Planteamiento del problema
La empresa Minera Sabinas SA de C.V. Ubicada en la comunidad de San Martín, en la ciudad de Sombrerete Zacatecas. En la cual Actualmente elaboran cerca de 1000 personas directo e indirecto capacitado para cumplir con las exigencias propias de la minería.
En minera sabinas su actividad principal es extracción minera como plomo, cobre, zinc y pequeñas cantidades de plata. Para esto se utilizan grandes maquinas llamadas jumbos las cueles funcionan con corriente eléctrica, por lo cual es de mucha importancia tener funcionando al 100 % las subestaciones eléctricas y sus componentes derivados de ellas.
En la actualidad, sabinas cuenta con 30 subestaciones eléctricas distribuidas en distintos lugares en interior mina, con un costo aproximado de $2, 600,000.00 cada subestación.
Por lo anterior ya analizado, este proyecto va enfocado a desarrollar un dispositivo con sensores para la medición de cargas eléctricas, como también censar las líneas eléctricas que tengan un alto amperaje, para realizar un mantenimiento preventivo y que no sea mantenimiento correctivo.
La gran cantidad de voltaje, amperaje que se utiliza en los equipos de barrenación, anclaje. Nos lleva a tener grandes temperaturas en las subestaciones eléctricas, como consecuencia alto amperaje. Y el juntarse estos dos factores nos genera daño principalmente en el interruptor electromagnético, fusibles, opresores y en el cable.
Y si no es tratada a tiempo la sobrecarga de energía eléctrica en la subestación móvil eléctrica los componentes a dañarse están cerca del costo de $3,500 hasta los de los $120,000, pero sin contar la estructura de la subestación, las tapas que por el material que está hecho el cual tiene un precio de los $ 145,000 aproximadamente.
De acuerdo con los elementos del problema anotados anteriormente, se plantea el siguiente interrogante de investigación. ¿Es el dispositivo de medición de carga eléctrica con sensores para el amperaje la estrategia que permitirá garantizar la disponibilidad y confiabilidad de los equipos eléctricos en las subestaciones eléctricas de la Minera Sabinas?
Objetivos.
Objetivo.
Desarrollar un dispositivo por medio de sensores para la medición de carga eléctrica existente en una subestación móvil, para mejorar la durabilidad de la subestaciones eléctricas, como también sus componentes. En un periodo a desarrollarse en un año en la empresa Minera Sabinas SA de C.V. situada en la comunidad de San Martín, en la ciudad de Sombrerete Zacatecas.
Objetivos Particulares.
- Crear el dispositivo para la medición de carga eléctrica.
- Crear el dispositivo con la tecnología que existe hoy en día.
- Establecer la medida preventiva para cuidar la integridad de los dispositivos eléctricos.
Hipótesis.
El dispositivo ayuda a alertar al personal que trabaja en la mina que esta pasando algún evento no normal en la subestación móvil eléctrica, este dispositivo alertara si un incremento de amperaje existe para que el personal valla a verificar que es lo que esta pasando. De esta manera se protegerá los elementos como así la subestación eléctrica de daños que ya no se podrán solucionar.
Con este dispositivo se pretende que la alerta de un evento anormal se de con una 8 días de anticipación para que el personal se programe a realizar un mantenimiento preventivo, pero también lo que el dispositivo tendrá 3 tipos de alarmas las cuales darán la pauta para saber con que tanta emergencia atender el evento para evitar el daño de los componentes.
Justificación.
Hechos.
Este proyecto se basa por un suceso que paso hace poco en la mina de Madero, en una subestación eléctrica móvil, que por la sobrecarga eléctrica que existía en esa subestación se incendió, esto daño los componentes que conforman la subestación eléctrica móvil, también ocasionando pérdida de tiempo, dinero al momento de paro de operaciones. Y por esta situación le piden a cada mina soluciones para mejorar estos acontecimientos, o en su defecto no se vuelva a presentar un suceso de esta magnitud.
Aproximadamente a las 01:15 horas se recibe llamada al COS vía radio del colaborador Alberto González B. sobre un incendio en subestación que se encuentra sobre la rampa C-43 pasando el taller reportando vía radio que se observaba humo en toda esa área, llegando personal de seguridad, el Sr. Ignacio Jiménez y el Sr. Carlos Ramírez; posteriormente llega el Ing. Luis Aguilar, facilitador del área al escuchar por radio lo sucedido; deciden entre los dos la evacuación de todo el personal de mina.
Se pretende implementarlo principalmente en la minera Sabinas, después de allí darlo a conocer a los distintos dueños de minas que utilizan en estos componentes para la generación de energía dentro de una mina.
Impacto social.
Un suceso de incendio ocasionado por la sobrecarga eléctrica, la quemazón de componentes, como también la de los cables nos genera gases dañinos para la salud que nos puede causar la muerte. (BERNA, 1987)Hoy día se acepta, correctamente, que la consideración del riesgo de incendio en cables eléctricos, comprende dos aspectos básicos: la propagación del fuego y la generación de gases, con los consecuentes riesgos de toxicidad, densidad de humos y corrosión, todo lo cual puede causar pánico y problemas de evacuación.
Impacto tecnológico.
Hoy en día la tecnología es muy importante para realizar las actividades, sobre todo para actualizar las formas de trabajo, de realizar las tareas con mayor facilidad. La tecnología que queremos implementar en este proyecto son los micro controladores que nos ayudaran a estar más al pendiente de la evolución que va teniendo las subestaciones eléctricas móviles y sensores que envían señales de alerta.
Diseño de un metro contador de energía monofásico con micro controlador PIC.
En el diseño de esta aplicación se emplean un micro controlador PIC18F252, que realiza las siguientes funciones:
- Control del indicador LCD, visualizar datos y mensajes del producto.
- Transmisión de los paquetes de datos series usando el medio físico óptico entre el PIC al lector (PDA).
- Controlar la comunicación mediante el bus I2C, con una memoria EEprom que posee el equipo.
- El micro controlador PIC lleva constantemente a cabo la lectura de los valores de voltaje y corriente conectados al A/D y a sus líneas de puerto y analiza la información para calcular los demás parámetros de importancia.
- Se sincroniza con la red para una mejor calidad en las mediciones y ayudar a poder hacer la lectura del factor de potencia.
- Indica una relación entre los impulsos y la cantidad de energía en KWh que permite una verificación y validación del producto.
Ético legal.
Nuestro dispositivo estará avalado por las normas correspondientes que nos dejan construir dicho dispositivo.
- Directiva 91/157/CEE (Pilas y acumuladores). Esta directiva tiene el objetivo de regular el uso de ciertas baterías o pilas que contienen un alto índice de sustancias peligrosas.
- Directiva compatibilidad electromagnética (CEM). Esta directiva ha sido actualizada recientemente en el año 2007 por los distintos países de la Unión Europea y trata sobre la compatibilidad electromagnética forzando al constructor de un producto, adoptar las medidas necesarias para que su producto no interfiera en el correcto funcionamiento de otros. Copyright. El Copyright es una protección legal que otorga a personas o empresas que crean productos, el control del uso de estos. Hay gran cantidad de productos que pueden sujetarse a esta protección legal, entre otros los videojuegos y es por ello importante tenerlo en cuenta para nuestro producto, que parte de éste será la idea de un videojuego creado ya hace años.
- Directiva 2002/96/CE (WEEE) Esta directiva exige que los países de la Unión Europea implanten una legislación nacional para los fabricantes e importadores de aparatos eléctricos y electrónicos.
Impacto económico.
Este dispositivo nos ayuda en el ámbito económico por lo barato que salen las piezas, por ejemplo un arduino tiene un costo de $245 aproximadamente. Pero ya creado el dispositivo tendrá un costo aproximado de $2,200. Un componente de una subestación como es el interruptor electromagnético tiene un coste de $11,600, implementando el dispositivo de medición de carga eléctrica para evitar daños. La empresa se estará ahorrando $9,400 aproximadamente.
Impacto ambiental.
La creación de este dispositivo y que nos ayude a evitar el daño de los componentes de subestación eléctrica móvil, no se generaran gases, ni desechos que afectan a nuestro medio ambiente, el suelo, el agua. Por eso el hecho de implementar este dispositivo nos ayudara a evitar todo ese tipo de contaminación.
Marco teórico.
Antecedentes.
Por el ambiente que se vive en interior mina afecta la durabilidad de los componentes de la subestación eléctrica, ya que la humedad, el polvo y la carga excesiva de voltaje, esta última es la que más hace que estos se dañen. Y a lo largo del tiempo se han generado varios planes para evitar el daño de esto, como el mantenimiento programado para las subestaciones, pero no han dado el resultado esperado.
Para tratar de que estos componentes ya no se dañen se busca realizar e implementar un dispositivo para la medición de amperaje el cual nos permita identificar que componentes están propensos a fallar o dañarse, por eso se busca realizar las investigaciones correspondientes para estar seguros que el dispositivo de medición de amperaje nos ayude a evitar el daño de las subestaciones y sus componentes.
De acuerdo lo sucedido en la minera madero, la empresa sabinas se dio a la tarea de buscar alternativas para que ese suceso no pase en esta empresa. Y desde la fecha que sucedió este suceso se comenzó a investigar y se cree que la creación de este dispositivo si ayudara a cuidar la durabilidad de las subestaciones y los componentes.
Se había creado un dispositivo semejante a este para la medición por medio de sensor para checar el amperaje de un motor trifásico.
“implementación de un sensor de corriente alterna para el control de carga de un motor trifásico para reciclene S.A.”
La alternativa presentada puede controlar la carga de corriente de un motor sin que se pare el proceso productivo y evitando fallas tales como el deterioro de bobinado y sobreesfuerzos en el equipo.
Se implementó un control de carga para un motor (trifásico de 5.5 hp.) midiendo el campo electromagnético generado por el consumo de energía del motor pasando una de las fases por un transformador de corriente, la señal de salida se rectifica por medio de un rectificador de precisión hecho con amplificadores operacionales, con la señal obtenida transformarla a una lectura decimal por medio de un indicador de temperatura y alarmas de entrada universal (Gefran 40t96) dándole a este la configuración adecuada, a la vez se configuran las alarmas de salida digital directa (NO) y/o inversa (NC), (estas controlan el abrir o el cerrar las válvulas de llenado del tornillo), este indicador tiene como ventaja que para controlar las salidas digitales se configuran dos set points (si se requieren).
Marco conceptual.
Subestaciones eléctricas.
Una subestación eléctrica es un conjunto de elementos o dispositivos que nos permiten cambiar características de energía eléctrica, (voltaje corriente, frecuencia) tipo C.A a C.C, o bien conservarle dentro de ciertas características.
La subestación eléctrica es la herramienta a proteger, ya que es la que nos ayuda a la distribución eléctrica dentro de la mina para tener varios lugares con electricidad en los equipos que se utilizan para la extracción de mineral.
Dispositivo.
La filosofía de Foucault se presenta a menudo como un análisis de "dispositivos" concreto. Pero ¿qué es un dispositivo? En primer lugar, es una especie de ovillo o madeja, un conjunto matrilineal. Está compuesto de líneas de diferente naturaleza y esas líneas del dispositivo no abarcan ni rodean sistemas cada uno de los cuales sería homogéneo por su cuenta (el objeto, el sujeto, el lenguaje), sino que siguen direcciones diferentes, forman procesos siempre en desequilibrio y esas líneas tanto se acercan unas a otras como se alejan unas de otras.
El dispositivo es el artefacto a realizar para poder medir la carga eléctrica de las subestaciones como también censara las líneas eléctricas.
Mantenimiento preventivo.
Es el mantenimiento que sirve para prevenir las futuras fallas de un equipo mediante la planificación de ciertas revisiones periódicas, en este se intervine aunque en el equipo no exista ningún síntoma de tener problemas.
El mantenimiento preventivo lo utilizamos cuando un componente se está deteriorando al paso de los días, se le realiza limpieza para que no se siga dañando.
Mantenimiento correctivo.
Consiste en sustituir un equipo, pieza o elemento y reemplazarlo por uno nuevo. Corrección de fallos o averías y puesta en funcionamiento.
El mantenimiento correctivo es utilizado ya cuando el componente está dañado y se requiere reemplazarlo por uno nuevo.
Sensores.
Las aplicaciones de la electrónica, presentes actualmente en innumerables aspectos de nuestra vida cotidiana, no serían posibles sin los sensores. Sin la capacidad que estos ofrecen de medir las magnitudes físicas para su conocimiento o control, muchos de los dispositivos electrónicos no serían más que simples curiosidades de laboratorio.
En la actualidad en la mina usamos los sensores solo para la medición de nivel de agua existente en las piletas, pero esta vez lo utilizaremos para censar el amperaje que exista en las líneas eléctricas.
Voltaje.
El voltaje, tensión, también diferencia de potencial, se le denomina a la fuerza electromotriz (FEM) que ejerce una presión o carga en un circuito eléctrico cerrado sobre los electrones, completando con esto un circuito eléctrico. Esto da como resultado el flujo de corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la presión ejercida de la fuerza electromotriz sobre los electrones o cargas eléctricas que circulan por el conductor, en esa medida será el voltaje o tensión que existirá en el circuito.
El voltaje es utilizado para alimentar eléctricamente la subestación eléctrica y así puedan funcionar las máquinas para la extracción de mineral.
Amperaje
El amperaje no es otra cosa que la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a través de un conductor o cable eléctrico. La corriente eléctrica circula del negativo hacia el positivo.
Al amperaje lo vamos a utilizar como la energía que demanda la subestación eléctrica como también todos los equipos que se utilizan para la extracción de mineral.
Marco referencial.
Protección de Sistemas Eléctricos contra agentes ambientales.
Contactos eléctricos, circuitos integrados y conectores que se encuentran en equipos electrónicos comunes son extremadamente sensibles a acción de agentes atmosféricos y ambientales, la exposición prolongada a este medio puede provocar fallas serias que involucran pérdida de tiempo y dinero en la industria. Cualquiera sea su ambiente laboral, se encontrará con al menos uno de los agentes que se nombran en este artículo y será muy útil conocer los síntomas que provoca en el funcionamiento de los sistemas, los cuales han sido recopilados de experiencias propias y mediante consultas a profesionales del área.
Monitoreo volcánico usando plataformas Arduino y Simulink. Monitoreo volcánico usando plataformas Arduino y Simulink.
Se implementaron dos aplicaciones que pueden asociarse a la adquisición de dos magnitudes físicas relacionadas al monitoreo volcánico, en las que se muestra el uso del Arduino programado con Simulink. En este caso se decidió desarrollar un Medidor de Inclinación y un Medidor de Temperatura con Dispositivo Termo-Resistivo PT 100.
Los métodos de investigación utilizados fueron el teórico y el empírico, fundamentalmente. En el caso del teórico, permitió establecer la sinergia existente entre el hardware Arduino y el software Simulink para su programación. En este sentido se recurrió al análisis y síntesis, específicamente al análisis hipotético-deductivo e histórico-lógico, para poder establecer las relaciones esenciales y cualidades fundamentales en el soporte de diseño Arduino-Simulink y poder generalizar los resultados. En el caso del método empírico permitió corroborar la hipótesis de las facilidades que reporta la utilización del Simulink frente a otras herramientas gráficas de programación de este tipo de plataformas hardware. En este caso se utilizó el método de la medición y la simulación.
Se implementaron dos aplicaciones que pueden asociarse a la adquisición de dos magnitudes físicas relacionadas al monitoreo volcánico, en las que se muestra el uso del Arduino programado con Simulink. En este caso se decidió desarrollar un Medidor de Inclinación y un Medidor de Temperatura con Dispositivo Termo-Resistivo PT 100.
Los métodos de investigación utilizados fueron el teórico y el empírico, fundamentalmente. En el caso del teórico, permitió establecer la sinergia existente entre el hardware Arduino y el software Simulink para su programación. En este sentido se recurrió al análisis y síntesis, específicamente al análisis hipotético-deductivo e histórico-lógico, para poder establecer las relaciones esenciales y cualidades fundamentales en el soporte de diseño Arduino-Simulink y poder generalizar los resultados. En el caso del método empírico permitió corroborar la hipótesis de las facilidades que reporta la utilización del Simulink frente a otras herramientas gráficas de programación de este tipo de plataformas hardware. En este caso se utilizó el método de la medición y la simulación.
Herramienta Simulink de Matlab.
Esta herramienta funciona mediante un entorno de programación gráfico, cuyas funciones se representan por bloques. Esto hace muy sencillo conformar sistemas sin necesidad de emplear lenguajes complejos de programación y facilita a comprensión de la funcionalidad del esquema con un golpe de vista. Presenta un entorno de programación de más alto nivel que el propio Matlab. Esta herramienta genera archivos .mdl (modelo). Al ejecutarse el modelo se genera un código “C” que el ordenador reconoce y ejecuta. Además, la herramienta admite el diseño y simulación del sistema modelado y, la prueba y verificación del mismo en el hardware en cuestión.
Sistema para el monitoreo remoto de la temperatura en transformadores de distribución.
Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un chip que cuentan con un microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una memoria para almacenar el programa, una memoria para almacenar datos y puertos de entrada salida. A diferencia de los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en los computadores PC, los microcontroladores son unidades autosuficientes y más económicas. El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado en su memoria. Este puede escribirse en distintos lenguajes de programación. Además, la inmensa mayoría de los microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas veces. Para el presente proyecto se utilizó el microncontrolador PIC16F876A, fabricado por Microchip.
Este dispositivo es el más popular para aplicaciones de nivel intermedio, y es una excelente opción cuando se requieren más líneas de entrada/salida, convertidores A/D, señales PWM, comunicación serial por hardware, entre otros aspectos. Existen versiones con distintas características, tales como el tamaño de la memoria y número de terminales. Se decidió utilizar este elemento ya que permite realizar la conversión de la señal análoga suministrada por el circuito de acondicionamiento, en una señal digital, apta para ser enviada a los módulos de comunicación RF.
El circuito de acondicionamiento se encuentra conformado por varias etapas. Inicialmente, se introduce la señal de tensión arrojada por el sensor a un seguidor de tensión, utilizado con el fin de eliminar los ruidos indeseados introducidos en el proceso de medición. Además, esto permite realizar un acople de impedancias de tal manera que no se afecte la medición al conectar más circuitos al sistema.
Sensado Inalambrico de gases en minería con servicio web en tiempo real.
Zigbee es un protocolo inalámbrico de comunicaciones basado en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (WPAN, Wireless Personal Area Network), su objetivo es habilitar redes inalámbricas con capacidades de bajo consumo energético y de bajo costo, que funcionen vía radio y de modo bidireccional, de fácil integración entre sus nodos. Esta tecnología utiliza la banda de frecuencias ISM (Industrial Scientific Medical) para uso industrial, científico y medico con frecuencias de 2.4 GHz siendo la más utilizada, ya que es de uso sin licencia.
Topología malla: esta topología establece conexión directa entre cualquier par de nodos, el coordinador está determinado por el primer router que forme parte de la red. Debido a esta característica, este tipo de red presenta una mayor fiabilidad en la transmisión de datos, se gana flexibilidad de la red pero la complejidad de la red aumenta, ya que la comunicación entre un par de dispositivos puede estar determinada por diferentes caminos, lo que conlleva al aumento de los cálculos que debe realizar la red.
Analizadas las topologías y el papel que pueden cumplir los módulos Xbee dentro de una red para una aplicación en minería, se determinó que la configuración más adecuada para la detección de gases, es establecer una topología tipo árbol, ya que esta configuración permite retransmitir los datos de los módulos más alejados. Además, esta configuración permite organizar los módulos de tal manera que la transmisión de los datos cubra las galerías y el túnel principal, con el fin de enviar los datos de los sensores al centro de monitoreo. La topología consta de módulos distribuidos en toda la mina, configurados como routers para establecer un sistema seguro en la transmisión de los datos.
MetodologÍa.
Población o universo muestra.
El tipo de muestra a utilizar es cuantitativa. Se analizó que tipo de muestreo es el adecuado para la investigación que estoy realizando, se llegó a la conclusión que se utilice una muestra de expertos. Ya que el grupo a entrevistar tiene algún tipo de conocimiento en cuanto a los componentes donde se pretende ubicar el dispositivo y saben que tan importante es implementar este dispositivo en la subestaciones eléctricas.
Se utiliza la calculadora de muestra para proporciones, se toma en cuenta este tipo de calculadora los datos que pide y que se acomodan de mejor manera en el tipo de muestra y en la investigación.