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INSTIT ESCUELA SUPE INGENIER PROPUESTA DE LA INSTRUM QUE INGENIER MA LU R México D. F. Diciembre TUTO POLITÉCNICO NACIONAL ERIOR DE ING. MECÁNICA Y ELÉCTRI UNIDAD ZACATENCO ÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PROYECTO DE TESIS MENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELAB JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL TESIS E PARA OBTENER EL TITULO DE: RO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION PRESENTAN: COLIN CORTÉS OSCAR ARTINEZ ROQUE JESUS JAVIER ASESORES: UIS ENRIQUE MURILLO YAÑEZ RUBÉN VELÁZQUEZ CUEVAS 2009 ICA BORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL TESIS

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE ING. MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION

MARTINEZ ROQUE JESUS JAVIER

LUIS ENRIQUE MURILLO

RUBÉN VELÁZQUEZ CUEVAS

México D. F. Diciembre

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE ING. MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PROYECTO DE TESIS PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION

PRESENTAN:

COLIN CORTÉS OSCAR

MARTINEZ ROQUE JESUS JAVIER

ASESORES:

LUIS ENRIQUE MURILLO YAÑEZ

RUBÉN VELÁZQUEZ CUEVAS

2009

ESCUELA SUPERIOR DE ING. MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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II

AGRADECIMIENTOS Y

DEDICATORIAS

Le quiero agradecer a mis padres que me dieron todo su apoyo comprensión y cariño, y a

pesar de todo siempre estubieron a mi lado y nunca me dejaron caer en momentos de

flaquesa estos logros son para ellos se los debo y aquí lo tienen.

A mis familiares que ya no pudieron estar aquí conmigo pero fuero parte importante en

mi vida como mis abuelos.

Mi familia que siempre me apoyo y nunca dudo de mi y a pesar de todo siempre me

apoyo como mis tios y demas.

A todos mis amigos y compañeros que sin ellos no hubiera logrado evadir muchos

obstaculos y por acompañarme en buenas y malas en especial en la diversión y los

momentos de alegria que me brindaron.

A todos ellos y en especial a mis padres

………….…..GRACIAS………….TOTALES………………………..

COLIN CORTES OSCAR ALBERTO

Quiero agradecer a mis padres en especial por todo el apoyo moral y económico, por el amor que me han brindado y sobre todo por la paciencia que han tenido con migo en todo este recorrido de mi vida como estudiante.

Agradezco a mi hermana por ser un incentivo más en mi vida para lograr mis metas personales y profesionales.

De igual manera agradezco a dios por darme una familia que siempre me ha apoyado en las buenas y en las malas, por los tíos y tías que sin más, han estado en todo

momento a mi lado apoyándome. De verdad gracias de todo corazón.

Agradezco a mis amigos y compañeros que sin duda han marcado mi camino como profesional y ser humano, por sus consejos, regaños y momentos inolvidables que he pasado junto a ellos. En especial a Isaac, Isabel, Abian, Oscar, Edgar, Alejandra, Karen, Ericel, Juan Carlos, Ivan, Jaramillo, Andres y Pamela.

En verdad de todo corazón no me queda más que decirles GRACIAS.

MARTÍNEZ ROQUE JESÚS JAVIER

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III

CONTENIDO

CAPITULO I GENERALIDADES

CAPITULO II INTRUMENTACIÓN

CAPITULO III DESARROLLO DE CONTROL Y

AUTOMATIZACION

CAPITULO IV ANALISIS DE COSTOS

CONCLUCIONES

ANEXOS

BIBLIOGRAFIA

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IV

ÍNDICE GENERAL

Pag. AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS II CONTENIDO III INDICE GENERAL IV INDICE DE GRAFICOS Y TABLAS V OBJETIVO GENERAL VI OBJETIVOS ESPECÍFICOS VI ANTECEDENTES VI JUSTIFICACIÓN VII ALCANCES VII RESUMEN VIII 1. GENERALIDADES 1

1.1. Descripción del proceso 2 1.2. Caracteristicas de los fluidos 3

1.2.1. Propiedades físicas y químicas del agua 3 1.2.2. Propiedades físicas y químicas de la glicerina 5 1.2.3. Propiedades físicas y químicas del alcohol 5

1.3 Medición de nivel 6 1.4 Medición de la temperatura 7 1.5 Controlador logico programable (PLC) 9 1.6 Interfaz hombre maquina (HMI) 10 1.7 Visual Basic 14

2.INSTRUMENTACIÓN 19 2.1 Instrumentación propuesta 20 2.2 Elementos primarios de control 20

2.2.1. Temperatura 21 2.2.2. Nivel 26

2.3 Elementos finales de control 28 2.3.1. Selección de válvulas de control de flujo de líquidos 28 2.3.2. Válvulas solenoides 29

3. DESARROLLO DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 35 3.1 Control de nivel 36 3.2 Control de temperatura 37 3.3 Selección del equipo de control 37 3.4 Entradas y salidas 38 3.6 Diagrama de flujo 40 3.7 Lógica de control 41 3.8 Interfaz hombre máquina (HMI) 43

4. ANÁLISIS DE COSTOS 47 4.1 Costos 48

CONCLUCIONES 52 BIBLIOGRAFIA 53 ANEXOS 54

ANEXO A 55 ENEXO B 61 ANEXO C 67

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V

ÍNDICE DE TABLAS

Y GRAFICOS

Pag. Figura 1.1 Diagrama completo del proceso 3 Tabla 1.1 Medición de temperatura y materiales de construcción 9 Figura 1.2 Estructura general de la interfaz hombre máquina (HMI) 14 Tabla2.1 Instrumentos y unidad de los mismos en proceso 20 Figura 2.1 DTI 20 Figura 2.2 Transformador de señal SITRANS TH100 21 Tabla 2.2 Datos técnicos de termoresistencia 22 Figura 2.3 Componentes de una termoresistencia 24 Figura 2.4 Transmisor indicador de nivel FMI-51 26 Figura 2.5 Principio de funcionamiento de FMI-51 27 Tabla 2.3 Datos técnicos de FMI-51 27 Figura 2.6 Composición general de una válvula on/off 29 Figura 2.7 Válvula solenoide 30 Figura 2.8 Diagrama de construcción de válvula solenoide 30 Tabla 2.4 Dimenciones de válvula soleniode 30 Tabla 2.5 Espesificaciones técnicas de valvula soleniode 31 Figura 2.9 Construcción interna de una valvula solenoide 32 Figura 2.10 Resistencia envainada 32 Figura 2.11 Agitador vertical de varilla 33 Tabla 2.6 Características técnicas de agitadores 34 Figura 3.1 Control de nivel 36 Figura 3.2 Control de temperatura 37 Tabla 3.1 Especificaciones de entradas y salidas de Micrologix 1500 38 Tabla 3.2 Listado de entradas y salidas del controlador 38 Tabla 3.3 Especificaciones de entradas analogicas 39 Figura 3.9 Representación del proceso en pantalla 43 Figura 3.10 Representación de tanques y sensores de proceso 44 Figura 3.11 Representación de valvulas solenoides 45 Figura 3.12 Representacion del tanque de mezclador 45 Figura 3.13 Representacion del agitador vertical 46 Figura 3.14 Representacion de resistencia envainada 46 Tabla 4.1 Cotización del equipo de control 49 Tabla 4.2 Cotización de elementos primarios de medición 49 Tabla 4.3 Cotización de los elementosfinales de control 49 Tabla 4.4 Cotización de comunicaciones 50 Tabla 4.5 Cotización horas hombre 50 Tabla 4.6 Costo total del proceso 50 50

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VI

Objetivo general:

Proponer la automatización mediante la programación de un controlador lógico programable para el proceso de elaboración de jabón líquido, así como la selección de los instrumentos adecuados.

Objetivos específicos:

• Seleccionar la instrumentación para el proceso de la elaboración de jabón

líquido que permitan la automatización completa.

• Programar un controlador lógico programable que permita un

funcionamiento adecuado de los equipos.

• Evaluar el costo del proyecto

• Proponer una interfaz Hombre-Máquina para el monitoreo del proceso

Antecedentes:

Desde hace ya algún tiempo el empleo del jabón por las personas lo han

convertido en un producto de la canasta básica en todo hogar; ya que la higiene

es un hábito esencial para la vida diaria de todo ser humano.

El jabón es un producto de consumo riguroso y de mucha demanda en todos los

lugares tanto públicos como privados, y aun así no cuenta con una gran

promoción, e innovaciones en el proceso de elaboración del mismo.

Enfocando el proyecto hacia el campo de las innovaciones de la elaboración de

jabón liquido, se debe de tomar en cuenta que dentro de la elaboración de este

cambian algunos aspectos de color, de presentación y demás; pero siempre se

manejan en su elaboración los mismos ingredientes.

Hoy en día cuando se tiene un jabón en barra casi por terminado es desechado,

tanto los hoteles como restaurantes son los mayores generadores de este tipo de

residuos de jabón. Sin embargo los ingredientes y características de cada uno de

los jabones desgastados se conservan. Si se toman estos residuos de jabón y se

diluyen en alcohol se obtiene una sustancia, la cual agregando agua destilada y

glicerina necesarios se logra obtener jabón liquido económico de primer uso en

lugares públicos y con gran demanda en el mercado.

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VII

Justificación:

La elaboración de jabón liquido anti bacterial en medianas y micro-empresas es

muy rustica consta de calentar agua y el mezclado de componentes como

alcohol, jabón, y glicerina todo de forma manual o supervisado por las personas

pasó a paso; además de no contar con un proceso que pueda ser rápido y flexible

ya que siempre la obtención del jabón es mínima

La propuesta busca eliminar el factor humano mediante el control y la

automatización de este proceso y haciéndolo de gran utilidad para las medianas y

micro empresas.

Se busca evitar el proceso de saponificación ya que los restos de jabones en barra

que se mezclaran con alcohol ya tienen estas características; entonces, el

proceso se basara en solo hacer el mezclado de este compuesto con agua y

glicerina llevarlos a una cierta temperatura y llevarlo a lo que es el proceso del

envasado.

Alcances:

Se plantea que la propuesta de control pueda llegar a ser implementada en el

sector de medianas y micro empresas.

El control de dicho proceso deberá ser sencillo y a su vez de gran eficacia para el

correcto funcionamiento del mismo.

Obtener costos al álcense de medianas y micro empresas relacionadas a la

producción de jabón.

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VIII

Resumen:

El sistema constara de 3 tanques los cuales dosificaran según lo indicado por el

proceso una cierta cantidad de agua destilada, jabón con alcohol y glicerina; que

serán vertidos en un reactor para ser calentados y mezclados para generar jabón

líquido.

Primeramente será vertida una cierta cantidad de agua destilada en el reactor, una

vez sensada la cantidad deseada por los medidores de nivel, se proseguirá a que

el reactor comience a calentar y agitar el agua destilada, y la llevara a una

temperatura de 80°C por medio de una de una resistencia envainada dentro del

reactor; posteriormente se dosificaran el compuesto del jabón y alcohol, al igual

que la glicerina.

Se mantendrá la sustancia en el reactor en un rango de temperatura de entre 60 y

80°C por 20 minutos, de esta manera se podrá tener una mezcla uniforme de cada

elemento; por último se detendrá el sistema y se desfogara el reactor con la

mezcla terminada.

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Página 1

CAPITULO I

GENERALIDADES

Este capítulo está enfocado en especificar y dar una fase introductoria acerca

de las definiciones de procesos e instrumentos usados en el proceso de

elaboración de jabón líquido.

A su vez generalizara el funcionamiento del proceso y los pasos que este

realizara para la obtención de nuestro producto final.

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1.1 DESCRIPCION DEL PROCESO

Básicamente el proceso consta de tres tanques con capacidad de 100 litros,

cada uno con un indicador transmisor de nivel, los cuales contendrán tres

sustancias diferentes, en una llevara agua destilada, otro llevara la sustancia

con el jabón reciclado y el alcohol y el ultimo de los tres llevara la glicerina

liquida; estos tanques estarán conectados por medio de tuberías y válvulas

solenoides independientes hacia un reactor; las sustancias de cada tanque

serán suministradas una a la vez comenzando por el agua destilada, cuando el

transmisor indicador de nivel alla sensado el nivel del tanque de agua destilada

y este se encuentre a un 10% de su capacidad, hasta entonces se desactivara

la válvula solenoide de este tanque y se activara el motor con paletizador y la

resistencia envainada. De esta manera el agua destilada será agitada y

calentada hasta 80°C, se medirá la temperatura por medio de una termo

resistencia.

Una vez que el agua se encuentre a 80°C, se activara la válvula solenoide de

este tanque permitiendo que comencé el desfogue del tanque de el compuesto

de jabón con alcohol, cuando el transmisor indicador de nivel sense que está a

un 20% de su capacidad de nivel, se desactivara la válvula solenoide de este

tanque permitiendo la activación del válvula solenoide del tanque de la glicerina

y el desfogue de esta hacia el reactor; cuando el nivel alla sido sensado por el

transmisor indicador de nivel y el tanque se encuentre a un 70% de su

capacidad se cerrara la válvula solenoide de este tanque.

Se proseguirá al mezclado por 20 minutos, al igual se mantendrá la mezcla a

una temperatura entre los 60 y 80°C.

Por último habiendo pasado el tiempo indicado se proseguirá a desactivar el

paletizador y la resistencia envainada, permitiendo que la válvula solenoide de

desfogue del reactor se active y el jabón terminado siga con otra etapa.

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El proceso en general es mostrado en la Figura 1.1

1.2 CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS

Los fluidos que interactúan en el proceso de reciclado y elaboración de jabón

poseen ciertas características tanto físicas como químicas las cuales son

fundamentales conocer para el desarrollo y buen funcionamiento de nuestra

propuesta.

Los líquidos o sustancias a manejar son:

1) Agua

2) Mezcla alcohol y residuos de jabón

3) Glicerina

1.2.1 Propiedades físicas y químicas del agua

Las propiedades tanto físicas como químicas del agua son muy numerosas por

lo cual solo se mencionan las principales y de mayor importancia dentro de la

propuesta.

Figura 1.1 Diagrama completo del proceso

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Propiedades físicas del agua

• Es un líquido incoloro, inodoro e insípido.

• A 100º C se produce su ebullición en condiciones normales de presión

(es decir, al nivel del mar a 760 mm de Hg).

• Se solidifica a 0º C en forma de hielo.

• Es un compuesto con elevada capacidad calorífica, esto es, requiere

mucho calor para elevar su temperatura.

• Es el disolvente universal por excelencia; todos los gases, así como

numerosos sólidos y líquidos se disuelven en ella.

Principales propiedades químicas del agua

• Reacciona con los óxidos ácidos

• Reacciona con los óxidos básicos

• Se une en las sales formando hidratos

• Su fórmula química es H2O; es decir, el oxígeno está unido a cada

hidrógeno por medio de un enlace covalente sencillo (existe un par de

electrones que los unen).

• Su masa molecular es 18.016.

• Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve

(disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para

formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se

disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

• Gran calor específico: El agua absorbe grandes cantidades de calor que

utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende

más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando

energía al enfriarse.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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1.2.2 Propiedades físicas y químicas de la glicerina

Las propiedades de la glicerina son un poco más reducidas por lo cual se

mencionaran la mayoría de ellas ya que son de gran importancia en el proceso.

Es un líquido con un sabor dulce a alcohol e insoluble en éter, benceno y

cloroformo. La glicerina líquida es resistente a la congelación, pero puede

cristalizar a baja temperatura. Es soluble en agua en cualquier proporción, y se

disuelve en alcohol, pero es insoluble en éter y muchos otros disolventes

orgánicos.

Propiedades Físicas

• Tiene una forma líquida

• Es inodora e incolora

Propiedades Químicas

• Punto de ebullición 290ºC

• No es un liquido explosivo ni corrosivo

• Fácilmente soluble en agua a temperaturas aproximadas de 20ºC

• Viscosidad 1400mPa*s

1.2.3 Características físicas y químicas de el alcohol

El compuesto químico etanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que

se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de

78°C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla

azeotrópica.

Dado que en el proceso será mezclada con agua definiremos lo que significa

una mezcla azeotrópica.

Una mezcla azeotrópica es una mezcla líquida de dos o más componentes que

posee un único punto de ebullición constante y fijo.

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Un azeótropo, puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a

la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma

composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos

por destilación simple.

Un ejemplo es la mezcla de etanol y agua, que forma un azeótropo para una

concentración del 95% en peso de alcohol, que hierve a una temperatura de

78,2 ºC. Con una destilación simple se obtiene un alcohol con esta

concentración, pero para conseguir un compuesto más puro se necesita utilizar

recursos especiales como una destilación azeotrópica.

1.3 MEDICIÓN DE NIVEL

Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace

necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea

mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y

medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar

que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un

recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó

menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se

mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en

un recipiente sellado en el que no conviene tener partes móviles ó cuando es

prácticamente imposible mantenerlas, el control de nivel entre dos puntos, uno

alto y otro bajo, es una de las aplicaciones más comunes de los instrumentos

para controlar y medir el nivel, los niveles se pueden medir y mantener

mediante dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos.

Los instrumentos mecánicos de medición y control de niveles ó cargas

hidrostáticas, incluyen dispositivos visuales e indicadores, el dispositivo más

simple para medir niveles es una varilla graduada, que se pueda insertar en un

recipiente, la profundidad real del material se mide por la parte mojada de la

varilla, este método es muy utilizado para medir el nivel en los tanques de una

gasolinera, este método es simple pero efectivo, no es muy práctico, sobre todo

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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si el material es tóxico ó corrosivo, ya que el individuo que lo aplica tiene que

estar de pie sobre la abertura manejando la varilla con las manos.

En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de

vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del

balance adecuado de materias primas o de productos finales

Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y

de sólidos que son dos mediciones claramente diferenciadas por sus distintas

peculiaridades y las aplicaciones particulares de las que son objeto.

El transductor de nivel “inteligente”(Evaluación experimental de un esquema de

regulación del nivel de un tanque basado en redes neuronales ), hace posible

la interpretación del nivel real elimina o compensa la influencia de la espuma en

flotación del tanque en la lectura, la eliminación de falsas alarmas, tanques con

olas en la superficie debido al agitador de paletas en movimiento, y la fácil

calibración del aparato en cualquier punto de la línea de transmisión.

El transmisor o varios transmisores pueden conectarse a través de una

conexión RS-232, a una computadora personal, que con el software adecuado,

es capaz de configurar transmisiones inteligentes. Los instrumentos de nivel

pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos, que son dos

mediciones claramente diferenciadas y que se estudiaran separadamente por

sus peculiaridades y las aplicaciones particulares de que son objeto.

1.4 MEDICION DE LA TEMPERATURA

Temperatura

Es el grado relativo de calor o frío que tiene un cuerpo

Diferentes efectos producidos por la temperatura

1. Aumento de las dimensiones (Dilatación).

2. Aumento de presión o volumen constante.

3. Cambio de fem. inducida.

4. Aumento de la resistencia.

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5. Aumento en radiación superficial.

6. Cambio de temperatura.

7. Cambio de estado sólido a líquido.

8. Cambio de calor

Observando cada una de las propiedades en los materiales podemos medir la

temperatura observando los efectos de los cuerpos.

Todos los instrumentos de medición de temperatura cualquiera que fuese su

naturaleza dan la misma lectura en cero por ciento (0%) y 100%, si se calibra

adecuadamente, pero en otros puntos generalmente la lectura no

corresponderá porque las propiedades de expansión de los líquidos varían, en

este caso se hace una elección arbitraria y, para muchos fines será totalmente

satisfactoria, sin embargo es posible definir una escala de temperatura de un

gas ideal como base suprema de todo trabajo científico.

Las unidades de temperatura son °C, °F, °K.

Los elementos primarios de medición y temperatura, son transductores que

convierten la energía térmica en otra o en un movimiento.

La diferencia ente el calor y temperatura, es que el calor es una forma de

energía y la temperatura es el nivel o valor de esa energía.

Se han dividido los elementos primarios de medición de temperatura en 3 tipos:

a. TERMOMETROS.- Transductores que convierten la temperatura en

movimiento.

b. SISTEMAS TERMALES.- Transductores que convierten la temperatura

en presión (y después en movimiento).

c. TERMOELECTRICOS.- Transductores que convierten la temperatura en

energía eléctrica (y mediante un circuito en movimiento)

La Tabla 1.1 muestra dichos elementos y su construcción o material del que

están elaborados.

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Tabla 1.1 Medición de temperatura y materiales de construcción.

Elemento Instrumento para sensado Material de

construcción

Termómetros a. De Alcohol

b. De Mercurio

c. Bimetálico

Elementos Primarios de

medición de temperatura

Sistemas Termales a. Liquido (Clase I)

b. Vapor (Clase II)

c. Gas (Clase III)

d. Mercurio (Clase IV)

Termoeléctricos a. Termopar

b. Resistencia

c. Radiación

1.5 PLC

Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario

programarlo con cierta información acerca del proceso que se quiere

automatizar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al

programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de

la instalación.

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones

como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de

acción a los pre accionadores y accionadores. Además cumplen la importante

función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones

del programa.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a

ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo

realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño

reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en

mano de obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo

equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores

lógicos programables, o PLC´s, presentan ciertas desventajas como es la

necesidad de contar con técnicos calificados y adiestrados específicamente

para ocuparse de su buen funcionamiento.

1.6 HMI

Lewis y Rieman [1993] definen las interfaces hombre computadora como:

Las interfaces básicas de usuario son aquellas que incluyen cosas como

menús, ventanas, teclado, ratón, los "beeps" y algunos otros sonidos que la

computadora hace, en general, todos aquellos canales por los cuales se

permite la comunicación entre el hombre y la computadora.

La idea fundamental en el concepto de interfaz es el de mediación, entre

hombre y máquina. La interfaz es lo que "media", lo que facilita la

comunicación, la interacción, entre dos sistemas de diferente naturaleza,

típicamente el ser humano y una máquina como el computador. Esto implica,

además, que se trata de un sistema de traducción, ya que los dos "hablan"

lenguajes diferentes: verbo-icónico en el caso del hombre y binario en el caso

del procesador electrónico.

De una manera más técnica se define a Interfaz de usuario, como conjunto de

componentes empleados por los usuarios para comunicarse con las

computadoras. El usuario dirige el funcionamiento de la máquina mediante

instrucciones, denominadas genéricamente entradas. Las entradas se

introducen mediante diversos dispositivos, por ejemplo un teclado, y se

convierten en señales electrónicas que pueden ser procesadas por la

computadora. Estas señales se transmiten a través de circuitos conocidos

como bus, y son coordinadas y controladas por la unidad de proceso central y

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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por un soporte lógico conocido como sistema operativo. Una vez que la UPC

ha ejecutado las instrucciones indicadas por el usuario, puede comunicar los

resultados mediante señales electrónicas, o salidas, que se transmiten por el

bus a uno o más dispositivos de salida, por ejemplo una impresora o un

monitor.

Resumiendo entonces podemos decir que, una interfaz de software es la parte

de una aplicación que el usuario ve y con la cual interactúa. Está relacionada

con la subyacente estructura, la arquitectura, y el código que hace el trabajo del

software, pero no se confunde con ellos. La interfaz incluye las pantallas,

ventanas, controles, menús, metáforas, la ayuda en línea, la documentación y

el entrenamiento. Cualquier cosa que el usuario ve y con lo cual interactúa es

parte de la interfaz. Una interfaz inteligente es fácil de aprender y usar. Permite

a los usuarios hacer su trabajo o desempeñar una tarea en la manera que hace

más sentido para ellos, en vez de tener que ajustarse al software. Una interfaz

inteligente se diseña específicamente para la gente que la usará.

En el proceso de diseño de una interfaz de usuario se pueden distinguir cuatro

fases o pasos fundamentales:

1. Reunir y analizar la información del usuario

2. Diseñar la interfaz de usuario

3. Construir la interfaz de usuario

4. Validar la interfaz de usuario

Reunir y analizar la información del usuario:

Es decir concretar a través de técnicas de requerimentación, qué tipo de

usuarios van a utilizar el programa, qué tareas van a realizar los usuarios y

cómo las van a realizar, qué exigen los usuarios del programa, en qué entorno

se desenvuelven los usuarios (físico, social, cultural).

Diseñar la interfaz de usuario.

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Es importante dedicar tiempo y recursos a esta fase, antes de entrar en la

codificación. En esta fase se definen los objetivos de usabilidad del programa,

las tareas del usuario, los objetos y acciones de la interfaz, los iconos, vistas y

representaciones visuales de los objetos, los menús de los objetos y ventanas.

Todos los elementos visuales se pueden hacer primero a mano y luego refinar

con las herramientas adecuadas.

Construir la interfaz de usuario.

Es interesante realizar un prototipo previo, una primera versión del programa

que se realice rápidamente y permita visualizar el producto para poderlo probar

antes de codificarlo definitivamente

Validar la interfaz de usuario.

Se deben realizar pruebas de usabilidad del producto, a ser posible con los

propios usuarios finales del mismo.

Es importante, en suma, realizar un diseño que parta del usuario, y no del

sistema.

Existen 11 pasos en el proceso de diseño "centrado en las tareas", similar al

anterior pero que desglosa algunas actividades implícitas en otras, así:

1.- Entender quien usará el sistema para hacer qué.

2.- Elegir tareas representativas para el diseño.

3.- Plagiar o copiar.

4.- Bosquejar un diseño.

5.- Pensar acerca del diseño.

6.- Crear un prototipo.

7.- Evaluarla con los usuarios.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 13

8.- Repetir.

9.- Construirla.

10.- Rastrearla.

11.- Cambiarla.

Dentro de los tipos de HMI se tiene diferentes, tales como son:

• Lenguajes de programación visual como visual C++ o Visual Basic. En

éstos software una vez que se tiene establecida la programación en

ejecutable no se puede reprogramar a menos que sea requerida la llave

por el usuario lo cual implicaría un costo.

• Paquetes de desarrollo orientados a tareas de HMI. Pueden ejecutar o

desarrollar una HMI establecida para el usuario. Se puede reprogramar

con llave.

La figura 1.2 nos mostrara a grandes rasgos la estructura general de una interfaz

hombre maquina.

Figura 1.2 Estructura general del software de HMI

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 14

Los softwares con una Interfaz Hombre Maquina (HMI) están compuestos por

un conjunto de programas y archivos. Los programas de diseño como el editor

de pantalla crea moldes de pantallas para visualización del proceso. La interfaz

hombre es un programa que se encarga de refrescar las variables de la base

de datos en la pantalla y actualizarla. Este programa realiza la interfaz entre la

base de datos y el usuario. La base de datos es un lugar donde se almacenan

los datos requeridos del proceso. Estos datos varían en el tiempo según

cambie el proceso.

1.7 VISUAL BASIC

Visual Basic es un lenguaje de programación para Microsoft. El lenguaje de

programación es un dialecto de BASIC, con importantes añadidos. Su primera

versión fue presentada en 1991 con la intención de simplificar la programación

utilizando un ambiente de desarrollo completamente gráfico que facilitará la

creación de interfaces gráficas y en cierta medida también la programación

misma.

Visual Basic (Visual Studio) constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado

o en inglés Integrated Development Enviroment) que ha sido empaquetado

como un programa de aplicación, es decir, consiste en un editor de código

(programa donde se escribe el código fuente), un depurador (programa que

corrige errores en el código fuente para que pueda ser bien compilado), un

compilador (programa que traduce el código fuente a lenguaje de máquina), y

un constructor de interfaz gráfica o GUI (es una forma de programar en la que

no es necesario escribir el código para la parte gráfica del programa, sino que

se puede hacer de forma visual).

Su entorno de desarrollo es de la siguiente forma:

• Se compone principalmente de su barra de herramientas y menús que

se pueden personalizar con prácticamente la completa totalidad de los

comandos del IDE a necesidad.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 15

• El espacio de trabajo donde se muestran todas las ventanas del

proyecto, las vistas de código de módulos y objetos, y las vistas de

diseño de formularios y componentes.

• El Cuadro de herramientas (por defecto a la izquierda) contiene los

controles con los que componer las ventanas de nuestra aplicación. Por

defecto disponemos los controles básicos:

o (PictureBox) Caja de Imagen

o (Label) Etiqueta

o (TextBox) Caja de texto

o (Frame) Marco

o (CommandButton) Botón de comando

o (CheckBox) Casilla de verificación

o (OptionButton) Botón de opción

o (ComboBox) Lista desplegable

o (ListBox) Lista

o (HScrollBar) Barra de desplazamiento horizontal

o (VScrollBar) Barra de desplazamiento vertical

o (Timer) Temporizador

o (DriveListBox) Lista de unidades de disco

o (DirListBox) Lista de directorios

o (FileListBox) Lista de archivos

o (Shape) Figura

o (Line) Línea

o (Image) Imagen

o (Data) Conexión a origen de datos

o (OLE) Contenedor de documentos embebidos compatibles con

Object Linking and Embedding

Ventajas

• Posee una curva de aprendizaje muy rápida.

• Integra el diseño e implementación de formularios de Windows.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 16

• Permite usar con suma facilidad la plataforma de los sistemas Windows

dado que tiene acceso prácticamente total a la API de Windows

incluidas librerías actuales.

• El código en Visual Basic es fácilmente migrable a otros lenguajes.

• Es un lenguaje muy extendido por lo que resulta fácil encontrar

información, documentación y fuentes para los proyectos.

• Fácilmente extensible mediante librerías DLL y componentes ActiveX de

otros lenguajes.

• Posibilidad de añadir soporte para ejecución de scripts, VBScript o

JScript, en las aplicaciones mediante Microsoft Script Control.

• Acceso a la API multimedia de DirectX (versiones 7 y 8). También está

disponible, de forma no oficial, un componente para trabajar con

OpenGL 1.1: VBOpenGL type library

• Existe una versión integrada en las aplicaciones de Office, versiones

tanto Windows como Mac, que permite programar macros para extender

y automatizar funcionalidades en documentos como por ejemplo una

hoja de cálculo de EXCEL o una base de datos ACCESS (VBA)

• Es un entorno perfecto para realizar pequeños prototipos rápidos de

ideas.

Inconvenientes

• Sin soporte oficial de Microsoft desde el 4 de abril de 2008 (aunque

existe mucha documentación disponible en el sitio de MSDN incluidas

descargas de Service Packs, paquetes de dependencias mínimas y

similares en el sitio web de Microsoft).

• No es multiplataforma (aunque la mayoría de las aplicaciones

compiladas pueden correr nativamente en sistemas Linux sobre

utilidades que emulan las librerías de Windows como por ejemplo Wine).

• Por defecto permite la programación sin declaración de variables. (que

puede ser sencillamente corregida escribiendo la frase Option Explicit en

el encabezado de cada modulo de código, en cuyo caso será menester

declarar todas las variables a utilizar, lo que a la postre genera código

más estable y seguro).

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 17

• No permite programación a bajo nivel ni incrustar secciones de código

en ASM (aunque es posible ejecutar código ASM mediante pequeños

hacks como este).

• Sólo soporta librerías dinámicas (DLL) que usen la convención de

llamadas _stdcall y componentes y librerías ActiveX.

• Es un lenguaje basado en objetos pero no implementa por completo la

filosofía de Orientación a Objetos (véase POO).

• No permite la sobrecarga de operadores ni métodos.

• No permite nombres de espacio (véase namespace).

• No soporta el punteros a memoria salvo en algunas acciones concretas,

como por ejemplo pasar la dirección de memoria de una función como

argumento (operador AddressOf).

• No soporta tratamiento de procesos como parte del lenguaje.

• No incluye operadores de desplazamiento de bits como parte del

lenguaje.

• No permite el manejo de memoria dinámica, punteros, etc. como parte

del lenguaje.

• No soporta el tratamiento de excepciones. Su tratamiento de errores se

basa en la captura de mensajes y desvió del flujo de ejecución de la

forma tradicional del BASIC (On Error Goto <etiqueta/numero linea>).

• No controla todos los errores de conversion de tipos dado que en

muchas ocasiones hace conversiones al vuelo (sobre todo al usar

variables de tipo Variant).

• Aunque existen opciones avanzadas en el compilador para desactivar

los controladores de desbordamiento de enteros o las comprobaciones

de límites en matrices entre otros (presumiblemente para optimizar y

lograr algo de rendimiento) no es seguro del todo dado que hay más

posibilidades de generar una excepción grave no controlada por el

interprete (y por consiguiente el programador) o un memory leak

haciendo el programa altamente inestable e impredecible.

• No tiene instrucciones de pre procesamiento.

• El tratamiento de mensajes de Windows es básico e indirecto.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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• La gran gama de controles incorporados son, sin embargo en algunos

casos, muy generales, lo que lleva a tener que reprogramar nuevos

controles para una necesidad concreta de la aplicación. Esto cambia

radicalmente en Visual Basic .NET donde es posible reprogramar y

mejorar o reutilizar los controles existentes.

• El depurador no es demasiado flexible ni cómodo en ciertas situaciones.

• Los controles personalizados no mejoran la potencia de la API de

Windows, y en determinados casos acudir a ésta será el único modo de

conseguir el control personalizado deseado.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 19

CAPITULO II

INSTRUMENTACION

Este capítulo está enfocado a especificaciones, descripción y características de

los tipos de instrumentos que serán usados en el proceso.

A su vez se comparan instrumentos indicando él porque de su selección y

especificando porque es más conveniente en dicho proceso.

2.1 INSTRUMENTACIÓN PROPUESTA

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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La instrumentación propuesta para dicho proceso implicara la propuesta

elementos primarios de control así como elementos finales de control; esto

se muestra en un diagrama en donde se encontraran indicados cada uno de

dichos elementos. En la Tabla 2.1 se mencionan los instrumentos que se

integraran en dicho proceso:

Tabla 2.1 Instrumentos y unidad de los mismos en el proceso

INSTRUMENTO UNIDAD

ELEMENTOS PRIMARIOS DE CONTROL

Indicador transmisor de nivel 3

Indicador Transmisor de Temperatura 1

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

Válvulas solenoides 4

Resistencia 1

Agitador 1

La figura 2.1 muestra la instrumentación que se propone para dicho proceso; a

continuación se describirá de manera general las características de cada

instrumento de medición que se propone para el proyecto.

2.2 Elementos Primarios de Control

Estos elementos son los encargados de sensar la variable del proceso o de

ingeniería y las transforman en una señal ya sea mecánica eléctrica, etc.

Estos dispositivos constaran de dos elementos:

• Elemento primario: Esta elemento censa la variable del proceso y la

elabora o transforma.

• Elemento secundario: Capta la señal del elemento primario y la

transforma en una salida.

Los medidores-transmisores o transmisores indicadores conjuntan las dos

partes anteriormente mencionadas en un solo dispositivo.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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2.2.1 Temperatura

En la selección de termo resistencias es de suma importancia considerar

distintos valores como lo son la temperatura de operación del proceso

características del fluido así como de suma importancia es el contar con un

transformador de señal mostrado en la figura 4 que nos permita enviar una

señal adecuada al controlador ya que el sensor entrega una respuesta en ohms

y es necesario transformarla a una señal de tipo analógica o digital por lo cual

comenzamos con la especificación de dicho instrumento.

Figura 2.2 Transformador de señal SITRANS TH100

Gama de aplicación

El convertidor de temperatura SITRANS TH100 puede utilizarse para la medida

de temperatura con termoresistencias Pt100 en todos los sectores. Su tamaño

compacto permite instalarlo en un cabezal tipo B (DIN 43729) o mayor. La

señal de salida es una corriente continua de 4 a 20 mA proporcional a la

temperatura e independiente de la carga. La parametrización se efectúa por

medio del PC con el software SIPROM T y con el modem para SITRANS

TH100/TH200.

Funcionamiento

La señal suministrada por una termorresistencia Pt100 (conexión a 2, 3 o 4

hilos) se amplifica en la etapa de entrada. La tensión proporcional a la

magnitud de entrada se digitaliza por medio de un multiplexor en un convertidor

analógico-digital. El micro controlador realiza la conversión de la señal en

función de la característica del sensor y de otros parámetros (rango de

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 22

medición, amortiguación, temperatura ambiente, etc.). La señal preparada se

transforma en una corriente continua de 4 a 20 mA independiente de la carga

en un convertidor digital analógico.

Algunas de sus características son mostradas en la Tabla 2.2

Tabla 2.2 Datos técnicos de termoresistencia

DATOS TÉCNICOS

Entrada

Termómetros de resistencia

Magnitud medida Temperatura

Tipo de entrada PT100 según IEC 60751

Características Lineal con temperatura

Tipo de conexión Conexión a 2,3 o 4 hilos

Resolución 14 bit

Precisión de medida

Alcance de medida<250ºC <250ºC

Alcance de medida>250ºC <0.1% del alcance de medida

Corriente de medida Aprox. 0.4 mA

Ciclo de medida <0.7s

Rango de medición -200…+850ºC(-328…+1562ºF)

Alcance de medida 25…1050ºC(77…1922ºF)

Unidad ºC ó ºF

Offset Programable: -

100…+100(180…+180ºF)

Resistencia del cable Max. 20

Salida

Señal de salida 4 … 20mA a dos hilos

Alimentación auxiliar 8.5 … 36 VCD (30V para Ex)

Carga Max. 0.023 A

Protección Contra inversión de polaridad

Resolución 12 bit

Precisión a 23ºC <0.1% del alcance de medida

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 23

Una vez analizado este indicador y viendo que cumple con los requerimientos

necesarios en el proceso procedemos a hacer la selección de la termo

resistencia adecuada para dicho convertidor y necesario en el proceso.

Termorresistencias

Una termorresistencia consta de

• La resistencia de medida (metal; platino, Pt o níquel, Ni) y

• Los elementos de montaje y de conexión necesarios en cada caso.

Normalmente, las resistencias de medida están encapsuladas en cerámica. En

caso de extremados requisitos de resistencia a las vibraciones, las resistencias

Pt se bobinan de forma bifilar y se encapsulan en vidrio.

• Normalmente se entregan resistencias de medida de la clase B. Para

resistencias de medida de la clase A o de la clase B, 1/3 a 1/10, consulte

con nosotros.

• Las termorresistencias están disponibles como instrumentos simples y

dobles.

A continuación se muestra la construcción de una termo resistencia de en la

fig. 2.3

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 24

Figura 2.3 Componentes de una termoresistencia

La figura 2.3 muestra los componentes de una termorresistencia

Para poder proteger la resistencia de medida durante el servicio y para poder

desmontar con mayor facilidad, esta se fija dentro de una unidad de medida (4),

la cual se monta a la vez en una vaina de protección (5). El inserto se fija de

forma elástica con dos tornillos en el cabezal de conexión (1) del elemento de

protección.

El cable interno (10) de la unidad de medida une la resistencia (11) con los

bornes que se encuentran en el zócalo de conexión. Según el rango de medida

y los requisitos de precisión, las termorresistencias se conectan a los equipos

de salida en circuito a 2, 3 o 4 hilos. A este fin, las unidades de medida pueden

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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suministrarse también con 2, 3 o 4 cables internos. Si la resistencia del cable

interno es irrelevante, entonces podrán utilizarse también las unidades de

medida con solamente dos cables internos para la conexión a 3 y 4 hilos.

La calibración exacta del cable interno en estado de servicio solo es posible

con 3 cables internos. Si la resistencia del cable interno supera 0,2 Ω, entonces

este valor estará marcado en la brida de fijación de la unidad de medida.

Debido a la baja temperatura en proceso será usada una termoresistencia de

níquel ya que soporta adecuadamente las temperaturas de proceso realizando

las indicaciones y mediciones adecuadamente.

La resistencia de medida varía con la temperatura en base a una serie de

valores básicos reproducibles. Los cambios de la resistencia se transforman en

cambios de tensión y se transmiten mediante cables de cobre, ya sea en

directo o a través de convertidores, a los instrumentos indicadores,

registradores o reguladores. El tipo de circuito de medida dependerá del

instrumento a conectar y del rango de medida exigido.

Las resistencias de medida están calibradas a la temperatura de 0 °C (32 °F), a

100 Ω 0,12 Ω.

Principio de la medida de temperatura por resistencia

La corriente que circula por el termómetro los calienta con respecto al fluido a

medir. El error de calentamiento provocado decrece con el cuadrado de la

corriente y de forma lineal con el valor óhmico de la correspondiente resistencia

de medida. Además de la dimensión de la corriente, el error depende también

de la construcción de la termo resistencia y de la transferencia de calor entre la

vaina de protección y el medio a medir. Los instrumentos indicadores que

operan por galvanómetro y aguja requieren una gran potencia. En este caso, la

corriente por el termómetro no deberá superar 10 mA para mantener el error

por calentamiento dentro de los límites admisibles.

SELECCIÓN

En el transmisor de de temperatura se seleccionara el PT100 de siemens con

un transformador de señal implementado SITRANS TH100 debido a que el

control y sensado de la temperatura debe ser optimo. Debido a las

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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características de dichos instrumentos las cuales cumplen con las

características del proceso y la experiencia y eficacia que SIEMENS garantiza

en sus productos se consideraron como los óptimos para el proceso.

2.2.2 Nivel

En los tanques donde se contendrá agua, alcohol-jabón y glicerina se

implementara un transmisor de nivel (LIT-001) como se muestra en la figura 2.4

el cual ubicaremos en la parte superior de cada uno de los tanques. Esto nos

indicara el nivel de cada uno de los tanques para el llenado del tanque

principal.

Figura 2.4 Transmisor indicador de nivel FMI-51

El principio de funcionamiento en la medición de nivel se basa en el cambio en

la capacitancia del condensador con respecto al cambio de nivel. La sonda y la

pared del tanque forman un condensador eléctrico.

Conforme el tanque se llena la sonda del instrumento hará los cabios de

capacitancia del líquido en una señal con una proporción de (4-20mA).

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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Cuando la sonda esta en el aire (1), se mide una capacitancia baja. Cuando el

recipiente está lleno, la capacitancia aumenta más si la sonda está cubierta (2),

(3). A partir de una conductividad de 100ms/cm, la medición será independiente

del valor de la constante dieléctrica (DK) del líquido. Como resultado, las

fluctuaciones en el valor DK no afectaran el valor medido que se muestra.

Además el sistema no permite el efecto de acumulación del medio o

condensado cerca de la conexión de proceso de la sonda con una longitud

inactiva.

Lo mencionado lo ilustra claramente la figura 2.5.

Figura 2.5 Principio de funcionamiento de FMI-51

R: Conductividad del liquido

C: Capacitancia del liquido

CA: Capacitancia inicial

CE: Capacitancia Final

En la tabla 2.3 son mostrados los datos de dicho instrumento considerador los

más relevantes para el proceso en cuestión.

Tabla 2.3 Datos técnicos de FMI-51

DATOS TECNICOS

Principio de medición Capacitivo

Características/Aplicación Sonda de varilla completamente

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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aislada para condiciones estándar y

extremas

Interfaz de medición Interfaz liquido

Comunicación y alimentación 12-26VCD HART

Exactitud 0.1%

Temperatura ambiente -50ºC…+70ºC

-58ºC…+158ºC

Temperatura de proceso -80ºC…+200ºC

Salida 4-20 mA HART

SELECCIÓN

Una vez indicadas las características y principio de funcionamiento el FMI-51

se llego a la conclusión de que es optimo para el proceso así como también su

fabricante ENDRESS+HAUSSER garantiza su correcto funcionamiento y

eficiencia en nuestro proceso.

2.3 ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

Los elementos finales de control o actuadores son aquellos elementos que

modifican los valores de la variable manipulada en un lazo de control logrando l

respuesta deseada por el proceso.

En el proceso se mencionan tanto válvulas como una resistencia los cuales son

elementos que modificaran la respuesta final en sus respectivos controles

logrando ya sea dejando de alimentar el tanque principal o para obtener una

temperatura deseada respectivamente.

A continuación son definidos dichos elementos detalladamente:

2.3.1 Selección de válvulas de control de flujo de líquidos

Las aplicaciones de válvulas abarcan una gama casi infinita de diseños

diferentes, desde las válvulas de globo con jaula estándar hasta las de gran

tamaño, especiales para presiones extremosas incluso las solenoides. La

selección de la válvula adecuada parecería ser algo muy complejo, pero la

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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experiencia señala que el proceso de selección sólo requiere aplicar unos

cuantos procedimientos sencillos.

En el proceso especificado del proyecto cabe destacar el requerimiento de la

válvula con apertura total debido al funcionamiento de la misma para realizar

una apertura ON/OFF. (Figura 2.6)

Figura 2.6 Composición general de una válvula tipo ON/OFF

2.3.2 Válvulas solenoides

La válvula de solenoide es un dispositivo operado eléctricamente, y es utilizado

para controlar el flujo de líquidos o gases en posición completamente abierta o

completamente cerrada.

Bonete

Junta de

bonete

Junta en espiral

Junta de

jaula

Pasador de

ranura

Junta anillo

asiento

Anillo de

asiento

Macho de

válvula

Anillo pistón

Jaula

Empaquetadura

Vástago

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La figura 2.7 ilustra una válvula solenoide

Figura 2.7 Válvula solenoide

La válvula para usar será solenoide Mod. W-210-0 de la marca Watson

McDaniel por lo cual a continuación en la figura 2.8 se especifican tanto la

válvula como sus especificaciones técnicas en las tablas 2.4 y 2.5.

Tabla 2.4 Dimensiones de válvula solenoide diferentes modelos

Dimensiones en mm

DN 6 10 15 20

Tam. Conexión ¼ NPT 3/8 NPT ½ NPT ¾ npt

H1 12 14 16.5 22.5

H 78 85 85 88

Figura 2.8 Diagrama de construcción de válvulas solenoides

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W 40 56 56 56

L 50 70 70 70

Tabla 2.5 Especificaciones técnicas de válvula solenoide

ESPECIFICACIONES TECNICAS

Diámetro ¼” 3/6” ½” ¾” 1” 1

¼”

1 ½” 2”

Factor de flujo 0.54 1.4 2.8 5 10 16 20 32

Max. Presión de operación

(PSI)

0.57 0-100 0-57

Max. Temperatura de

operación del fluido

-10 + 60ºC

Tipo de fluido Aceite, aire, agua

Voltaje de bobina 120 VAC 60 Hz 220VAC 60Hz

Volumen de descarga 0.09 0.15 0.3 0.45

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

La válvula de solenoide es una válvula que se cierra por gravedad, por presión

o por la acción de un resorte; y es abierta por el movimiento de un émbolo

operado por la acción magnética de una bobina energizada eléctricamente, o

viceversa.

En la figura 2.9 pueden apreciarse las partes principales ya integradas de una

válvula de solenoide típica. La aguja de la válvula está unida mecánicamente a

la parte inferior del émbolo. En esta válvula en particular, cuando se energiza la

bobina, el émbolo es levantado hacia el centro de la bobina, levantando la

aguja del orificio donde está sentada, permitiendo así el flujo. Cuando se des

energiza la bobina, el peso del émbolo hace que caiga por gravedad y cierre el

orificio, deteniendo el flujo. En algunos tipos de válvulas, un resorte empuja el

émbolo para que cierre la válvula; esto permite que la válvula pueda instalarse

en otras posiciones diferentes a la vertical.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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Figura 2.9 Construcción interna de una válvula solenoide

CALEFACTOR

Se plantea el uso para dicho proceso de una resistencia envainada la cual es

ocupada en procesos de inmersión en líquidos dichas resistencias se basan en

el principio básico de ser encendidas lo cual lograra que la resistencia al ser

alimentada comience a generar una temperatura la cual se intercambiara con el

liquido permitiendo el calentamiento del mismo.

Figura 2.10 Resistencia envainada

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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AGITADOR

El uso de un reactor es de suma importancia para realizar la mezcla de

nuestras sustancias una vez calentados los elementos se procederá a realizar

una mezcla lenta del producto por lo cual la capacidad del motor que moverá el

agitador puede ser de una baja potencia.

Después de estudiar algunas posibilidades se llego a la conclusión del uso de

un agitador Jolmar por su bajo costo así como por las características en las

cuales abarca las necesarias por el proceso.

El agitador de tripie JOLMAR es eficiente para trabajar con tanques de hasta

350 lts de diversos productos líquidos, semi-líquidos y ligeramente viscosos.

El agitador cuenta con propelas tipo marino (intercambiables según la agitación

que requiera el producto; paletas, homomixer). La base del agitador es

fabricada en acero al carbón esmaltado. La flecha guía y las propelas son

fabricadas en acero inoxidable tipo 304. Con ruedas para su fácil

desplazamiento.

Requiere luz monofásica o trifásica.

Podemos observar dicho agitador en la siguiente figura 2.11

Figura 2.11 Agitador vertical de varilla

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Los datos técnicos comparativos entre dos modelos de agitadores se

encuentran en la tabla 2.6

Tabla 2.6 Características técnicas de agitadores

MODELOS RZR-2021 RZR-2041

Volumen Máximo de Agitación (litros) 150 300

Viscosidad máxima mPas 600000 100000

Velocidad Máxima r.p.m. 200-2000 20-2000

Medidas alto, ancho y fondo (m) 2.6x0.82x0.17 2.6x0.82x0.17

Peso (kg) 15 15

SELECCIÓN

Se considero después del análisis de todas las especificaciones y

funcionamiento del instrumento usar un agitador vertical de varilla JOLMAR

RZR-2021 debido que abarca las características necesarias de dicho proceso.

El contacto con el fabricante no pudo ser establecido por completo pero en la

investigación se ha observado es un producto eficiente y garantizado.

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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CAPITULO III

DESARROLLO DE

CONTROL Y

AUTOMATIZACION

Este capítulo describirá la lógica de control del proceso así como la

programación del PLC utilizando el software RS LOGIX 500.

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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3.1 SISTEMA DE NIVEL

Es necesario controlar el nivel de cada uno de los tanques para que la presión

sea constante y el proceso a tratar nunca deje de tener una alimentación de

ninguno de los elementos que en el mismo existen.

Los sensores transmisores de nivel sensaran el nivel del tanque lo cual

proporcionara la cantidad de fluido que se ha descargado dentro del reactor.

Una vez censada la cantidad deseada de fluido se procederá al cerrado del la

válvula de desahogo de dicho tanque.

En el momento de la descarga del tanque el sensor de nivel enviara una señal

de 4-20mA en el cual el programa realizara una conversión a través de un

escalamiento con respecto a la señal analógica de entrada dependiendo de la

resolución del PLC. Dicha lectura se guardará en una localidad de memoria del

PLC, una vez almacenada en dicha localidad de memoria será usada dentro

del programa para el control del nivel dentro del tanque y llamada para cumplir

las condiciones del programa para así lograr el control de nivel de cada uno de

los tanques dependiendo el proceso. El uso de dichos sensores se justifica

debido al cambio de los componentes existentes dentro del proceso si la receta

llegase a cambiar en cantidad de fluidos o de mas será de gran importancia

contar con dichos sensores ya que el cambio de la receta solo se hará en el

programa permitiendo de manera fácil y eficiente el cambio de dichas variables

dentro de la propuesta. A continuación la figura 3.1 se muestra dicho lazo de

control.

Figura 3.1 Control de nivel

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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3.2 SISTEMA DE TEMPERATURA

El control de la temperatura permitirá la buena mezcla entre los componentes

del proceso se deberá mantener entre 80 y 60ºC, lo cual el control por medio

del PLC hará mediante un control ON/OFF de la resistencia envainada

contenida en el tanque.

El sensor transmisor de temperatura opera con ciertas unidades que son

enviadas a un convertidor que hará una relación y entregara a nuestro PLC una

señal de 4-20mA en relación a la temperatura de operación de dicho

instrumento con la censada dentro del reactor una vez en el PLC este enviara

una señal activando la resistencia la cual controlara la temperatura de la

mezcla en el interior de tanque.

Ilustrado esto se observara en la figura 3.2.

Figura 3.2 Control de temperatura

3.3 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL

Es de gran importancia la selección de un controlador el cual abarque las

condiciones de indicación y acondicionamiento de las señales de nivel como de

temperatura así como accionamiento de válvulas y del reactor. Por tanto se ha

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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seleccionado el PLC (Controlador Lógico programable) Allen Bradley

MicroLogix 1500.

Este controlador es compacto con un gran funcionamiento y rendimiento.

Dichas características hacen que dicho PLC sea óptimo para los

requerimientos del proceso en cuestión.

Este dispositivo usa un diseño modular sin racks lo cual permite un menor

inventario de piezas haciendo menos costosa la propuesta. El modo de

programación de dicho PLC es por medio de un software llamado RSLogix 500

de Rockwell Automation INC.

A su vez este dispositivo proporciona E/S discretas incorporadas en el

controlador según lo indicado en la tabla 3.1.

Tabla 3.1 Especificaciones de entradas y salidas del controlador MicroLogix 500

Familia de Controlador Entrada Salida

Cantidad Tipo Cantidad Tipo

MicroLogix

1500

1764-24BWA 12 24VCC 12 Relé

1764-24AWA 12 120 VCA 12 Relé

1764-24BXB 12 24 VCC 12 Relé

En los mencionados modelos existe la posibilidad de expansión de las entradas

y salidas del sistema por si se requieren más o diferentes de las que el

controlador proporciona.

3.4 ENTRADAS Y SALIDAS

Es necesario realizar un listado de entradas y salidas que en el proceso

contendrá el PLC mostrados en la tabla 3.2.

Tabla 3.2 Listado de entradas y salidas al controlador

Instrumento Ubicación Destino Ubicación Señal Rango Alimentación

LIT-001 Campo PLC-001 Gabinete IA 4-20mA 24 VCD

LIT-002 Campo PLC-001 Gabinete IA 4-20mA 24VCD

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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LIT-003 Campo PLC-001 Gabinete IA 4-20mA 24VCD

TIT-001 Campo PLC-001 Gabinete IA 4-20mA 24 VCD

PLC-001 Gabinete FV-001 Campo OD 24 VCD 24 VCD

PLC-001 Gabinete FV-002 Campo OD 24 VCD 24 VCD

PLC-001 Gabinete FV-003 Campo OD 24 VCD 24 VCD

PLC-001 Gabinete FV-004 Campo OD 24 VCD 24 VCD

PLC-001 Gabinete M1-001 Campo OD 24 VCD 24 VCD

Una vez hecha la relación de entradas y salidas necesarias en el proceso se

procede a hacer la selección de los módulos a utilizar.

Como se observa solo será necesario especificar los módulos tanto para

entradas analógicas como para salidas digitales.

En el slot 1 del PLC ubicaremos las entradas analógicas las cuales se muestra

sus características en la tabla 3.3

Tabla 3.3 Especificaciones de modulo de entradas analógicas

Especificación 1769-IF41

Rango de operación Voltaje: +-10 VCD, 0-10VCD, 0-5VCD

Corriente: 0-20mA, 4-20mA

Rango de escala completa Voltaje: +-10.5 VCD, 0-10.5VCD, 0-5.25VCD

Corriente:0-21mA, 3-21mA

Número de entradas 4 entradas

Resolución 16 bits

Tipo de convertidor Delta sigma

Impedancia de entradas Voltaje: 1 MΩ

Corriente: 249 MΩ

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTAC

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

3.6 DIAGRAMA DE FLUJO

A continuación se propone el diagrama

jabón líquido.

PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

DIAGRAMA DE FLUJO

ión se propone el diagrama de flujo del proceso de elaboración de

ION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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proceso de elaboración de

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTAC

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

3.7 LÓGICA DE CONTROL

A continuación se explicaran d

lógica de control mostradas en el diagrama grafcet.

Para el arranque del sistema será necesario que los tres tanques estén llenos

a su máxima capacidad, la cual es 100 litros.

Activar el sistema mediante un bot

controlador lógico programable (PLC) mande una señal de tensión a la válvula

solenoide ubicada en el tanque de agua destilada permitiendo su apertura. Esta

acción causa que el nivel del tanque empiece a disminuir y entre

PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

LÓGICA DE CONTROL

A continuación se explicaran detalladamente cada una de las etapas de la

lógica de control mostradas en el diagrama grafcet.

Para el arranque del sistema será necesario que los tres tanques estén llenos

a su máxima capacidad, la cual es 100 litros.

Activar el sistema mediante un botón pulsador lo que provocara que el

controlador lógico programable (PLC) mande una señal de tensión a la válvula

solenoide ubicada en el tanque de agua destilada permitiendo su apertura. Esta

acción causa que el nivel del tanque empiece a disminuir y entre

ION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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etalladamente cada una de las etapas de la

Para el arranque del sistema será necesario que los tres tanques estén llenos

ón pulsador lo que provocara que el

controlador lógico programable (PLC) mande una señal de tensión a la válvula

solenoide ubicada en el tanque de agua destilada permitiendo su apertura. Esta

acción causa que el nivel del tanque empiece a disminuir y entre en

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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funcionamiento un sensor de nivel; al detectar este sensor un 10% de la

capacidad del tanque mandara una señal al PLC para que desactive esta

válvula.

Al desactivarse la válvula solenoide del tanque de agua destilada el PLC

mandara una señal para activar el paletizador del reactor y la termo resistencia,

de esta manera el agua destilada comenzara a calentarse y a su vez el

termopar empezara a medir la temperatura del agua; en cuanto el agua alcance

una temperatura igual a 80°C el termopar mandara la señal al PLC para que

desactive la termo resistencia y al mismo tiempo mande la señal para la

activación de la válvula solenoide del tanque con la mezcla de jabón y alcohol,

por lo que el nivel del tanque comenzara a disminuir y el sensor de nivel de

este tanque sensara el nivel del mismo; cuando el nivel del tanque de jabón y

alcohol se encuentre a un 20% de su capacidad, el sensor de nivel mandara la

señal al PLC para desactivar la válvula solenoide del tanque de la mezcla de

jabón con alcohol y al mismo tiempo mandara la señal para la activación de la

válvula solenoide del tanque de glicerina.

De esta manera el tanque de glicerina comenzara a disminuir su nivel,

permitiendo que el sensor de nivel comience a sensar, y cuando este detecte

que el nivel del tanque esta a un 70% de su capacidad mandara la señal al

controlador lógico programable para que este efectué la desactivación de la

válvula solenoide del tanque de glicerina y mande la señal para la activación

del timer tipo TON.

Por consiguiente, si la temperatura de el compuesto dentro del reactor llegara a

bajar a menos de 60°C, el termopar mandara una señal al controlador lógico

programable para la activación de la termo resistencia del reactor, así mismo,

se tendrá que cumplir con la condición de que cuando la temperatura sea igual

a 80°C de desactive la termo resistencia, permitiendo así; que el compuesto

este en un rango de entre 60 y 80°C para la obtención de una mejor mezcla de

los tres elementos dentro del reactor.

El timer estará configurado por 20 minutos; tiempo necesario para la mezcla

del jabón liquido; pasando el tiempo programado el PLC mandara una señal

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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para la desactivación del paletizador y la termo resistencia del reactor, y a su

vez activar la válvula solenoide de desfogue del reactor para permitir la salida

del jabón liquido listo para la siguiente etapa del proceso.

El programa se ha incluido en los anexos de este trabajo y a continuación se

procede a hacer una breve explicación de cada uno de los componentes

usados dentro del programa para el control de las variables dentro del PLC

3.5 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA

El desarrollo de una interfaz hombre-máquina (HMI) es básico en el proceso en

cuestión. La interfaz fue realizada en el software Visual Basic.

En dicha pantalla se muestrea el proceso por completo así como los elementos

que intervienen en el proceso ubicando los instrumentos y materiales ocupados

y dando una idea de cómo podría ser armada dicha propuesta. (Figura 3.9).

Figura 3.9 Representación de proceso en pantalla

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

Página 44

Como podemos observar dicho grafico contiene el monitoreo completo del

sistema facilitando el trabajo del operador con una interfaz clara y eficiente.

Debido a la calidad de propuesta del proceso el cliente tendrá a su disposición

el poder cambiar dicha interfaz en características como colores posición incluso

incluir algunas ventajas para el operador.

A continuación se explicara brevemente cada una de las partes de la pantalla

así como la función de control que dichos elementos realizaran dentro del

proceso.

Aquí mostramos los tres tanques donde se concentraran los fluidos de la

receta:

• Agua

• Glicerina

• Alcohol-jabón

Para facilitar la lectura los tanques serán nombrados TC-001, TC-002 y TC-

003.

En dichos tanques es primordial el sensado de nivel ya que dicho sensado hará

que se vierta la cantidad necesaria de uno de los fluidos en el reactor o tanque

donde se realizara la mezcla.

Hablamos que en dichos tanques existe un sensado. Dicho sensado es en

base a los transmisores indicadores de nivel (LIT-001) quienes realizaran la

lectura del nivel en dicho tanque indicando la cantidad de fluido que ha sido

descargado y mandara las señales al PLC que realizara el control ON/OFF de

nuestras válvulas solenoides contenidas en cada tanque. (Figura 3.10)

Figura 3.10 Representación de tanques y sensores de proceso

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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Las válvulas solenoides son las encargadas del flujo de los líquidos de cada

uno de los tanques al mezclador teniendo un funcionamiento ON/OFF

controlado por el PLC y la interacción de este con los sensores de nivel. Así las

válvulas retendrán o descargaran el fluido dependiendo lo que el proceso

necesite.

Lo anterior es mostrado en la figura 3.11.

Figura 3.11 Representación de válvulas solenoides

A continuación se muestra el reactor o tanque en la figura 3.12 donde son

descargadas los fluidos del proceso y mezclados. Dicho tanque contendrá un

agitador de varilla vertical la cual hará el mezclado así como una resistencia

envainada la cual calentara la mezcla.

Figura 3.12 Representación tanque de mezclador

El agitador de varilla ilustrado en la figura 3.13 será controlado por el PLC en

un control ON/OFF. Este se encenderá una vez que todos los fluidos se

encuentren dentro del tanque agitándolos por un periodo de tiempo

determinado y se detendrá al transcurrir dicha especificación.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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Figura 3.13 Representación del agitador vertical de varilla

La resistencia envainada o calefactor de la figura 3.14 será la encargada de

mantener en un rango de temperatura comprendido entre 80 y 60 ºC mediante

un control ON/OFF determinado por la programación del PLC.

Figura 3.14 Representación de resistencia envainada

Una vez realizado todo el proceso de mezclado y calentado dentro del reactor

la sustancia va a proceso siendo una válvula solenoide la que permita la

descarga de dicho reactor.

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JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL

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CAPITULO IV

ANALISIS DE COSTOS

Este capítulo busca el dar una estimación del costo total del proyecto haciendo

un desglose de los montos económicos en cada una de las partes que

intervienen en el mismo.

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COSTOS

Un Proyecto es la búsqueda de una solución a un determinado problema.

Se define también proyecto como un plan en el cual intervendrá una inversión

proporcionando un monto de capital y distintos tipos de insumos, concluyendo

en producir un bien útil dentro de la sociedad en general.

Estas evaluaciones dentro del proyecto buscan conocer la rentabilidad

económica y social del bien a producir, con lo cual se asegure el resolver una

necesidad eficiente, segura y por supuesto rentable.

La inversión dentro de un proyecto no solo recae en hombros de una sola

persona sino deberá recaer en un grupo que cuente con la mayor cantidad de

información posible acerca de todo lo que implica dicho proyecto por lo cual

este grupo deberá hacer una evaluación del proyecto para así llegar a la toma

de decisión de inversión sobre el proyecto.

En el análisis económico se determina cual es el monto de recursos

económicos para realizar el proyecto así como cual será su costo y la

rentabilidad que dicho proceso dará, es decir en cuanto tiempo la inversión

será recuperada.

Para dicha cotización se incluirá los precios de todos los componentes que

interviene en el proyecto tratando de realizarse de la forma más precisa

posible.

NOTA: Es importante aclarar que este proyecto es una estimación ya que los

costos de la instrumentación software y equipos de control esta en pesos.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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Tabla 4.1 Cotización del equipo de control.

Cantidad Catalogo # Descripción Unidad Precio unitario (MN)

Importe (MN)

1 1764-LSP MicroLogix 1500 processor-7k base memory

Pieza $8500 8500$

1 1769-IF4I 4chanel analog current/voltage isolated input module

Pieza 7596.00 7596.00

Tabla 4.2 Cotización de elementos primarios de medición.

Cantidad Catalogo # Descripción Unidad Precio unitario

Precio (MN)

3 FMI-51 Transmisor indicador de nivel

Pieza 7,236.00 21,708.00

1 PT 100 termo resistencia

Pieza 8,365.00 8,365.00

1 SITRANS TH100

Convertidor de temperatura conexión a 2 hilos

Pieza 3,200.00 3,200.00

Tabla 4.3 Cotización de los elementos finales de control.

Cantidad Catalogo # Descripción Unidad Precio unitario (MN)

Precio (MN)

4 Válvula solenoide

Válvula solenoide

Pieza 454.00 1,816.00

1 Motor paletizador

Motor con paletizador

Pieza 8,470.00 8,470.00

1 Resistencia envainada

Resistencia envainada para calentamiento

Pieza 3,400.00 3,400.00

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Tabla 4.4 Cotización de comunicaciones

Qty Catalogo # Descripción Unidad Precio unitario (MN)

Precio (MN)

1 RSLogix 500 Rockwell Software

Software de programación Micrologix 500

Pieza $753.00 $753.00

1 RS-232 Cable de comunicación tipo serial RS-232

Pieza 518.00 518.00

Tabla 4.5 Cotización Hrs-Hombre

Descripción Hrs. Precio/Hrs. (MN)

Precio (MN)

Propuestas de equipo

24 150 3,600.00

Instalación y cableado de PLC

24 150 3,600.00

Propuesta de lazo de control

16 200 3,200.00

Programación PLC

24 300 7,200.00

Programación de HMI

24 350 8,400.00

Puesta en marcha 36 200 7,200.00 Tabla 4.6 Costo total del proceso.

Descripción Precio (MN)

Equipo de control 16,096.00 Elementos primarios de medición 32,273.00 Elementos finales de control 11,870.00 comunicaciones 1,271.00 Hrs. Hombre 33,200.00 Debido a las anteriores cotizaciones de la propuesta del proceso se concluye con un

costo total de la propuesta de $ 94,710.00

Analizando que el jabón líquido anti bacterial se vendería en botellas de 500ml, esto

daría un producto neto de 400 botellas por lote de producción con la receta original.

Cada botella de jabón líquido anti bacterial tendría un costo aproximado de $30 por lo

que esto nos daría monetariamente hablando $12,000.00 por cada lote de producción.

Ahora bien suponiendo que la producción de la mediana o micro empresa sea baja

hablando de generar solamente un lote por mes por todo un año esto daría como

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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resultado una remuneración de $144,000.00 anuales, dejando así una ganancia al

usuario de $49,290.00 debido a que el costo de la mejora del proceso tiene un costo

de $94,710.00. De esta manera se obtiene la remuneración del dinero invertido en un

corto tiempo y esto permite que el proyecto sea rentable.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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CONCLUSIONES

Se cumplió con los objetivos planteados en esta propuesta, primeramente la

propuesta y la selección de la instrumentación más factible y confiable que logro

controlar las variables del proceso, al igual permitió controlar adecuadamente el

proceso desde la etapa inicial hasta la final.

La programación del controlador permitió el funcionamiento adecuado y sistemático

de los instrumentos de control y medición involucrados, para la generación adecuada

de jabón liquido anti bacterial. De igual manera permitió tener una mayor producción

del mismo producto pudiendo satisfacer las necesidades de demanda del usuario.

El costo del proyecto fue definido como aceptable para la implementación de la

propuesta, ya que se trato de seleccionar el equipo más eficiente y adecuado,

tomando en consideración que la economía y la solvencia de este tipo de empresas no

son muy altas.

Por último se adquirieron y pulieron conocimientos relacionados con la

instrumentación y control de procesos de nivel y temperatura; de la misma manera se

logro tener un mayor conocimiento en relación a hojas de especificación de

instrumentos de medición así como de controladores lógicos programables.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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Página 53

BIBLIOGRAFIA

1.-CREUS, Antonio Sole, Instrumentación Industrial, 7ta edición, Alfaomega Marcambo, Barcelona España 2006.

2.- OGATA, Katsuhiko, Ingeniería de Control Moderna, 4ta edición, Prenticel Hall, España 2003.

3.-SMITH, Carlos A., Armando B. Corripio, Control Automático de Posesos, 1ra edición, Noriega Editores, México D.F. 1991.

4.- LEWIS, Paul, YANG,Chang, Sistemas de control de ingeniería, 1ra edición, Prentice Hall, 1999.

5.- Manuales de instrumentación www.ab.com

6.- Cotización de equipos de control www.plccenter.com

7.- Manual de equipo de nivel Liquicap M FMI51, FMI52

8.- Manual de controlador logico programable Allen Bradley Micrologix 1500 Controllers Programable.

9.- Manual de modulo de entradas analógicas Allen Bradley Compact isolated analog modules 1769-IF4I.

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ANEXOS

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ANEXO A ESPECIFICACIONES DE

INSTRUMENTOS A) ESPECIFICACIONES DE ELEMENTOS PRIMARIOS

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B) ESPECIFICACIÓN DE ELEMENTOS SECUNDARIOS

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C) ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO DE CONTROL PROPUESTO

• CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE

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TARJETA DE ENTRADAS Y SALIDAS

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ANEXO B

PROGRAMACIÓN RS-LOGIX 500

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Descripción de los elementos de diagrama en escalera.

Se mostrara una breve descripción de los elementos del diagrama en escalera,

así como la función que desempeñan en el programa.

Figura 3.3 SCP MicroLogix

El SCP ilustrado en la figura 3.3 ayuda a escalar la salida de los transmisores,

ya que estos entregan una salida en tensión o corriente (0-5 V, 0-10V, 4-20mA,

0-20mA); esta señal la recibe el controlador lógico programable y prosigue a

escalarla a los valores de resolución de la salida o entrada analógica, estos

valores se observan en los valores de Input Min e Input Max. De acuerdo a la

escala que nos proporciona el controlador lógico programable se colocan las

escalas de ingeniería en los valores de Scaled Min y Scaled Max.

En el apartado de Input dentro del SCP se direcciona la salida o entrada

analógica del controlador lógico programable. En el apartado de Output es la

señal de medición que realiza el transmisor en escalas de ingeniería, y este

valor se puede direccionar a una localidad de memoria del controlador lógico

programable ya sea en entero o punto flotante dependiendo de las capacidades

del PLC, para poder manipular el resultado de la medición del transmisor para

el proceso.

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PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE

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Figura 3.4 Bobina MicroLogix

El elemento de la figura 3.4 es una bobina interna de la memoria del PLC que

puede ser direccionada a una localidad de memoria (bit) o para activar una

salida del controlador lógico programable.

Figura 3.5 Bobina interna MicroLogix

La figura 3.5 es una bobina interna del controlador lógico programable la cual

puede ser direccionada a una localidad de memoria (bit) o para activar una

salida. Pero se diferencia de la otra ya que esta es para enclavar la bobina (L)

sin poder ser desenclavada hasta que se utilice otra bobina con la instrucción

(O) para poder desenclavarla.

Figura 3.6 Comparador de igual MicroLogix

La figura 3.6 ilustra un comparador igual a, el cual al activarse empieza a

comparar la Source A con la Source B, hasta que A sea igual B este estará

activando o desactivando lo que este a su derecha del comparador. Esto se

decidirá dependiendo la condición que uno proponga en el programa.

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Figura 3.7 Comparador menor-igual MicroLogix

La figura 3.7 es un comparador de menor o igual a, el cual al activarse

comienza a comparar la señal de la Source A contra la Source B, mientras el

valor de A sea menor o igual a B, estará activando o desactivando lo que este a

la derecha del comparador dependiendo de la condición definida en la

programación.

Figura 3.8 Timer ascendente MicroLogix

La figura 3.8 muestra un timer con cuenta ascendente, el cual tiene que estar

direccionado en el apartado de Timer hacia la localidad de memoria de los

timers del controlador lógico programable; en el apartado de Timer Base se

decide si el timer va a contar en segundos, milisegundos o microsegundos. Así

mismo, en el apartado de preset se coloca el valor del numero que queremos

que cuente nuestro timer y el accum es donde va a estar contando nuestro

timer cuando este mismo se encuentre activo.

Una vez que nuestro timer llego al preset indicado manda a activar una bobina

interna del timer del controlador lógico programada llamada (DN), permitiendo

direccionar hacia contactos o elementos de nuestro diagrama en escalera que

queramos activar o desactivar.

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ANEXO C

CONEXIONES ELECTRICAS

CONEXIÓN DEL TRANSMISOR DE TEMPERATURA CON EL PLC

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CONEXIÓN DEL TRANSMISOR DE PRESIÓN

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CONEXIÓN AGITADOR VERTICAL

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CONEXIÓN DE SOLENOIDES