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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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
III
CONTENIDO
CAPITULO I GENERALIDADES
CAPITULO II INTRUMENTACIÓN
CAPITULO III DESARROLLO DE CONTROL Y
AUTOMATIZACION
CAPITULO IV ANALISIS DE COSTOS
CONCLUCIONES
ANEXOS
BIBLIOGRAFIA
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 3
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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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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.
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 6
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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 7
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 9
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
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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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 11
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.
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTACION Y CONTROL PARA UN SISTEMA DE ELABORACIÓN DE
JABÓN LIQUIDO ANTIBACTERIAL
Página 12
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.
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
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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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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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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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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Página 18
• 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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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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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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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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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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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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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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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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Página 26
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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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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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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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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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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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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Página 35
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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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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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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Página 38
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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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
PROPUESTA DE LA INSTRUMENTAC
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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
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
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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
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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Página 43
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Página 69
CONEXIÓN AGITADOR VERTICAL
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Página 70
CONEXIÓN DE SOLENOIDES