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OPTIMIZACIÓN DE LOS RECURSOS DE AIRECOMPRIMIDO EN LOS FILTROS DE MANGAS ENLA PLANTA DE ESTUCOS SUMICOL SABANETA

CAMILO JARAMILLO MIRANDA

Semestre de industria para optar el título deINGENIERO ELECTRÓNICO

ASESOR UDEAAMADO TAVERA CRESPOIngeniero Electrónico Universidad de Antioquia

ASESOR SUMICOL CORONARAUL ANTONIO ORTEGA LOPEZ

Ingeniero Instrumentación y Control Politécnico Jaime Isaza Cadavid

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICAMEDELLÍN

2009



2

CONTENIDO

1. INTRODUCCION.............................................................................................6

1.1. OBJETIVOS……....…………………………………………………………...71.1.1. OBJETIVO GENERAL………………………………………………...7

1.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS………………………………………….7

1.2. JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………8

1.3. ANTECEDENTES…………………………………………………………...9

1.4. MARCO TEORICO………………………………………………………….10

1.4.1. FILTRO DE MANGAS………………...……………………………..10

1.4.1.1. INTRODUCCION…………………………………………….111.4.1.2. FUNCIONAMIENTO…………………………………………12

1.4.1.3. LIMPIEZA…………………………………………………….13

1.4.2. ESTUCO..…………………………………………………………….14

1.4.2.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ESTUCO…..…........14

1.4.2.1.1. EXTRACCION……………………………………14

1.4.2.1.2. TRITURACION..…………………………………15

1.4.2.1.3. MOLIENDA PRIMARIA….………………………15

1.4.2.1.4. CRIBADO…………………………………………15

1.4.2.1.5. CALCINACION Y MOLIENDA SECUNDARIA.16

1.4.2.1.6. ENSAYOS Y PRUEBAS…..……………………16

1.4.2.1.7. ALMACENAMIENTO Y EMPACADO…….……16

1.4.2.2. PLANTA DE ESTUCOS SUMICOL…………………..…...16

1.4.3. SWITCHES DE ESTADO SOLIDO.…..…………………………….17

1.4.3.1. TIRISTORES …..……………………………………………..17

1.4.3.1.1. APLICACIONES TIRISTOR……………………..19

1.4.3.2. TRIAC………………………………………………………….19

1.4.3.2.1. APLICACIONES TRIAC…...……...……………..20

1.4.4. MICROCONTROLADORES…………………………………………20

1.4.4.1. MICROCONTROLADOR GP32…….………………………22

2. DISEÑO Y DESARROLLO...……………………………….…………………..25

2.1. CIRCUITO ELECTRÓNICO.……………………………………………….27

2.1.1. ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO……………………………...28



3

2.1.2. ETAPA DE CONTROL……………………………………………....32

2.1.2.1. PROGRAMACION…………………………………………..33

2.1.2.1.1 SUBRUTINA DECODIFICACION SEÑAL

INFRARROJO……………………………………37

2.1.3. ETAPA DE POTENCIA……………………………………………..41

3. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA……………………………………….....44

3.1. TARJETA DE CONTROL………………..…………………………………44

3.2. TARJETA DE POTENCIA…………………………………………….........45

3.3. ENSAMBLE FINAL…………………………………………………………46

4. ANALISIS DE RESULTADOS………………………………………………….48

5. CONCLUSIONES………………………………………………………………..53

REFERENCIAS…………………………………………………………………..54

ANEXOS…………………………………………………………………………..55

HOJA DE DATOS DEL MOC3011..……………………………………………55

HOJA DE DATOS DEL TRIAC Q4015L5...……………………………………59



4

INDICE DE FIGURAS.

Figura 1. Filtro Mangas planta estucos……………………….…..……………….11

Figura 2. Funcionamiento Filtro Mangas………………………………………….12

Figura 3. Ciclo limpieza Filtro Mangas…………………………………………….13

Figura4. Proceso de extracción.…………………………………………………...15

Figura 5. Proceso de Molienda……………………………………………………..15

Figura 6. Símbolo Tiristor……………………………………………………………18

Figura 7. Símbolo Triac……………………………………………………………...20

Figura 8. Esquema Microcontrolador………………………………………………21

Figura 9. Asignación pines GP-32…….………………………..………………….24

Figura 10. Diagrama del Sistema…………………………………………………..26

Figura 11. Diagrama de bloques para el sistema implementado……………….28

Figura 12. Montaje de los circuitos que componen el circuito electrónico…….28

Figura 13. Interfaz 120Vac/5Vdc…………………………………………………...29

Figura 14. Circuito Acondicionador 120Vac/5Vdc………………………………..29

Figura 15. Simulación en Spice Rectificador Media onda……….…………..…..30

Figura 16. Simulación en Spice Comparador……..………………………………31

Figura 17. Diagrama de conexiones……………………………………………….32

Figura 18. Diseño en Eagle para el circuito de acondicionamiento y control….33

Figura 19. Diagrama de flujo para el programa del Microcontrolador………….35

Figura 20. Función usada en el microcontrolador para inicializar los puertos...37

Figura 21. Codificación radiación infrarroja……………………………………….38

Figura 22. Trama de datos tecla control SONY…………………………………..39



5

Figura 23. Etapa de Potencia……………………………………………………….41

Figura 24. Diseño en Eagle para el circuito de Potencia………………………...43

Figura 25. Animación Software Eagle3D Tarjeta de Control……………………44

Figura 26. Tarjeta de Control……………………………………………………….45

Figura 27. Animación Software Eagle3D Tarjeta de Potencia………………….45

Figura 28. Tarjeta de Control……………………………………………………….46

Figura 29. Montaje Final…………………………………………………………….47

Figura 30. Puesta en marcha del sistema en el gabinete de la planta…….…..47

INDICE DE TABLAS.

Tabla 1. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Agosto………………….49

Tabla 2. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Septiembre…………….49

Tabla 3. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Octubre…..…………….50

Tabla 4. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Diciembre………………51

Tabla 5. Horas promedio y costo total por mes…………………………………...52

Tabla 6. Ahorro económico con el nuevo diseño………………………………...52



6

1. INTRODUCCION

Para muchas empresas industriales que vierten gases a la atmósfera, la

captación y depuración de partículas sólidas presenta una problemática muy

diversa, según el tamaño y características del proceso de producción y de la

legislación ambiental al respecto de los residuos industriales. Para esas

empresas, la eliminación de productos en polvo del gas de descarga es vital

por diversas razones tales como:

- Evitar peligros para la salud o la seguridad.

- Tener control de la emisión de gases a la atmósfera y poder cumplir con

las normas del estado.

- Mejorar la calidad de los productos.- Recuperación de productos valiosos en los procesos.

Los filtros de mangas son equipos representativos de la separación sólido-gas

mediante un medio poroso. En la industria de beneficios de materiales no

metálicos, se utilizan principalmente para la recuperación de materia prima que

puede ser utilizada de nuevo en el proceso, a la vez que se evitan emisiones

de partículas contaminantes a la atmósfera y se elevan los estándares de lacalidad en la producción, logrando así incrementos en la eficiencia de las

plantas. Estos equipos para su funcionamiento requieren de grandes

cantidades de aire comprimido para su limpieza.

El "Aire Comprimido" en la industria se considera como una Fuente de Energía

comparable a la electricidad, el gas y el agua. El aire comprimido, a pesar de

que posee muchas ventajas de uso y, aparentemente, es gratuito, es una delas fuentes más caras de energía en las Industrias, en general debido a la baja

eficiencia de los sistemas neumáticos. Por esto, la organización Corona, en su

proyecto y cultura de reducción de costos energéticos que viene realizando en

los dos últimos años, vio la gran oportunidad de ahorrar en recursos

energéticos optimizando el consumo de aire comprimido usado en la operación

de los filtros de mangas.



7

Este proyecto tiene como objetivo la reducción de costos energéticos en el

sistema de disparos de los 8 filtros de mangas de la planta de Estucos de

Sumicol, disminuyendo la cantidad de aire comprimido usado en su operación,

mediante un Sistema Electrónico moderno, el cual secuenciará los disparos de

todas las electro válvulas de manera óptima, con la posibilidad de cambiar los

parámetros de tiempo de disparo, tiempo entre filtros y tiempo entre válvulas de

manera instantánea, por medio de una interfaz de usuario. El proyecto incluye

estudio completo del costo de operación del sistema antes y después del

proyecto; desarrollo, fabricación, montaje y puesta a punto del Sistema

Electrónico, y control y seguimiento de las señales eléctricas y neumáticas que

actúan en el proceso y con todos los enclavamientos que el sistema requiera.

1.1. OBJETIVOS

1.1.1. OBJETIVO GENERAL

Implementar un nuevo sistema de control, para la optimización de los recursos

de aire comprimido en la planta Estucos de Sumicol, mediante el desarrollo de

un sistema electrónico, capaz de secuenciar y realizar el disparo de todas las

electro válvulas (48) asociadas a los filtros de mangas (8), con la posibilidad de

cambiar su tiempo de disparo, tiempo entre válvulas y con todos los

enclavamientos que el sistema requiera.

1.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Estudiar como trabaja el actual sistema de control implementado en la

planta para los filtros de mangas, para poder tener una visión másamplia del tema y determinar sus desventajas y sus posibles mejoras.

• Diseñar, implementar y poner en operación un sistema electrónico para

el control de los disparos de los filtros de mangas.

• Estimar el costo y las ventajas del funcionamiento del aire comprimido

de la planta antes y después de la ejecución de este proyecto, con el

fin de cuantificar los beneficios técnicos, ambientales y económicos

logrados.



8

1.2. JUSTIFICACIÓN

El aire comprimido es uno de los recursos más convenientes y a menudo de

esencial utilidad en la industria, pero es un producto muy costoso;

aproximadamente el costo del aire comprimido es más de diez veces el

equivalente a la cantidad de la potencia eléctrica; la mayor parte de la energía

usada para comprimir el aire se transforma en calor y se pierde a la atmósfera.

El sistema de compresores encargado de proveer el aire comprimido utiliza

energía eléctrica para su funcionamiento, por lo que un pequeño ahorro en aire

comprimido representa un gran ahorro de electricidad. En el caso de

SUMICOL, este pequeño ahorro puede lograrse optimizando el sistema de

disparos de los filtros de mangas de la planta de Estucos, ya que estos están

trabajando de manera ineficiente y consumiendo para su limpieza, más aire

comprimido del que realmente necesitan para su adecuado funcionamiento.

En estos momentos, el sistema de control actual de los disparos de los filtros

de manga está integrado por ocho controles individuales, uno para cada uno de

los filtros, trabajando de manera independiente, activándose varios de ellos al

tiempo y provocando una gran demanda de aire comprimido, lo cual se vereflejado en mayor carga para los compresores, los cuales dejan de trabajar en

vacío y pasan a trabajar a toda potencia.

El disparo del chorro de aire comprimido que se utiliza para la limpieza de las

mangas se hace con mayor frecuencia de lo realmente necesario, causando

pérdidas de aire y desgaste de mangas.

Muchos de los controles actuales no funcionan debido a los años, y son

difíciles de reparar puesto que la electrónica de estos sistemas es antigua y la

empresa no cuenta con los planos eléctricos de ellos; adicionalmente, algunos

controles no están enclavados con el respectivo ventilador de cada filtro, lo

que quiere decir que la parte neumática sigue trabajando sin importar que el

filtro este apagado.

Una solución a los problemas anteriormente enunciados es diseñar un sistema

robusto y con un único control, capaz de secuenciar y realizar el disparo de



9

todas las electro válvulas, con la posibilidad de cambiar su tiempo de disparo,

tiempo entre válvulas y con todos los enclavamientos que el sistema requiera.

1.3. ANTECEDENTES

La Organización CORONA S.A está conformada por diversas empresas

dedicadas a la manufactura y comercialización de productos para el

mejoramiento del hogar y la construcción.

Una de las empresas más grandes de la organización CORONA es Sumicol, la

cual es una empresa manufacturera dedicada a la actividad minera, a la

provisión de insumos industriales, servicios técnicos y productos

semielaborados para diversas industrias, principalmente, cerámicas, del vidrio,

de la pintura, del papel, de la edificación y demás empresas de la organización

CORONA, con base en minerales no metálicos, servicios técnicos y productos

semielaborados.

Otra línea de negocios de Sumicol es Materiales para la construcción, en la

cual se fabrican todos los productos CORONA como el estuco, pegantes,

yesos, drywall, boquillas entre otros. Elementos que son necesarios tanto para

la construcción como para instalación, obra gris y acabados.

El estuco es uno de los productos más representativos y más rentable de la

línea de materiales para la construcción. Este es elaborado en la planta de

estucos ubicada en el parque industrial de Sumicol sabaneta, en donde hay

dos líneas de producción y en donde los filtros de Mangas son de vital

importancia en la planta por muchos motivos (contaminación, recuperación de

productos en el proceso, seguridad, entre otras); sus ductos de succión están

conectados en partes criticas de contaminación, en los procesos de molienda,

calderin, silos de almacenamiento y empacadoras; en total hay ocho filtros.

En estos momentos, el sistema de control actual de los disparos de los filtros

de manga para efectuar su proceso de limpieza está integrado por ocho

controles individuales constituidos por unas pequeñas tarjetas electrónicas,

cuya función es secuenciar los disparos de las 6 electro válvulas de cada filtro

de manga. Todas las tarjetas funcionan de manera independiente, por lo que


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10

es imposible tener un control global en la planta para todos los filtros de

mangas. Puede suceder que varias tarjetas se activen al tiempo y produzcan

mayor demanda de aire comprimido, lo que se ve reflejado en los

compresores, los cuales necesitarán más potencia para cubrir esa demanda.

1.4. MARCO TEORICO.

1.4.1. FILTROS DE MANGAS.

1.4.1.1. INTRODUCCION.

La captación y depuración de partículas presenta una problemática muy

diversa en los distintos procesos industriales que generan emisiones a la

atmósfera. La recuperación de productos en polvo del gas de descarga es vital

para cualquier industria, buscando evitar los problemas de polución o

pretendiendo incrementar el rendimiento de la planta.

Los filtros de mangas son uno de los equipos más representativos de la

separación sólido-gas mediante un medio poroso: aparecen en todos aquellos

procesos en los que sea necesaria la eliminación de las partículas sólidas quearrastra una corriente gaseosa haciéndola pasar a través de un tejido. En la

Figura 1 aparece un filtro de Mangas de la planta de estucos de Sumicol.

.

La eliminación de polvo o de las pequeñas gotas que arrastra un gas puede ser

necesaria bien por motivos de contaminación, para acondicionar las

características de un gas a las tolerables para su vertido a la atmósfera o biencomo necesidad de un proceso para depurar una corriente gaseosa intermedia

en una etapa de fabricación. En ocasiones, el condicionante de la separación

será un factor de seguridad, ya que algunos productos en estado de partículas

muy finas forman mezclas explosivas con el aire.



11

Figura 1. Filtro de Mangas planta estucos

La recogida de polvo o eliminación de partículas dispersas en gases se efectúa

para finalidades tan diversas como:

• Control de la contaminación del aire.

• Reducción del coste de mantenimiento de los equipos.

• Eliminación de peligros para la salud o para la seguridad.

• Mejora de la calidad del producto.

• Recuperación de productos valiosos.

• Recogida de productos en polvo.



12

1.4.1.2. FUNCIONAMIENTO.

Durante una operación normal (figura 2), La separación del sólido se efectúa

haciendo pasar el aire con partículas en suspensión, mediante un ventilador

extractor, a través de la tela que forma la bolsa; de esa forma el polvo serecolecta en la parte exterior de éstas, formando una torta filtrante. A

continuación el gas fluye hacia afuera de las mangas, dejando atrás los sólidos.

El gas limpio fluye por el espacio exterior de los sacos, y se lleva por una serie

de conductos hacia la chimenea de escape.

Los filtros de mangas constan de una serie de bolsas con forma de mangas, de

fibra sintética o natural, puestas en unos soportes para darles consistencia y

encerradas en una carcasa de forma y dimensiones muy similares a las de una

casa. El gas contaminado, al entrar al equipo, fluye por el espacio que está

debajo de la placa a la que se encuentran sujetas las mangas y hacia arriba

para introducirse en ellas.

Para una correcta efectividad en un sistema de filtración de polvo hay que tener

en cuenta las características del polvo a tratar, su grado de humedad,

temperatura, espacio disponible y otros factores específicos.

Figura 2. Funcionamiento Filtro Mangas



13

1.4.1.3. LIMPIEZA.

El sistema de limpieza está compuesto por un venturi (direccionador de aire),

una flauta (tubo perforado por donde se inyecta aire comprimido a las mangas),

un pulmón (donde se almacena el aire comprimido), una electroválvula dediafragma de dos vías ( facilita el acceso de aire comprimido a la línea que se

va a limpiar), un control de disparos (ordena los tiempos de disparo y entre

disparos, y los alterna entre las diferentes tipos de mangas), un manómetro

diferencial (indica la diferencias de presión entre la cámara limpia y la cámara

sucia) y un compresor (el cual debe proveer al sistema de aire limpio, seco y en

la cantidad necesaria). [1]

Durante un ciclo de limpieza con aire comprimido (figura 3), la limpieza se

produce por filas de mangas, disponiendo de un ducto con tantos orificios como

mangas existan; por estos huecos se inyecta aire comprimido y el sistema de

control selecciona el par de elementos a limpiar y activa la correspondiente

electroválvula que abre una válvula de diafragma. Un pulso de aire comprimido

de alta presión es, entonces, dirigido hacia el centro del cartucho, soplando en

dirección contraria (reversa) el polvo acumulado en su superficie; las partículas

resultantes de este proceso, son dirigidas hacia la tolva de recolección,

impulsadas por la acción de la gravedad y ayudadas por el flujo de aire, gracias

a su diseño descendente.

Figura 3. Ciclo limpieza Filtro Mangas.



14

Este tipo de filtro se utiliza en la planta de Estucos, en la cual se tienen un total

de ocho, a los cuales se les diseñará un único sistema de control para efectuar

su limpieza.

1.4.2. ESTUCO.

El estuco es una pasta de grano fino compuesta de cal apagada (normalmente,

cales aéreas grasas), mármol pulverizado y pigmentos naturales, que se

endurece por reacción química al entrar en contacto el carbonato cálcico de la

cal con el dióxido de carbono (CO2), y se utiliza sobre todo para enlucir

paredes y techos. Admite numerosos tratamientos, entre los que se destacanel modelado y tallado para obtener formas ornamentales, el pulido para darle

una apariencia similar al mármol y el pintado polícromo con fines decorativos.

1.4.2.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ESTUCO.

El estuco es una mezcla de minerales no metálicos que se extrae de las

canteras sometiéndose seguidamente a varias fases preparatorias y

productivas.

1.4.2.1.1. LA EXTRACCIÓN.

El estuco (combinación de minerales no metálicos) se extrae de minas al aire

libre o subterráneas utilizando máquinas perforadoras especiales y explosiones

controladas no contaminantes como se observa en la figura 4. El tamaño de

las piedras obtenidas puede ser de hasta 50 cm de diámetro.



15

Figura 4. Proceso de extracción.

1.4.2.1.2. TRITURACIÓN

Una primera trituración, que reduce las piedras hasta un tamaño inferior a 10

cm para facilitar su posterior manejo, se lleva a cabo en la misma cantera o en

la zona de entrada a la planta.

1.4.2.1.3. MOLIENDA PRIMARIA

En esta parte las piedras, que están en una pila de material, se trasportan enun cargador hasta una trituradora de martillos, y después pasan a un molino

para lograr tamaños aproximados a los 5cm. El proceso descrito se muestra

en la Figura 5.

Figura 5. Proceso de Molienda.

1.4.2.1.4. CRIBADO

Es necesario separar y controlar los tamaños de partículas del material

triturado, para obtener las propiedades de producto requeridas para la

elaboración de los diferentes tipos de estuco; esto se hace con un precipitador

de partículas o ciclón.

1.4.2.1.5. CALCINACIÓN Y MOLIENDA SECUNDARIA

Este proceso comprende la deshidratación parcial o total de la mezcla, junto

con otros aditivos, a temperaturas entre 120 y 400ºC. La estructura y las



16

propiedades del producto final dependen directamente de las condiciones de

calcinación empleadas (temperatura, presión, velocidad).

Después de la calcinación, la mezcla pasa por un proceso de molienda

secundaria, similar al de la etapa de molienda primaria, y luego por unselector , con el objetivo de obtener un material más particulado, del orden de

los 2 o 3 cm; el material que no cumple los requisitos, recircula por el proceso

mediante un tornillo sinfín.

1.4.2.1.6. PRUEBAS Y ENSAYOS

Los ensayos de laboratorio se llevan a cabo en varias etapas de producción,

para garantizar que todos los productos cumplan las estrictas especificaciones

exigidas antes de ser empacados y comercializados.

1.4.2.1.7. ALMACENAMIENTO Y EMPACADO

El material, que después de ser calcinado, molido y pasado por el selector, se

almacena en los silos de producto terminado, desde donde se empaca y se

deposita en estibas.

1.4.2.2. PLANTA DE ESTUCOS SUMICOL

La planta de estucos de Sumicol queda en el parque industrial de Sabaneta y

cuenta con dos líneas paralelas de producción, que laboran todos los días delaño, las 24 horas del día. Cada una de las líneas consta de lo siguiente:

• Molino Molienda primaria.

• Trituradora Molienda primaria.

• Silo de Molienda primaria o silo de crudos.

•

Ciclón Molienda primaria.



17

• Filtro Mangas molienda primaria.

• Calderin.

• Filtro Mangas Calderin.

• Molino Molienda secundaria.

• Silo de Molienda secundaria o silo de calcinado.

• Ciclón Molienda secundaria.

• Selector.

• Filtro Mangas molienda secundaria.

• 3 Silos compartidos de producto terminado.

• Empacadora.

• Filtro de Mangas Empacadora.

1.4.3. SWITCHES DE ESTADO SOLIDO.

1.4.3.1. TIRISTORES

El tiristor (Figura 6), es un conmutador biestable unidireccional, es decir, es el

equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de

dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corrienteeléctrica sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar

grandes sobrecargas de corriente.



18

Figura 6. Símbolo Tiristor.

El dispositivo posee tres terminales: un ánodo, un cátodo y una “compuerta o

gate “ que sirve para el control del dispositivo.

El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir

un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, cuando hay una

tensión positiva entre ánodo y cátodo, o lo que es igual la tensión en el ánodo

es mayor que en el cátodo. El tiristor solo se puede apagar con la interrupción

de la corriente que circula por el dispositivo, abriendo el circuito o haciendo

pasar una corriente en sentido inverso. Si se polariza inversamente, en eltiristor existirá una débil corriente inversa de fugas, hasta que se alcance el

punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento

(por avalancha en la unión).

Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe

generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo y, además, debe

haber una pequeña corriente en la compuerta, capaz de provocar y mantener

un estado de encendido. Para que el dispositivo siga en el estado activo sedebe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que

la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.

A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo.

Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la

transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre

ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta, pero

solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al



19

circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-

cátodo necesaria para que el tiristor conduzca. [2]

1.4.3.1.1. APLICACIONES TIRISTOR.

Normalmente se usan en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes;

también para controlar corriente alterna, donde el cambio de polaridad de la

corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede decir

que el dispositivo opera de forma síncrona cuando, una vez que el dispositivo

está abierto, comienza a conducir corriente en concordancia con el voltaje

aplicado sobre la unión cátodo-ánodo, sin la necesidad de replicación de lamodulación de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma

completa al estado de encendido.

En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de

energía o potencial, de forma que se pueden usar como interruptores

automáticos magneto-térmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito

eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que circula por él se excede de un

determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para

evitar que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden

dañados. El tiristor también se puede usar en conjunto con un diodo zener

enganchado a su puerta, de forma que cuando el voltaje de energía de la

fuente supera el voltaje zener, el tiristor conduce, acortando el voltaje de

entrada proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.

1.4.3.2. TRIAC

El TRIAC (Figura 7) es un dispositivo semiconductor, de la familia de los

transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es

unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse

que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.



20

Figura 7. Símbolo Triac.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían

dos Tiristores en antiparalelo.

Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo

y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al

electrodo puerta. [2]

1.4.3.2.1. APLICACIONES TRIAC.

Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas. Una de ellas

es su utilización como interruptor estático, ofreciendo muchas ventajas sobre

los interruptores mecánicos convencionales y los relés.

Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones, como

atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los

sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No

obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas, como motores eléctricos, se

deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se

apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.

1.4.4. MICROCONTROLADORES

Un microcontrolador es un dispositivo electrónico que incluye las tres unidades

funcionales de un computador: La unidad central de proceso, CPU, la memoria

y las unidades de entrada y salida (Figura 8). Normalmente, un

microcontrolador se considera como un computador integrado en un solo chip



21

pero con unas prestaciones bastante reducidas, siendo éste optimizado para

una aplicación específica.

Figura 8. Esquema Microcontrolador.

Este dispositivo se utiliza como unidad de control en un gran número de

aparatos electrónicos tales como T.V., lavadoras, neveras, reproductores de

mp3/CD, equipos de sonido, pantallas LCD, equipos médicos, celulares, entreotros.

Un procesador tradicional depende de otros circuitos integrados para la

realización de diversas tareas, siendo simplemente la CPU que controla o

gobierna todo el sistema, ubicándose además como de propósito general. Un

microcontrolador incluye, adicional a la CPU, una pequeña cantidad de

memoria y una serie de periféricos de E/S, pudiéndose construir un dispositivo

electrónico con él, junto con unos cuantos elementos adicionales, desde luegopara una aplicación específica.

Los componentes típicos de un MCU son:

• Unidad central de procesamiento o CPU. Normalmente con unas

prestaciones muy reducidas a las de un procesador tradicional.



22

• Memoria tanto de programa como de datos. La cantidad es muy

reducida pero suficiente para manejar una aplicación específica. Se

incluye memoria RAM, EPROM, EEPROM y/o FLASH.

• Generador de reloj para el funcionamiento y sincronía de todo el MCU.

• Periféricos de E/S tales como: puertos de Entrada/Salida, líneas de

interrupción externa, conversores A/D y D/A, generadores de base de

tiempo, comunicación serial, temporizadores de propósito específico,

captura de eventos y generadores de señal PWM, controladores de LCD

gráficos y de caracteres entre otros.

Normalmente, los fabricantes diseñan diferentes familias de MCUs, cada unaespecializada en una aplicación.

1.4.4.1. MICROCONTROLADOR GP32.

Este microcontrolador pertenece a la familia HC08 de Freescale de la Motorota.

Tiene por unidad central de procesamiento la CPU08, la cual tiene un modelo

de programación bien definido, y un conjunto de instrucciones para su

manipulación. La diferencia entre este microcontrolador y otros del tipo HC08

radica en los periféricos que posee y la cantidad de memoria.

Características de la CPU08:

• Compatibilidad con la familia HC05.

• Apuntador de pila (SP) de 16 bits con instrucciones para su

manipulación.

• Registro índice (H:X) de 16 bits con instrucciones para manipular tanto

la parte alta como la parte baja.

• Frecuencia de bus máxima de 8 MHz.

• Espacio de memoria para programa/datos de 64 kbytes.

• 16 modos de direccionamiento.



23

• Movimiento de datos memoria a memoria (página cero) sin usar el

acumulador.

• Multiplicación de 8-bit por 8-bit y división de 16-bit por 8-bit.

• Manejo de aritmética BCD.[3]

La asignación de pines del GP-32 se muestra en la Figura 9. Este

microcontrolador cuenta con 40 pines y la función de cada pin es la siguiente:

• Los pines OSC1 Y OSC2 son para conectar un circuito oscilador.

• El pin RST es un reset a la CPU cuando hay un nivel bajo, es por esto

que se acostumbra a conectarse con una resistencia de pullup.

• El pin IRQ es una interrupción externa para la CPU. También se conecta

con una resistencia de pullup.

• Los pines VDD y VSS son los terminales de 5V y tierra respectivamente

• El puerto A (PTA7/KBI7-PTA0/KBI0) es de propósito general y puede ser

configurado como entrada, salida o como KBI.

• El puerto B (PTB7/AD7-PTB0/AD0) es de propósito general y puede ser

configurado como entrada, salida o como conversor análogo digital.

• El puerto C (PTC4 –PTC0) es de propósito general y puede ser

configurado como entrada o salida.

• El puerto D (PTD5-PTD0) es de propósito general y puede ser

configurado como entrada o salida. Los pines PTD4 y PTD5 pueden ser

configurados como input capture o PWM.

• Los pines PTE1 y PTE0 son de propósito general y puede ser

configurado como entrada o salida y cuando el modulo serial esta

desenmascarado son pines de transmisión y recepción. [4]



24

Figura 9. Asignación pines GP-32.



25

2. DISEÑO Y DESARROLLO.

El primer desafío es encontrar el dispositivo de control que mejor se acomode a

la naturaleza del problema, el cual requiere una solución confiable, versátil,

óptima, robusta, profesional, económica y que se puedan ver y modificar sus

parámetros en cualquier momento.

La solución más acorde con lo anterior seria implementar el diseño con un

PLC; dado que estamos hablando de un ambiente industrial. Sin embargo, este

PLC tendría que tener muchos módulos de entradas y salidas, sistema de

supervisión SCADA (registro de datos y control de supervisión) para ver y

modificar parámetros, probablemente módulos de comunicación y además

necesitaría otro gabinete o reformar el gabinete actual. Esta opción es

descartada, debido a que existe una solución menos costosa e igualmente de

eficiente y confiable.

Esta segunda opción (y la implementada), es un sistema embebido con un

microcontrolador, puesto que las señales que se van a manejar para

magnetizar las electroválvulas requieren poca corriente; además este es

económico, adaptativo, dedicado, rápido, su programación ofrece más ventajasy se le pueden añadir muchos periféricos. Es necesario hacer un diseño con

todas las protecciones, acondicionamiento de señales, aislamiento, manejar un

rango confiable para los elementos y comprar componentes de calidad.

Un segundo desafío es que el microcontrolador GP-32 solo cuenta con 29

pines que se pueden configurar como entradas o salidas y el programa

requiere manejar como mínimo 8 entradas y 48 salidas, sin contar los pines de

control que necesita el usuario para poder cambiar los tiempos y los pines quenecesita el driver de un visualizador como un LCD.

La estrategia implementada para manejar las 48 señales de manera

independiente sin necesidad de utilizar 48 pines, es asignar a cada filtro de

mangas independiente un pin llamado habilitador , o pin enable, y llevar

paralelamente a todos los 8 filtros 6 señales comunes que representan las 6

válvulas de cada filtro, pero que solo serán vistas si el enable del respectivo

filtro esta activado. Por ejemplo si se quiere disparar la válvula 5 del filtro de



26

mangas 3, se debe primero activar el enable del filtro 3 y luego disparar la

válvula 5, esto solo será efectivo en el filtro de mangas 3 puesto que es el único

que tiene en su momento el enable activado; es importante volver a deshabilitar

el enable del filtro cuando acabe el disparo, para que otros disparos ajenos no

repercutan en este filtro.

Con esta solución se logró con 14 pines (8 para los enables de los filtros y 6

para las válvulas) controlar 48 señales independientes.

Se tienen 22 pines ya asignados para el programa (14 pines para las salidas y

8 para las entradas), el LCD requiere 6 pines para su driver, lo que quiere decir

que solo hay un pin libre en el microcontrolador para poder que el usuario

intervenga en el sistema y pueda cambiar los parámetros del programa.

Como el microcontrolador utilizado ofrece en el modulo del TIMER la

posibilidad de configurar el pin del canal como detector de flancos (Input

capture), se logró decodificar las señales de las teclas provenientes de un

control remoto casero, con el objetivo de que el usuario pueda cambiar los

parámetros del programa.

Finalmente el sistema de control para la limpieza de los 8 filtros de mangas de

la planta contiene 8 entradas, un control remoto, un detector de infrarrojos, un

microcontrolador, una etapa de aislamiento, una etapa de potencia de 48

salidas y un LCD visualizador. En la Figura 10 se muestra el diagrama del

sistema.



27

Figura 10. Diagrama del Sistema.

Las 8 entradas son para indicar cuando está en funcionamiento cada filtro de

mangas. El Microcontrolador es el intérprete entre las entradas y las señales

que van desde el control remoto hacia el detector de infrarrojos; también se

encarga de suministrar la señal correcta de activación para la etapa de

aislamiento. La etapa de aislamiento ofrece seguridad de operación para el

LCD, el Microcontrolador y otros componentes electrónicos de la tarjeta. La

etapa de switches de potencia está compuesta por un conjunto de TRIACs, los

cuales son los que controlan el paso de corriente alterna a cada una de las 48

electroválvulas. En todo momento el LCD mostrará una indicación del estado

en el que se encuentra el programa, ya sea en modo configuración o en modo

run.

2.1 CIRCUITO ELECTRÓNICO

Para llevar a cabo el objetivo de poder activar 48 señales independientes, de

acuerdo a las entradas de cada filtro, se diseñó un circuito como el de la Figura

11, que consta de 3 etapas interrelacionadas: Acondicionamiento de señales

de entrada, control y de potencia, la cual consta de dos subetapas: aislamiento

y switches de potencia.



28

Figura 11. Diagrama de bloques para el sistema implementado.

En la imagen que se encuentra a continuación (Figura 12) se puede observar el

montaje de las tres etapas que componen el circuito electrónico usado. La

etapa de acondicionamiento, control y potencia (aislamiento y switches).

Figura 12. Montaje de los circuitos que componen el circuito electrónico.

2.1.1. ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO

Cuando un operario de la planta desde el tablero de control general enciende

algún filtro de mangas, lo que hace es accionar los motores monofásicos del

ventilador y de la válvula alveolar, para que el filtro comience a funcionar. Es

preciso en este momento que el sistema de control del filtro de mangas sepa



29

que el filtro en cuestión está encendido, de lo contrario el sistema tomará este

filtro como apagado -estas serán las entradas para la etapa de control-. Sin

embargo, estás señales son análogas de 120V en comparación con las señales

de 5V directos que maneja la etapa de control, lo que obliga al diseño de una

interfaz que reciba señales 120Vac y los convierta en 5Vdc como se ilustra en

la Figura 13.

Figura 13. Interfaz 120Vac/5Vdc.

Para la solución del problema se implementó el circuito de la Figura 14.

Figura 14. Circuito Acondicionador 120Vac/5Vdc.

El funcionamiento es muy simple: el diodo rectificador D1 rectifica media onda

la señal de 120 Vac, como se observa en la simulación en Spice Figura 15.

Las resistencias R1 y R7 provocan una caída de tensión de la onda. El

capacitor C1 se carga en los ciclos positivos de la onda y en los ciclos



30

negativos el capacitor se descarga provocando una forma de onda que oscila

entre 7.2V y 2.9V.

Figura 15. Simulación en Spice Rectificador Media onda.

El comparador LM339 es un comparador de precisión con muy bajo offset y lo

que hace es comparar las señales de los terminales positivo y negativo; si estadiferencia es positiva el comparador entrega lo que suministra su terminal V+ y

si por el contrario es negativo entregara el suministro de V-.

El terminal positivo (pin 10 Figura 14) está conectado al capacitor C1, el

terminal negativo (pin 9 Figura 14) está conectado a una fuente de 2Vdc, en

tanto que los terminales V+ y V- están conectados a 5Vdc y a tierra

respectivamente.

Como se observa en la Figura 16 el terminal positivo (color verde) siempre es

mayor que el terminal negativo (color azul) provocando en la salida 5Vdc (color

violeta).

.



31

Figura 16. Simulación en Spice Comparador.



32

2.1.2. ETAPA DE CONTROL

La etapa de control se implementó con un Microcontrolador de la familia HC08

de Freescale (GP32) y se programo en lenguaje C bajo la plataforma

CODEWARRIOR.

El diagrama de conexiones del microcontrolador, fuente, oscilador, sensor de

infrarrojo, LCD, entradas y salidas se presenta en la Figura 17.

Figura 17. Diagrama de conexiones.

Se ha usado Eagle 4.15 para diseñar el circuito impreso para la etapa deacondicionamiento y control, el cual contiene dos capas: capa roja es la

superior y la capa azul es la inferior; las entradas están conectadas a una

bornera y las salidas van a unos pines machos, para después conectarlos por

medio de una correa, a la tarjeta de la etapa de potencia. El diseño final se

muestra en la Figura 18.



33

Figura 18. Diseño en Eagle para el circuito de acondicionamiento y control.

2.1.2.1 PROGRAMACION

El objetivo del desarrollo del programa para la tarjeta electrónica es poder tener

control de los 8 filtros de mangas e implementar la manera más optima dellevar a cabo su limpieza, sin que se vea afectada la calidad del proceso.

La idea general de programación es hacer una secuencia de todos los filtros.

Se inicia por el filtro 1 válvula 1, después de limpiarlo se espera el tiempo de

retardo que tiene como parámetro el filtro 1; cuando se cumple este tiempo se

limpia el filtro 1 válvula 2, se vuelve a esperar otra vez el tiempo del filtro 1 y

cuando se cumpla se dispara la válvula 3 del filtro 1, y así sucesivamente hasta

llegar a filtro 1 válvula 6, donde ya el contador que empieza a decrementar no

es el del filtro 1 sino el del filtro 2 y reanuda la secuencia, pero ahora

disparando las válvulas del filtro 2, y así sucesivamente hasta el filtro 8 válvula

6, cuando el ciclo vuelve a comenzar.

Cuando el programa hace el barrido por todos los filtros y algún filtro en su

momento está apagado, el programa espera el tiempo para todas las válvulas

de ese filtro pero no las dispara y después de que termine sigue con el filtro



34

que le precede, y si este tampoco esta encendido, también espera el tiempo

respectivo de ese filtro y pasa por todas sus válvulas pero no las acciona.

Para hacer la secuencia se implementó una máquina de estados donde hay 48

de estos, cada uno correspondiente a una electroválvula y donde hay uncontrol del programa que ordena a cual estado ir.

Haciendo pruebas en la planta para encontrar el tiempo que puede trabajar

cada filtro de mangas antes de colapsarse, se encontró que todos los filtros

pueden trabajar con esta filosofía secuencial, excepto los filtros de la molienda

primaria de la línea 1 y línea 2, debido a que la contaminación que se produce

en estas zonas hace que estos filtros requieran limpiarse más a menudo,

buscando evitar: que el material se fragüe, las mangas se dañen, la velocidad

de succión se caiga, la contaminación sea alta y el proceso sufra

modificaciones. Es por lo anterior que se requiere que el programa también

tenga la posibilidad de ordenar una limpieza no secuencial para estos dos

filtros.

El programa también tendrá un proceso para limpieza de filtros que requieran

este tipo de método no secuencial, el cual será independiente de la totalidad

del proceso.

El proceso de limpieza no secuencial, también se implementó con una máquina

de estado de 6 estados, donde cada uno representa las electroválvulas de

cada filtro mangas que tenga como parámetro limpieza no secuencial.

En cualquier momento el programa estará preparado para recibir una tecla del

control remoto, validarla, procesarla y cambiar los parámetros (tiempos y modo

de funcionamiento) si el usuario sigue la secuencia correcta.

A continuación, en la Figura 19, se describe el programa usado en el

Microcontrolador a través de un diagrama de flujo.



35

Figura 19. Diagrama de flujo para el programa del Microcontrolador.

Los pines utilizados en el microcontrolador como entradas para los filtros son:

- Filtro Mangas1 o Filtro Calderin linea1 es PTC_PTC3.

- Filtro Mangas2 o Filtro Molienda secundaria línea1 es PTC_PTC2.

- Filtro Mangas3 o Filtro Molienda primaria línea1 es PTC_PTC0.

- Filtro Mangas4 o Filtro empacadora empacadora línea1 es PTD_PTD0.

- Filtro Mangas5 o Filtro Calderin línea2 es PTE_PTE1.

- Filtro Mangas6 o Filtro Molienda secundaria línea2 es PTC_PTC4.

- Filtro Mangas7 o Filtro Molienda primaria línea2 es PTE_PTE0.

- Filtro Mangas8 o Filtro empacadora línea2 es PTC_PTC3.



36

-

Los pines utilizados en el microcontrolador como salidas son:

- Enable filtro Mangas 1 es PTA_PTA0.








- Válvula 1 es PTB_PTB2.






En la Figura 20 se muestra la función utilizada en el microcontrolador para

inicializar los puertos, apagar el watchdog y enmascarar la interrupción de IRQ.



37

Figura 20. Función usada en el microcontrolador para inicializar los puertos.

Se configura el modulo TIMER para poder generar bases de tiempos que

necesitan el driver del LCD, y también para la subrutina que decodifica las

teclas del control remoto. También se configura el modulo TBM para que

genere interrupciones cada segundo, con el fin de que el programa decrementelos contadores respectivos.

El microcontrolador permanece en un estado de espera (wait) hasta que se

presente alguna interrupción.

Cada uno de los tres procesos (secuencial, no secuencial y recibir una tecla del

control remoto) activa una bandera y en el main del programa se procesa esa

bandera y se invoca la función respectiva para cada interrupción, como loindica el diagrama de flujo de la Figura 19.

2.1.2.1.1 SUBRUTINA DECODIFICACION DE SEÑAL DE INFRARROJO

La solución que se escogió fue trabajar con un control remoto de un televisor

SONY, debido a la economía del dispositivo, fácil de conseguir, posibilidad de



38

decodificar muchas de las teclas del control remoto y así poder hacer el

programa más entretenido, dinámico y fácil de manejar por el usuario.

El receptor utilizado es el RECS80 de Sony, el cual emplea una modulación por

anchura de pulso. Considerando un tiempo mínimo T de 600μs, cada bit de

información está codificado mediante un nivel bajo y un nivel alto:

• Un "0" está codificado con un nivel bajo y alto de duración T

respectivamente.

• Un "1" está codificado con un nivel bajo de duración T y un nivel alto de

duración 2T.

Mientras la señal está a nivel alto, se está transmitiendo la portadora de 36 KHz

y por tanto la radiación infrarroja. Tal como aparece en la Figura 21.

Figura 21. Codificación radiación infrarroja.



39

La trama de datos trasmitida por una tecla se muestra en la Figura 22.

Figura 22. Trama de datos tecla control SONY.

La trama de bits generada al pulsar una tecla en el mando tiene el siguiente

formato:

• Primero se transmite una cabecera, que consiste en el llamado bit

START, con una duración a nivel alto de 3T (1800 μs).

• Seguidamente se transmiten 12 bits (comenzando por el LSB) de los

cuales los 7 primeros corresponden al código de COMANDO o función

de la tecla pulsada, y los 5 restantes a la DIRECCIÓN del dispositivo.

• Si se mantiene pulsada la tecla, la trama se repite periódicamente cada

25ms.

La Señal recibida con el módulo receptor con una resistencia de Pull-Up

conectada a Vcc, hace que la trama se invierta y, por tanto, permanezca en

reposo a nivel alto cuando no existe emisión infrarroja.

El programa detecta el nivel bajo de inicio de la trama (START) desde que la

señal cae a cero hasta que vuelve a retornar a nivel alto. A partir de este

instante, con cada flanco de bajada detectado, se deberá muestrear el nivel de



40

la señal transcurrido un tiempo (retardo) aproximadamente igual a 1.5T. Si se

detecta un nivel alto, será que el bit recibido fue un "0", y por el contrario si se

detecta un nivel bajo, será que el bit recibido fue un "1". Tras realizar el proceso

de forma iterativa doce veces, habremos detectado el código de 12 bits.

A continuación se muestran los códigos para las teclas del control SONY.



41

2.2.3. ETAPA DE POTENCIA

Esta es la etapa final, la cual está dividida en dos partes: una etapa de

aislamiento, encargada de separar la etapa de control de la alta tensión y otra

los switches de potencia, los cuales son los interruptores entre la alta tensión ylas electroválvulas.

En la Figura 23 se muestra las partes y la conexión final de la etapa de

potencia con la etapa de control y la red.

Figura 23. Etapa de Potencia.

El objetivo de la parte de aislamiento es la protección de los puertos y los

elementos del sistema microprocesado, permitiendo separar la tierra digital del

microcontrolador con la tierra análoga de la red. Para ello se diseño un circuito

opto acoplado, en el cual usa el Optotriac Semiconductor MOC3011, el cual

contiene un diodo emisor de infrarrojos y un triac de baja corriente de

activación, y presenta un fuerte aislamiento eléctrico, alrededor de los

7500Vac.

Se trabajó con este dispositivo debido a su economía, reducido tamaño y gran

aislamiento a la corriente alterna; además es ideal para controlar motores,

válvulas selenoides, lámparas, relés de estado sólidos entre otros. La corriente

necesaria para activar el optotriac es de alrededor de 60 mA, Como el

microcontrolador suministra una corriente por debajo de ese valor, fue

necesario amplificarla con el transistor pnp2222 como se observa en la Figura

23.



42

El switche de potencia utilizado es el TRIAC, pues este es bidireccional en

comparación a otros switches de estado sólido y basta con tan solo aplicar una

señal de 5V con una pequeña corriente en el terminal gate para conmutarlo;

esto lo convierte en el interruptor ideal para controlar corriente alterna. El triac

utilizado es el Q4015L5 el cual es de alta calidad, fiabilidad y elevada

estabilidad de parámetros, además puede manejar hasta 15 A de corriente

antes de dañarse; (parámetro que está muy por encima a la corriente que

manejan las electroválvulas, las cuales consumen a lo máximo 1A para

magnetizarse).

Como se observa en la Figura 23, el triac es un interruptor entre la red y las

electroválvulas y se conmuta con la señal proveniente del optotriac. El arregloRC que se conecta en paralelo al tiristor es conocido como red Snubber ; es

básicamente un circuito de frenado al apagado del triac, cuyo objetivo es

amortiguar el efecto de una variación rápida de voltaje que en algún momento

pudiera ser destructiva para éste.

Se ha usado Eagle 4.15 para diseñar el circuito impreso para la etapa de

potencia; el diseño final se muestra en la Figura 24. Este circuito fue diseñado

a dos capas (la superior que es la de color rojo y la inferior que es la de color

azul), y tiene los agujeros para soldar las 8 borneras macho-hembra de 6

conectores, para las 6 electroválvulas de los 8 filtros, además de los pines

machos para unir por medio de una correa la tarjeta de control.



43

Figura 24. Diseño en Eagle para el circuito de Potencia.



44

3. IMPLEMENTACION DEL SISTEMA.

3.1 TARJETA DE CONTROL.

Posterior a la construccion de la tarjeta se prueba cada uno de los elementosque intervienen en la tarjeta de control, con la ayuda del software Eagle3D (el

cual es una poderosa herramienta) que combinado con Eagle permite ver una

animacion del aspecto final de los circuitos antes de fabricarlos. Esta

animacion se muestra en la Figura 25. Finalmente se soldan estos dispositivos

en la baquelita.

Figura 25. Animación Software Eagle3D Tarjeta de Control.

Luego de haber acoplado y puesto en marcha con éxito el conjunto en total

Figura 26, bajo las descripciones indicadas en el diseño, el funcionamiento de

la tarjeta de control fue totalmente exitoso y su comportamiento fue el

esperado.



45

Figura 26. Tarjeta de Control.

3.2 TARJETA DE POTENCIA

Para la tarjeta de Potencia se procedió igual que para la tarjeta de control. La

animación en Eagle3D para la tarjeta de potencia se muestra en la Figura 27.

Figura 27. Animación Software Eagle3D Tarjeta de Potencia.



46

Luego de haber acoplado y puesto en marcha con éxito el conjunto en total

(Figura 28), bajo las descripciones indicadas en el diseño, el funcionamiento de

la tarjeta de control fue totalmente exitoso y su comportamiento fue el

esperado.

Figura 28. Tarjeta de Control.

3.3 ENSAMBLE FINAL.

Después de haber probado cada una de las tarjetas con sus respectivos

componentes por separado se procedió a unirlas y se diseñó una caja en

acrílico con las respectivas medidas, perforaciones, indicaciones y logo de

marca con el objetivo de darle protección, imagen profesional y versatilidad al

diseño (Figura 29). El comportamiento total del sistema fue exitoso y cada una

de las etapas funciona según lo esperado.



47

Figura 29. Montaje Final.

Para el ensamble final en el gabinete de control de la planta, el procedimiento

fue desconectar de cada una de las tarjetas antiguas las señales una por una, y

conectarlas a las respectivas marcas del nuevo sistema controlador, con el finde no confundir las señales eléctricas del proceso. En la Figura 30 se muestra

el montaje puesto en marcha en el gabinete de la planta.

Figura 30. Puesta en marcha del sistema en el gabinete de la planta.



48

4. ANALISIS DE RESULTADOS.

El costo económico que sufre una empresa para poner en funcionamiento un

Filtro de Mangas es elevado, pues estos equipos requieren de un constante

seguimiento y mantenimiento de sus componentes (mangas, motores, válvulasentre otros), además de la gran cantidad de energía eléctrica que consumen el

sistema de compresores, para suministrar el aire comprimido con que se

realiza la limpieza de los filtros.

El compresor ATLASCOPCO GA-55 ubicado en la sala de compresores #2 del

parque industrial de Sumicol es el encargado de proveer aire comprimido a las

plantas de trituración, yesos, pegantes, productos en pasta y estucos. Funciona

con un motor que consume a plena carga 55KWh y 17KWh en desacople.

La implementación del nuevo sistema de control se verá reflejada en las horas

de trabajo del compresor, pues es de esperar que estás disminuyan debido al

secuenciamiento total de todas las electroválvulas, gracias a que evita altas

demandas de aire y ocasiona que el equipo deje de trabajar a máxima carga y

pase a trabajar en vacio o se apague.

Desde el pasado 1 de Agosto se empezó con un monitoreo diario del equipo, el

cual consiste en registrar las horas en marcha, a plena carga, en vacio y horas

apagado. En la Tabla 1 y tabla 2 se muestran los datos correspondientes a los

meses de agosto y septiembre respectivamente en donde estaba

implementado el antiguo sistema de control.



49

Tabla 1. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Agosto.

Tabla 2. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Septiembre.



50

El costo económico promedio por día considerando el valor del KWh a $220 del

compresor GA-55 en los meses de Agosto y Septiembre esta dado por:

Desde el 2 de Octubre inicio a trabajar los Filtros de Mangas de la planta de

estucos con el nuevo sistema de control. La Tabla 3 y Tabla 4 muestran los

datos de las horas de funcionamiento del compresor GA-55 correspondientes

a los meses de octubre y noviembre respectivamente.

Tabla 3. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Octubre.



51

Tabla 4. Horas de funcionamiento Compresor GA-55 Noviembre.

El costo promedio por día considerando el valor del KWh a $220 del compresor

GA-55 en los meses de Octubre y Noviembre esta dado por:

En la Tabla 5 se muestran los valores promedios diarios de las horas de

marcha, carga, vacio y apagado del compresor en el periodo de agosto a

noviembre y el costo de cada mes que demanda el equipo.



52

Agosto Septiembre octubre Noviembre

Horas Marcha 22.68 22.03 21.29 21.10

Horas Carga 13.29 12.50 11.35 11.07

Horas Vacio 9.39 10.33 10.42 10.03

Horas Apagado

1.32 1.97 2.71 2.90

Costo Total [$] 194,888.06 188,760 175,215.81 170,320.67

Tabla 5. Horas promedio y costo total por mes.

A pesar de que las horas en marcha no cambiaron considerablemente mes a

mes, si se logra ver una disminución en estas. Gracias a el nuevo sistema

implementado en la planta se logro disminuir las horas de carga de loscompresores las cuales se convirtieron en horas de apagado y vacio que son

mas económicas y desgastan menos el equipo. El ahorro económico que se

obtiene con la nueva tarjeta se presenta en la Tabla 6.

Antiguo Contro l Nuevo Control Ahorro[$]

Costo x Día[$] 192,957.6 173,901.2 19,056.4

Costo x Mes[$] 5’788,728 5’217,036 571,692

Costo x Año[$] 69’464,736 62’60,4432 6’860,304

Tabla 6. Ahorro económico con el nuevo diseño.



53

5. CONCLUSIONES.

Cuando se desea enfrentar un nuevo desarrollo con sistemas de control

diferentes a los tradicionales, se asume riesgos de que este no sea él más

apto para el diseño que se desea implementar; solo cuando se profundiza en elproblema y se realiza unas pruebas en el ambiente de trabajo se conoce su

verdadero potencial y compatibilidad con un proyecto a construir.

Factores como la relación costo-beneficios, son primordiales a la hora de

escoger la tecnología, la tarjeta y en sí todo el sistema de desarrollo hardware-

software en la implementación de un diseño o prototipo; es así como una

búsqueda exhaustiva en este aspecto, ayudará que el producto final obtenga

buenas ganancias y sea atractivo para la empresa y brinde una solución

confiable.

Se obtuvieron resultados significativos en el desarrollo de la implementación,

ya que con un único control para la limpieza de todos los Filtros de Mangas de

la planta de estucos se logro disminuir las horas a plena carga del sistema de

compresores, aumentando las horas de apagado, lo cual representa un ahorro

energético considerable. En la parte ambiental hubo reducción de material

particulado emitido a la atmosfera, mas duración de las mangas de los filtros y

además de un mejor funcionamiento de los equipos que interviene en el

proceso.

Como trabajo futuro, se tiene la automatización de los Filtros de Mangas de

otras plantas de Sumicol y del grupo CORONA; también seguir con la cultura

de ahorro energético optimizando los sistemas que funcionen con aire

comprimido, pues queda demostrado que es una de las fuentes más caras deenergía en la Industria y puede repercutir en grandes ahorros económicos.



54

REFERENCIAS

[1] Puerta Jorge, Quinchia Rigoberto: Ventilación industrial y equipos delimpieza de aire, Ingeaire, Medellín, 2003.

[2] Rashid, Muhammad H: Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos yaplicaciones, 2004.

[3] Motorala Freescale Semiconductor, Manual CPU08 Central ProcessorUnit Reference Manual, Denver, Colorado, 2006.

[4] Motorala Freescale Semiconductor, Manual MC68HC908GP32 DataSheet, Denver, Colorado, 2008.

[5] Sedra/Smith: Microelectronic Circuits, Quinta Edición, Oxford UniversityPress.

[6] Luis Germán García M., Articuló. Revisión de los MicrocontroladoresHC08 de Freescale, Universidad de Antioquia, Medellin, 2008.

[7] Página Web. Última vez visitada: diciembre 14 de 2009http://www.emision.com

[8] Página Web. Última vez visitada: diciembre 16 de 2009http://www.filtros-de-mangas.com

[9] Página Web. Última vez visitada: diciembre 16 de 2009http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_mangas

[10] Pagina Web. Última vez visitada: diciembre 16 de 2009http://www.freescale.com



55

ANEXOS

HOJA DE DATOS DEL MOC3011



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57



58



59

HOJA DE DATOS DEL TRIAC Q4015L5



60

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