SISTEMAS DE CONTROL DE 2 BOMBAS ALTERNADAS POR MEDIO DE UN DISPOSITIVO MOVIL - FUNDACIÓN PACHACUTEC

INSTITUTO FUNDACIÓN PACHACUTEC
“FACULTAD DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL “
PROYECTO FINAL
SISTEMAS DE CONTROL DE DOS BOMBAS
ALTERNADAS CONTROLADAS INALAMBRICAMENTE
POR MEDIO DE UN DISPOSITIVO MOVIL
Integrantes:
- Mamani Cotrina, Luis Angel
- Luza Lazaro, Mario Jesus
- Vergaray Espinoza, Jerry Anthony
- Mallco Lopez, Juan Jose
Docente:
- Ing. Luis Blanco Ayala
Curso:
- Sistema de Control Automático
Lima, Perú
2023

Sistema de control automatizado
Mamani. L, Luza. M, Vergaray. J, Mallco. J Pág. 2
ÍNDICE
1. RESUMEN........................................................................................................................... 3
2. INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 4
2. OBJETIVOS........................................................................................................................ 5
2.1. Objetivo general........................................................................................................ 5
2.2. Objetivos específicos: ............................................................................................ 5
3. BASES TEORICAS ........................................................................................................... 5
3.1. Proceso....................................................................................................................... 5
3.2. Control......................................................................................................................... 6
3.3. Sistema de control................................................................................................... 6
3.3.1. Definición................................................................................................................ 6
3.3.2. Componentes .................................................................................................... 6
3.3.3. Tipos.................................................................................................................... 8
4. MATERIALES..................................................................................................................... 9
4.1. Elementos eléctricos............................................................................................... 9
4.2. Softwares utilizados .............................................................................................. 10
5. DESARROLLO................................................................................................................. 11
5.1. Programación.......................................................................................................... 11
5.1.1. Bloques............................................................................................................. 11
5.1.2. Control Manual................................................................................................ 13
5.1.3. Control Automático........................................................................................ 14
5.2. Diseño del esquema .............................................................................................. 14
5.3. Esquemas................................................................................................................. 15
5.4. Conexión inalámbrica ........................................................................................... 15
5.4.1. Configuración de Router WIFI..................................................................... 16
5.4.2. Configuración de red..................................................................................... 16
5.4.3. Router – PLC.................................................................................................... 17
5.5. Esquema de mando y fuerza............................................................................... 18
5.6. Programación.......................................................................................................... 18
6. RESULTADOS ................................................................................................................. 19
7. CONCLUSIONES............................................................................................................. 19
8. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 20
9. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................ 21

1. RESUMEN
El desarrollo del proyecto se enfocó en la creación de un sistema de control
automatizado para dos bombas alternadas, controladas inalámbricamente por
medio de un dispositivo móvil. El objetivo general del proyecto fue diseñar,
implementar y evaluar un sistema de alternancia de dos bombas controladas por
un PLC, cuyo monitoreo y control sean accesibles mediante una aplicación móvil.
Los objetivos específicos incluyeron desarrollar un sistema de control que
garantice la operación segura y eficiente de dos bombas en paralelo e
implementar una aplicación móvil que permita a los operadores controlar el
sistema en tiempo real. El proyecto se basó en la teoría de procesos, que se
define como el conjunto de actividades y recursos interrelacionados que
transforman los elementos de entrada en elementos de salida aportando valor
para el usuario. Se utilizó un PLC para controlar las bombas y se diseñó un
esquema de mando y fuerza para el sistema. Además, se programó el sistema
para permitir el control manual y automático de las bombas. En cuanto a la
conexión inalámbrica, se detalló la configuración del Router WIFI y la
configuración de red necesarias para el correcto funcionamiento del sistema.
También se describió la conexión entre el Router y el PLC.

2. INTRODUCCIÓN
En el campo de la automatización industrial y el control de procesos, el uso
de sistemas avanzados y tecnologías emergentes ha revolucionado la eficiencia
y la precisión en una amplia gama de aplicaciones. Una de las áreas cruciales
donde estas innovaciones tienen un papel fundamental es en el control de
bombas, especialmente en situaciones donde se requiere una operación
continua y confiable. En este contexto, el presente trabajo aborda el tema de la
alternancia de dos bombas controladas por un PLC (Controlador Lógico
Programable) que es supervisado y gestionado a través de un aplicativo móvil,
conectado a una red de comunicación. Nuestro objetivo de esta investigación es
diseñar, implementar y evaluar un sistema de alternancia de dos bombas
controladas por un PLC, cuyo control sea accesible mediante una aplicación
móvil. Para automatización y el control de bombas desempeñan un papel crítico
en numerosos sectores industriales, desde la gestión de aguas residuales hasta
la distribución de agua potable y la industria química. La implementación de un
sistema que permita la alternancia entre bombas, supervisado por un PLC y
accesible a través de una aplicación móvil, tiene un impacto significativo en la
eficiencia operativa, el ahorro de recursos y la reducción de costos de
mantenimiento. Además, en un mundo cada vez más interconectado, la
posibilidad de controlar el sistema desde dispositivos móviles brinda una
flexibilidad sin precedentes y una respuesta rápida ante situaciones críticas.
Este estudio involucra la selección de componentes adecuados, el diseño y la
programación del PLC, la implementación de la aplicación móvil y la pruebas
control. Se utilizarán herramientas de programación y de comunicación estándar
para garantizar una integración efectiva entre el PLC y la aplicación móvil. La
implementación exitosa de un sistema de alternancia de bombas controlado por
PLC y a través de una aplicación móvil proporcionará a los operadores la
capacidad de tomar decisiones informadas en tiempo real, optimizar el consumo
de energía y minimizar los tiempos de inactividad, lo que se traducirá en
beneficios económicos y medioambientales significativos. Además, se puede
desarrollar en el campo de la automatización industrial.

2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general
El principal objetivo de esta investigación es diseñar, implementar y
evaluar un sistema de alternancia de dos bombas controladas por un PLC,
cuyo monitoreo y control sean accesibles mediante una aplicación móvil. Los
objetivos específicos incluyen:
2.2. Objetivos específicos:
A. Desarrollar un sistema de control que garantice la operación segura y
eficiente de dos bombas en paralelo.
B. Implementar una aplicación móvil que permita a los operadores controlar
el sistema en tiempo real.
3. BASES TEÓRICAS
3.1. Proceso
Un proceso es el conjunto de actividades y recursos interrelacionados que
transforman los elementos de entrada en elementos de salida aportando valor
para el usuario. (Conexión Esan,2016)
Figura 1 Proceso de funcionamiento de un PLC
Fuente: Sicma21, 2021

3.2. Control
De acuerdo con Gonzáles y López (2018), en ingeniería, el control se
relaciona con la manipulación activa de variables para mantener un sistema
o proceso dentro de límites predeterminados" (p. 94).
3.3. Sistema de control
3.3.1.Definición
Para Fernández y Gómez (2017), un sistema de control se define
como una estructura organizada de componentes que interactúan para
regular y mantener un comportamiento deseado en un sistema dinámico (p.
63).
3.3.2.Componentes
A. PLC (Control Lógico Programable)
En el ámbito de la automatización industrial, González y Rodríguez
(2017), nos mencionan, que un PLC se caracteriza por su capacidad
para recibir entradas, procesar la información mediante un programa
lógico y generar salidas para controlar dispositivos conectados (p. 89).
Figura 2. PLC
Fuente: Factory ISC
B. Contactor

Desde una perspectiva de ingeniería eléctrica, un contactor es un
interruptor controlado por bobinas magnéticas, diseñado para manejar
corrientes y voltajes elevados en aplicaciones industriales (Sánchez et
al., 2019, p. 68).
Figura 3. Contactor
Fuente: Areatecnologica
C. Relé
Este dispositivo electromagnético que actúa como interruptor
controlado por una corriente eléctrica, utilizado para abrir o cerrar
circuitos en respuesta a señales de control externas (Gómez &
Rodríguez, 2017, p. 52).
Figura 4. Relé electromagnético.
Fuente: CloudTec
D. Motor

De acuerdo con Gómez y Rodríguez (2017), un motor es un
dispositivo mecánico que convierte energía en movimiento,
transformando la energía de una fuente, como la eléctrica o la térmica,
en trabajo mecánico (p. 52).
Figura 5. Motor eléctrico.
Fuente: Extraído de la red
3.3.3.Tipos
A. Control automático
Desde una perspectiva de ingeniería, el control automático implica la
implementación de sistemas y técnicas que permiten ajustar y optimizar
procesos de manera autónoma, mejorando la eficiencia y la precisión
(Sánchez et al., 2019, p. 68).
Figura 6. Sistema lazo cerrado
Fuente: Ing.Mecafenix, 2019

B. Control manual
Para Smith y Johnson (2018), en ingeniería y maquinaria, el control
manual se refiere al ajuste o la intervención directa de un usuario para
operar y supervisar sistemas mecánicos.
Figura 7. Sistema manual.
Fuente: ResearchGate
4. MATERIALES
4.1. Elementos eléctricos
Tabla 1. Materiales utilizados
NOMBRES FIGURA
CONTACTORES

RELÉ TÉRMICOS
INTERRUPTOR TRIFÁSICO
PLC (CONTROL LÓGICO
PROGRAMABLE)
MOTOR
ROUTER
Fuente. Elaboración propia
4.2. Softwares utilizados
Tabla 2. Softwares utilizados.
LOGO SOFT

CADE SIMU
LOGO OBA8 HMI
Fuente. Elaboración propia.
5. DESARROLLO
5.1. Programación
Para planificar el funcionamiento alternado de las bombas, inicialmente
llevamos a cabo la programación mediante el software LOGO soft versión 8.3.
Este programa es fundamental en el desarrollo de proyectos que involucran
un Control Lógico Programable (PLC) para la automatización. En el contexto
de este proyecto específico, hemos optado por utilizar dicho software como
herramienta central para el control tanto automático como manual dentro del
PLC.
5.1.1.Bloques
A. Entradas (I):
Las entradas son señales que provienen de sensores o dispositivos
externos al PLC. Pueden ser señales digitales como interruptores o
analógicas como sensores de temperatura.
B. Salidas (Q):
Las salidas son señales que van hacia dispositivos de salida como
motores, luces u otros dispositivos de control. Estas señales se activan o
desactivan en función de la lógica de programación del PLC.

C. MARCAS (M):
Las marcas (o bits de memoria) se utilizan para almacenar información
temporal o estados en el PLC. Pueden actuar como interruptores virtuales
que cambian su estado durante la ejecución del programa.
D. COMPUESTAS AND Y OR:
Estas son funciones lógicas que se utilizan para combinar múltiples
señales de entrada. La función AND devuelve un resultado verdadero solo
si todas las entradas son verdaderas. La función OR devuelve un resultado
verdadero si al menos una de las entradas es verdadera.
E. RELÉ AUTOENCLAVADOR:
Un relé auto enclavador es un dispositivo lógico que se utiliza para
mantener un estado específico incluso después de que la condición que lo
activó originalmente haya cambiado. Esto se logra mediante el uso de una
retroalimentación interna.
F. RETARDO A LA CONEXIÓN CON Y SIN MEMORIA:
El retardo a la conexión es una función que introduce un retraso en la
activación de una salida después de que se cumple una condición. Puede
haber retardo con y sin memoria. El retardo con memoria recordará el
tiempo restante incluso si la condición que lo activó cambia, mientras que
el retardo sin memoria se reinicia si la condición cambia.
Figura 8. Bloques usados en el proyecto
Fuente: Elaboración propia.

5.1.2.Control Manual
Para llevar a cabo la operación manual de la alternancia de bombas,
hemos implementado una entrada denominada I1, la cual actúa como un
interruptor para situar el circuito en modo manual. Además, hemos
incorporado otras entradas, tales como I2 e I3, configuradas como
interruptores normalmente abiertos, destinadas a iniciar el funcionamiento
de los motores.
Con el propósito de iniciar los motores de manera efectiva, hemos
introducido una compuerta AND, la cual permite que las entradas I1, I2 e I3
operen en serie, como se ilustra en la figura 9. Adicionalmente, hemos
integrado un bloque relé auto enclavador para asegurar la retención de la
condición establecida.
Finalmente, hemos incluido una entrada denominada I4, configurada
como relé, diseñada para intervenir en caso de fallos o sobrecargas.
Asimismo, hemos añadido las entradas I5 e I6 como interruptores
normalmente cerrados, destinados a detener el funcionamiento cuando sea
necesario.
Figura 9: Programación del Control manual.

5.1.3.Control Automático
El control automático de dos bombas alternadas utilizando un PLC
(Controlador Lógico Programable) es una aplicación común en sistemas de
bombeo, especialmente en aplicaciones industriales y de gestión de agua.
Este tipo de sistema garantiza una operación eficiente y confiable al alternar
entre dos bombas para distribuir la carga y proporcionar redundancia en
caso de falla de una bomba.
Para el proyecto se automatizó por medio de la programación con un
sistema de temporizadores que pasando el tiempo activan la salida del
PLC, para que inicie el funcionamiento del primer motor, luego pasado el
tiempo programado se apaga motor para dar marcha al segundo y así seria
un ciclo que depende del tiempo que se programe en el PLC.
5.2. Diseño del esquema
Para la confección del circuito, se empleó el software CadeSimu con el
propósito de elaborar los esquemas de control y potencia. Este programa
brinda la simbología correspondiente a diversos elementos eléctricos,
facilitando la representación visual mediante dibujos en 2D y 3D. Esta
funcionalidad posibilita la creación de circuitos de manera más efectiva,
permitiendo una visualización más clara y detallada.
Figura 10: Software CADESimu

5.3. Esquemas
En una primera instancia, para el diseño del circuito, consideramos
cuidadosamente los componentes que serían necesarios para el óptimo
funcionamiento de los motores. Posteriormente, empleamos la herramienta
CADESIMU para iniciar la creación de nuestro esquema. Inicialmente, nos
enfocamos en el esquema de mando, incorporando un PLC como elemento
central para supervisar y controlar las acciones del circuito. Adicionalmente,
se integró la fuente de alimentación y los componentes físicos, cada uno
representado con su correspondiente simbología.
En una segunda fase, se configuró el esquema de fuerza, incluyendo
elementos como interruptor, contactor, relé térmico y motor. La disposición
de estos componentes se llevó a cabo de acuerdo con lo que se visualiza en
la figura 11. Es esencial tener en consideración el tipo de conexión requerido
para el motor, ya sea en configuración estrella o triángulo. En nuestro
proyecto, optamos por un conexionado en triángulo debido a que trabajamos
con una fuente de alimentación de 220 voltios.
5.4. Conexión inalámbrica
Una conexión inalámbrica se refiere a la transmisión de datos entre
dispositivos sin necesidad de cables físicos. En lugar de depender de
conexiones cableadas, estos dispositivos emplean tecnologías de
comunicación inalámbrica, como el Wifi, que posibilita la conexión a una red
local.
En la primera fase del proyecto, se automatizó mediante la programación
en el software LOGOSOFT. Posteriormente, esta programación se transmitió
al PLC, permitiendo que este ejecutara las instrucciones a distancia a través
de una red inalámbrica. En el proceso de programación, se implementaron

temporizadores con el fin de controlar el funcionamiento de las bombas,
asegurando que se alternaran en función del tiempo preestablecido.
En la segunda fase, se emplearon temporizadores con memoria. Esto
implica que, al transcurrir el tiempo predeterminado, la herramienta registra
los ciclos de tiempo configurados. Para este proyecto, esta función se utilizó
para extender el tiempo de encendido del motor o la bomba, evitando
disparidades en el ciclo de activación de cada salida.
Finalmente, se sometió la programación a pruebas exhaustivas para verificar
su correcto funcionamiento.
5.4.1.Configuración de Router WIFI
En este caso, emplearemos un Router que ha sido previamente
restablecido a su configuración de fábrica, asegurándonos de que no tenga
ninguna condición preexistente. De esta manera, lo utilizaremos como un
dispositivo libre de configuraciones previas.
5.4.2.Configuración de red
La configuración de red en un sistema de control automático de dos
bombas alternadas controladas por un PLC es crucial para garantizar una
comunicación eficiente y confiable entre los diversos componentes del
sistema.
Después de configurar el Router, este se enlaza al celular mediante la
señal Wifi que emite. Posteriormente, se empleará la aplicación instalada
en el dispositivo móvil, en este caso, se trata de la aplicación OBA8 HMI,
para ajustar la dirección IP. Es crucial que esta dirección IP difiera de la
configuración predeterminada en el LOGO, garantizando así la conexión
exitosa entre el Router y el PLC.

Figura 11. Aplicación logo oba8 hmi
Fuente. Elaboración propia.
5.4.3.Router – PLC
Para establecer la conexión, emplearemos un cable RJ45 que se
extenderá desde el Router hasta el PLC. Esta conexión permitirá que el
dispositivo móvil transmita la señal al Router, el cual, a su vez, enviará las
órdenes al PLC, posibilitando así la activación de los motores o bombas.
Figura 11. Comunicación inalámbrica con LOGO
Fuente. Extraído de la red

5.5. Esquema de mando y fuerza
Figura 12. Esquema de mando y fuerza
5.6. Programación
Figura 13. Programación del control manual y automático

6. RESULTADOS
Los resultados del proyecto se definen con el impacto del sistema en la
mantenimiento. Se concluyó que el sistema de control automatizado para dos
bombas alternadas, controladas inalámbricamente por medio de un dispositivo
móvil, es una solución eficiente y segura para el control de bombas en paralelo.
Las pruebas de funcionamiento del sistema, que incluyen la verificación del
correcto funcionamiento de las bombas, la verificación del control manual y
automático de las bombas, la verificación de la conexión inalámbrica y la
verificación del correcto funcionamiento de la aplicación móvil.
En resumen, los resultados obtenidos durante la implementación y
evaluación del sistema de control automatizado para dos bombas alternadas,
controladas inalámbricamente por medio de un dispositivo móvil, fueron
satisfactorios y demostraron la eficiencia y seguridad del sistema.
7. CONCLUSIONES
El control automatizado para dos bombas alternadas, controladas
inalámbricamente por medio de un dispositivo móvil, es una solución eficiente y
segura para el control de bombas en paralelo. Se logró diseñar, implementar y
evaluar un sistema que garantiza la operación segura y eficiente de las bombas,
y que permite a los operadores controlar el sistema en tiempo real mediante una
aplicación móvil.
El sistema presentado en el documento tiene un impacto significativo en la
mantenimiento. Además, se destaca la importancia de la automatización y el
control de bombas en numerosos sectores industriales, desde la gestión de
aguas residuales hasta la distribución de agua potable y la industria química.

En resumen, la conclusión del documento es que el sistema de control
automatizado para dos bombas alternadas, controladas inalámbricamente por
medio de un dispositivo móvil, es una solución eficiente y segura para el control
de bombas en paralelo, con un impacto significativo en la eficiencia operativa y
la reducción de costos de mantenimiento.
8. RECOMENDACIONES
• Implementar sensores de presión y caudal para monitorear en tiempo real
el funcionamiento de las bombas. Esto permitirá detectar fallas y tomar
acciones correctivas.
• Agregar alarmas visuales y sonoras para indicar condiciones anormales
como baja presión, sobrecarga de bombas, etc. Esto mejorará la
seguridad y permitirá una respuesta rápida del operador.
• Incorporar un sistema SCADA para visualizar y controlar todas las
variables del proceso remotamente. Esto facilitará la supervisión y el
análisis de datos históricos.
• Implementar un sistema de redundancia con una bomba adicional en
stand-by para entrar en operación automáticamente en caso de falla de
una de las bombas principales. Esto asegurará la continuidad del proceso.
• Agregar variadores de frecuencia a las bombas para regular sus rpm y
adaptarlas a los requerimientos variables de caudal. Esto optimizará el
consumo energético.
• Incluir válvulas motorizadas de control para regular el caudal y la presión
según la demanda. Esto permitirá un funcionamiento más eficiente.
• Diseñar la programación del PLC incorporando rutinas de autodiagnóstico
y protocolos de seguridad. Esto minimizará fallas y tiempos de inactividad.
• Implementar conectividad IoT para monitoreo remoto y control vía web.
Esto aumentará la flexibilidad operativa.
• Realizar un análisis de criticidad de las bombas y componentes para
determinar planes de mantenimiento preventivo enfocados en puntos
críticos.
• Documentar y diagramar en detalle los procesos, programación y
configuraciones. Esto facilitará la operación, el mantenimiento y futuras
modificaciones.

9. BIBLIOGRAFÍA
Rojas. F. (2020). “Diseño e Implementación de Sistema Automatizado en Cuarto de
Bombas para el Suministro de Agua Potable en Edificio Torres Paz”. Recuperado dé.
https://repositorio.utp.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12867/3608/Franks%20Pahuara_
Trabajo%20de%20Suficiencia%20Profesional_Titulo%20Profesional_2020.pdf?sequen
ce=1&isAllowed=y
Conexión Esan. (2016). ¿Qué es el mapa de procesos de la organización?.
Recuperado, dé. https://www.esan.edu.pe/conexion-esan/que-es-el-mapa-de-procesos-
de-la-organizacion
Cueva, W. (2021). “Alternancia de Bombas”. Recuperado dé..
https://www.scribd.com/document/495832167/Alternancia-de-Bombas

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