laboratorio que maneja 20 amps. a 240 Vac (4.8 Kw). La

caída típica del voltaje hacia delante de este relevador es de 0.9 Vrms. Introduciendo esta

información en la forma arriba descrita, tendremos:

Tbp = 40°C + ((0.9 Vrms x 20 A) x 2.37°C/W)

Tbp = 40°C + 42.66°C

Tbp = 82.66°C.

Como podemos ver, si usamos este disipador de 2.37°C/W, nos dará una temperatura en

la base del SSR ligeramente superior a los 80°C que habíamos especificado. Por tanto,

necesitamos evaluar otro disipador con más área superficial.

Si tomamos un disipador de 1.33°C/W, tendremos:

Tbp = 40° + ((0.9 Vrms x 20 A) x 1.33°C/W)

Tbp = 40°C + 23.94°C

Tbp = 63.94°C.

Este segundo disipador nos pone abajo del objetivo, por tanto, nosotros tendremos en el

disipador de 1.33°C/W nuestro disipador correcto. Tome en cuenta que el disipador de

1.33°C/W tendrá una mayor área superficial pero costará más y le consumirá más espacio

en su gabinete.


36

5.3.3.3.5 PROTECCIÓN DEL SSR CONTRA CORTO CIRCUITO O SOBRECORRIENTE

La protección completa de un relé de estado sólido contra un corto en la carga o una

condición en la línea requiere más análisis que simplemente colocar un interruptor

termomagnético (breaker) o un fusible.

Comparado con los dispositivos de switcheo electromecánico, los elementos que

switchean por medio de tiristores tienen constantes térmicas en el tiempo muy cortas.

En consecuencia, los niveles de corriente extrema causan fallas en la carga o en la línea,

los cuales aún por períodos de tiempo corto, dañen permanentemente los tiristores.

Los fusibles estándar simplemente no pueden reaccionar tan rápido (apertura) para poder

prevenir que la corriente exceda los niveles máximos permitidos por el tiristor.

Afortunadamente para el diseñador, los fabricantes de relevadores de estado sólido

proporcionan en su hoja de especificaciones el valor de la máxima corriente contra el

tiempo que los tiristores pueden manejar.

Este valor es comunmente listado como “I²t máxima para apertura total” (amperes

cuadrados por segundo).

De igual forma, los fabricantes de fusibles tienen ciertos tipos de fusibles que también

traen un valor “I²t”.

Esos fusibles son generalmente llamados “Fusibles Semiconductores” o “de acción ultra-

rápida” y son diseñados específicamente para abrirse completamente en el valor

denominado “I²t de apertura total”.

Básicamente, el “I²t para apertura total” del fusible seleccionado debe ser inferior a la

capacidad nominal del relevador de estado sólido, manejando únicamente la corriente y

transitorios normales de la carga, como puede verse en la figura 22.

FIGURA 22.- CIRCUITO DONDE SE MUESTRA QUE LA I²t DEL FUSIBLE ES MENOR QUE LA DEL SSR


37

Puede pasar en algunas ocasiones que la I²t del fusible seleccionado este ligeramente por

arriba del I²t del relé seleccionado. Si este es el caso, un relé de estado sólido con un I²t

más elevado debe ser seleccionado.

Hablando del costo puede suceder que el costo de un fusible tipo semiconductor pueda

exceder el costo de reemplazar un SSR.

5.3.4 EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA

En los controladores de temperatura modernos, generalmente vemos una descripción

como la siguiente:

“El HW 4900 de TEMPCO es un controlador de uso general, totalmente configurable, con

control del tipo PID con autosintonía de acción doble para calefacción y refrigeración.

El valor de proceso (PV) se muestra en el display superior y el valor de Setpoint (SV) se

visualiza en el display inferior. Este display puede configurarse para mostrar otras

variables como por ejemplo la potencia entregada a la carga.

Permite la memorización de 4 Setpoints de control, puede ser configurado con salidas a

relé o con salida lógica (7Vcc@15mA) para disparo de relé de estado sólido. El estado de

las salidas está indicado por LEDs en el display frontal.

La entrada es configurable para sensores de temperatura (termocoples J, K, S, sensores

infrarrojos) y para entradas lineales de mVcc, mAcc.

Otras funciones destacadas de este controlador son: alarma por lazo de control abierto,

rampa al setpoint con velocidad controlada, protección de parámetros con password y

otras”: Fuente: Tomado del controlador de temperatura Tempco HW 4900

Como se puede observar en el párrafo que describe en forma general al controlador,

existen varias palabras que nos describen aquellos dispositivos que deben ser conectados

al controlador y también la información que podemos tener desde el controlador.

Pongamos ahora atención al frente del controlador HW 4900, que se muestra en la figura

23:


38

FIGURA 23.- CONTROLADOR DE TEMPERATURA TEMPCO HW4900

Donde puede observarse lo siguiente:

Puntos 1 y 12.- El valor PV (valor del proceso) mostrado en un display con 4 dígitos en rojo

que señalizan la temperatura actual del proceso.

Puntos 2 y 11.- El valor de SV (Valor del setpoint), mostrado en un display con 4 dìgitos en

verde que señalizan la temperatura a la cual queremos que se controle el proceso.

Puntos 8, 9 y 10.- El estado de las salidas, junto a ellas existen 3 leds rojos que se

encienden cuando la salida esta activa.

Punto 7.- El indicador SET cuando está parpadeando nos indica que se está en un modo de

programación.

Punto 3.- Tecla U usada para activar el “auto tune”.

Puntos 4 y 5.- Teclas utilizadas para el incremento y decremento de los valores a ser

programados y para “caminar” en los modos de programación.

Punto 6.- Tecla P, utilizada para acceder a los programas de programación y para

confirmar la selección.

Veamos ahora el diagrama de conexiones del controlador HW4900 (figura 24):


39

FIGURA 24.- DIAGRAMA DE CONEXIONES DEL CONTROLADOR HW 4900

En el esquema de la fig. 24 podemos observar primeramente que el fabricante divide

entradas y salidas.

En las entradas existen 3 puntos de conexión: Para una termoresistencia PT100 y para el

termocople (el cual puede ser programado y acepta se conecte termopares J, K y S).

Advierta también que le indica la polaridad con la que se debe conectar el termocople

(terminal 2 al negativo y terminal 1 al positivo).

En las terminales 7 y 8 tendremos el voltaje de alimentación. Si apareciese marcado el

recuadro que dice 24 Vca/Vcc, indica que el controlador debe conectarse a un voltaje de

alimentación de 24 voltios no importando si son de corriente alterna o directa.

Si el recuadro marcado fuese el inferior, entonces indicaría que la entrada de voltaje es

universal, es decir, se puede conectar a una fuente de alimentación que podría ir desde

100 hasta 240 voltios de corriente alterna.

También puede ser notado que el controlador tiene dos salidas, la salida 1 y la salida 2.

Si el fabricante marca el cuadro de la salida 1 (terminales 11 y 12) que tiene un contacto,

significa que usa en la salida un relevador electromecánico y que la corriente que puede

fluir por ese contacto es de 8 Amperes a un voltaje máximo de 250 Volts ac.


40

Por el contrario, si marca el cuadro que tiene una fuente de voltaje, significa que la salida

será un voltaje de 7 volts de corriente directa que soporta un máximo de 15 mA y que

debemos conectar en dicha salida un relevador de estado sólido.

De igual manera, si se encuentra marcado el cuadro de la salida 2 que tiene un contacto

significa que tiene en la salida un relevador. Si esta marcada la fuente de voltaje entonces

la salida será un voltaje de corriente directa de 7 Volts y soporta una corriente máxima de

15 mA.

En general, todos los controladores tienen las mismas conexiones, algunos de ellos

incluyen salidas de alarma. En este caso particular, Tempco no los designa de esa manera

debido a que la alarma puede ser configurada por medio del software, es decir, las salidas

pueden ser configuradas vía software como alarmas.

La variable medida que se desea controlar recibe el nombre de variable del proceso

(process value, en inglés), y se abrevia como PV.

Por ejemplo, una variable de proceso puede ser la temperatura de un horno la cual mide

el controlador mediante un termopar. Otros ejemplos de una variable de proceso pueden

ser caudal, velocidad, presión, humedad, rpm, etc.

El valor prefijado o valor deseado que queremos que alcance la variable de proceso es

denominada como SP (setpoint, en inglés). Este es el valor al cual el control se debe

encargar de mantener la PV.

Por ejemplo: Si en nuestro horno la temperatura actual es de 40°C y el controlador esta

programado de modo de llevar la temperatura a 50°C, entonces, tendremos que el error

será la diferencia entre la variable del proceso y el setpoint, esto es:

Error = Setpoint – Valor del proceso = (SP – PV) = 50 – 40 = 10°C.

El error será positivo si la temperatura del proceso es menor que el setpoint, de igual

forma, será negativo si la temperatura del proceso es mayor que el setpoint.

Una vez que prefijamos el valor del setpoint, es importante que definamos el modo en el

que el controlador va a tratar de llevar el PV hasta el setpoint.

Existen varios modos para controlar el proceso, brevemente explicaremos cada uno de

ellos tratando de hacerlo de la forma más simple posible.


41

5.3.4.1 EL MODO DE CONTROL ON - OFF (ENCENDIDO - APAGADO)

El modo de control ON-OFF (fig. 25) es el más elemental y consiste en activar el mando de

calentamiento (contactor, SSR, etc.) cuando la temperatura esté por debajo de la

temperatura deseada (SP) y luego desactivarlo cuando la temperatura haya alcanzado

dicha temperatura.

FIGURA 25.- MODO DE CONTROL ON-OFF

Inevitablemente, debido a la inercia térmica del horno y los tiempos de propagación

internos, la temperatura estará continuamente fluctuando alrededor del setpoint. La

inercia térmica es consecuencia de la masa o masas calientes dentro del horno, las cuales

acumulan calor y retardan su calentamiento y enfriamiento.

También colabora a la amplitud de las oscilaciones, el retardo en la propagación del calor

en el interior del horno desde la resistencia calentadora, hasta el sensor de temperatura.

No es difícil imaginar que las fluctuaciones aumentarán cuanto mayor sea la inercia

térmica del horno (retardo).

Evidentemente este algoritmo de control no es el más adecuado cuando se requiere una

temperatura muy constante y uniforme, pero tiene varias ventajas como son:

Provoca poco desgaste en los contactores electromecánicos, puesto que se activan en

lapsos de tiempo largos.


42

Se usa en equipos como refrigeradores donde es conveniente que la temperatura esté

dentro de un rango y los motores de los compresores tienen un tiempo de descanso y de

trabajo relativamente largo lo que los hace trabajar menos calientes.

Para poder controlar la temperatura con menos fluctuaciones, se debe poder entregar al

horno una potencia gradual, en la medida requerida para mantenerlo a la temperatura

deseada.

En el ejemplo anterior del control On/Off, el contactor de mando de calentamiento estará

activado 100%, entregando el máximo de potencia al horno o bien desactivado sin

entregar potencia, es decir, al 0%.

El controlador trabajando en modo proporcional entrega una potencia que varía en forma

gradual entre 0 y 100% según se requiera y en forma proporcional al error E = SP – PV.

Es posible modular de 0% a 100% la potencia que recibe un horno eléctrico mediante el

mismo contactor que se uso para el control On/Off.

El punto es modular el tiempo de activación del contactor durante un lapso de tiempo fijo,

llamado tiempo de ciclo (tc), que será menor al tiempo característico de respuesta del

horno de modo que el horno reciba finalmente un promedio de la potencia. Esta técnica

se denomina “modulación de ancho de pulso” o PWM por sus siglas en inglés (Pulse Width

Modulation).

Pensando que un horno tiene una gran inercia térmica tal que tarda varios segundos en

reaccionar para subir la temperatura, al aplicarle pulsos de calentamiento periódicamente

cada 4 segundos, modulados en duración, el horno experimentará un calentamiento

proporcional al promedio de tiempo que ha estado activado, sin que su temperatura siga

las fluctuaciones de 4 segundos con que se aplica la potencia.

Pensemos que nuestro horno funciona con un calefactor de 10 000 Watts, si se requiere

una potencia de 5 000 Watts, equivalente a 50% del total, entonces el contactor se activa

2 segundos y desactiva otros 2, para luego empezar otro ciclo. El efecto neto será que el

horno recibe 50% de la potencia pero la temperatura no fluctúa al ritmo del “tiempo de

ciclo” pues el horno no alcanza a responder a ciclos tan rápidos.


43

Siguiendo con el ejemplo, si hace falta 2500 watts, es decir 25% de la potencia basta con

tener el contactor 1 segundo activado y 3 segundos desactivado.

5.3.4.2 MODO DE CONTROL PROPORCIONAL (P)

Ya se menciono que el controlador proporcional entrega una potencia que varía en forma

proporcional al error:

E (Error) = SP – PV

Para poner en marcha un controlador proporcional se deben fijar los siguientes

parámetros:

- La temperatura deseada SP, por ejemplo: SP = 300°C.

- La banda proporcional Pb, por ejemplo: 10%

- El tiempo de ciclo tc, por ejemplo: 4 seg.

La banda proporcional Pb corresponde a una banda de temperatura situada por debajo

del SP a lo largo de la cual, la potencia de salida variará proporcionalmente al error,

disminuyendo cuanto más cercana sea la temperatura al SP.

Internamente nuestro controlador realizará el calculo del porcentaje de salida “% Out”

mediante la siguiente fórmula:

E

Banda % Output = 100% •

donde:

E = SP – PV

y

SP

100%=Banda Pb •

El paréntesis cuadrado significa saturación, es decir, si el resultado en el interior del

paréntesis es mayor a 100%, se deja 100%. Si el resultado es 0 o negativo, entonces se

deja 0%.

Para los valores indicados en nuestro ejemplo SP = 300°C y Pb = 10%, la potencia

determinada por el control variará en:


44

SP 300

100% 100%3 30°C== =•10% 10 •=Banda Pb •

Es decir, la banda a lo largo de la cual variará gradualmente la potencia será de 270°C

hasta 300°C.

Si la temperatura del horno es menor o igual a 270°C entonces la salida de potencia será

del 100%.

Cuando la temperatura esté en la mitad de la banda, es decir en 285°C, la salida será de

50%.

% Output = 100% •((300 – 285) / 30) = 100% • (15 / 30) = 100 • 0.5 = 50

Al llegar la temperatura a 300°C, la salida será 0%.

Si tabulamos los valores de 260 hasta 310°C (tabla 26) en incrementos de 2.5°C para PV,

tendremos:

Con: SP = 300°C y Pb = 10%

PV (°C) E OUT (%)

310,0 -10,0 0,0

307,5 -7,5 0,0

305,0 -5,0 0,0

302,5 -2,5 0,0

300,0 0,0 0,0

297,5 2,5 8,3

295,0 5,0 16,7

292,5 7,5 25,0

290,0 10,0 33,3

287,5 12,5 41,7

285,0 15,0 50,0

282,5 17,5 58,3

280,0 20,0 66,7

277,5 22,5 75,0

275,0 25,0 83,3

272,5 27,5 91,7

270,0 30,0 100,0

FIGURA 26.- TABLA DONDE SE TABULA LA POTENCIA DE SALIDA (%)

EN EL MODO DE CONTROL PROPORCIONAL


45

En la figura 27 se observa el comportamiento típico de un control proporcional.

FIGURA 27.- COMPORTAMIENTO TÍPICO DE UN CONTROL PROPORCIONAL

Es importante saber que un control con una banda proporcional de 0 se comportará como

un sistema ON-OFF.

En la gráfica anterior podemos ver que la temperatura del proceso no llegará al setpoint

propuesto, en la práctica, dicha temperatura se estaciona en un punto dentro de la banda

proporcional, produciendo de esa forma el “error estacionario”.

La razón es fácilmente comprensible, si la temperatura llegara a 300°C en forma estable,

entonces la salida de potencia sería 0%. Pero también es evidente que el horno se

sostenga en esa temperatura sin proporcionarle potencia a las resistencias calefactoras.

La temperatura descenderá un poco, lo suficiente para que la potencia suministrada a los

calefactores sea igual a las pérdidas de energía del horno.

Para nuestro horno, para compensar dichas pérdidas necesitamos que los calefactores

suministren un 25% de potencia, esto indica según la tabla que la temperatura se

estacionará probablemente en 292 – 293°C.

El valor del error en este punto, 6 – 7°C se le llama error estacionario. Dicho error

estacionario se puede reducir disminuyendo la banda proporcional, pero reducir mucho la

banda proporcional volverá oscilatorio nuestro sistema, más parecido a un sistema ON-

OFF, luego existe un límite inferior para seguir reduciendo la banda proporcional y

siempre habrá algo de error estacionario.


46

En los hornos que tienen mucha inercia térmica, es decir, que tardan mucho tiempo en

cambiar la temperatura, se pueden presentar oscilaciones de temperatura que solamente

se pueden eliminar aumentando la banda proporcional y con ella aumentará el error

estacionario.

También se presentará otro problema al aumentar la banda proporcional y es que el

control pierde “velocidad” para reaccionar rápidamente a perturbaciones externas como

son la variación en la carga, apertura de las puertas, etc.

Para mejorar la respuesta a transientes del control, se utiliza el CONTROL PROPORCIONAL

DERIVATIVO

5.3.4.3 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO (PD)

Un control proporcional derivativo es uno proporcional al que se le agrega la capacidad de

considerar también la velocidad de la temperatura en el tiempo.

De esta forma se puede “adelantar” la acción de control del mando de salida para obtener

así una temperatura más estable.

Si la temperatura esta por debajo del SP, pero subiendo muy rápidamente y se va a pasar

de largo el SP, entonces el control se adelanta y disminye la potencia de los calefactores.

Por el contrario, si la temperatura es mayor que el SP, la salida debería ser 0%, pero si el

control estima que la temperatura cae muy rápido y se va a pasar para abajo del SP,

entonces coloca algo de potencia para ir frenando el descenso brusco.

La acción derivativa es llamada a veces “rate action” por algunos fabricantes de controles

porque considera la “razón de cambio” de la temperatura.

Para entender a fondo el control PD usaremos el mismo ejemplo del horno pero ahora

agregamos la llamada constante derivativa D, medida en segundos.

Internamente el control realizará ahora el siguiente cálculo:

(E - D • vel)

Banda% Output = 100% •

SP

100%=Banda Pb •


47

Donde “vel” es la velocidad de la temperatura medida por el controlador, en °C/seg.

Para nuestro ejemplo, fijemos D = 5 seg. Igual que antes SP = 300°C y Pb = 10%.

Supongamos que en un momento dado, la temperatura del horno es de 285°C y que esta

subiendo a una velocidad vel = 2°C/seg. En un control proporcional la salida será de:

E


% Output = 100% • (15/30) = 100 • .5 = 50%

Pero en el control proporcional derivativo, éste tomará en cuenta la velocidad de ascenso

de la temperatura y la multiplica por la constante derivativa y se obtiene una salida de:

(15 - 10) 5

30 30%0.1666 = 16.66%== 100% • 100 •% Output = 100% •

De los cálculos, podemos ver en la figura 28 que a pesar que la temperatura actual es de

285°C, la salida es de 16.66% en vez de 50%, al considerar la velocidad de ascenso de la

temperatura. De igual manera, si la temperatura está arriba de 300°C pero descendiendo

rápidamente, entonces el control se activará antes y con mayor potencia de salida

intentando que no baje de 200°C.

SP = 300°C; Pb = 10%

PV P

PD

D= 5 seg.,

vel = 2°C/seg.

% Out % Out

300,0 0,0 0,0

297,5 8,3 0,0

295,0 16,7 0,0

292,5 25,0 0,0

290,0 33,3 0,0

287,5 41,7 8,3

285,0 50,0 16,7

282,5 58,3 25,0

280,0 66,7 33,3

277,5 75,0 41,7

275,0 83,3 50,0

272,5 91,7 58,3

270,0 100,0 66,7

267,5 100,0 75,0

265 100,0 83,3

262,5 100,0 91,7

260 100,0 100,0

FIGURA 28.- TABLA DONDE SE TABULA LA POTENCIA DE SALIDA (%) EN EL MODO DE CONTROL PD

Como puede observarse en la tabla de la figura 28, la acción derivativa ocurre fuera de la

banda proporcional (desde 262,5°C).


48

5.3.4.4 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL (PI)

Si retomamos el problema del “error estacionario”, una manera de hacer llegar la

temperatura del horno a 300°C desde la temperatura estacionaria de 295°C sería

mediante algún ajuste manual para poder proporcionarle ese 25% faltante y hacerlo llegar

y estacionarse en 300°C.

Algunos controles antiguos permitían este ajuste y era llamado “Manual Reset” o “Ajuste

Manual”, el problema con este ajuste es que será efectivo mientras el horno tenga

siempre las mismas características. Por ejemplo, si las perdidas del horno disminuyen a

20%, la temperatura subirá por arriba de 300°C, creando un error por arriba del SP. La

forma de solucionar el problema del error estacionario es agregando al control

proporcional el término “Integral”. El control será el mismo proporcional, pero a la salida

se le suma la acción integral, que la corrige tomando en cuenta la magnitud del error y el

tiempo que este ha permanecido.

Para ello se le programa al control una constante I, que es formalmente “la cantidad de

veces que aumenta la acción proporcional por segundo”. La salida se corrige en una

cantidad equivalente a la integral del error multiplicada por I.

Hagamos una analogia de cómo opera la acción integral:

Es como un acumulador al cual se le va agregando cada segundo una cantidad equivalente

al error medido en ese segundo. Si existe un error de 5°C, entonces el acumulador va

creciendo, aumentando su tamaño cada segundo en una cantidad de 5.

Si el error es 0°C, entonces nada se le agrega al acumulador y este permanece en la misma

cantidad. Pero si existe un error negativo, por ejemplo T = 303°C, entonces se le quitará 3

al acumulador cada segundo que permanezca este error y el tamaño de la cantidad

acumulada irá disminuyendo.

La idea es que la salida del control será la misma que en un control proporcional más la

magnitud del acumulador multiplicada por la constante I.

Internamente el control PI realiza el cálculo con la siguiente fórmula:

E + I • (Eacumulador)



49

E = SP – PV y

SP

100%=Banda Pb •

Donde Eacumulador es el error del acumulador o “integral de error”

Veamos en la tabla de la figura 29, que ocurre al horno con una acción integral a partir de

los 293°C con una I = 0.04/seg., SP = 300°C y una Pb = 10%.

seg PV E Eacumulador

% Out,

I =0,04,

Sp = 300°C,

Pb =10%

0 293 7 7 24,27

1 293 7 14 25,20

2 293 7 21 26,13

3 293 7 28 27,07

4 294 6 34 24,53

5 294 6 40 25,33

6 294 6 46 26,13

7 295 5 51 23,47

8 295 5 56 24,13

9 295 5 61 24,80

10 296 4 65 22,00

11 296 4 69 22,53

12 296 4 73 23,07

13 297 3 76 20,13

14 297 3 79 20,53

15 297 3 82 20,93

16 297 3 85 21,33

17 298 2 87 18,27

18 298 2 89 18,53

19 298 2 91 18,80

20 298 2 93 19,07

21 299 1 94 15,87

22 299 1 95 16,00

23 299 1 96 16,13

24 299 1 97 16,27

25 300 0 97 12,93

FIGURA 29.- TABLA DONDE SE TABULA LA POTENCIA DE SALIDA (%) EN EL MODO DE CONTROL PI

En el segundo 3, la potencia se incrementa de 24 a 27% forzando a que la temperatura del

proceso suba a 294°C. En el segundo 4, automáticamente ajusta y el valor de potencia

vuelve a bajar a 24.5% y así sucesivamente.

Conforme la temperatura del proceso va excursionando hacia el setpoint, la salida va

disminuyendo gradualmente y en el punto donde el error sea 0 se detendrá.

Por muy pequeño que sea el valor programado de I, siempre corregirá el error

estacionario pero tardará más tiempo en hacerlo.

Por el contrario, si se programa un valor excesivo de I, entonces la acción integral tendrá

mucha fuerza en la salida y el sistema alcanzará rápidamente el SP, pero lo más probable


50

es que se siga de largo por efectos de la inercia térmica. Entonces la acción integral será

con error negativo, es decir será en sentido contrario, el acumulador irá disminuyendo

rápidamente con la magnitud del error.

En la práctica normalmente I debe ser grande solo en sistemas que reaccionan

rápidamente y pequeño para sistemas lentos con mucha inercia, como ocurre en los

hornos.

En general los valores de la constante I son relativamente pequeños, para la mayoría de

los sistemas el valor adecuado de I varía entre 0 y 0.08 1/seg.

5.3.5 CÁLCULOS DE REQUERIMIENTOS DE CALOR

La termodinámica es la rama de la física que estudia los procesos donde hay transferencia

de energía en forma de calor y de trabajo. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas

se ponen en contacto térmico entre sí, la temperatura del cuerpo más cálido disminuye y

la del más frío aumenta. Si permanecen en contacto térmico durante cierto tiempo,

finalmente alcanzan una temperatura común de equilibrio con un valor comprendido

entre las temperaturas inicial y final. En este proceso se produjo una transferencia de

calor del cuerpo más cálido al más frío.

Por lo que podremos definir el calor como la energía en tránsito debido a una diferencia

de temperaturas.

Esa energía en tránsito puede llevarse a cabo mediante tres formas o mecanismos que

son:

1. Conducción: Transferencia de energía desde cada porción de materia a la materia

adyacente por contacto directo, sin intercambio, mezcla o flujo de cualquier

material.

2. Convección: Transferencia de energía mediante la mezcla íntima de distintas partes

del material, se produce mezclado e intercambio de materia.

2a. Convección natural: el origen del mezclado es la diferencia de densidades

que acarrea una diferencia de temperatura.


51

2b. Convección forzada: la causa del mezclado es un agitador mecánico o una

diferencia de presión (ventiladores, compresores...) impuesta externamente.

3. Radiación: transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas,

emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.

Debido a que todas las sustancias son diferentes, podemos decir que requieren de

diferentes cantidades de calor para lograr un cambio en temperatura.

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se necesita para elevar la

temperatura de una cantidad unitaria de esa sustancia en un grado de temperatura.

5.3.5.1 CÁLCULOS DE POTENCIA PARA CALENTAMIENTO POR CONDUCCIÓN Y

CONVECCIÓN

En esta sección, veremos el calor requerido para que un material alcance una temperatura

requerida.

Si llamamos la cantidad de calor que se esta agregando Q, el cual causará un cambio en

temperatura ∆T a un peso de sustancia W, la cual tiene un cierto calor específico Cp,

entonces tendremos que :

Q = w • Cp • ∆T

Dado que todos los cálculos son en watts, una conversión adicional de 3.412 Btu = 1 Wh

es necesario por lo que:

QA ó QB = (w • Cp • ∆T) / 3.412 …… (ecuación 1)

donde:

QA = Calor requerido para incrementar la temperatura del material durante el arranque

(Wh)

QB = Calor requerido para incrementar la temperatura del material procesado en el ciclo

de trabajo (Wh).

W = Peso del material (lb)

Cp = Calor específico del material (Btu/lb.°F)

∆T = Incremento de temperatura del material (Tfinal – Tinicial) en °F


52

Esta ecuación debe ser aplicada a todos los materiales que absorban calor en la aplicación.

Medios calentados, contenedores, racks, bandas y aire de ventilación deberán ser

incluidos.

5.3.5.2 CALOR REQUERIDO PARA DERRETIR (FUSIÓN) O VAPORIZAR UN MATERIAL

Si estamos considerando agregar calor a una substancia, también es necesario anticipar

los cambios en el estado del material que podrían ocurrir durante dicho calentamiento

tales como la fusión y la vaporización.

El calor necesario para derretir un material es conocido como el calor latente de fusión y

es representado por Hf. Otro cambio de estado esta envuelto en la vaporización y la

condensación. El calor latente de vaporización Hv de una sustancia es la energia

requerida para cambiar una substancia de líquido a vapor. Esta misma cantidad de

energía es liberada como vapores condensados los cuales regresan al estado líquido.

Por lo que tendremos que:

Si el cambio de estado se da durante el arranque:

QC = w · Hf / 3.412 o QD = w · Hv / 3.412 ….. (ecuación 2)

donde:

QC = Calor requerido para derretir o vaporizar el material durante el arranque (Wh)

QD = Calor requerido para derretir o vaporizar el material durante el ciclo de trabajo (Wh).

w = Peso del material en lbs.

Hf = Calor latente de fusion (Btu/lb)

Hv = Calor latente de vaporización (Btu/lb)

Los cambios de estado (fusión y vaporización) es un proceso a temperatura constante. El

valor Cp de la ecuación 1 de un material también cambia con un cambio en el estado del

material. Es por eso que se requieren cálculos separados, uno usando la ecuación 1

cuando el material esta debajo de la temperatura de fusión/vaporización y otro cuando

está arriba de dicha temperatura.


53

5.3.5.3 PERDIDAS DE CALOR POR CONDUCCIÓN

La transferencia de calor por conducción es el intercambio de calor por contacto entre un

cuerpo a una temperatura más alta hacia otro cuerpo con una temperatura más baja o

entre porciones del mismo cuerpo a temperaturas diferentes. Por tanto, podemos definir

la siguiente ecuación para calcular el calor requerido para reemplazar las pérdidas por

conducción:

QL1 = (k • A • T • te) / (3.412 • L) ….. (ecuación 3A)

donde:

QL1= Perdidas de calor por conducción (Wh)

K = Conductividad térmica (Btu · in. / ft² · °F · hora)

A = Área o superficie de transferencia de calor (ft²)

L = Espesor del material (in.)

∆T = Diferencia de temperatura a través del material (T2– T1) °F

te = tiempo de exposición (hr.)

Esta expresión puede ser usada para calcular las pérdidas a través de paredes aisladas de

contenedores u otras superficies planas donde la temperatura de ambas superficies

puedan ser determinadas o estimadas. Valores tabulados de conductividad térmica son

fácilmente encontrados en la pág. 134 a la 143 de la Guía de Aplicaciones de Watlow

(Watlow Applications Guide).

5.3.5.4 PÉRDIDAS DE CALOR POR CONVECCIÓN

La convección es un caso especial de conducción. La convección es definida como la

transferencia de calor desde una región a alta temperatura en un gas o líquido como

resultado del movimiento de la masa del fluido. La figura 27 mostrada en líneas abajo

incluye gráficos y cartas mostrando perdidas por convección bajo varias condiciones.

QL2 = A · FSL · CF ……. (Ecuación 3B)

donde:

QL2 = Pérdidas de calor por convección

A = Área de la superficie (in²)


54

FSL = Factor para pérdidas por convección en superficies verticales (W/in²)

Evaluadas a la temperatura de la superficie. (ver figura 30)

CF = Factor de orientación de la superficie

Superficie calentada en cara horizontal superior = 1.29

Verticales = 1.00

Superficie calentada en caras horizontales inferiores = 0.60

FIGURA 30.- PÉRDIDA DE CALOR DE SUPERFICIES NO AISLADAS BAJO

CIERTAS CONDICIONES

5.3.5.5 PÉRDIDAS DE CALOR POR RADIACIÓN

Las pérdidas por radiación son aquellas que se transmiten por la emisión de ondas

electromagnéticas.

Para el propósito de esta sección, los gráficos son usados para estimar las pérdidas por

radiación. Las cartas en el apéndice 1 dan los valores de emisividad para varios

materiales. Las pérdida por radiación no son dependientes de la orientación de la


55

superficie. La emisividad es usada para ajustar la habilidad del material para radiar

energía calorica.

QL3 = A · FSL · e ….. (ecuación 3C)

donde:

QL3 = Pérdidas de calor por radiación (Wh)


FSL = Factor de pérdida por radiación en un cuerpo negro a la temperatura de la superficie

(W/in²)

Ejemplo:

Usando la Regla 1 del Apéndice 1, para un cuerpo negro (radiador perfecto) a 500°F, las

pérdidas de calor son aproximadamene 2.5 W/in².

Para una hoja de aluminio pulido con e = 0.09 tendremos que las perdidas de calor a la

misma temperatura será: 2.5 W/in² • 0.09 = 0.22 W/in².

5.3.5.6 PÉRDIDA DE CALOR POR CONVECCIÓN Y RADIACIÓN COMBINADAS

Algunas curvas en la fig. 30 combinan pérdidas por convección y por radiación

combinadas. Esto nos ahorra de tener que usar ambas ecuaciones 3B y 3C. Si unicamente

el componente de convección es requerida, entonces el componente debe ser

determinado separadamente y restado de la curva combinada.

QL4 = A · FSL .... (Ecuación 3D)

donde:

QL4 = Pérdidas de calor por convección y radiación combinadas (Wh)


FSL = Factor de Pérdida en la superficie combinada a la temperatura de la superficie

(W/in²).

Esta ecuación asume una temperatura constante en la superficie.


56

5.3.5.7 PÉRDIDAS TOTALES DE CALOR

Las pérdidas totales son el resultado de medir las pérdidas por conducción, convección y

por radiación. Dependiendo de la aplicación, las pérdidas totales de calor pueden ser sólo

una pequeña fracción del total de potencia requerido … o también podrán ser una parte

muy grande del total. Por tanto, no ignore las pérdida por calor a menos que la

experiencia previa así lo dicte.

Por lo que las pérdidas totales de calor estarán dadas por:

QL = QL1 + QL2 + QL3 …. (Ecuación 3E)

Si las pérdidas de calor por convección y radiación son calculadas separadamente.

(Cuándo las superficies no están uniformemente aisladas, entonces las pérdidas deberán

ser calculadas separadamente).

QL = QL1 + QL4 …. (Ecuación 3E’)

Si las curvas combinadas de radiación y convección son usadas (tuberías, ductos, etc.,

donde los cuerpos están uniformemente aislados).

5.3.5.8 POTENCIA REQUERIDA DURANTE EL ARRANQUE Y DURANTE EL PROCESO

Ambas ecuaciones, 4 y 5, estiman la energía requerida y la convierten en potencia. Dado

que la potencia en watts especifican una tasa de energía, podemos usar la potencia para

seleccionar los requerimientos del calefactor eléctrico. Ambos, la potencia en el arranque

y la potencia de la operación o del proceso deben ser analizadas antes de que

seleccionemos el calefactor.

POTENCIA NECESARIA EN EL ARRANQUE (en Watts) :

QA + QC 2

ts 3(QL ) Ps = + • (1 + F. S.)

…. (Ecuación 4)

Donde:

QA = Calor absorbido por los materiales durante el arranque (Wh)

QC = Calor latente absorbido durante el arranque (Wh)

QL = Pérdida de calor por conducción, convección y radiación (Wh)


57

F.S. = Factor de seguridad

Ts = Tiempo requerido para levantar calor durante el arranque (hr).

POTENCIA NECESARIA EN LA OPERACIÓN DEL PROCESO (en Watts):

QB + QD

tc

(QL ) Pw = + • (1 + F. S.)

…. (Ecuación 5)

Donde:

QB = Calor absorbido por los materiales durante el ciclo de trabajo (Wh)

QD = Calor latente absorbido durante el ciclo de trabajo (Wh)

QL = Pérdida de calor por conducción, convección y radiación (Wh)

F.S. = Factor de seguridad

Tc = Ciclo de tiempo requerido (hr).

6.- IMPLEMENTACIÓN

6.1 CÁLCULOS DE REQUERIMIENTOS DE CALOR

Dimensiones físicas del horno:

En sistema métrico: 1.55 m. de alto x 1.55 m. de ancho x 2.36 m. de longitud

En sistema inglés: 5.08 ft. de alto x 5.08 ft. de ancho x 7.74 ft. de longitud.

Temperatura mínima ambiental = 5°C (41°F) en la Ciudad de San Juan del Río, Qro.,

aproximadamente a las 6:00 am en temporada de invierno.

Temperatura a levantar en el gabinete metálico: 45°C.

Tiempo de residencia del gabinete metálico: 6 minutos.

No. de gabinetes simultáneos en el horno: 1

Aislamiento de las paredes laterales y techo: Multypanel 2”

Peso aproximado del gabinete metálico: 51.72 kgs.

Densidad del aire: 0.080 lb/ft³

Calor específico del aire: Cpaire = 0.240 btu./lb.°F

Material de la lámina del gabinete metálico: Acero

Calor específico del acero: Cpacero = 0.12 btu./lb.°F


58

En este punto calcularemos tanto la potencia requerida para incrementar la temperatura

durante el arranque como la potencia requerida una vez que el horno esta trabajando en

modo continuo.

Para el arranque:

QA 2

ts 3 Ps = + (QL) • (1 + F. S.)

Donde:

QA = Calor requerido para incrementar la temperatura del material durante el arranque

(Wh)

w * Cp * ∆T

3.412 QA =

Durante el arranque debemos considerar los requerimientos de calor para incrementar la

temperatura del aire, de la banda transportadora de metal y de las láminas de acero del

multypanel. La suma de los tres requerimientos nos dará el total de calor necesario para

subir la temperatura de 5°C a 45°C.

Calculando QA:

QA = Qbanda + Qaire + Qparedes laterales + techo

wbanda * Cp acero * ∆T

3.412 Qbanda =

Donde:

Wbanda = 50 lbs.

Cpacero = 0.12 Btu / lb • °F

∆T = Incremento de temperatura del material (Tfinal – Tinicial) °F

∆T = (113 – 41) °F = 72°F

Sustituyendo en la fórmula:

50 * 0.12 * 72 432

3.412 3.412 Qbanda = =

Qbanda = 126.61 Wh


59

Para el calor necesario para calentar el volumen de aire, tendremos:

waire * Cp aire * ∆T

3.412 Qaire =

Donde:

Densidad del aire = 0.089 lbs/ft³

Volumen del horno = 5.08 x 5.08 x 7.74 = 199.74 ft³

Waire = Densidadaire x Volumen = 0.089 x 199.74 = 15.97 lbs.

Cpaire = 0.240 Btu / lb • °F


∆T = (113 – 41) °F = 72°F


15.97 * 0.24 * 72 275.96

3.412 3.412 Qaire = =

Qaire= 80.88 Wh.

Para el calor necesario para calentar la lámina y el techo del horno, tendremos:

wparedes + techo * Cp acero * ∆T

3.412 Qparedes laterales + techo =

Donde:

Peso de las paredes y techo de lámina del horno = 41.39 kgs. = 91.16 lbs.

Peso de la lámina cal. 26 de las paredes = 29.14 kgs.

Peso de la lámina cal. 26 del techo: 12.25 kgs.



∆T = (113 – 41) °F = 72°F


91.16 * 0.12 * 72

3.412 Qparedes + techo =

Qparedes + techo = 787.62 / 3.412


60

Qparedes + techo = 230.83 Wh

Por lo que los requerimientos de potencia para subir hasta 45°C en una hora serán:

QA = Qbanda + Qaire +Qparedes laterales + techo

QA = 126.61 + 80.88 + 230.83

QA = 438.32 Wh

Pero como se quiere lograr subir dicha temperatura en 20 min. Y considerando las

pérdidas de calor, tendremos:

QA 2

ts 3(QL ) Ps = + • • (1 + F. S.)

Durante el arranque de un sistema, las perdidas son cero y llegan al 100% a la

temperatura del proceso. Una buena aproximación de las pérdidas durante el arranque es

obtenida cuando las pérdidas de calor QL son multiplicadas por 2/3.

Pág. 18 de la Guía de aplicaciones Watlow.

Ps = (1,328.24 + 932.12) * 1.1

Ps = 2,486.39 watts

Durante el ciclo de trabajo, tendremos que calcular los requerimientos de calor para

calentar un gabinete de refrigerador más el volumen de aire del horno en un tiempo de 6

min.

Por lo que QB estará dado por:

QB = Qgabinete + Qaire,

Por lo que para el calor requerido para el gabinete tendremos:

wgabinete * Cp acero * ∆T

3.412 Qgabinete =

Wgabinete = 114.02 lb.

438.32

2

2

0.33 3 • Ps = + • (1 + 0.1) (1,398.18 )

W * Cp * ∆T

3.412 QB =


61



∆T = (113 – 41) °F = 72°F

Sustituyendo en la fórmula tendremos:

114.02 * 0.12 * 72

3.412 Qgabinete =

Qgabinete = 288.72 Wh

Y como en un cálculo precedente ya habíamos calculado:

Qaire = 80.88 Wh.,

Sustituyendo estos valores en la fórmula de QB, tendremos:

QB = Qgabinete + Qaire,

QB = 288.72 + 80.88

QB = 369.6 Wh

Por lo que la potencia requerida en watts para elevar la temperatura del gabinete en 6

minutos estará dada por:

QB

tc

(QL ) Pw = + • (1 + F. S.)

Donde:

Tc = tiempo del ciclo de trabajo = 6 min. = 0.1 hr.

F. S. = factor de seguridad = 10%


Pw = (3,696 + 1,398.18) • 1.1 = 5,094.18 • 1.1

Pw= 5,603.6 watts

Calor requerido para reemplazar las pérdidas de calor en las paredes, techo y piso del horno (refiérase a la figura 31):

369.6

0.1 (1,398.18) Pw = + • (1 + 0.1)


62

FIGURA 31.- DESIGNACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR DE LA CABINA

Las pérdidas totales de calor estarán dadas por:

QL = QL1 + QL2 + QL3 + QL4 + QL5 + QL6 + Qapertura puertas

Donde: QL = Pérdidas de calor totales en las paredes del horno

QL1 = Puerta delantera

QL2 = Puerta trasera

QL3 = Pared izquierda

QL4 = Pared derecha

QL5 = Techo

QL6 = Piso

Qapertura puertas = Pérdida de calor por apertura de puertas.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Para las puertas delantera y trasera:

Dimensiones de la puerta: 1.55 m alto x 1.55 de ancho. (5.08 ft alto x 5.08 ft ancho)

Puerta delantera = 5.08 x 5.08 = 25.8 ft²

Puerta trasera = 5.08 x 5.08 = 25.8 ft²

Material: MDF

∆T = Diferencia de temperatura a través del material (T2 – T1) = (45 – 5) °C = (113 – 41) °F =

72°F

L = espesor de la placa de MDF = 1.5”, consideremos el espesor de 1” en el gráfico G126S

de Chromalox, figura 32.


63

QL1 = A • FSL •CF • te

donde:

A = Superficie del área que transfiere calor (ft²) = 25.8 ft²

FSL = Factor de pérdida por convección en la superficie del material (W/ft²) = 3 (utilizando

el gráfico G-126S proporcionado por Chromalox, fig. 32)

CF = Factor de orientación de la superficie = 1

Te = tiempo de exposición (hrs.) = 1

QL1 = 25.8 • 3 • 1 • 1

QL1 = 77.4 Wh, y como QL1 = QL2

QL2 = 77.4 Wh

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Para las paredes izquierda y derecha:

Dimensiones de las paredes: 1.55 m alto x 2.36 de largo (5.08 ft alto x 7.74 ft largo)

Pared izquierda = 5.08 x 7.74 = 39.32 ft²

Pared derecha = 5.08 x 7.74 = 39.32 ft²

Material: Multypanel

L = espesor de la placa de Multypanel = 2”

∆T = (T2 – T1) = (45 – 5) °C = (113 – 41) °F = 72°F

A = Superficie del área que transfiere calor (ft²) = 39.32 ft²


el gráfico G-126S proporcionado por Chromalox, figura 26)

CF = Factor de orientación de la superficie = 1




QL3 = 39.32 • 3 • 1• 1

QL3 = 117.96 Wh, y como QL3 = QL4

QL4 = 117.96 Wh

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


64

Para el techo:

Dimensiones del techo: 1.55 m alto x 2.36 de largo. (5.08 ft alto x 7.74 ft largo)

Superficie del techo = 5.08 x 7.74 = 39.32 ft2

Material: Multypanel

∆T = (T2 – T1) = (45 – 5) °C = (113 – 41) °F = 72°F

CF = 1.29



la figura 26, que contiene el gráfico G-126S proporcionado por Chromalox)



QL5 = 39.32 • 3 • 1.29• 1

QL5 = 152.16 Wh

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Para el piso:

Dimensiones del piso: 1.55 m alto x 2.36 de largo. (5.08 ft alto x 7.74 ft largo)

Superficie del piso = 5.08 x 7.74 = 39.32 ft2

Material: Cemento

∆T = (T2 – T1) = (45 – 5) °C = (113 – 41) °F = 72°F

CF = 0.63


L = espesor de la plancha de cemento = 5”


QL6 = 39.32 • 3 • 0.6• 1

QL6 = 70.77 Wh

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Para la apertura / cierre de puertas:

Como se realizan 10 aperturas de puertas por hora y debido a que son simultáneas,

entonces tendremos que si tardamos 1 minuto por cada apertura:


65

Volumen de inyección del soplador = 5,500 lts/min. @ 440 volts,

Volumen del horno = 5.64 m³

Por lo que tendremos en un minuto:

No. de cambios de aire por minuto = 5500 /5640 = 0.97 cambios.

Por lo que el calor total del aire a calentar durante la apertura de las puertas durante una

hora será:

Qapertura puertas = 80.88 • 0.97 • 10 = 784.53 Wh

Por lo que las pérdidas totales de calor serán:

QL = QL1 + QL2 + QL3 + QL4 + QL5 + QL6 + Qapertura puertas

QL = 77.4 + 77.4 + 117.96 + 117.96 + 152.16 + 70.77 + 784.53

QL = 1,398.18 Watts

FIGURA 32.- GRÁFICO 126S DE LA INFORMACIÓN TÉCNICA DE CHROMALOX

Basados en los cálculos precedentes, se llega a la conclusión que el calentador de proceso

deberá ser de una capacidad de 6 KW a un voltaje de 480 volts. Debido al buen cálculo

realizado, podemos asegurar que será suficiente e incluso no era necesario dar el 10%

como factor de seguridad.


66

Con los datos obtenidos, podemos seleccionar de nuestro manual de calentadores de

proceso Tempco (figura 33) el calentador apropiado:

Calentador CHF 01535 de Tempco, capacidad: 6 Kw, voltaje operación: 480 V, 3 Ph, No.

Elementos: 3, Dimensiones: Dibujo 3.2

FIGURA 33.- CATÁLOGO TEMPCO DE CALENTADORES DE PROCESO

Por lo que la distribución de componentes de la caseta queda como se observa en el

dibujo de la figura 34:


67

FIGURA 34.- DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES DE LA CABINA


68

6.2 DISEÑO DEL CIRCUITO ELÉCTRICO

Para el calefactor:

Asumiendo que el calefactor será alimentado a 450 VAC, 3 fases, por lo que la corriente

consumida por fase para un sistema balanceado será:

W

1.73 · V · cos Φ=I

Donde:

I = corriente total consumida por línea

W = Potencia total de las resistencias = 6 Kw = 6,000 watts.

V = voltaje de la línea = 450 V (línea del cliente).

Cos Φ = 1, ya que se trata de un dispositivo totalmente resistivo.

Sustituyendo en la fórmula

6,000 6,000

1.73 · 450 · 1 778.5=I =

I = 7.7 Amp.

Con el dato anterior, podemos establecer que los relevadores de estado sólido pueden ser

de 10 amp. Como mínimo, manejando un voltaje de 440 / 460 volts.

Si usamos el catálogo de ABB baja tensión, tendremos que el contactor tripolar de

seguridad será un ABB A30-30-10 con un contacto NA, carga máxima de 30 Amp., bobina:

110-127 VAC y No. catálogo: 1SBL281001R2610.

El relevador de estado sólido marca Crouzet para manejar una corriente de 10 A @ 460

volts será un 8413 4100, el cual tendrá las siguientes características:

Corriente promedio nominal = 10 Amp. ,

Voltaje manejado en la salida: 48 – 660 VAC,

Voltaje de entrada: 4-32 Vdc,

Tipo de salida: SCR estado sólido,

Tipo de switcheo: Cruce por cero


69

Para protección de los relevadores de estado sólido, vemos en el catálogo de Crouzet que

el gráfico de la figura 35 nos indica que el relevador soporta hasta un máximo de 70°C en

la base del relevador sin decremento de la potencia.

FIGURA 35.- GRÁFICO DE DECREMENTO DE POTENCIA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

Para conocer si el relevador de estado sólido trabajará en el rango seguro de la curva,

debemos calcular la temperatura de la base, la cual está dada por:

Tbp = Tamb x (W x Rs-a), o también:

Tbp = Tamb x (Vf x IL x Rs-a)

Donde:

Tbp = Temperatura en la base de la placa

Tamb = Temperatura ambiente °C = 40°C

W = Potencia disipada en el SSR = Vf x IL

IL = Corriente de carga = 8 Amp.

Vf = (voltaje de caída hacia adelante) = 1.35 Vpk = 0.95 Vrms.

W = 8 x 0.95 = 7.6 watts

Rs-a = Impedancia térmica del disipador = 3°C/W

y sustituyendo:

Tbp = 40 + ( 7.6 x 3 ) = 40 + 22.8 = 62.8°C


70

Si nosotros optaramos por un disipador con mejor impedancia térmica, por ejemplo uno

de 2°C/W, tendríamos que:

Tbp = 40 + (7.6 x 2 ) = 40 + 15.2 = 55.2°C.

Esto definitivamente nos incrementará el precio de los disipadores con una ganancia no

sustancial en la temperatura del SSR ya que 62.8°C es una temperatura aceptable.

Con lo cual concluimos que un disipador de 3 °C/W es aceptable y elegimos un disipador

Crouzet No. Cat. HS301.

Otro punto a tener en cuenta es la curva I²t que es el valor en A²s que soporta la unión del

fusible. En la hoja de especificaciones mostrada en la figura 36, vemos que el mínimo

valor al cual se abre totalmente el SSR será 120 A²s, es decir, que para proteger nuestro

SSR, la I²t del fusible deberá ser menor a 120 A²s.

FIGURA 36.- HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL SSR HS301

En la hoja de especificaciones de la fig. 37 referente a los fusibles Ferraz A60Q, vemos que

para el fusible A60Q10-2 (600 Volts, 10 Amp.), la I²t es de 110 con lo cual podemos

asegurar que el fusible se abrirá antes de que el SSR se dañe.


71

FIGURA 37.- HOJA DE ESPECIFICACIONES FUSIBLES FERRAZ A60Q

Para el motor del soplador:

La corriente máxima del motor estará dada por:

Imáx = (P x 1000) / (V • cos Φ • 1.73 • eff.)

donde:

Cos Φ = 0.73

eff = 68% = 0.68

V = 450 Volts

P = 0.250 Kw.

Sustituyendo:

Imáx = (0.250 x 1000) / ( 440 x 0.73 x 1.73 x 0.68) = 250 / 386.44

Imáx = 0.65 Amp.

El National Electrical Code establece que los fusibles con retardo de tiempo clase CC para

pequeños motores pueden ser dimensionados hasta 400% de su valor de corriente

nominal. Tomando en cuenta lo anterior, si dimensionamos al 300% tendremos:

Fusible recomendado = 300% x Inom. = 3 x 0.65

Fusible recomendado = 1.95 Amperes.

Verificando en la tabla de Ferraz para fusibles para pequeños motores, encontramos los

fusibles ATDR con retardo de tiempo Clase CC de 2 amp.


72

Para el contactor de potencia podemos seleccionar un contactor ABB tripolar A9-30-10

con un contacto auxiliar NA.

El relevador de sobrecarga será un ABB 1SBZ211201R1021 con un rango de ajuste de

0.63 – 1.0 Amp.

Para el transformador de control (440 V / 110 V @ 300 VA)

Para el cálculo del fusible en el primario del transformador de control, éste debe ser como

máximo el 300% si la carga no excede de 2 Amp.

La carga total a 450 Volts para un sistema monofásico estará dada por:

I = P / V

donde:

P = 300 VA = 300 W

V = 450 Volts aprox.,

Sustituyendo:

I = 300 / 450 = 0.666 Amp.

Multliplicando por el 300% tendremos:

I = 0.666 Amp. X 3 = 1.998 Amp.

Por lo cual, seleccionaremos el fusible ATQR-2 (figura 38):

FIGURA 38.- FUSIBLES FERRAZ RECOMENDADOS PARA EL PRIMARIO DE TRANSFORMADORES DE CONTROL DE UNA

FASE


73

El interruptor de presión se montó en la salida del soplador como se muestra en la figura

39. El puerto de sensado se conectó a la salida del soplador y el puerto de venteo se puso

a la atmósfera.

FIGURA 39.- MONTAJE DEL INTERRUPTOR DE PRESIÓN EN EL SOPLADOR

Por lo que la disposición de nuestro diagrama eléctrico de fuerza quedará como se

muestra en la página siguiente mediante la figura 40.


74

FIGURA 40.- DIAGRAMA ELÉCTRICO DE FUERZA


75

6.3 DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL

Para poder nosotros iniciar el diseño del circuito de control, empezaremos por establecer

las condiciones y criterios de funcionamiento del horno.

1.- Ambas puertas, la anterior y la posterior deben estar cerradas para iniciar la fase de

calentamiento. Estas condiciones sólo serán indicadas en el diagrama eléctrico ya que el

circuito neumático finalmente no fue diseñado por Tempco de México. Como un

requerimiento, en el tablero se dejaron dos lugares para que se puedan conectar las

señales de las puertas por otro de los proveedores.

2.- El calefactor del proceso será de 6 Kw, a 480 volts. El voltaje en la planta es

aproximadamente 450 volts.

3.- El soplador a usar será operado con un motor de 3 fases, 0.250 watts, 480 volts.

4.- La fase de calefacción sólo puede ser iniciada si se cumplen las siguientes condiciones:

a) Las puertas están cerradas

b) La protección térmica del soplador no está abierta.

c) El interruptor de presión para detección de aire esta cerrado.

5.- El circuito de control será a 110 volts.

6.- La protección del soplador deberá ser mediante un interruptor bimetálico para la

sobrecarga y fusibles para cortocircuito, además de un interruptor de flujo.

7.- Los fusibles de protección para los relevadores de estado sólido deben ser fusibles

semiconductores.

8.- El dispositivo de control de temperatura será un controlador de temperatura de la

marca TEMPCO mod. HW 4300

Parámetros programados:

Setpoint 1: SP1, 45°C

Alarma 1: AL1, 10°C

Configuración:

SP = 1SP (Setpoint 1 activo)

Sensor de entrada:


76

InP: HCFG = tc (termocople)

InP: SEnS = J (tipo de termocople J)

InP: dP = 0 (1°)

InP: Unit = °C

Salidas activas 1 y 2:

Out: 01F (salida 1)

Out: 02F (salida 2)

Alarmas AL1:

OAL1: Out2 (salida correspondiente a la señal de alarma, salida 2)

AL1t: Hı Ab (tipo de alarma: alarma máxima absoluta, referenciada al valor de la alarma

AL1)

Parámetros de control rEG:

Cont: P id (Tipo de control PID simple)

Cont: Pb (banda proporcional): 40

Cont: dEr (derivada): 5

Cont: Int (Integral): 0

9.- El sensor de temperatura será por medio de un termocople tipo J de punta desnuda.

10.- En la figura 41 se muestra el diagrama conteniendo el circuito de control

11.- En la figura 42 se muestra el diagrama de conexionado del controlador de

temperatura a los relevadores de estado sólido

12.- En la figura 43 se encuentra el diagrama de las clemas de conexiones.

13.- En la figura 44 se muestra la distribución de componentes en el gabinete eléctrico

14.- En la figura 45 se muestra una tabla conteniendo el listado de partes utilizadas


77

FIGURA 41.- CIRCUITO DE CONTROL


78

FIGURA 42.- DIAGRAMA DE CONEXIONADO DEL CONTROLADOR DE TEMPERATURA A LOS RELEVADORES DE

ESTADO SÓLIDO


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FIGURA 43.- DIAGRAMA DE LAS CLEMAS DE CONEXIONES


80

FIGURA 44.- DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES EN EL GABINETE ELÉCTRICO


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PARTIDA CANTIDADUNIDAD DE

MEDIDAMARCA

CÓDIGO / MODELO /

TIPODESCRIPCIÓN

1 1 pza. RITTAL RIT1057500

Gabinete en lámina de acero, altura 700 mm.,

Ancho: 500 mm., Profundidad 250 mm., con platina

de montaje

2 1 pza. ABB 1SDA050873R1Interruptor termomagnético de 30 A, 3 Polos en caja

moldeada, 480 Volts AC,

3 1 pza. ABB 1SBL281001R2610Contactor Tripolar A30-30-10, bobina a 110-127

VAC.4 1 pza. Siemens A7B10000002617 Botón doble Siemens 3SA81005 4 pza. ABB LS-05143 Canal ranurado gris de 25 x 40 mm.6 12 pza. Siemens 8WA2808 Ángulo terminal 7 12 pza. Siemens 8WA88600AC Secuencias Numéricas 8 6 pza. Siemens 8WA10113DF21 Clema de montaje triple Siemens 8WA1011-3DF21

9 1 pza. Siemens 3SB32486BA20Lámpara Piloto marca Siemens o similar, color rojo,

120 VAC

10 1 pza. Siemens 3SB32012KA11Interruptor selector 2 posiciones, 1 NA + 1 NC,

marca Siemens, 3SB1201-2AB01

11 1 pza. ABB 1SBL141001R8410Contactor tripolar A9-30-10, Bobina 110-120, con un

contacto NA

12 1 pza. ABB 1SBZ211201R1021Relevador de sobrecarga TA25DU1.0 con un

contacto NC

13 1 pza. Siemens 8WA1898 Barra Unión

14 1 pza. Tempco HW 4300 Controlador de temperatura Tempco

15 1 pza. Tempco CHF 01535Calentador de proceso, capacidad: 6 Kw, voltaje

operación: 380 V, 3 Ph, No. Elementos: 3.

16 1 pza. Leister Silence Soplador radial de presión media, 6000 lt/min.

17 1 pza.

Columbus

Electric

Mfg. Co.

Rh3aInterruptor de presión diferencial, presión máxima:

1/2 psi., rango ajustable: .05 a 12" columna agua.

18 1 pza. TempcoMTA5-J-2-M-B-H-20-

0-E-A-0-0Termocople tipo J

19 2 pza. Ferraz ATQR-2Fusible con retardo de tiempo, clase CC para

transformadores pequeños.

20 3 pza. Ferraz ATDR-2 Fusible con retardo de tiempo, clase CC para

pequeños motores

21 3 pza. Ferraz A60Q10-2 Fusible para protección de semiconductores

22 8 pza. Ferraz 30311R Portafusibles Midget Fuse Block

23 1 pza. Volt power VP 300 Transformador de control 440/110 V @ 300 VA

24 2 pza. Crouzet HS 301 Disipador de calor 3°C / W

25 2 pza. Crouzet 8413 4100

Relevador de estado sólido, Corriente promedio

nominal = 10 Amp. , Voltaje manejado en la salida:

48 – 660 VAC, Voltaje de entrada: 4-32 Vdc, Tipo de

salida: SCR estado sólido, Tipo de switcheo: Cruce

por cero

26 1 Lote Lote de mangueras, tornillería, etc.

LISTADO DE PARTES UTILIZADAS

FIGURA 45.- LISTADO DE PARTES UTILIZADAS


82

6.4 MANUAL DE OPERACIÓN

a) UBICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LOS DIVERSOS COMPONENTES DEL HORNO

Refiérase a la figura 46 que se muestra en la parte inferior:

FIGURA 46.- UBICACIÓN DE LOS DIFERENTES COMPONENTES DEL HORNO

a) Cuerpo del horno (cabina)

Estructura forrada de multilpanel y que sirve de cabina cerrada para poder introducir

los gabinetes metálicos o ”frames”.

b) Banda de rodillos locos

Transportador a base de rodillos locos donde se monta el gabinete metálico.

c) Tablero eléctrico

Gabinete desde donde se controla el sistema de calefacción completo (soplador,

calentador e interruptor de presión diferencial).

d) Calentador de aire

Elementos calefactores a base de resistencias eléctricas colocadas dentro de un tubo

cilíndrico. Al hacerse pasar aire por el interior de este tubo, el aire se calienta, se

libera y después es introducido a la cabina.


83

e) Soplador de aire

Equipo que suministra el volumen y presión de aire necesario para ser introducido al

calentador de aire.

f) Puertas

Puertas del horno fabricadas en MDF y activadas por sistema neumático. Por aquí se

permite la introducción y el retiro de los gabinetes metálicos.

b) OPERACIÓN DEL HORNO

1.- Posición inicial del horno. Puertas cerradas, tanto la frontal como la trasera.

2.- Identificación de los controles del tablero que controla el horno (figura 47).

FIGURA 47.- IDENTIFICACIÓN DE LOS CONTROLES DEL TABLERO

3.- Gire a la derecha el interruptor de energizado o encendido del control (figura 48)

FIGURA 48.- ENCENDIDO DEL CONTROL


84

4.- La lámpara piloto ámbar del tablero energizado se debe encender (figura 49)

FIGURA 49.- LÁMPARA PILOTO SE ENCIENDE, MOSTRANDO EL TABLERO ENERGIZADO

5.- El controlador de temperatura se enciende. Coloque el valor del setpoint de la

temperatura deseada en el controlador. Como sugerencia de Tempco: por la mañana

en verano ponga a 45°C y también por la mañana en invierno ponga a 60°C (figura 50).

FIGURA 50.- EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA SE ENCIENDE

6.- Aunque la salida de calentamiento del controlador se encienda, las resistencias no

calientan porque el contactor de seguridad no se ha cerrado por falta de flujo de aire,

el cual deberá ser activado por el arranque del motor acoplado al soplador (figura 51).

FIGURA 51.- LA SALIDA DE CALENTAMIENTO DEL CONTROLADOR SE ENCIENDE


85

7.- Para programar el valor deseado de temperatura en el controlador, presione y suelte la

tecla P, el display PV mostrará “SPn” (y el setpoint que esta activo en ese momento

aparecerá), para modificar el valor programado del setpoint se utiliza la tecla para

incrementar o para decrementar el valor. Una vez programado el valor deseado del

setpoint, presione la tecla P nuevamente y se regresará a modo de funcionamiento

normal.

FIGURA 52.- DESCRIPCIÓN DEL TECLADO DEL CONTROLADOR

8.- Para arrancar el motor del soplador de aire, presione el botón verde.

FIGURA 53.- DONDE SE MUESTRA EL ARRANCADOR DEL SOPLADOR

9.- En el momento que el interruptor de presión diferencial detecta flujo de aire

suficiente, se cierra el contactor de seguridad de las resistencias y éstas empiezan a

calentar. Usted observará que el display indicador de la temperatura empieza a

cambiar a mayor valor.


86

10.- Una vez que la temperatura del horno esta muy cerca del valor del setpoint, el

controlador empieza a mandar pulsos, haciendo fluctuar la temperatura hacia arriba y

hacia abajo muy cerca del setpoint. Deje que el horno se estabilice con un tiempo

entre los 30 y 60 minutos.

11.- Una vez que el horno esté listo, abra la puerta de entrada e introduzca el gabinete

metálico. Esta acción debe realizarse en el menor tiempo posible para evitar que haya

pérdida de temperatura dentro del horno. En pruebas realizadas, se comprobó que

hay pérdidas de calor de aproximadamente 2°C por minuto en el interior del horno al

abrir una puerta. En temperada invernal, este gradiente de pérdida de temperatura

puede ser mayor.

Mida el tiempo que se tarda en introducir un gabinete metálico, por ejemplo: Si usted

calcula que utiliza 1 min., en introducir un gabinete, entonces el diferencial en el

controlador debiera ubicarse en 47°C

6.5 MANTENIMIENTO DEL HORNO

Tanto la cabina del horno, así como los componentes que forman el sistema de

calefacción (soplador, calentador, interruptor de presión, tablero eléctrico y sistema

neumático) necesitan ser revisados e inspeccionados periódicamente para su óptimo

funcionamiento.

En las líneas subsecuentes se da una guía enfocada hacia el mantenimiento preventivo de

dicho horno, aunque cualquier deterioro o sospecha de malfuncionamiento debe ser

reportada y corregida inmediatamente.

Mantenimiento del soplador

ACTIVIDAD FRECUENCIA PERSONAL

1. Revise que el ventilador del motor se encuentre libre de

polvo, suciedad, etc. Quite la tapa trasera del motor y

limpie el ventilador perfectamente.

Mensual Mecánico


87

2.- Revise que los aletados del motor no se encuentren

llenos de polvo suciedad, limpie perfectamente.

Mensual Mecánico

3.- Verifique que el “oído” del soplador o succión no esté

tapado o lleno de polvo, suciedad, pelusa, etc. Limpie

Perfectamente con un trapo húmedo. Si la experiencia le

muestra requerir mayor limpieza, reduzca la frecuencia

de los eventos.

Mensual Mecánico

4.- Revise que no existan fugas de aire porla manguera que

va del soplador hacia el calentador. Repare

inmediatamente.

Mensual Mecánico

5.- Revise la vibración del soplador, si nota que vibra mucho,

entonces verifique el anclaje del mismo. Si lleva un

programa de análisis de vibraciones, tome las muestras

cada mes y de acuerdo al nivel de tendencia, haga las

correcciones necesarias.

Mensual Mecánico

6.-Verifique que las conexiones del motor están

perfectamente apretadas y que no presentan signos de

calentamiento o de chisporroteo. Repare de inmediato

en caso necesario.

Trimestral Eléctrico

Mantenimiento del calentador

El calentador requiere realmente poco mantenimiento, aunque de vital importancia:


1. Verifique que no existan signos de corrosión en la carcasa

del calentador.


2. Inspeccione los cables que entran a la caja de conexiones

del calentador, verifique que están perfectamente

apretadas y que no presentan signos de recalentamiento

o chisporroteo. Repare de inmediato en caso neceario.



88

3. Revise que no existan fugas de aire por las mangueras

que va del calentador hacia el interior del horno. Repare

inmediatamente.

Mensual Mecánico

Mantenimiento del interruptor diferencial

El interruptor de presión diferencial debe estar perfectamente ajustado para prevenir

daño al calentador en caso de ausencia o bajo flujo de aire.


4. 1. La activación del interruptor de presión Eléctrico

diferencial debe de ser simulado tapando parcialmente la

entrada o succión de aire del soplador. Cuando se realiza

esta acción, el interruptor se abre y por ende se suspende

la alimentación al calentador. La sensibilidad para la

desactivación queda a discreción del personal de

mantenimiento, aunque una alta sensibilidad hará que el

sistema detecte más fácilmente cualquier anomalía y esto

obliga a un mantenimiento (limpieza) más frecuente del

tubo pitot de admisión. Si la alimentación del contactor

no se suspende, entonces será necesario reajustarlo. El mal

ajuste del interruptor puede desencadenar en un daño al

calentador ya que las resistencias seguirán calentando sin

flujo de aire y al no existir éste último, es muy probable que

las resistencias del calentador se dañen porque no existe

5. ningún medio de extracción del calor generado.


Mantenimiento del tablero eléctrico

Aunque el tablero eléctrico fue diseñado para operar sin ventilador, es necesario que se

observe que la temperatura ambiente circundante al tablero no supere los 40°C.

En caso que así sea, entonces será necesario adaptarle un ventilador.


89


1. Limpie cuidadosamente todos los espacios del tablero

eléctrico con aspiradora, si es necesario utilice un

desengrasante dieléctrico para retirar la suciedad.


2. Revise que todo el cableado este acomodado, Trimestral

Eléctrico así como las tapas de canaletas en su lugar.


3. Reapriete todas las conexiones del tablero eléctrico así

como las de los componentes, revise que no haya cables

dañados o con signos de probable daño. Repare en caso

de ser necesario.


4. Tome las lecturas de corriente tanto del calefactor de

proceso como el del motor del ventilador. Revise que no

existan desviaciones a las mediciones originales.

Mensual Eléctrico

7.- PRUEBAS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Las pruebas se realizaron en verano, el horno seguramente iniciará su proceso de

calentamiento a una temperatura entre 12 y 14°C.

Las condiciones iniciales a las cuales se realiza la prueba son las siguientes:

Parámetro Valor

Temperatura ambiente a las

7:30 am. 14°C

Temperatura superficial del

refrigerador 13°C

Valor del setpoint en el

control de temperatura 45°C

Entrada del horno Puerta cerrada

Salida del horno Puerta cerrada con

cortina hawaiana

El horno espera necesariamente el arranque del motor del soplador, a manera de que el

interruptor de presión detecte que hay flujo de aire suficiente y entonces manda

alimentación eléctrica a las resistencias a través del contactor.


90

Se toma la temperatura a la salida del calefactor (aprox. 2 cms.) siendo esta de aprox.

510°C.

Se tomaron las corrientes del calefactor en las 3 fases:

Fase 1: 6.2 Amperes

Fase 2: 6.3 Amperes

Fase 3: 6.3 Amperes

Lo cual significa que el sistema esta balanceado y los tres elementos del calefactor están

trabajando correctamente.

Una vez que el proceso de calefacción ha iniciado, se toman las temperaturas con una

pistola infrarroja marca Raytek, obteniéndose las siguientes temperaturas en el cuerpo de

los gabinetes metálicos.

Temperatura en el gabinete Hora Tiempo

15°C 07:37 Inicio

32°C 07:39 2 min.

38°C 07:40 3 min.

40°C 07:41 4 min.

45°C 07:42 5 min.

La siguiente prueba se realiza a las 9:06 con los siguientes parámetros:

Temperatura en el gabinete Hora Tiempo

21.5°C 09:06 Inicio

28°C 09:07 1 min.

33°C 09:08 2 min.

38°C 09:09 3 min.

44°C 09:10 4 min.

45°C 09:11 5 min.

Se comprueba que hay pérdidas de calor de aproximadamente 2°C por minuto en el

interior del horno al abrir una puerta.


91

PROBLEMAS ENCONTRADOS EN EL DESARROLLO:

a) Los componentes eléctricos y de control del sistema es conveniente que se encuentren

a una temperatura ambiente no mayor a 35 o 40°C.

b) El motor con el soplador, el calentador de aire y el interruptor de presión diferencial

fueron diseñados para trabajar fuera del horno, tal y como se representa en el dibujo

de la figura 46.

c) El motor del soplador debe trabajar a una temperatura ambiente entre 35 y 40°C para

mantener su eficiencia.

d) Recomendamos que el calentador de aire se ubique fuera del horno.

e) El interruptor de presión diferencial también es conveniente que se encuentre a una

temperatura ambiente máxima de 40°C, debido a que sus componentes eléctricos no

deben superar esta temperatura, aunque el diafragma puede resistir temperaturas

hasta de 80°C, pero únicamente el aire que entra a éste.

Debido a estas razones, Tempco México RECOMIENDA QUE TODOS LOS COMPONENTES

DESCRITOS CON ANTERIORIDAD ESTÉN FUERA DEL HORNO. EL TENERLOS EN EL INTERIOR

DEL HORNO PUEDE TRAER COMO CONSECUENCIA FALLAS PREMATURAS EN EL SISTEMA.

8.- CONCLUSIONES

En base a las pruebas y a la forma en que se trabaja el horno se concluye que:

a) El horno se diseño para calentar las superficies del gabinete metálico en un tiempo

promedio de 6 min., a partir de una temperatura mínima ambiental de 5°C lo cual se

logró e incluso se puede mejorar.

b) El horno en condiciones de puertas cerradas logra temperizar los gabinetes

aproximadamente en 5 min. para dar un aproximado de 10 gabinetes por hora.

c) La forma de operar el equipo es simple, no requiere más que un entrenamiento básico

como el mostrado en el capítulo 6.4 MANUAL DE OPERACIÓN: Operación del Horno

d) Se observa que el personal de producción puso el calentador en el interior de la cabina.

Es necesario sacar el calentador y montarlo sobre la parte superior de la cabina como

se diseño originalmente.


92

e) Es necesario sacar el soplador y el interruptor de presión. Ambos equipos no están

fabricados para trabajar a temperaturas superiores a 60°C.

f) El costo de los equipos suministrados caen dentro de los costos presupuestados por

Tempco México, por lo que la utilidad que se esperaba para Tempco como proveedor

fue lograda al 100%.

9.- RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS

En base a los resultados obtenidos y a la forma de operar el horno que se tiene por el

personal de operaciones, se recomienda para diseños futuros:

a) Implementar el circuito de control con un temporizador donde puedan ser medido el

tiempo de proceso a partir de que se cierran las puertas. Esto le daría mayor

consistencia al proceso y no dejaría una de las variables en manos del operador.

b) Instalar amperímetros en la alimentación del calefactor de proceso para determinar

rápidamente si no existe daño en el mismo. El balanceo de las fases nos puede dictar si

el calefactor está en buen estado.

c) Asegurarse que el personal de mantenimiento realice los trabajos indicados en la

sección 6.5 Mantenimiento del Horno.

d) Asegurarse que todo el personal que opera el horno, ha leído y entiende el

funcionamiento y la operación del horno.


10.- APÉNDICES

APÉNDICE 1.- TABLA DE EMISIVIDADES DE ALGUNOS METALES Y NO METALES PARA SER

USADAS EN LAS PÉRDIDA POR RADIACIÓN EN LA ECUACIÓN 3C.

Como usar:

Regla 1: Las perdidas de calor de una superficie no aislada (con una emisividad cercana a 1.0). (Esto aplica

únicamente para diferencias con la temperatura ambiente superiores a 250°F).

Pérdidas (W/in²) = (∆T (°F) arriba de la temperatura ambiente) / 200

Regla 2: Las perdidas de calor de una superficie aislada. (Este aislamiento es asumido como 1” de espesor y

tiene un valor K de cerca de 0.5 Btu-in/hr-ft²-°F. Usese únicamente para superficies menores de

800°F).

Pérdidas (W/in²) = (∆T (°F) arriba de la temperatura ambiente) / 950


11. - BIBLIOGRAFÍA

a) CRYDOM, Heat Sink Calculations, www.crydom.com

b) CRYDOM, Protecting SSRs against short circuit and overcurrent , www.crydom.com

c) ARIAN CONTROL & INSTRUMENTACIÓN, Control PID, Conceptos básicos,

www.arian.cl

d) WATLOW, Application Guide, www.watlow.com

e) A. O. Smith Training Department, Air Pressure Switches,

f) TEMPCO MEXICO, Controlador Electrónico Digital con microprocesador Mod. HW4900,

www.tempcomexico.com

g) CHROMALOX, Factores y gráficos relacionados a la pérdida de calor www.chromalox.com

h) LEISTER, Leister Silence Operating Instructions www.leister.com

i) El ABC de la instrumentación en el control de los procesos industriales,

Enríquez Harper, Gilberto

Editorial Limusa

http://www.crydom.com/

http://www.crydom.com/

http://www.arian.cl/

http://www.watlow.com/

http://www.tempcomexico.com/

http://www.chromalox.com/

http://www.leister.com/


12.- GLOSARIO DE TÉRMINOS

“auto tune”

Los controladores de temperatura hoy en día que usan control PID, tienen funciones de auto

sintonización automática. Durante el periodo del auto sintonización, el equipo controla la potencia

al proceso y mide la tasa de cambio, el sobredisparo y el tiempo de respuesta de la planta. Esto lo

hace por el método de Zeigler-Nichols y calcula los valores de la fórmula, es decir, el controlador

“aprende”. Una vez que el período de auto sintonización ha terminado, los valores de P, I y D son

almacenados y usados por el controlador.

Banda Mica

Resistencias fabricadas con núcleo de Micanita y cina Nicromel con forro de acero inoxidable, se

ocupan en máquinas de inyección o cuerpos cilíndricos a temperaturas no muy altas.

Calor latente

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase,

de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).

Cartucho de alta concentración

Las resistencias denominadas cartuchos de alta concentración son resistencias calefactoras

blindadas en forma cilíndrica y generalmente con la conexión por un extremo. Permiten ser

fabricados con una alta densidad de carga ( Watts/cm2), por lo que en poco espacio pueden

concentrar potencias elevadas. La aplicación principal es en el calentamiento de moldes o bloques

metálicos y usos con vibraciones y altas temperaturas de utilización. Otras aplicaciones son: en

maquinaria de envase y embalaje, en moldes y boquillas de inyección de plástico o zamak, en

útiles como marcadores, en prensas calientes para vulcanizado y en diversos procesos industriales

en los que haya que aportar calor.

Cartucho de baja concentración

Las resistencias denominadas cartuchos de baja concentración son resistencias calefactoras

blindadas en forma cilíndrica y generalmente la conexión por un extremo. El circuito está aislado

en el interior de piezas cerámicas, no pudiendo fabricarse en densidades de carga mayores a 5

Watts/cm2.

La aplicación principal es en el calentamiento de moldes o bloques metálicos y al contrario de los

denominados cartuchos de alta concentración, no permiten usos con vibraciones ni más de 300ºC

en la superficie del cartucho.


Certificación UL

Es una organización sin fines de lucro de certificación y prueba de la seguridad de los productos o

equipos, tiene una reputación de ser líder en la prueba y certificación de productos en cuanto a su

seguridad. UL es uno de los asesores más reconocidos y acreditados del mundo.

El logotipo de UL significa que el producto ha sido aprobado en cuanto a requisitos de seguridad

para su normal operación.

También significa que las comprobaciones periódicas de las instalaciones de fabricación

certificadas por UL han reafirmado este estado de seguridad.

Coeficiente de temperatura

El coeficiente de temperatura es una medida del cambio de un parámetro como resultado de un

cambio en la temperatura ambiente.

Conductividad térmica

Es la propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En el

Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/ (K•m)

Damper

Un “dámper” es una válvula o placa que detiene o regula el flujo de aire dentro de un ducto,

chimenea, manejadora de aire o cualquier otro equipo que maneje aire. Un “dámper” puede ser

usado para cortar el suministro de aire acondicionado a un cuarto o para regular la temperatura

entre habitaciones.

Efecto Seebeck

El efecto Seebeck es la conversión de diferencias de temperatura directamente a electricidad.

Error

El error indica la divergencia de un valor teórico o ideal.

Estabilidad

Es la habilidad de un instrumento para mantener la precisión de la medición sobre un período de

tiempo especificado.

Hardware

El término hardware se refiere a todas las partes tangibles de un sistema informático; sus

componentes son: eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos. Son cables, gabinetes o

cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado


Hysteresis

La histéresis es la diferencia máxima para una cantidad medida entre la escala superior y la escala

inferior durante una excursión por el rango total del instrumento en cada dirección.

Interruptor termomagnético (breaker)

Un interruptor termomagnético o “breaker” en inglés, es un dispositivo capaz de interrumpir la

corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su

funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente

eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto,

de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la

corriente que va hacia la carga.

Inercia térmica

Inercia térmica es la propiedad que indica la cantidad de calor que puede conservar un cuerpo y la

velocidad con que la cede o absorbe.

Precisión

La precisión es el grado de conformidad con el standard establecido, por lo tanto una precisión

cero corresponde al valor ideal.

Reconocimiento “CSA”

La marca de certificación Internacional CSA International indica que un producto, proceso o

servicio ha sido probado contra un estándar Canadiense o Estaounidense y alcanza o excede los

requerimientos aplicables de CSA u otro documento reconocido y usado como una base para la

certificación.

Para los consumidores, la marca de CSA es entendida como una prueba de que el producto es de

alta calidad y es seguro.

Repetibilidad

Repetibilidad indica la probabilidad de repetir las mediciones en las mismas condiciones y obtener

los mismos resultados.

Resolución

La resolución es el valor mínimo que un instrumento puede leer sin incertidumbre.

Rigidez Dieléctrica

Es la intensidad del campo eléctrico para el cual el material deja de ser un aislador para

convertirse en un material conductor


Sensitividad

Sensitividad es un término general para medir la proporción de respuesta (en tiempo o magnitud)

a un estímulo o señal.

Sensor infrarrojo

El sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de

los cuerpos en su campo de visión.

Software

Es el conjunto de los programas de cómputo, procedimientos, reglas, documentación y datos

asociados, que forman parte de las operaciones de un sistema de computación.

Tolerancia

La tolerancia corresponde al valor de imprecisión en la fabricación y es aceptada dentro de los

valores indicados.

Tiristor

Es un dispositivo electrónico semiconductor que tiene dos estados de funcionamiento: conducción

o bloqueo. Posee tres terminales: Ánodo (A), Cátodo (K) y Puerta (G).


13.- ANEXOS

CURRICULUM VITAE

D A T O S G E N E R A L E S

NOMBRE: Rodrigo Delgado Rubalcava PROFESION: Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica LUGAR DE NACIMIENTO: Ciudad Aldama, Chihuahua FECHA DE NACIMIENTO: 6 de septiembre de 1959 ESTADO CIVIL: Casado No. DE HIJOS: 2 R. F. C: DERR-590906-UW8 REGISTRO DEL I.M.S.S.: 0178593592 LICENCIA DE MANEJO: Tipo A, No. 02C0037995 No. DE PASAPORTE: 93540010577 No. CARTILLA DEL SMN: 10921913 DOMICILIO: Fuente de Roma No. 119-A, Col. Fuentes del Valle, Tultitlán, Edo. De Méx.

C. P. 54910 TELEFONO: (55) 58-67-64-32 045 55 3254 7998

E S C O L A R I D A D

PROFESIONAL

ESCUELA: E.S.I.M.E. (Departamento de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica) AÑOS CURSADOS: 5 (1978-1983) ESPECIALIDAD: Computación

BACHILLERATO

ESCUELA: Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 3 del I.P.N. AÑOS CURSADOS: 3 (1975-1978) ESPECIALIDAD: Técnico en Electrónica

SECUNDARIA

ESCUELA: Técnica Industrial y Comercial No. 119 AÑOS CURSADOS: 3 (1972-1975)

PRIMARIA

ESCUELA: Lisandro Calderón AÑOS CURSADOS: 6 (1966-1972)


C U R S O S

Nombre del Curso: Entrenamiento en la reparación de maquina Fresadora Hurco. Mod. MB-1. Empresa que dio el curso: Hurco Manufacturing Co. Lugar, Fecha, Duración: Indianápolis, Indiana, USA. Duración del curso: 40 Horas. Nombre del Curso: Capacitadores Internos. Empresa que dio el curso: Asociación de Industriales de Tlalnepantla Lugar y Fecha del curso: Asociación de Industriales de Tlalnepantla, Julio de 1988. Duración del curso: 32 Horas. Nombre del Curso: Administración por Objetivos. Empresa que dio el curso: Grupo Corporativo Vitro, S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Asociación de Industriales de Tlalnepantla, Marzo de 1989 Y Septiembre de 1990. Duración del curso: 64 Horas. Nombre del Curso: Curso de Programación Básico SIMATIC TI 505. Empresa que dio el curso: Isertec, S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Isertec, S. A. de C. V; Febrero de 1992. Duración del curso: 32 Horas. Nombre del Curso: Calidad Total. Empresa que dio el curso: Grupo Corporativo Vitro, S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Hotel Sevilla Palace, Abril de 1992. Duración del curso: 24 Horas. Nombre del Curso: Hidráulica Proporcional. Empresa que dio el curso: Vickers Mexicana S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Vickers Mexicana S. A. de C. V. y Regioplast S. A. de C. V. Noviembre de 1994. Duración del curso: 40 Horas. Nombre del Curso: Entrenamiento para la Operación del Sistema De Verificación de Etiqueta. Empresa que dio el curso: Packaging Technologies & Inspection. Lugar y Fecha del curso: Tuckahoe, NY, USA, Abril de 1995. Duración del curso: 32 Horas. Nombre del Curso: Sensibilización al Cambio. Empresa que dio el curso: Grupo Quaker State. Lugar y Fecha del curso: Hotel Villa del Conquistador, Cuernavaca, Mor. Junio de 1995. Duración del curso: 32 Horas.


Nombre del Curso: STOP (Alto al Acto Inseguro). Empresa que dio el curso: Pyn, S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Pyn, S. A. de C. V. Abril – Mayo de 1998. Duración del curso: 24 Horas. Nombre del Curso: Sembrando Mi Liderazgo Empresa que dio el curso: Mexicana de Lubricantes, S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Ajijic, Jal. Septiembre de 1999. Duración del curso: 36 Horas. Nombre del Curso: Auditores Internos. Empresa que dio el curso: mexicana de Lubricantes S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Hotel Holiday Inn, Lagos de Moreno, Jal. Octubre de 1999. Duración del curso: 18 Horas. Nombre del Curso: Programación Sistema SAP (Módulo Mantenimiento) Empresa que dio el curso: mexicana de Lubricantes S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Oficinas Corporativas Mexlub, Gdl, Jal. Enero de 1999. Duración del curso: 32 Horas. Nombre del Curso: Programación STEP 5 Básico. Empresa que dio el curso: Siemens S. A. de C. V. Lugar y Fecha del curso: Siemens S. A. de C. V. México D. F. Marzo del 2000. Duración del curso: 40 Horas.

E X P E R I E N C I A P R O F E S I O N A L

Nombre de la Empresa: Swissmex-Rapid, S. A. de C. V. Ubicación: Lagos de Moreno, Jal. Giro de la Empresa: Fabricación y distribución de maquinaria agrícola. Puestos Desempeñados: Jefe de Mantenimiento y Servicios Generales Duración en la Empresa: 2 años, laborando actualmente Actividades Principales: - Control y supervisión del mantenimiento de toda la empresa (Correctivo, preventivo y predictivo)

- Supervisión de los proyectos de infraestructura - Evaluación de proyectos - Control de compra de refacciones para la maquinaria. - Responsable de la seguridad del personal del departamento.

Logros: - Ensamble y Puesta en marcha de la Línea de Lavado y Pintura

- Supervisión del proyecto de alimentación automática de plástico al departamento de Inyección y Soplado.

- Implementación del mantenimiento Predictivo (Termografía, Análisis de Lubricantes y Análisis de Vibraciones).


- Llevar los indicadores de Mantenimiento de Planta arriba del 95%. No. de personas a mi cargo: - 6 en línea directa, 24 en línea indirecta.

Nombre de la Empresa: Lubricantes Especializados de Veracruz, S. A. de C. V. Ubicación: Boca del Río, Ver. Giro de la Empresa: Distribución de Aceites Lubricantes Golfo Puestos Desempeñados: Ingeniero de Servicio y Gerente de Calidad Duración en la Empresa: 1 año Actividades Principales: - Control, selección y supervisión de los proyectos que Se hicieron para los clientes.

- Ingeniería en la selección de los lubricantes industriales para los clientes.

Nombre de la Empresa: Tempco México, S. A. de C. V. Ubicación: Azcapotzalco, Distrito Federal Giro de la Empresa: Fabricación y Venta de Calefacción Industrial Puestos Desempeñados: Gerente de Ingeniería Duración en la Empresa: 6 meses Actividades Principales: - Control, selección y supervisión de las compras para los proyectos que se hacen a los clientes.

- Evaluación, control y supervisión de contratistas. - Reparación de equipos electrónicos que distribuye la empresa. - Diseño, Fabricación y Puesta en marcha de equipos de proceso para

calefacción industrial. Logros: - Diseño y Fabricación de Horno para colocación de Termoencogible en Kraft Foods de México.

- Diseño, Fabricación y Puesta en marcha de Sistema de calefacción para flasheo de agua en TAMSA, Veracruz.

- Diseño y Fabricación de Horno de Secado para Stabilit - Modificación de control eléctrico / electrónico para Vendo de México

en San Juan del Río, Qro. - Diseño, Fabricación e Implementación del sistema de calefacción

para cabina individual de tratamiento térmico para gabinetes de refrigerador en Vendo de México.

No. de Personas a mi Cargo: 02 en línea directa.

Nombre de la Empresa: Interfil, S. A. de C. V. Ubicación: Tultitlán, Edo. México. Giro de la Empresa: Fabricación de filtros automotrices. Puestos Desempeñados: Gerente de Mantenimiento Duración en la Empresa: 4 años. Actividades Principales: - Control y supervisión del Mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo de los equipos de la planta.

- Evaluación, control y supervisión de contratistas. - Coordinación, control y supervisión del almacén de refacciones.


Logros: - Mantener la utilidad de los equipos productivos arriba del 90%. - Puesta en marcha y reacondicionamiento de más de 30 máquinas. - Supervisión en la construcción y puesta en marcha de Nave de 6000

m2. No. de Personas a mi Cargo: 06 en línea directa.

- 30 en línea indirecta. Nombre de la Empresa: Sarnamotive México, S. A. de C. V. Ubicación: Lechería, Edo. México. Giro de la Empresa: Fabricación de partes automotrices inyectadas, extruidas y

termoformadas. Puestos Desempeñados: Gerente de Mantenimiento Duración en la Empresa: 4 años. Actividades Principales: - Control y supervisión del Mantenimiento preventivo y correctivo de los equipos de la planta.

- Control y supervisión del Mantenimiento Preventivo y Correctivo de los Moldes de la Planta.

- Control y supervisión del Depto. de Procesos de la planta. - Evaluación, control y supervisión de contratistas. - Coordinación, control y supervisión del almacén de refacciones. - Responsable de la calidad de los servicios (aire a presión, agua y

energía eléctrica). Logros: - Mantener la utilidad de los equipos productivos arriba del 93%.

- Automatización de 2 maquinas de inyección y creación de 7 pokayokes.

- Cero accidentes incapacitantes en los departamentos bajo mi responsabilidad durante 4 años.

No. de Personas a mi Cargo: 04 en línea directa. - 30 en línea indirecta.

Nombre de la Empresa: Mexicana de Lubricantes S. A. de C. V. Ubicación: Lagos de Moreno, Jal. Giro de la Empresa: Fabricación de Aceites y Grasas Lubricantes. Puestos Desempeñados: Subgerente de Mantenimiento y Servicios Generales. Duración en la Empresa: 1.5 años. Actividades Principales: - Control y supervisión del Mantenimiento preventivo y correctivo de los equipos de la planta.

- Control y supervisión del Mantenimiento predictivo de la planta. - Control y supervisión de la calibración de los equipos e instrumentos

de la planta. - Evaluación, control y supervisión de contratistas. - Desarrollo e implementación de proyectos que coadyuven a la

productividad de la planta. - Coordinación, control y supervisión del almacén de refacciones. - Responsable de la calidad de los servicios (aire a presión, vapor,

aceite caliente, agua y energía eléctrica). Logros: - Mantener la utilidad de los equipos productivos arriba del 97% Durante 1999 y 2000.


- Diseño y Automatización de 5 máquinas para aumentar la productividad del área de aceite.

- Cero accidentes incapacitantes en los departamentos bajo mi responsabilidad durante 1.5 años.

- Implementación del Software de Mantto. Preventivo (SAP) - Creación e implementación del mantenimiento a instrumentos de la

Planta. No. de Personas a mi Cargo: 05 en línea directa, 20 en línea indirecta.

Nombre de la Empresa: PYN S. A. de C. V. Ubicación: Calle 9 No. 8, Alce Blanco, Naucalpan Edo. De México. Giro de la Empresa: Fabricación de películas plásticas. Puestos Desempeñados: Jefe de Mantenimiento Eléctrico, Electrónico e Instrumentación. Duración en la Empresa: 2 años. Actividades Principales: Mantenimiento preventivo de tipo eléctrico, electrónico.

- Mantenimiento correctivo de tipo eléctrico, electrónico, instrumentación e hidráulica.

- Mantenimiento predictivo a motores eléctricos principales de maquinas de calandreo y a subestaciones y equipo eléctrico en general.

- Desarrollo e implementación de proyectos para la automatización de maquinaria.

- Responsable de la seguridad del personal a mi cargo. - Responsable del stock de refacciones eléctricas y electrónicas.

Logros: - Mantener el tiempo muerto por paros de maquinaria menor al 4%.

- Tener toda la maquinaria de la planta bajo un programa de mantenimiento preventivo.

- Cero accidentes incapacitantes en mi área durante mi permanencia en la empresa.

- Desarrollo e implementación de proyectos tales como: instalación y arranque de mezcladora Plasmec, desarrollo e implementación de guiador electrónico para lamina biorentada, control electrónico de la cascada de la maquina de biorentado, diseño e implementación del circuito hidráulico de precargas de la Calandrea 6, reacondicionamiento eléctrico y electrónico total de la maquina estampadora 2, reacondicionamiento total eléctrico, electrónico e instrumentación de la laminadora Liberty, control computarizado de 2 enfriadores de agua.

- Capacitación en piso al personal de electrónica e instrumentación. No. de maquinas a mi cargo: 30 Equipos principales mas equipo periférico. No. de personas a mi cargo: En línea directa 4, en línea indirecta 25.

Nombre de la Empresa: BOTELUB, S. A. De C. V. (GRUPO QUAKER STATE) Ubicación: Av. 1ª de Mayo No. 45, Col. San Andrés Atoto, Naucalpan, Edo. De

México Giro de la Empresa: Fabricación de tapas y envases de plástico Puesto desempeñado: Gerente de Producción Duración en la empresa: 1 año


Actividades principales: - Control de las diferentes áreas de la empresa como son: Mantenimiento Producción Almacenes Aseguramiento de la calidad Servicios

- Coordinación de proyectos relacionados con la automatización de la planta

- Planeación mensual de la producción - Evaluación de gastos y presupuestos mensuales - Planeación y control del abasto de materia prima mensual

Logros: - Eficiencia global de la planta arriba del 93% - Diferencia de inventarios físico y teórico en 0 - Oportunidad de abasto de materia prima al 100% - Instalación del mantenimiento preventivo computarizado - Realización del mantenimiento preventivo en un 80% de la

maquinaria - Cambio de imagen de producto global en un tiempo de 2 meses

No. de personas a mi cargo: 5

Nombre de la Empresa: REGIOPLAST, S. A. de C. V. (GRUPO VITRO) Ubicación: Av. Industria No. 1, Los Reyes Iztacala, Tlalnepantla, Edo. De México Giro de la Empresa: Fabricación de tapas y envases de plástico Puestos desempeñados: Jefe de Mantenimiento de Inyección y Ensamble (Noviembre de 1992 a

Enero de 1994). Jefe de Electrónica (Abril de 1990 a Noviembre de 1992 y de Enero de 1994 a Marzo de 1995)

Duración en la Empresa: 5 años Actividades Principales: - Planeación y Control del mantenimiento preventivo y correctivo de

tipo mecánico (neumático e hidráulico), eléctrico y electrónico de maquinas de inyección y ensamble

- Planeación y control del mantenimiento preventivo y correctivo De tipo electrónico de todos los equipos de la planta - Desarrollo e implementación de proyectos de tipo electrónico de todos

los equipos de la planta. - Elaboración del estudio de máximos y mínimos de refacciones para

maquinaria. - Elaboración y control de presupuestos anuales del departamento de

electrónica. - Traducción de manuales de equipo y maquinaria. - Capacitación en piso del personal del departamento de electrónica

concerniente al equipo de este tipo. - Implantación de cursos de seguridad al personal bajo mi

responsabilidad. Logros: - Reducción de tiempos muertos por mantenimiento en el área de Inyección y ensamble del 6% al 1%.

- Automatización de 10 maquinas de extrusión – soplo para Aumentar la confiabilidad de su producción.

- Reducción de tiempos muertos por mantenimiento electrónico del 4% al 0.5%.


- Reducción de tiempos muertos por mantenimiento del 8% al 1%. - Elevación de la eficiencia de los tornos de control numérico del 35%

al 90%. No. de maquinas a mi cargo: 29 No. de personas a mi cargo: 4

Nombre de la Empresa: REGIOMOLD, S. A. de C. V. (Grupo Vitro) Ubicación: Recursos Petroleros No. 1 Fracc. Industrial La Loma, Tlanepantla, Edo. De México. Giro de la Empresa: Fabricación de moldes de inyección y soplado para tapas y envases plásticos. Puestos Desempeñados: Ingeniero de Mantenimiento (1 año) Jefe de Mantenimiento (4 años). Duración en la Empresa: 5 años. Actividades Principales: - Planeacion y control del mantenimiento preventivo y correctivo del equipo de la empresa.

- Control de refacciones nacionales y de importación para la maquinaria y el equipo.

- Control y registro de los libros oficiales de maquinaria ante las dependencias oficiales del gobierno.

- Supervisión y control de obras realizadas en la empresa por contratistas.

- Administración y control del recurso humano del departamento de mantenimiento.

- Diseño y fabricación de unidades de control para moldes de inyección.

- Implementación en un 70% del mantenimiento preventivo y predictivo de los equipos de la planta.

- Implementación al 100% de la calibración de equipo de laboratorio y de instrumentos de la planta.

- Cero accidentes incapacitantes durante el año 1999 y en el 2000. - Implementación en un 70% del programa computarizado de

mantenimiento. - Desarrollo de proyectos tales como la automatización de la línea de

envasado de tambores de 200 lts. - Reordenamiento del almacén de refacciones en un 100%. - Control de gastos dentro del presupuesto autorizado en 1999.

No. de maquinas a mi cargo: 30 Equipos principales mas equipo periférico. No. de Personas a mi Cargo: En línea directa 4.

Nombre de la Empresa: PRECI, S. A. de C. V. Ubicación: Ingenieros Militares No. 32, Naucalpan, Edo. De México. Giro de la Empresa: Venta y Servicio de maquinas – herramientas de control numérico Y maquinas de soporte para equipos de cómputo. Puestos Desempeñados: Ingeniero de Servicio. Duración en la Empresa: 2.5 años. Actividades Principales: - Servicio de mantenimiento preventivo y correctivo de tipo Electrónico a maquinas – herramientas de control numérico


De los clientes de la empresa. - Servicio de mantenimiento preventivo y correctivo de tipo

electrónico a maquinas de soporte para equipos de computo de los clientes de la empresa.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · 2017. 6. 7. · La fuerza de trabajo en el 2012 consiste aproximadamente en 500 empleados. Los productos TEMPCO se venden en todo Estados Unidos