automatización. control de procesos

3 EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN EN UN LABORATORIO

CONTROL DE PROCESOSMÁSTER EN UÍMICA SOSTENIBLE

MIGUEL ÁNGEL SÁNCHEZ LORENTE

AUTOMATIZACIÓN

OBJETIVOS

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

3 EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN EN UN LABORATORIO:

1. PROYECTO DE SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN: ESTACIÓN PARA LLENADO Y TRANSPORTE DE LÍQUIDO

2. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA PARA USO DOCENTE: UNA PLATAFORMA MULTIDISCIPLINAR PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS E INVESTIGACIÓN

3. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

NORMAS DE SEGURIDAD

REFERENCIAS

ÍNDICE

Estrategia multidisciplinar para investigar, desarrollar, optimizar y aprovechar las tecnologías en el laboratorio, con procesos nuevos y mejorados.

Sustitución parcial o completa de la participación humana en una operación o secuencia de operaciones.

Combina dispositivos, aparatos e instrumentos.

El sistema puede incluir un elemento de decisión no humano, denominado retroalimentación (feed-back) para controlar algunas de sus operaciones más relevantes.

Se autocontrola y autoajusta.

AUTOMATIZACIÓN¿Q

ué

es?

Mejora de decisiones basadas en información fundamental y eficaz.

Mejora de la productividad.

Mejora de la calidad de los datos experimentales.

Permite, agiliza y aumenta la eficacia y eficiencia en investigaciones.

Reducción tiempos de ciclo en procesos de laboratorio.

Reducción de riesgos para personas y medio ambiente.

Reducción errores.

Reducción costes

Seguridad

OBJETIVOS

PRINCIPIOS SIGLO XX HASTA AÑOS 50

Orígenes con la revolución industrial. Se utilizan elementos mecánicos y

electromagnéticos.

AÑOS 50

Comienzan a utilizarse la electrónica. Un sistema de control sólo sirve para una

aplicación específica, y no es reutilizable.

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

AÑOS 60: NECESIDADES Y SOLUCIONES

Ford y General Motors plantean las especificaciones que debe cumplir un controlador electrónico programable para ser útil en la industria:Fundamentalmente, necesidad de programación.

Bedford associates desarrolla un prototipo de controlador industrial

Puede ser considerado el primer PLC de la historia. (programmable logic controller o autómata programable industrial)

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

PRINCIPIOS 70: APARECE EL MICROPROCESADOR

Más flexibilidad programación.

MEDIADOS 70

Se pueden comunicar con un ordenador central.

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

FINALES 70: MEJORAS EN LOS AUTÓMATAS

Mayor memoria. Lazos de control. Conexión sensor/actuador más sensible.

AÑOS 80: CONTINÚAN LAS MEJORAS

Mayor velocidad de proceso. Dimensiones más reducidas. Técnicas de control más complejas.

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

ACTUALIDAD: GRAN VARIEDAD DE AUTÓMATAS

Compactos y sencillos

TENDENCIAS

Evolución continua

ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN

1. PROYECTO DE SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN:ESTACIÓN PARA LLENADO Y TRANSPORTE DE LÍQUIDO.

Desarrollado por grupo GENIA (Entornos Integrados de Automatización) del Área de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Oviedo.

Para el diseño y realización del programa de control se utilizan 4 aplicaciones:

1. PROSIMAX simula del proceso industrial. 2. MEDISS permite la realización del diseño de

automatismos basado en Gracet y su depuración.3. WINSS-5 simulador STEP-5 (Simatic S5).4. SCAlibur software

SCADA para la simulación del programa de control completo y la supervisión de procesos (en fase de depuración).

ESTRUCTURA DEL SIST. AUTOMATIZADO

Actúa sobre el sistemaautomatizado.Opera sobre la máquinay el producto.

Coordina las acciones de la Parte de Operativa.Emite órdenes hacia la ParteOperativa y recibe las señalesde retorno para coordinar susAcciones.

Se pretende realizar un automatismo que permita efectuar el llenado y transporte de cierto líquido formado por la mezcla de dos componentes A y B.

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

DEPÓSITO 1- 3 sensores (nivel y T)- 3 electroválvulas (llenado,vapor, vaciado)

DEPÓSITO 2- Sensor (nivel)- Válvula para aportar líq. del DEP. 1- Bomba- Agitador- Electroválvula (descarga)

CARRETILLA TRANSP. LÍQ.- Sensor (nivel)- Motor eléctrico- Electroválvula (descarga)

PANEL DE MANDO- Pulsadores- Luces/lámparas (supervisión del sistema)

En funcionamiento automático, el ciclo comienza con el llenado del depósito 1 por el componente A, que debe alcanzar una determinada temperatura. Los pasos son:

1. Con el sensor de nivel mínimo (MIN1) activo y las válvulas de salida del depósito 1 (V2) y de entrada de vapor (V3) cerradas, se abre V1 para permitir la entrada del líquido A.

2. Cuando se alcance el nivel máximo (MAX1) debe cerrarse V1.3. Etapa de calentamiento con vapor, (V3 abierta). Cuando se

alcanza la temperatura adecuada, se produce una señal digital (TMP) que corta la entrada de vapor, iniciándose el proceso de vaciado y mezcla sobre el depósito 2.

FUNCIONAMIENTOACONDICIONAMIENTO DEL LÍQUIDO A

En modo automático, mientras exista líquido en el depósito 1, y el depósito 2 contenga menos de 50 litros se produce la mezcla de ambos componentes A y B según el siguiente proceso:

1. Se abre la válvula V2 hasta que A alcance 400 litros de nivel en el depósito 2, cerrando entonces dicha válvula.

2. Se acciona la bomba (BMB) permitiendo que el B llene el depósito 2 hasta 900 litros.

3. Funcionamiento del motor de mezcla (MTR) durante 50 segundos más dejando el líquido en condiciones de ser transportado.

FUNCIONAMIENTOMEZCLA DE A Y B

1. El vaciado del depósito 2 una vez realizada la mezcla se efectúa sobre la carretilla a través de la válvula V6. La carretilla evoluciona entre los puntos AQUI, donde se carga, y ALLI, donde se descarga.

2. Los movimientos a derecha (MD) e izquierda (MI), y la operación de descarga (VC), que dura 20 segundos, deben ser activados automáticamente. Para indicar el llenado de la carretilla se dispone de un sensor de nivel máximo, MAXC.

FUNCIONAMIENTOTRANSPORTE DEL PRODUCTO FINAL

Además:• Paso modo manual/automático• Alarmas (sobrecalentamiento, sobrenivel, defecto en bomba)

2. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA PARA USO DOCENTE: UNA PLATAFORMA MULTIDISCIPLINAR PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS E INVESTIGACIÓN.

Desarrollado en 2007 por la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona (Universidad Politécnica de Cataluña)◦ Automatización a bajo coste del Laboratorio

Marco de Trabajo:◦ Ingeniería Técnica Industrial (Química y Electrónica

Industrial)

Motivación y objetivos:◦ Mejora de la calidad docente.◦ Uso de instrumental analógico en el laboratorio.◦ Generación de recursos.◦ Encontrar aplicaciones para la realización de Proyectos.◦ Mejora de asignaturas del campo de la Ingeniería.◦ Desarrollo de laboratorios (remotos y virtuales)

Sensores, actuadores, software…

ESQUEMA DE CONEXIÓN

AUTOMATIZACIÓN Y MONITORIZACIÓN DE UNA DESTILADORA

Ejemplo:

HARDWARE

ADQUISICIÓN CAUDAL

CONTROLPOTENCIA

CONTROL TªY REFLUJO

SOFTWARE

APLICACIÓNDELPHI

ANIMACIÓN FLASH

OTROS EQUIPOS AUTOMATIZADOS

3. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA.

Proyecto desarrollado por Fabio Estévez y Luís González. Escuela Politécnica de Ingeniería en Electrónica, Automatización y Control (Ecuador)

El ahorro energético es un aspecto muy relevante en los últimos años. Eficiencia energética Ahorro Sostenibilidad Reducción contaminación

Ambiental.

Lámparas Fluorescentes Compactas (LFC) o “focos ahorradores” son uno de los productos que ha tomado fuerza. ◦ 20% consumo energético Ecuador Iluminación◦ Sustitución a Lámparas Fluorescentes Compactas o LFC (Consumen 75%

menos de energía) reducción de 439.000 toneladas de CO2/año.

El INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización) está a cargo de reglamentar las características de técnicas de desempeño de estas lámparas Creación Laboratorios de Eficiencia Energética.

Objetivo del proyecto: ◦ automatización del Laboratorio de LFC ◦ Conseguir un monitoreo de las variables de interés, el control de los equipos, la

generación automática de reportes y el almacenamiento adecuado de la información.

 Implementación de un sistema de monitoreo y control “amigable”, por medio de un HMI (Interfaz Humano-Máquina) para llevar a cabo el proceso de verificación de las LFC asegurando la toma de datos fiables por medio de un controlador, y la elaboración de reportes automáticos para los siguientes ensayos:

◦ Tiempo de vida◦ Flujo Luminoso◦ Mantenimiento de flujo luminoso◦ Potencia consumida◦ Eficiencia Energética mínima◦ Factor de potencia◦ Nivel de Armónicos ◦ Etiquetado◦ Cantidad de mercurio◦ Índice de rendimiento

SISTEMA DE CONTROL

• Sistema mecánico

• Sistema eléctrico

• Software

• Interfaz Fluke 435-Labview

• Interfaz Micrologix 1100-Labview

HMI (INTERFAZ HUMANO-MÁQUIMA)

• Realización ensayos• Control equipos• Programar• Gestión el nivel de usuario• Proporciona resultados• Configuración

1.Titulo de Pantalla

2.Logo de la Institución INEN

3.Botones de Ejecución del

HMI

4.Botones de Navegación

5.Botón de

salida

La implementación tiene un alto grado de homogeneidad.

Calibrado con patrón asegura gran exactitud de los instrumentos mejores resultados

Interfaz comunicación

Ensayos rápidos

Controlador buen funcionamiento del sistema

Fácil obtención y edición final del reporte (versátil)

El error entre las medidas son mínimas.

CONCLUSIONES

Etiquetado de sustancias, muestras, instrumentación y áreas de laboratorio.

Uso de EPI´s siempre que sea necesario. Higiene. Limpieza y orden. Acceso limitado al personal autorizado. Zonas/salidas emergencia despejadas y localizadas. Buena iluminación. Uso y revisión/mantenimiento de lazos de control,

válvulas, bombas, equipos… Uso de alarmas luminosas y sonoras.

NORMAS DE SEGURIDAD

M. Valcárcel y M. S. Cárdenas: “Introducción a la automatización en química Analítica”. Cap. 2 en: “Automatización y miniaturización en química Analítica” , Córdoba (2000)

F. Estévez y L. González: “Automatización de un laboratorio de Eficiencia energética”, Proyecto, Universidad de Sangolquí

http://isa.uniovi.es/genia/spanish/doc/publicaciones/Ejemplo%20Automatizaci%F3n.pdf

http://www.arqhys.com/articulos/automatizacion-laboratorios.html

http://jenui2007.unizar.es/doc/Sesiones/16-2B/Escudero.jenui07.pdf

http://www.redalyc.org/redalyc/pdf/304/30415059011.pdf

http://isa.umh.es/asignaturas/ai/transparencias/01.pdf

http://controldeprocesosenquimicasostenible.blogspot.com.es/

REFERENCIAS

MUCHAS GRACIAS POR LA ATENCIÓN