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CONTROL AVANZADO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN
TITULACIÓN: Enginyeria en Automàtica y Electrònica Industrial
AUTOR: Jean-François Reynaud.
DIRECTORES: Dr. Ramón Leyva Grasa. Dr. Hugo Valderrama Blavi.
FECHA: Septiembre / 2006.
Este proyecto ha contado con la colaboración del Departament de Treball i Industria de la Generalitat de Catalunya quien a concedido una subvención para la realización de este proyecto. Número de expediente : RDITSIND06-1-0282.
AGRADECIMIENTO
En primer lugar, quiero agradecer vivamente a mis tutores de la universidad Rovira i Virgili, Dr. Ramón Leyva y Dr. Hugo Valderrama por el encuadre del proyecto: siempre disponibles para contestar a mis preguntas, y apoyar mi trabajo con su experiencia en estos temas. Me han abierto un cuadro de reflexión muy rico y un entorno de trabajo positivo.
Mis agradecimientos van igualmente a los miembros de la empresa APSAtech 2003 s.l. dentro de la cual he evolucionado durante los seis meses de este proyecto. En particular, agradezco a José Luis Alonso por su ayuda para enseñarme sus conocimientos, por sus consejos a nivel de programación y técnicas de análisis, y por sus estímulos para este trabajo. También agradezco a Jordi Monlleó, gerente de la empresa, por sus consejos organizativos y su interés por este proyecto.
Para la fábrica ALEXAN Artesa s.l., expreso mi gratitud al responsable de fábrica Lluís Mora que me ha dado su confianza desde el inicio de este proyecto y por haberme abierto las puertas de la fábrica. Agradezco igualmente a todos los operarios con los cuales he trabajado durante la fase de calibración.
Resumen: La presente memoria de proyecto de fin de carrera dará a conocer algunos aspectos
teóricos de la ingeniería de control, así como experiencias adquiridas durante el desarrollo del mismo. El proyecto se llevó a cabo en el área de control de un sistema aplicado a un secadero industrial de pienso.
Utilizando un modelo reducido de la dinámica de secado del pienso en un sistema de secado indirecto por convección, se ha desarrollado un algoritmo de control para la operación de control de la humedad. Este modelo relaciona las variables controladas que son la humedad de salida, la temperatura en el interior del secadero con las variables manipulables que son la temperatura de consigna y la velocidad de las cintas transportadoras, igual para la variable de perturbación que es la humedad de entrada. El algoritmo de control fue probado por simulaciones utilizando el modelo en modo de regulación y en modo realimentado actuando sobre las variables manipulables respetando las consignas de las variables controladas y de las perturbaciones aplicadas.
Dentro de las pruebas que se desarrollaron se encuentran las de contenido de humedad, temperatura, humedad relativa del aire ambiente, altura de la capa, velocidad de las cintas transportadoras, flujo de material, potencia calorífica, tiempo de secado, rendimiento y comportamiento del sistema.
ÍNDICE
ÍNDICE Introducción......................................................................................................................................................... 12 1 Descripción de la empresa.......................................................................................................................... 15
1.1 Introducción...................................................................................................................................... 15 1.2 Equipos de dosificación de aditivos líquidos en fábricas de pienso .............................................. 16
1.2.1 Almacenaje de los aditivos y líneas de aspiración..................................................................... 16 1.2.2 Armario de dosificación.............................................................................................................. 16 1.2.3 Líneas de dosificación en continuo............................................................................................. 17 1.2.4 Líneas de dosificación en procesos por lotes ............................................................................. 17 1.2.5 Línea de impulsión y conjunto pulverizador............................................................................. 18 1.2.6 Cuadro de control y instalación eléctrica .................................................................................. 18 1.2.7 Equipos de medición de humedad en línea................................................................................ 19 1.2.8 Equipos de Telemetría vía redes GSM ...................................................................................... 19
2 Descripción del puesto de trabajo.............................................................................................................. 21 2.1 Funciones en el puesto de trabajo ................................................................................................... 21 2.2 Contenido y alcance del proyecto .................................................................................................... 21
2.2.1 Objetivos ...................................................................................................................................... 21 2.2.2 Antecedentes ................................................................................................................................ 22 2.2.3 Líneas I+D.................................................................................................................................... 22 2.2.4 Alcance previsto .......................................................................................................................... 22 2.2.5 Plan de trabajo ............................................................................................................................ 22
2.3 Documentación y programas utilizados.......................................................................................... 22 2.4 Colaboraciones externas .................................................................................................................. 22
3 Análisis del sistema de secado .................................................................................................................... 24 3.1 Principios generales de los sistemas de secado ............................................................................... 24
3.1.1 Descripción del funcionamiento ................................................................................................. 26 3.1.2 Esquema del secadero ................................................................................................................. 26
3.2 Descripción y características de los componentes del sistema de secado ..................................... 26 3.2.1 Quemador .................................................................................................................................... 26 3.2.2 Controlador de temperatura Siemens RWF40 ......................................................................... 27 3.2.3 Intercambiador de calor ............................................................................................................. 29
3.3 Sistema de secado ............................................................................................................................. 30 4 Sistema de control de humedad ................................................................................................................. 32
4.1 Introducción...................................................................................................................................... 32 4.2 Estrategia de control ........................................................................................................................ 33
4.2.1 Principios del control feedback y feedforward ......................................................................... 33 4.2.2 Primer modelo del sistema de control........................................................................................ 35 4.2.3 Recopilación de los datos ............................................................................................................ 35 4.2.4 Modelo final del sistema de control ........................................................................................... 35
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7
ÍNDICE
4.3 Resultados y comentarios después de la implementación.............................................................. 35 5 Elección de los sensores de humedad......................................................................................................... 37
5.1 Efecto del contenido de humedad en la rentabilidad..................................................................... 37 5.1.1 Beneficios directos....................................................................................................................... 37 5.1.2 Beneficios derivados del incremento en productividad............................................................ 38 5.1.3 Beneficios derivados de la mejora y consistencia en la calidad ............................................... 38
5.2 Sensor de humedad .......................................................................................................................... 38 6 Implementación del sistema de control de humedad ............................................................................... 40
6.1 Introducción...................................................................................................................................... 40 6.2 Análisis de la estrategia de implementación................................................................................... 40
6.2.1 Autómata programable............................................................................................................... 40 6.2.2 Módulos de expansión de entradas y salidas analógicas .......................................................... 40 6.2.3 Módulo de comunicación ............................................................................................................ 42 6.2.4 Alimentación para los sensores .................................................................................................. 43 6.2.5 Otros componentes...................................................................................................................... 43
6.3 Diseño del cuadro eléctrico .............................................................................................................. 44 6.3.1 Disposición de los componentes.................................................................................................. 44 6.3.2 Esquemas eléctricos .................................................................................................................... 44
7 Programas desarrollados............................................................................................................................ 46 7.1 PLC (Programmable Logic Controller).......................................................................................... 46
7.1.1 Herramienta de programación SYSWIN 3.4 ............................................................................ 46 7.1.2 Explicación del programa........................................................................................................... 47
7.2 SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition).................................................................. 48 7.2.1 Herramienta de programación CX-Supervisor developer....................................................... 48 7.2.2 Explicación del programa........................................................................................................... 49
8 Calibración de los sensores de humedad................................................................................................... 51 8.1 Análisis de la humedad .................................................................................................................... 51
8.1.1 Introducción ................................................................................................................................ 51 8.1.2 Métodos para determinar el contenido de humedad................................................................ 53 8.1.3 Procedimientos termogravimétricos .......................................................................................... 56 8.1.4 Determinación del contenido de humedad con el analizador halógeno de humedad............. 62
9 Desarrollo del proyecto............................................................................................................................... 69 9.1 Tecnologías desarrolladas................................................................................................................ 69
9.1.1 Desarrollo de algoritmos avanzados de control ........................................................................ 69 9.1.2 Razones para aplicar un control óptimo en los secaderos de pienso ....................................... 70 9.1.3 Metodología para diseñar un control de humedad en los secaderos de pienso ...................... 71
10 Conclusiones y líneas de continuación...................................................................................................... 74 Conclusiones ................................................................................................................................................... 74 Líneas de continuación................................................................................................................................... 74
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8
Referencias........................................................................................................................................................... 75
ÍNDICE
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 3-1. Tipos de humedades. .................................................................................................................................... 24 Figura 3-4. Ciclo de arranque del quemador MG3.4 M-L-N. ...................................................................................... 26 Figura 3-5. Estructura de bloques del controlador de temperatura RWF40. ............................................................. 28 Figura 3-6. Diagrama del control modulante y salida 3-puntos. .................................................................................. 29 Figura 4-1. Control de humedad eficiente vs. Control poco eficiente. ......................................................................... 32 Figura 4-2. Esquema del control feedback..................................................................................................................... 33 Figura 4-3. Esquema del control feedforward. .............................................................................................................. 34 Figura 6-2. Esquema del módulo de E/S analógicas MAD01........................................................................................ 40 Figura 6-3. Rango de las señales de entradas analógicas del MAD01.......................................................................... 41 Figura 6-4. Rango de la señal de salida analógica del MAD01..................................................................................... 41 Figura 6-5. Esquema del módulo de E/S analógicas MAD11........................................................................................ 41 Figura 6-6. Rango de las señales de entradas analógicas del MAD11.......................................................................... 42 Figura 6-7. Rango de la señal de salida analógica del MAD11..................................................................................... 42 Figura 8-1. Combinación del agua en los sólidos. .......................................................................................................... 52 Figura 8-2. Clasificación de los métodos para la determinación de humedad ............................................................ 54 Figura 8-3. Esquema de una estufa desecadora y de una balanza analítica. ............................................................... 57 Figura 8-4. Esquema de una desecación por infrarrojo................................................................................................ 58 Figura 8-5. Gráfica comparativa entre la desecación IR y halógeno. .......................................................................... 58 Figura 8-6. Esquema de una desecación por microondas. ............................................................................................ 59 Figura 8-7. Esquema del proceso de desecación por halógeno. .................................................................................... 63 Figura 8-8. Esquema de la distribución de la muestra sobre el plato de desecación. ................................................. 63 Figura 8-9. Gráfica de exactitud de los resultados y del tiempo de medición en función del peso de la muestra..... 64
Figura 8-10. Gráfica del tiempo de medición en función de la temperatura de desecación. ...................................... 65 Figura 8-11. Gráfica de la desecación estándar. ............................................................................................................ 65 Figura 8-12. Gráfica de la desecación moderada........................................................................................................... 66 Figura 8-13. Gráfica de la desecación rápida................................................................................................................. 66 Figura 8-14. Gráfica de la desecación escalonada. ........................................................................................................ 66 Figura 8-15. Posible esquema para la elaboración de un método para el análisis de humedad. ............................... 67 Figura 9-1. Esquema de análisis de un algoritmo de control........................................................................................ 70 Figura 9-2. Esquema representativo de la calidad, eficiencia y control óptimo de proceso. ...................................... 70 Figura 9-3. Esquema de las etapas relativas al proyecto............................................................................................... 71
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ÍNDICE
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 6-4. Especificaciones de la alimentación serie S8VS Micro................................................................................ 43 Tabla 8-1. Puntos fuertes y débiles de los métodos para la determinación de humedad............................................ 55 Tabla 8-2. Tabla general de los métodos termogravimétricos. ..................................................................................... 60
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ÍNDICE
ÍNDICE DE IMÁGENES
Imagen 1-1. Nave APSAtech 2003 s.l. ............................................................................................................................. 15 Imagen 1-2. Tanques de almacenamiento. ..................................................................................................................... 16 Imagen 1-3. Armario de dosificación.............................................................................................................................. 16 Imagen 1-4. Bombas dosificadoras. ................................................................................................................................ 17 Imagen 1-5. Caudalimetro............................................................................................................................................... 17 Imagen 1-6. Sensor de humedad. .................................................................................................................................... 19 Imagen 2-1. Fábrica ALEXAN Artesa s.l...................................................................................................................... 21 Imagen 3-2. Quemador MG3.4 M-L-N........................................................................................................................... 26 Imagen 3-3. Controlador Siemens RWF40. ................................................................................................................... 27 Imagen 6-1. Esquema del adaptador RS-422 CIF11. .................................................................................................... 42 Imagen 6-2. Alimentación S8VS-01524. ......................................................................................................................... 43 Imagen 6-3. Transformador 230/400V-115/230V 100VA. ............................................................................................ 43
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INTRODUCCIÓN
Introducción
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12
os procesos de control de secado de alimentos para animales, son procesos indus
o de controles avanzados en sistemas difíci
l avanzado, como son las que se usaron en el prese
o es una operación de transferencia de masa con contacto gas- sólido
l método convencional utilizado para diseñar un nuevo control de humedad en un secad
on los trabajos que se describen en este proyecto se ha pretendido:
Plantear y resolver el modelo matemático de comportamiento dinámico de la
atemático y el método de resolución en un programa de
secado).
Ltriales difíciles para ejercer control automático, por lo que se consideran de gran
utilidad probar técnicas de control avanzados, como en nuestro caso un control feedback y feedforward, optimizado por algoritmos de control.
Analizando de esta manera el comportamientles de controlar, se predice como será su funcionamiento en sistemas físicos más
complejos y así tener parámetros de decisión si verdaderamente son útiles en procesos de control automático en el nivel de la industria.
El desarrollo de las estrategias de contronte proyecto, son técnicas las cuales han sido probadas en medios teóricos, y muy
pocas veces se han llevado a sistemas físicos en el caso de un control avanzado de un sistema de deshidratación.
La operación de secad, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase
gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa.
Eero, se basa en realizar experiencias con un secadero industrial. Así, la simulación por
ordenador representa una herramienta necesaria para realizar tareas de diseño y optimización de equipos y operaciones unitarias en la industria agroalimentaria en general. En particular, la simulación por ordenador tendrá gran interés en la optimización de la operación de secado que se lleva a cabo en la fabricación de pienso para perros y gatos. C
operación de secado, con aire caliente mediante intercambiador de calor. Esto implica la obtención de las propiedades físicas y térmicas del pienso, la obtención de la ecuación de velocidad de secado y otros datos y parámetros necesarios para la resolución de este modelo.
Implementar este modelo mordenador, que permita la simulación de esta operación de secado.
Utilizar el programa desarrollado para analizar cuáles serían las condiciones de secado más adecuadas para tratar de minimizar el consumo energético, teniendo en cuenta las condiciones del aire exterior al secadero y la calidad de la materia prima, y maximizar la productividad de las instalaciones (tratar de disminuir el tiempo de
INTRODUCCIÓN
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Epresentación de la empresa donde se ha realizado el proyecto, los
diferentes componentes utilizados en las otras aplicaciones que desarrolla APSAtech 2003 s.l.
El segundo capítulo presentará las diferentes funciones del puesto de trabajo, el contenido y alcance del proyecto y toda la información sobre las líneas de investigación y desarrollo del control avanzado de un sistema de deshidratación.
En el tercero capítulo, se analizará los sistemas de secado recordando los diferentes principios de un sistema de secado. Se describirá la planta productiva, el funcionamiento y los componentes que la compone.
La cuarta parte de este informe abordará el sistema de control de humedad y propondrá estrategias de control en función de los principios de control previamente visto.
Se dedicará el quinto capítulo a la elección de los sensores de humedad y a la descripción de las características de estos componentes.
El sexto capítulo trata de explicar la realización y la implementación física del sistema de control: componentes, esquemas eléctricos.
El séptimo capítulo se constituye de una parte, por la explicación del programa desarrollado en el autómata programable y de otra parte, el programa desarrollado en un control y adquisición de datos de supervisión (SCADA) para la monitorización de las variables del sistema de control.
Parte importante para realizar un buen control de humedad, el octavo capítulo será dedicado a la análisis de la humedad, a los procedimientos de análisis y a la elaboración de un protocolo de calibración.
El noveno capítulo recopilar el desarrollo del proyecto, las tecnologías utilizadas y propondrá una metodología para el diseño de un control de humedad en un secadero de pienso.
ste presente informe se organiza según nueve capítulos: La
CAPÍTULO 1___________________________
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA.
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
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15
1 escripción de la empresa
1.1 Introducción PSAtech 2003 s.l. inicio su actividad a
control automático de procesos para la industria entaria, en su camino hacia la bioseguridad y
uenas prácticas de manufactura.
Dirección electrónica: http://
D
Aprincipios de 2003 con el objetivo de aportar soluciones en el campo de la dosificación de aditivos yagroalimb
www.apsatech.com/
Imagen 1-1. Nave APSAtech 2003 s.l.
Estos son algunos de los tipos de equipos dosificadores que se ha desarrollado hasta l momento:
Tratamiento de materias primas, sistemas de dosificación en continuo.
Tratamiento del pienso en mezcladora, sistemas de dosificación por lotes.
Sistemas de medición de humedad en línea.
Equipos de telemetría vía redes GSM.
Desarrollo de soluciones específicas.
En todos los casos APSAtech puede ofrecer soluciones llaves en mano, incluyendo el diseño de los equipos, su construcción, instalación en campo, calibración y puesta en marcha, así como el posterior mantenimiento de los mismos.
El Servicio Técnico de APSAtech se encarga de la visita previa a las instalaciones para determinar las especificaciones de los equipos y aspectos relativos a su posterior instalación, y así poder elaborar los presupuestos.
Ya desde las fases iniciales de diseño, facilitar los aspectos relativos al mantenimiento de los equipos y en especial a su calibración son tenidos en cuenta para el desarrollo de los mismos.
El uso exclusivo de componentes electrónicos de grandes marcas y amplia difusión en el mercado, junto a una completa documentación técnica, asegura al usuario final de los equipos la futura disponibilidad de repuestos y compatibilidad con nuevos dispositivos y tecnologías.
El equipo de personas formado por APSAtech tiene vocación de seguir creciendo y ampliar los procesos y sectores industriales a los que poder servir. En este contexto, APSAtech esta deseosos de poder desarrollar nuevas soluciones en colaboración con sus clientes y les invita a participar de sus proyectos.
e
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
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1.2 Equipos de dosificación de aditivos líquidos en fábricas de pienso r una amplia gama de aditivos líquidos utilizados
iensos compuestos para animales.
1.2.1 ra el almacenaje de los aditivos
tros de capacidad
con capacidades entre 3 y 40 m3
pacidades entre 3 y 40 m3
PSAtech gestiona la selección de los tanques mas adecu
planta donde deban ser instalados, equipándolos con los aválvulas o f
Asimque son e idos desde los arios de Dosificación.
interi
En el
o (valvulería, caudalímetros y bombas dosifi
ente, las líneas de dosificación pueden monta
Son equipos diseñados para aplicapara la fabricación de p
Almacenaje de los aditivos y líneas de aspiración Básicamente, tres son las opciones utilizadas pa
líquidos:
Depósitos paletizados tipo IBC de 1000 li
Tanques de poliéster,
Tanques de acero inoxidable, con ca
Aados en cada caso, su contratación y la ubicación de los
mismos en la ccesorios necesarios, como líneas de carga, soportes,
iltros.
ismo, APSAtech realiza las líneas de aspiración, l conjunto de conducciones que llevan los líqu tanques de almacenamiento hasta los Arm
Imagen 1-2. Tanques de almacenamiento.
1.2.2 Armario de dosificación Los equipos dosificadores se ubican normalmente en el or del Armario de Dosificación, fabricado en Acero
Inoxidable.
El armario está dividido en dos compartimentos estancos. compartimiento superior se instala la placa de montaje
eléctrico que gobierna los equipos, y en el inferior es donde se instala el circuito hidráulic
cadoras).
En el interior del armario pueden ubicarse hasta dos líneas de dosificación independientes.
Alternativamrse sobre estructuras ya existentes, adaptándose a las
necesidades específicas de cada instalación.
Imagen 1-3. Armario de dosificación.
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
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1.2.3 Líneas de dosificación en continuo
Ejemplos de este tipo de procesos son: la entrada de materias primas desde las istemas de mezclado en continuo,
vacia
equipos pueden operar en modo manual o bien en modo automático mediante el uso de se tamiento.
Los sistemas informáticos que gestionan la producción, perm ientos, así como la a
1.2.3.1 Bom
bas dosificadoras. Para grandes caudales se utilizan bombas c
proceso actuadas neumática o eléctricamente.
alímetro en función de las exigencias de cada
roceso para seguir las consignas de cauda
Imagen 1-5. Caudalimetro. de los mismos son
s de cada proceso de
1.2.4 Líneas de dosificación en procesos por lotes Equipos diseñados para la dosificación de aditivos en procesos por lotes, donde se
establece una consigna de cantidad a dosificar, en lugar de un caudal como sucede en los sistemas continuos.
Equipos diseñados para la dosificación de aditivos en procesos continuos, donde hay una consigna de caudal, fija o variable, que debe ser seguida durante un cierto tiempo.
piqueras de recepción, mezcladoras, acondicionadores, sdo de enfriadores y sistemas post-pelleting, entre otros.
Los nsores que permitan detectar cuando se debe llevar a cabo un tra
equipos están preparados para la comunicación con los itiendo una total automatización de los tratam
decuada trazabilidad de los mismos.
bas dosificadoras
Bombas dosificadoras con caudales variables de modo automático. Se utilizan bombas de engranajes o de desplazamiento positivo, en función de las condiciones de trabajo particulares de cada equipo. Por lo que respecta a los materiales de las mismas, se utiliza distintos tipos de acero inoxidable, bombas plásticas y bombas que combinan acero y plástico para optimizar su rendimiento.
Imagen 1-4. Bomentrífugas reguladas mediante válvulas de
1.2.3.2 Caudalímetros
Son necesarios para poder controlar eficazmente el proceso de dosificación. Se utiliza básicamente dos tipos de caud
aplicación, de tipo electromagnético o de tipo electromecánico. Las señales provenientes de estos dispositivos permiten controlar las cantidades dosificadas y adaptar el punto de trabajo de las bombas o válvula de p
l recibidas en cada caso.
El tipo de caudalímetro y materiales constructivos cuidadosamente seleccionados para adaptarse a las necesidadedosificación.
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
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18
gualmente fija para todos los lotes o ir variando en fu
udalímetros constituyen la base de las líneas de dosificación.
1.2.5 que los líquidos fluyen desde aplicación, de cuyo diseño y tubería de acero inoxidable.
ción, se instalan actuadores se ven complementados con
purezas en los inyectores y facilitar su limpieza y mantenimiento.
e dosificación mínimos.
caudales, el aditivo a dosificar y el punto de aplicación, APSAtech ás adecuados para cada caso, así como el lugar donde deben ser
instal aplicación mediante grapas de
soluciones muy específicas para ados aditivos, debido a las esentes en la industria.
gobierna los equipos dosificadores se ubica en el interior del Armario de Dosificación. Un PLC (Autómata Lógico Progrcontrolar los elem
bilidad de este elemento de control permite adaptar el modo de trabajo de
s de entrada y salida analógicos comp
Dicha cantidad, o preset, puede ser inción del proceso productivo que se esté tratando, de forma manual o totalmente
automatizada.
El ejemplo mas claro de este tipo de procesos son las mezcladoras, donde pueden aplicarse una amplia gama de productos líquidos, como son:
Bactericidas y fungicidas
Acidificantes
Agentes rehidratantes
Metionina y lisina
En este caso igualmente las bombas y ca
Línea de impulsión y conjunto pulverizador Las líneas de impulsión son las conducciones por las
los armarios de dosificación hasta los distintos puntos de instalación en planta se encarga APSAtech, normalmente con
Al final de dichas líneas, cerca del punto de aplicaneumáticos que aseguran el cierre de las mismas. Estos elementos de filtraje y valvulería para asegurar la ausencia de im
Es de particular importancia la adecuada pulverización de los aditivos, para poder optimizar el tratamiento manteniendo niveles d
En función de losselecciona los inyectores m
ados. Los inyectores son fijados al punto de accionamiento rápido para facilitar su mantenimiento.
En ocasiones, es necesario diseñar y desarrollar optimizar el proceso de dosificación de determinparticularidades de los diferentes sistemas de producción pr
1.2.6 Cuadro de control y instalación eléctrica El cuadro de control que
amable) es el encargado de n la dosificación, así como entos sensores y actuadores que participan e
de gestionar las comunicaciones con los sistemas informáticos de producción.
La flexicada equipo a las necesidades de cada proceso productivo.
Los variadores de frecuencia y módulolementan al PLC para poder establecer los lazos de control que aseguran la precisión
de los equipos.
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
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Mediante las pantallas de visualización, instaladas en los armarios de dosificación o en el pupitre de la planta, se configuran los equipos, se establecen las consignas de trabajo en modo manual y se gestionan los totalizadores y alarmas. Los menús de calibración inclui
AP de diseñar y realizar toda la instalación eléctrica necesaria para conectar los diversos elementos que conforman los equipos dosificadores.
1.2.7 Equipos de medición de humedad en línea La ad del pienso durante su
proceso p unidad de gestionar dicho parám
la granuladora, la calidad del producto
tech para este tipo de equipos permite visualizar en lí
remota el valor de múltiples variables que interv
de teléfono GSM
crea aplicaciones que permiten autom
dos facilitan esta tarea, ayudando a mantener los equipos dentro de los niveles de precisión para los que fueron diseñados.
SAtech se encarga igualmente
medición de la humedroductivo da la oport
etro de modo más eficaz y seguro, optimizando el rendimiento de acabado y minimizando las mermas generadas durante la producción del pienso.
Imagen 1-6. Sensor de humedad.
Un sensor de humedad conectado al un ordenador permite modular los niveles de adición de agentes hidratantes incorporados al pienso durante su producción a través de un equipo dosificador.
El software desarrollado por APSAnea los niveles de humedad, acceder a datos históricos, configurar el equipo
dosificador, llevar a cabo la calibración del sensor de humedad y gestionar las comunicaciones con el sistema informático de la planta.
Este sistema de medición puede ser adaptado a otros procesos productivos distintos a la fabricación de pienso en los que la monitorización de la humedad puede ayudar a su optimización, como pueden ser los procesos de secado y enfriado de diferentes materiales.
APSAtech está abierta a colaborar en el desarrollo de sistemas de medición y control adaptados a las necesidades de cada proceso.
1.2.8 Equipos de Telemetría vía redes GSM La posibilidad de poder conocer de forma ienen en los procesos productivos, como pueden ser temperatura, presión, nivel o
peso entre otros, puede ser de gran utilidad en un gran número de casos.
Los elementos sensores ubicados en el proceso a controlar están conectados a un modem GSM que puede comunicarse directamente con un usuario provisto
o hacerlo con un equipo informático provisto de un modem.
Mediante el diseño de software específico, APSAtechatizar la gestión de los datos e iniciar procesos como el envío de mensajes SMS,
correos electrónicos o actuar sobre el proceso de forma inmediata si es necesario.
CAPÍTULO 2___________________________
RABAJO.
DESCRIPCIÓN DEL PUESTO DE T
CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN DEL PUESTO DE TRABAJO
_________________________________________________________________________
21
2 escripción del puesto de trabajo
2.1 unciones en el puesto de trabajo urante toda la duración del proyecto las funciones del alumno encargado del
Buscar documentación relativa a los equipos utilizados.
Planificar, preparar reuniones.
Estudiar el siste
Desarrollar y di
Buscar solucion
Realizar las compras de los equipos necesarios al desarrollo del proyecto.
Instalar, implementar y poner en marcha el sistema diseñado.
2.2 ontenido y alcance del proyecto
2.2.1 Objetivos l objetivo del proyecto es diseñar un sistema de
control que optimiza el proceso de deshidratación de las croquetas extrusionadas en una planta de producción de petfood, optimizando el consumo energético y el nivel de humedad del producto acabado.
ImLos secaderos son equipos ampliamente utiliza
una operación importante del procesamiento de alimentos. El objetivo principal del proceso de secado es eliminar una sustancia líquida de una matriz sólida mediante una evaporación por aporte de calor. Así se preserva la materia y garantizar la seguridad durante el almacenamiento.
Uno de los efectos mayores del secado es la degradación de la calidad del producto. Debido a la caída en el contenido de la humedad y la temperatura alta de la materia durante el secado varias reacciones no deseadas aparecen, es decir pérdida de peso de la galleta debido a un secado excesivo, coloración, pérdida de alimentos nutritivos y aroma, etc.
En el caso de los secaderos de croquetas para animales (petfood), se utiliza un proceso de secado indirecto. Es decir que durante todo el proceso del secado no hay gases exhaustos en contacto con el producto que se debe secar. En este caso particular se utiliza un secado por convección con calefacción indirecta.
La optimización de la operación de secado contribuiría a hacer más competitiva la industria española de fabricación de croquetas para animales, si se logra reducir al mínimo el consumo energético y el tiempo de secado (consiguiendo así disminuir apreciablemente
D
FD
desarrollo del sistema de control serán las funciones descritas a continuación:
Organizar y planificar las diferentes tareas del proyecto.
ma a controlar.
señar un sistema de control.
es y mejoras en el proceso productivo.
C
E
agen 2-1. Fábrica ALEXAN Artesa s.l. dos en la industria agroalimentaria. Es
CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN DEL PUESTO DE TRABAJO
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22
los costes de fabricación). Esto es realmente interesante si se tiene en cuenta que esta ducción favoreciendo así la salida de la
2.2.4 Alc
2.2.5 Pla
2.2.5.1 D
2.2.5.2 Diagram
2.3 DoPar a información,
características técnicas de los aparatos y equipos que constituyen el sistema. Para ello se a de documentación técnica facilitada por los
fabricantes.
s necesario, a la hora de comprar materiales, buscar el mejor compromiso entre na herramienta informática
oveedores y productos. Esto
r programas como:
Matlab para las simulaciones del s
industria comienza a exportar parte de su proproducción agrícola de pienso.
2.2.2 Antecedentes
2.2.3 Líneas I+D
ance previsto
n de trabajo
escripción de las fases del proyecto
a de Gantt de las principales fases
cumentación y programas utilizados a un buen desarrollo del proyecto se necesita buscar much
utiliz rá el Internet y una biblioteca
También ela calidad y el coste. En APSAtech se utiliza u
desarrollada en Access para la gestión de los pedidos, prfacilita mucho la gestión del stock de material en taller.
Para el diseño del sistema de control es necesario utiliza
istema de control.
Syswin3.4 para la programación de los autómatas de la marca Omron.
CX-Supervisor para la programación del SCADA.
A la hora de realizar físicamente el sistema de control, se utilizará el programa AutoCAD para el diseño del cuadro eléctrico y de las conexiones entre los equipos.
Se explicará con mayores detalles, en el capítulo 7, las características y la utilización de los diferentes programas utilizados en este proyecto.
2.4 Colaboraciones externas
O 3___________________________
CAPÍTUL
A DE SECADO.
ANÁLISIS
DEL SISTEM
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
_________________________________________________________________________
24
3 nálisis del sistema de secado
edicaremos este capítulo al estudio de la planta productiva y con más detalles el sistem uchos tipos de secaderos con características muy distintas respecto a la capacidad máxima, al sistema de calentamiento, a la estructura, a la
tercambiador de calor aire/aire. Primeramente se presentará una breve recapitulación de s tipos de secaderos que existen y describiremos el funcionamiento del secadero utilizado
n este proyecto. En la segunda parte analizaremos las características de los componentes que constituyen el sistema de
3.1 Principios generales dLa operación de secad ontacto gas-
sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa.
El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto más sólido es dicho enlace, tanto más difícil se hace el secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el material se altera.
Clasificación de la operación de secado.
De modo general se pueden clasificar las operaciones de secado en continuas y discontinuas. En las operaciones continuas, pasa continuamente a través del equipo tanto la sustancia a secar como el aire caliente. La operación discontinua, se expone una cierta cantidad de sustancia a secar a una corriente de aire caliente que fluye continuamente en la que se evapora la humedad. Así, la operación discontinua en realidad se debería hablar de proceso semi-continuo ya que la sustancia a secar se procesa en lotes mientras que la corriente de aire es continua.
Figura 3-1. Tipos de humedades.
A
Da de secado. Hoy en día existen m
repartición del aire dentro del secadero. En nuestro caso, el sistema de secado utilizado es un poco antiguo y utiliza un sistema de calentamiento indirecto mediante un inloe
secado.
e los sistemas de secado o es una operación de transferencia de masa en c
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
_________________________________________________________________________
25
Tipos de secaderos
debido a la gran variedad de productos y de condi
Aportación de calor (continua, discontinua, caldera de vapor, quemador a gas,
Existen numerosos tipos de secaderocionantes de los productos a secar, del gas secador y del material del secadero.
Los secaderos se clasifican según las variables siguientes:
Presión utilizada en el proceso de secado (normal o vacío).
Tipo de transmisión de calor entre producto y gas secador (convección, conducción y radiación).
Movimiento del producto (continuo, inmóvil, por gravedad, etc.).
Corriente de secado (paralela, contra corriente, transversal, etc.).
etc.).
Técnicas especiales utilizadas en cada caso (bandejas, cilindros, tambores, etc.).
Así podemos clasificar algunos de los tipos de equipos en función de la operación de secado deseada:
Secaderos de calentamiento directo
Equipos discontinuos
− Secaderos de bandejas con corriente de aire.
− Secaderos de cama fluidizada.
eros rotatorios.
Secaderos de calentamiento indirecto:
Equipos continuos
− Secaderos de túnel.
− Secaderos ciclónicos.
− Secaderos sprays.
− Secad
Equipos discontinuos
− Secaderos de bandejas a vacío.
− Secaderos de bandejas a presión atmosférica.
Equipos continuos
− Secaderos de tambor.
− Secaderos con circulación a través del lecho.
uestra aplicación utiliza un secadero de calentamiento indirecto por convección mediante un intercambiador de calor aire/aire y es un equipo con un funcionamiento continuo debido a una alime entrada y una velocidad de cinta continua.
N
ntación continua de producto en la
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
3.1.1 cionamiento
3.2 tema de secado
3.2.1 Qu
Descripción del fun
3.1.2 Esquema del secadero
Descripción y características de los componentes del sis
emador
Quemador a gas MG3.4 M-L-N
_________________________________________________________________________
26
El quemcon dos ue permite estabiliza ra. Y un funcionammedida y
Esteque tendsiguiente parágrafo se verá con más detalles este controlador.
Figura 3-4. Ciclo de arranque del quemador MG3.4 M-L-N.
MA
MODE
TIPO: Quemad
Potencia mínim d
Potenc : 2800 KW
Modo de funci a odulación
Tensión: 230 / 0
Imagen 3-2. Quemador MG3.4 M-L-N.
ador, parte fundamental del sistema de secado es un quemador a gas natural modos de funcionamiento. Un funcionamiento en llama baja q
r la temperatura una vez alcanzado la consigna de temperatuiento en llama alta que supone una diferencia de temperatura importante entre la
el objetivo.
quemador será controlado por un controlador de temperatura Siemens (RWF40) rá las características adecuadas al control de temperatura del secadero. En el
RCA: GIERSCH
LO: MG3.4 M-L-N
or a gas natural
a e quemador: 790 KW
ia máxima de quemador
on miento: 2 etapas, con m
40 V - 50 Hz
Máximo consumo de corriente: 20A
Control de llama: Supervisión ultravioleta
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
Actuadores del Quemador Actuador de control Aire/gas SKP70
El actuador de regulación de presión se utiliza con la combinación de una válvula de trol de la
relación aire/gas para aplicación industrial de los quemadores a gas. gas que garantiza una apertura lenta y un cierre rápido. El SKP70 permite el con
MARCA: SIEMENS
MODELO: SKP70
TIPO: Electro-Hidráulico
Válvula de gas VGD40
La Válvula de gas con doble cuerpo utiliza dos seguridades de cierre en serie. La ra válvula sirve únicamente para el cierre total del gas y la segunda se utiliza con el
actuador de regulación de presión.
MARCA: SIEMENS
prime
Servomotor de válvula de aire SQN30
MODELO: VG40
TIPO: Válvulas de gas
_________________________________________________________________________
27
l servomotor de válvula de aire sirve para el ajuste de las válvulas de aire del quem ético.
ARCA: LANDIS & GIR
ODELO: SQN30
IPO: Servomotor de válvula de aire
3.2.2 Controprincipalmente para el control de la
temperatura en instalaciones generadoras de calor mediante gas. Se trata to a 3-puntos sin posición de realim l quemador. Se utiliza un interr r a 2-puntos para el control a dos etapas. La función del termostato incorporada conm iliza un umbral de respu emador (funcionam
Imagen 3-3. Controlador Siemens RWF40.
. Pueden ajustarse límites de máxima y mínima para la consigna.
Eador con cierre herm
M
M
T
lador de temperatura Siemens RWF40 El RWF40 se utiliza
de un controlador compacentación que actúa sobre e
uptor externo para conmutar a controlado
uta el quemador a control todo/nada. Se utesta ajustable para conmutación del qu
iento con llama alta).
Un compensador controla la temperatura
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
ratura RWF40.
demanda pequeñas dor a dos puntos mantiene la consigna, arrancando y
parando el quemador como un termostato.
este modo de control se le conoce, por lo tanto, como función termostato. Un difere
Figura 3-5. Estructura de bloques del controlador de tempe
Modos de funcionamiento del controlador
Funcionamiento con llama baja El funcionamiento con llama baja significa que la caldera
cantidades de calor. Un controla
Ancial de conmutación ajustable garantiza que la frecuencia de conmutación del
quemador se pueda seleccionar para reducir el desgaste.
_________________________________________________________________________
28
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
_________________________________________________________________________
29
Funcionamiento con llama alta l funcionamiento con llama alta significa que la caldera demanda grandes
cantidades de calor, de manera que el quemador está encendido todo el tiempo. Si la dema a de calor durante la función termostato alcanza un nivel en el que el valor real empieza a caer por debajo del umbral de conmutación “HYS1”, el controlador no se conm a inmediatamente a una salida superior del quemador, sino que primero realiza un test dinámico de la desviación de control y sólo se conmuta a la salida superior cuando se sobrepasa un umbral ajustable “Q”.
n funcionamiento con llama alta, dependiendo de la aplicación, el quemador puede operar en control modulante o dos etapas, con una cantidad mayor de gas que en funcionamiento con llama baja. En nuestro caso, se configura el controlador de tal manera que se obtenga un control modulante.
ontrol modulante y salida 3-puntos
n el área (1) del diagrama siguiente, está activa la función termostato. El control modulante del quemador se muestra en el área (2). En funcionamiento con llama alta, un controlador a 3-puntos actúa sobre un actuador a través del relé 2 (abierto) y el relé 3 (cerrado).
Figura 3-6. Diagrama del control modulante y salida 3-puntos.
n el área (3), el valor real sobrepasa el umbral máximo de desconexión “HYS3” y el co o en llama ”. Si se sobrepasa “Q”, el controlador se conmuta a funcionamiento con llama alta (A).
S3” y “Q” son respectivamente 0, 10, 0.
3.2.3 Int
diante transferencia de calor. Una vez los tubos calen
por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que
E
nd
ut
E
C
E
Entrolador para el quemador (B). El controlador sólo arranca en funcionamient baja cuando el nivel cae de nuevo por debajo del umbral de conmutación “HYS1
Los valores de los parámetros “HYS1”, “HY
ercambiador de calor En este sistema de secado, se utiliza un intercambiador de calor aire/aire para
calentar el aire del secadero. Una turbina de aire envía un flujo de aire frío de 38000m3 /h por un circuito de tubos que se calientan me
tados por el quemador, el aire caliente sube hasta el secadero y se reparte en toda el área de secado.
La transferencia de calor, en física, es un proceso
CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DEL SISTEMA DE SECADO
_________________________________________________________________________
30
están a nsfiere mediante convección, radiación o condu
ad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el aire
3.3 istema de secado
distinta temperatura. El calor se tracción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir
que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. En nuestro caso, la transferencia de calor se hará por convección.
Al existir una diferencia de temperatura en el aire, hace que se produzca un movimiento de aire. Este movimiento transfiere calor de una parte del aire a otra mediante un proceso llamado convección. El movimiento del aire puede ser natural o forzado.
Si se calienta el aire, su densid se encuentra en el campo gravitatorio, el aire más caliente asciende, mientras que el
aire más frío desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del aire, se denomina convección natural.
S
CAPÍTULO 4___________________________
DE CONTROL DE HUMEDAD.
SISTEMA
CAPÍTULO 4: SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
32
4 istema de control de humedad
4.1 Introducción a calidad del producto está relacionada con el contenido de humedad. Un exceso de
stema de secado implementar un buen control de humedad. En el caso de fallo en el as pueden ser muy importantes como la pérdida de la producción, un
xceso de consumo de energía.
Un control de humedad istema de secado produce una distribución del contenido de humedad con una desviación estándar. En muchos procesos de secado, el objetivo de contenido de hum el límite máximo del contenido de h umedad fuerza a secar más cuando se quiere asegurar unos determinados niveles máximos de secado en todos los casos.
edad más eficiente con la capacidad de reducir la desviación estándar para contenidos de humedad bajos.
Figura 4-1. Control de humedad eficiente vs. Control poco eficiente.
Esta gráfica permite analizar que en el caso de un control poco eficiente la desviación de los valores de contenido de humedad es más importante y que el valor M1 de contenido de humedad es más seco debido a un sobre secado.
Por tanto, un buen control de humedad tiene que mantener un contenido de humedad objetivo M2, y restringir la distribución de la humedad al nivel deseado.
S
Lhumedad en el producto puede causar problemas, y poca humedad reduce la calidad del producto y además se pierde energía y producción. Así es importante para el diseño del sicontrol, los probleme
poco adecuado al s
edad tiene dos o tres desviaciones estándar debajo dumedad aceptable. La falta de un buen control de h
El objetivo es desarrollar un control de hum
CAPÍTULO 4: SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
4.2 Estrategia de control tacionales, en las aplicaciones de control de
humedad en un sistema de secado, se utiliza una estrategia de control clásico que es el chas de ellas quedan operativas hoy en día.
umedad [4].
Hasta la llegada de los procesos compu
control feedback. Y mu
La disponibilidad de los procesos computacionales, los avances en las técnicas de modelado de secadero y el aumento de las tecnologías de los sensores de humedad permiten combinar a la vez bucles de control feedback y feedforward. Igualmente, ciertos estudios han permitido demostrar que utilizando únicamente sensores de temperatura para la medición del contenido de humedad antes que el producto entra en el secadero, mejora las eficiencias del control de la h
Otro método de control ha sido desarrollado para los secaderos de funcionamiento continuo. Se basa en una medición del contenido de humedad en el interior del secadero y de un modelo matemático:
( ) qp SKdTKM /21 −= (4)
Donde
M es la humedad de producto.
dT es la caída de la temperatura del aire caliente después contacto con el producto húmedo.
S es la velocidad de secado.
son constantes propias del sistema y del producto.
21 , KK
qp ,
_________________________________________________________________________
33
son exponentes propias del sistema y del producto.
uestra algunos principios teóricos del control feedback y feedforward, para así tener más claros las diferentes etapas del diseño.
4.2.1
En el esquemdesviacio do a la operación del proceso.
Figura 4-2. Esquema del control feedback.
A continuación se m
Principios del control feedback y feedforward
Control feedback
a de control feedback tradicional, el controlador corrige las nes respecto a punto de operación cuando una perturbación ha afecta
El sistema de control feedback se puede representar de manera más esquemática en términos de diagramas de bloques:
CAPÍTULO 4: SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
Donde CG es la func
_________________________________________________________________________
34
ión de transferencia del controlador elegida y es la funció
a así, en virtud de que los va
inimizar el error de salida. Este control trata de avanzar la acción de control ya que un lazo “feedback” proporciona una acción a posteriori, siendo incapaz de avanzarse a los cambios del sistema.
itos b icos para utilizar control por “feedforward” son dos:
estimable.
Un esquema de control por “feedforward” es el siguiente:
este proceso se describen, utilizando transformada de Laplace:
PlantaGn de transferencia de la planta, es decir la que relaciona la variable de control con la
salida.
El sistema de control feedback (o de retroalimentación) se llamlores medidos de salida de la planta se usan (o retroalimentan) por el controlador
para ejecutar una cierta acción de control.
El sistema de control se dice que opera a lazo cerrado cuando la información fluye de la planta al controlador y de este de nuevo a la planta repitiéndose este ciclo varias veces.
Control feedforward Esta técnica se puede emplear cuando se estudia un sistema cuyas perturbaciones son
medibles. Se trata de eliminar sus efectos para m
Los requis ás
Señal de perturbación medible o
Exista un modelo matemático del proceso.
Figura 4-3. Esquema del control feedforward.
Las ecuaciones de
( ) ( ) ( ) ( ) ( )sPsGvsUsGsY Planta .. + (5) =
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )sPsGvsPsGffsGsSPsGsY PlantaPlanta .... 1 ++= (6)
Y(s) la transformada de Laplace de la salida S(t), U(s) la transformada de Laplace de la entrada al bloque
Siendo PlantaG , ( )sGPlanta la función de transferencia que relaciona
la variable de control c de la perturbación de on la salida, Gv(s) la función de transferencia
CAPÍTULO 4: SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
35
planta la
on esta técnica se desea eliminar el efecto de la perturbación P(s) sobre la salida Y(s):
y P(s) transformada de Laplace de la perturbación se ha supuesto no existe el bloque Gff, bloque de feedforward.
C
( ) ( ) ( )sSPsGsY Planta 1.= (7)
( ) ( ) ( ) ( ) ( )sPsGvsPsGffsGPlanta ... −= (8)
con lo que se obtiene la función de transferencia para el controlador:
( ) ( )( )sG
sGvsGffPlanta
−= (9)
inar el efecto de la planta.
to de perturbaciones no medidas sobre la respuesta de la planta a lazo cerrado.
el efecto de errores de modelado sobre el sistema de control a lazo cerrado.
4.2.2 rimer modelo del sistema de control
4.2.3 ecopilación de los datos
4.2.4
4.3 esultados y comentarios después de la implementación
Control feedback y feedforward simultáneos
Los esquemas de control feedback y feedforward poseen, por separado, ventajas importantes. Entre estas podemos mencionar las siguientes.
El control feedforward tiene la capacidad de elimperturbaciones medidas sobre la respuesta de
El control feedback puede corregir el efec
El controlador feedback puede también corregir
P
R
Modelo final del sistema de control
R
CAPÍTULO 5___________________________
ELECCIÓN DE LOS E HUMEDAD.
SENSORES D
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
37
5 lección de los sensores de humedad
a implementación de un sistema preciso de control de la humedad “on-line”, puede repercutir en importantes ahorros en el proceso de secado. El secado suele ser una de las
roducto salga del secador al nivel de humedad deseado.
En nuestro caso, se trata de un proceso de secado donde el contenido de humedad del ra evitar los problemas que pueden surgir de
las variaciones del contenido car en exceso. Pero esta opción tiene efectos desastr ía y productividad en la operación de secado.
La instalación de un s mitirá que la desviación de contenido de humedad se reduzca a un rango mucho más estrecho, permitiendo por tanto un ahorro importante a nivel energético o de productividad.
5.1 fecto del contenido de humedad en la rentabilidad
Tenemos tres áreas importantes a considerar respecto a la justificación de la implementación de un sistema de control de humedad:
Los beneficios directos de poder aumentar el contenido medio de humedad en el producto producido, así como el beneficio de controlar el contenido de humedad durante todo el proceso.
El incremento de la productividad (y/o disminución de los costes de producción) que se puede obtener del hecho de mantener el contenido de humedad en un nivel deseado.
Los beneficios derivados del incremento de la calidad, gracias a poder mantener el contenido de humedad en un nivel deseado.
5.1.1 Beneficios directos
Todos los productos retienen una cierta cantidad de humedad, y esto puede tener un efecto significativo en el peso total del producto. Como el precio de venta de los pellets está basado en su peso, la cantidad de humedad afecta de forma significativa el valor de venta final.
En este caso, la factura final se ajusta teniendo en cuenta el contenido de humedad. También es muy importante controlar el contenido de humedad a lo largo del proceso para tener información acerca de los rendimientos en cada operación.
E
L
operaciones que suponen un mayor consumo de energía.
El objetivo de la operación de secado es extraer humedad de los pellets para que el p
producto a la salida del secadero es crítico. Pa de humedad, el proceso tiende a se
osos en cuanto a consumo de energ
istema de medida y control de la humedad per
E
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
38
5.1.2 Beneficios derivados del incremento en productividad r en relación al incremento de la
productividad:
s, si el producto se mantiene al nivel de humedad deseado. Los
El reprocesamiento puede eliminarse si el nivel de humedad es correcto a la primera! El reprocesamiento y las paradas, reducen el tiempo en el cual la
y por lo tanto resultan muy
en la calidad l incremento de la calidad supone muchos beneficios entre los cuales:
5.2 Sens
escripción
Hay tres factores principales a considera
En un proceso de secado, la eliminación del secado excesivo del producto ofrece la posibilidad de incrementar la producción. Igualmente, habrá ahorros considerables debidos a:
− Reducción del uso de energía. − Posibilidad de optimizar la operación de secado. − Utilización de la mano de obra de forma más eficaz.
También son posibles incrementos en la eficiencia de los procesos posterioreproblemas causados por un nivel de humedad incorrecto pueden ser considerables.
planta está disponible para la producción normal,caros.
5.1.3 Beneficios derivados de la mejora y consistenciaE
Incremento de la competitividad. Ventaja respecto a la competencia. Clientes satisfechos.
Incremento de beneficios por el hecho de vender productos con mayor valor añadido.
or de humedad
D
Características
Elección del lugar de medición de la humedad
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
39
CAPÍTULO 6___________________________
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD.
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
40
6 Implementación del sistema de control de humedad
1 Introducción En este capítulo, se estudia la implementación, a nivel práctico, del control de
medad. Con la evolución de las tecnologías de la máquinaria industrial, es difícil n
omponentes que constituirá el cuadro de control. En la segunda parte, presentaremos el iseño del cuadro eléctrico y a sus esquemas. Es importante prever la posibilidad de
mejoras en el diseño por lo tanto optim ponentes dentro del cuadro eléctrico.
6.2 Análisis de la estrateg
6.2.1 Autómata programabl
6.2.2
6.2.2.1 Módulo MAD01
Figura 6-2. Esquema del módulo de E/S analógicas MAD01.
1. Terminales de E/S analógicas: Conecta la unidad a dispositivos de entrada y de salida analógicos.
2. Cable de conexión de unidad de expansión de E/S: Conecta la unidad de E/S analógica al conector de expansión de la CPU u otra unidad de expansión. El cable está conectado a la unidad de E/S analógica y no se puede quitar.
3. Conector de Expansión: Conexión con otra unidad de expansión (unidad de expansión de E/S, unidad de E/S analógica, o unidad I/OLink o CompoBus/S). Hasta 3 unidades de expansión se pueden conectar a una CPU.
6.
huencontrar dos fábricas iguales. Debido a ello adaptaremos el diseño de la implementacióen función de la estructura de la planta de producción. Dedicaremos la primera parte de
de implementación elegida y al estudio de los este capítulo al análisis de la estrategia cd
izaremos la disposición de los com
ia de implementación
e
Módulos de expansión de entradas y salidas analógicas
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
41
Rango de las señales de entradas analógicas
Rango de las señales de entradas analógicas del MAD01.
Figura 6-4. Rango de la señal de salida analógica del MAD01.
6.2.2.2 Módulo MAD11
ango de las señales de entradas analógicas 4-20 mA
A corresponde a los valores hexadecimal 0000h-1770h (0-6000). El rango total de las entradas es de FED4h a 189Ch (–300 to 6300). Si la entrada está debajo
Figura 6-3.
Rango de la señal de salida analógica
Figura 6-5. Esquema del módulo de E/S analógicas MAD11.
DIP Switch: Utilizado para habilitar o deshabilitar la media de las entradas analógicas.
Pin1: Media para la entrada analógica 0.
Pin2: Media para la entrada analógica 1.
R
El rango 4-20m
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
42
de 3,2 de la entrada analógica se convierte a 8000.
corriente analógicas de 4 20mA. El rango total de la salida es 3,2 - 20.8mA.
Rango de la señal de salida analógica del MAD11.
6.2.3 ódulo de comunicación ara realizar las comunicaciones entre el autómata y el SCADA, se ha elegido una
comunicación serie. Nos conectaremos con el ordenador mediante una tarjeta de comunicación RS-422. Además, conectaremos el módulo de comunicación CIF11 al armario de dosificación ya instalado en la fábrica. Así, ponemos nuestro autómata como esclavo respecto al del armario de dosificación (master).
El módCIF11 de OMRON y tiene las características siguientes:
perifé
El C del puerto de periféricos, por lo que no es necesaria una fuente de alimentación externa.
mA, se detecta un circuito abierto y el valor
Figura 6-6. Rango de las señales de entradas analógicas del MAD11.
Rango de la señal de salida analógica 4-20 mA
Los valores hexadecimal 0000h-1770h (0-6000) corresponden a una rango de
Figura 6-7.
MP
ulo de comunicación o adaptador de RS-422 es el
Convierte comunicaciones de datos entre el puerto de ricos y dispositivos RS-422.
IF11 se alimenta con +5 Vc.c.
Imagen 6-1. Esquema del adaptador RS-422 CIF11.
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
6.2.4 Alimentación para los sensores L
_________________________________________________________________________
43
a alimentación utilizada S8VS-01524 de OMRON permite satisfacer la potencia necesaria a la alimentación de los sensores, y del ventilador de la caja eléctrica. Es una alimentación de 24V-15W.
e describe a continuación todas las funcionalidades de la alimentación S8VS-01524.
rotección contra sobrecarga
a fuente de alimentación dispone de una función de protección contra sobrecarga que la protege contra los posibles daños causados por sobrecorriente. Si la corriente de salida sobrepasa el 105% de la corriente nominal, se activa la función de protección y disminuye la tensión de salida. Cuando la corriente de salida vuelve a caer dentro del rango nominal,
Protección contra sobretensión
a, se ha diseñado el sistema de tal mane
una salida de tensión excesiva de aproximadamente el 130% de la tensión nominal o más, la tensión de salida se interrumpe. Restablezca la fuente de alimentación desconectándola al menos durante tres minutos y volviéndola a conectar después.
dicación de alarma de tensión baja
l LED (DC LOW rojo) se iluminará para advertir de una caída de la tensión de salida. La tensión de detección está ajustada a aproximadamente al 80% (entre el 75% y el 90%) de la tensión de salida nominal.
EspeciTensión de
a Tensión de salida (coriente)
S
P
L
la protección contra sobrecarga se desactiva automáticamente.
Si se considera la posibilidad de una sobrecargra que la carga no quede expuesta a una tensión excesiva, incluso en caso de fallo de
circuito de retroalimentación de la fuente de alimentación. Si se produce
In
E
ficaciones de la alimentación serie S8VS Micro
Tipo Potencia entrad
S8VS-01524 15W 100-240Vc.a. 50/60Hz 24Vc.c. (0,65A)
Tabla 6-4. Especificaciones de la alimentación serie S8VS Micro.
Imagen 6-2. Alimentación S8VS-01524.
6.2.5.1 Pr
Para la tes del cuadro eléctrico, se ha pue e corriente en de variaciones i ión de entrada y para garantizar un aislamiento galvánico se ha instalado un transformador P 230/400V-115/230V 100VA.
Image
6.2.5 Otros componentes
otecciones eléctricas
protección de todos los componensto un magnetotérmico de 10A si se produce una sobrecarga d
el cuadro. Igualmente para proteger el autómata mportantes de la tens
n 6-3. Transformador 230/400V-115/230V 100VA.
CAPÍTULO 6: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
44
bleado
ponentes
6.3.2 Esquemas
6.2.5.2 Cuadro eléctrico, Conectores, ca
6.3 Diseño del cuadro eléctrico
6.3.1 Disposición de los com
eléctricos
__________________________
CAPÍTULO 7_
PROGRAMAS DESARROLLADOS.
CAPÍTULO 7: PROGRAMAS DESARROLLADOS
_________________________________________________________________________
46
7 Programas desarrollados
7.1 LC (Programmable Logic Controller) l autómata es la primera máquina con lenguaje, es decir, un calculador lógico cuyo
e
turo parece abrirse hacia esta nueva clase de dispositivos: máquina para proceso de ñales, para la gestión de bases de datos.
La creciente difusión d nica, la fantástica disminución del precio de los componentes, el nacim icroprocesadores y, sobretodo, la miniaturizaci permiten anunciar una introducción de los autómata
El autómata programable satisface las exigencias tanto de procesos continuos como iscontinuos. Regula presiones, temperaturas, niveles y caudales así como todas las
funciones asociadas de temporización, cadencia, conteo y lógica. También incluye una tarjeta de comunicación adicional, el autómata se transforma en un poderoso satélite dentro de una red de control distribuida.
El autómata programable es un aparato electrónico programable por un usuario programador y destinado a gobernar, dentro de un entorno industrial, máquinas o procesos lógicos secuenciales.
7.1.1 Herramienta de programación SYSWIN 3.4 El programa SYSWIN 3.4 es un software de soporte para la programación de
autómatas programables de OMRON. Facilita de forma fácil la programación, monitorización, y el mantenimiento de toda la gama de PLC’s. Un sencillo y comprensivo interfaz gráfico de usuario, junto a un completo juego de diferentes editores, proporcionan una intuitiva herramienta de programación.
SYSWIN permite la elección del formato de programación, por ejemplo, diagrama de relés, lista de instrucciones o diagrama de funciones.
PE
juego de instrucciones se orienta hacia los sistemas de evolución secuencial. Hay quapreciar que, cada vez más, la universalidad de los ordenadores tiende a desaparecer, el fuse
e aplicaciones de la electróiento y el desarrollo de los m
ón de los circuitos de memorias programables.
d
CAPÍTULO 7: PROGRAMAS DESARROLLADOS
7.1.2 Explicación del programa
_________________________________________________________________________
47
a del autómata
7.1.2.
7.1.2.1 Vista general del conjunto de redes del program
2 Explicaciones de las diferentes redes del programa
7.1.2.3 Listado de las direcciones del programa
CAPÍTULO 7: PROGRAMAS DESARROLLADOS
_________________________________________________________________________
48
trol And Data Adquisition) quisition", es decir:
adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación software s en el control de producción,
proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (por ejemplo: autómatas rma automática desde la pantalla del
ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo ismo nivel como de otros supervisores dentro de la
empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento.
En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.
Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA.
7.2.1 Herramienta de programación CX-Supervisor developer
¿Qué es CX-Supervisor?
Es el módulo de CX-Automation Suite que permite desarrollar Interfaces Hombre / Máquina (HMI).
CX-Supervisor es un sistema SCADA.
¿Qué hace el CX-Supervisor?
Proporciona la funcionalidad y flexibilidad necesaria para crear y ejecutar aplicaciones / interfaces gráficos desarrollados por el usuario.
Trabaja en conjunto con CX-Server para controlar y monitorizar el hardware de planta.
Presenta la información al usuario de una manera clara.
Características de CX-Supervisor
Potente y fácil de usar.
Contiene objetos gráficos que ayudan a presentar la información de planta de una manera más “real”.
Amplio rango de herramientas intuitivas que facilitan el desarrollo de aplicaciones.
Utiliza tecnologías COM, OLE y ADO para interactuar con otras aplicaciones del entorno MS-Windows.
7.2 SCADA (Supervisory ConSCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Ad
especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadore
programables) y controlando el proceso de fo
a diversos usuarios, tanto del m
CAPÍTULO 7: PROGRAMAS DESARROLLADOS
_________________________________________________________________________
49
Funcionalidad
.
tiona las páginas de la aplicación.
la aplicación. Pueden ser
s: Permite fijar, procesar y visualizar alarmas.
imiento al interfaz gráfico.
Para poder diseñar y optimizar la aplicación SCADA, se ha seguido los pasos que se ven continuación. Se ha tenido en cuenta en todo el diseño la optimización de las comu reducir al mínimo el tamaño de la base de datos de puntos, ucolisiones o que el uso de scripts posiempre q
Paso 1: nivel de detalle para
Paso 2: Descomponer los dispositivos en objetos comunes, crear una Matriz de Estados.
Paso s para seguimiento en tendencias y alarmas.
Paso 4: das y Salidas.
Paso 5:
Paso 6:
7.2.2 Explicación del programa
Potente e intuitivo entorno de desarrollo de 32 bits
Soporta todos los PLC’s.
Potente lenguaje scripts.
Conectividad con aplicaciones Windows.
Sistema de gestión de alarmas.
Sistema de gestión de recetas.
Sistema de adquisición y visualización de datos offline.
Generación de informes.
Librería de objetos gráficos.
Conectividad con base de datos relaciónales.
CX-Supervisor ofrece la facilidad de usar editores dedicados
Editor de proyectos: Ges
Editor de puntos: Maneja todos los puntos de importados desde CX - Programer.
Editor de alarma
Editor de recetas: Proporciona control por parte del usuario sobre los distintos modos de producción que puede tener un proceso.
Editor de animación: Proporciona mov
nicaciones para, por ejemplo, sar diferentes tiempos de scan para el refresco con intervalos. Así se evita
atascos en comunicaciones. Igualmente se ha tenido en cuentar intervalos usan muchos recursos del ordenador, por lo tanto se les han evitados ue lo ha sido posible.
Diseñar el esquema y jerarquía de los gráficos, decidir el cada pantalla.
3: Definir que puntos serán usado
Definir los puntos de Entra
Utilizar definición de alias (utilizar nombres de variables y alias significativos).
Direccionamiento indirecto (ajuste de los mensajes emergentes).
CAPÍTULO 8___________________________
BRACIÓN .
CALI
DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
51
8 alibración de los sensores de humedad
8.1 nálisis de la humedad ste capítulo permitirá ayudarnos para elegir el método de medida apropiado para
La primera parte de este capítulo describe los principios de los métodos actuales de ste análisis con indicación de sus puntos fuertes y débiles, lo que también servirá de ayuda
para la evaluación del medio iente adecuado y apropi o.
La segunda parte trata para el analizador halógeno de humedad. Se discute la toma de mde los parámetros de desecac
8.1.1 Introducción
Qué es la humedad?
o existe una definición generalmente aceptada para el concepto de humedad. Muchas veces el principio físico utilizado para medirla condiciona la definición. El parágrafo siguiente describe la humedad, tal como se acepta en relación con los métodos de determinación térmicos (secos).
Definición.
La humedad de un material comprende todas aquellas sustancias que se volatilizan por calentamiento y producen una pérdida de peso. Esta pérdida de peso se determina con una balanza y se interpreta como contenido de humedad. Además del agua, en este concepto de humedad se incluyen pérdidas de otras masas, como por ejemplo disolventes orgánicos volatilizables, alcoholes, grasas, aceites, componentes aromáticos y productos para descomposición y combustión.
Tipos de enlazamiento de la humedad.
Al determinar la humedad debe tenerse en cuenta que el agua puede estar combinada en los sólidos de diferentes maneras, que en orden creciente de la fuerza del enlace son:
Agua libre sobre la superficie de la sustancia muestra.
Agua en poros grandes, cavidades o capilares de la sustancia muestra.
Agua adhesiva retenida sobre la superficie de macromoléculas polares.
Agua cristalina incluida en iones reticulares o coordinados a iones.
C
AE
determinar contenidos de humedad de sustancias. Veremos tablas generales en las que se puede encontrar rápidamente soluciones con el analizador halógeno de humedad.
e amb ad
en particular de aplicacionesuestras y su preparación, así como la adaptación óptima
ión a diversos problemas.
¿
N
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
52
icie
Partícula de sustancia
Agua
binación del agua en los sólidos.
agua cristalina y el agua unida por adhesión sólo se pueden separar mediante procedimientos térmicos, con descomposición simultánea del producto.
Exigencias en exactitud, intervalo de medida, repetibilidad, sensibilidad.
posición).
Normas legales (procedimiento de referencia).
Posibilidad de automatización.
Posibilidad de calibración.
Agua sobre la superf
Agua
Agua en poros o capilares
Partículas de sustancia
Agua
Partícula de sustancia
Agua cristalina Yeso: Ca SO4 · 2H2O
Figura 8-1. Com
A veces el
Elección del método de medida apropiado.
La elección de un método de medida conveniente depende fundamentalmente de las magnitudes siguientes:
Tipo de enlazamiento del agua.
Información deseada: contenido de agua o de humedad.
Velocidad de medida.
Cantidad de muestra.
Propiedades físicas de la muestra (por ejemplo, temperatura de descom
Presupuesto.
Sencillez (manejo o funcionalidad).
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
53
Medir contenido de agua o de humedad - ¿Para qué?
La humedad está presente e ductos naturales. Pocas veces el contenido de agua tiene interés por sí m ás bien indica si un producto posee determinadas características decisiva
Capacidad de almacenamient
Formación de grumos en el caso de polvos.
Estabilidad microbiológic
Propiedades de fluidez, viscosidad.
nto de los acuerdos sobre calidad).
Valor n
dad legal (legislación alimentaría).
l comercio y la industria se interesan por la proporción de materia seca de los artículos comerciales. El agua presen se incluye en la fijación del precio. Las disposiciones legales y las declaraciones shumedad natural y humedad añadi
Las determin as para, en caso neces
línea de producción, en el sentido estricto de la garantía de calidad.
8.1.2 medad
viscosidad, índice de refracción, conductividad eléctrica y otras mu edir estas magnitudes físicas y para expresar el contenido de humedad.
icas o procedimientos es la sigu
cos.
n la mayor parte de los proismo. M
s para el comercio y la producción, por ejemplo:
o.
a.
Contenido de sustancia seca.
Concentración o pureza.
Calidad comercial (cumplimie
utritivo del producto.
Conformi
Ete en el producto
obre el producto definen la diferencia entre da al producto.
aciones de humedad han de ser rápidas y segurario, intervenir al momento en el proceso productivo y evitar largas interrupciones de
la producción. De ahí que muchos fabricantes hagan hoy esta determinación en materias primas, productos intermedios y productos finales directamente dentro de la
Métodos para determinar el contenido de huEl contenido de humedad influye sobre las propiedades físicas de una sustancia,
como peso, densidad, chas. A lo largo del tiempo se han ido desarrollando diversos métodos para m
Una clasificación lógica de los métodos de medida en técniente:
Termogravimétricos.
Químicos.
Espectroscópi
Otros.
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
54
Métodos para la determinación de humedad
Procedimientos gravimétricos
Procedimientoquímicos
s Otros Procedimientos
Procedimientos espectroscópicos
Desecación por infrarrojo
Desecación por halógeno
Estufa desecadora con balanza
Desecación por microondas
Pentóxido de fósforo
Destilación
ValoracioKarl Fisc
nes her
Carburo cálcico
Espectroscopia infrarroja
Resonancia magnética nuclear
(NMR)
Espectroscopia por microondas
Determinación de densidades
Refractometría
Conductividad
Cromatografía de gases
Figura 8-2. Clasificación de los métodos para la determinación de humedad
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
55
Puntos fuertes y débiles de los métodos.
Procedimiento Puntos fuertes Puntos débiles
Estufa dese
Procedimiento de referencia. eden determ l mismo tiema posible de e muestra.
Duración típica de la determinación del orden de horas.
mposición de la m e se evapora cara con po
cadora Se puPesad
inar varias muestras agrandes cantidades d
po. Posible descoSustancias quManipulación
uestra. n con el agua. sibilidades de error.
Desepor infr
po de medición da posible de gr muestra.
anejo, sencil Solución de muestra compacta.
omposición ds que se evaporan c
cación arrojo
TiemPesaFácil m
típico 5...15 min. andes cantidades delez del método.
Posible descSustancia
e la muestra. on el agua.
Desecacpor halógeno
po de medició a posible de grandes cantidades de muestra.
Fácil manejo, sencillez del método. a compacta.
scomposición de la muestra. Sustancias an con el agua.
ión TiemPesad
n típico 2...10 min. Posible de
que se evaporAplicación versátil, solución problem
Desecpor microondas
po de medición típico 2...5 min. Pesada posible de grandes cantidades de muestra.
posición de la muestra. ático para sustancias con poca hum
peratura m
Posible descomProblemControl de tem
ación Tiem edad. ediano.
Destilación Económico. A menudo hace falta disolvente. Exactitud del resultado mediana.
ValoraKarl Fischer
Coulom
Volumétricas
ocedimiento de referencia preciso. Apropiado para análisis de trazas, detección del agua.
Procedimiento de referencia preciso, detección del agua.
Adaptación de la técnica de trabajo a la muestra.
ciones
étricas Pr
Procedimientos con carburo Ca Económico. Formación de sustancias explosiva.
Es necesario personal especializado.
Espectroscopia infrarroja
Tiempo de medida mínimo, mediciones continuas. También para análisis de multicomponentes (proteínas)
sustancia. Sólo para medir la humedad superficial. Depende de la naturaleza el material. Depende de la temperatura, granulación.
Necesaria una calibración específica de la
Espectroscopia de microondas
Tiempo de medida mínimo. Posibles mediciones continuas.
Necesaria una calibración específica de la sustancia. Efectos perturbadores son la densidad aparente y la granulación.
Espectroscopia NMR
Tiempo de medida corto. Posible un análisis de multicomponentes. Análisis estructural.
Calibración necesaria. Alto coste instrumental, personal especializado, caro. Sólo se miden pequeñas cantidades de muestra. También se incluyen átomos de hidrógeno ajenos a la humedad.
Cromatografía de gases Adecuada para análisis de multicomponentes. Necesita personal especializado, caro.
Conductometría Método rápido, uso móvil. Necesita calibración específica de la sustancia.
Refractometría Método rápido, bajo coste, móvil. Sólo apropiado para sustancias visibles.
Densitometría Método rápido, bajo coste, móvil. Sólo apropiado para sustancias visibles.
Tabla 8-1. Puntos fuertes y débiles de los métodos para la determinación de humedad.
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
56
8.1.3
Los procedimientos termogravimétricos son métodos de pesada-desecación donde las m se sec preta co dad
La desecación termina al alcanzar un estado de equilibrio, es decir, cuando la presión d menor es ndición de equilibrio dentro de la sustancia. Disminuyendo la presión se puede reducir la presión de vapor ambiental y, por tanto, las condiciones de la desecación.
ci
En las determinaciones de humedad termogravimim se l resultado de m ón as tiene una importancia secundaria, pero hay que tenerlas tam e alta p
chistóricas form
ió
dad se separa en el procedimiento term do de la definición dada al principo. Por tanto no se diferencia el agua de otros componentes del producto volátiles.
ó
Los procedimientos termogravimétricos sirv s las sustancias térmicas con un contenido de humedad >0,1%.
8 d
Principio.
u ente. A fin de forzar las condiciones de la d p en vacío. El contenido de humedad se determina mediante pesada por diferencia antes y después de la desecación.
ortan
secadora es un pro ena re a ancias. ntemente en ó
Procedimientos termogravimétricos
Principio.
uestras mo hume
an hasta obtener una constancia de m desprendida.
asa. El cambio de masa se inter
e vapor de la presión de v
sustancia húmeda es igual a la presión apor del entorno, menor es la humedad
de vapor del entorno. Cuanto residual remanente en la co
Influen as.
étricas reproducibles tiene gran cación. Ambos factores afectan ay humedad atmosféric
portancia la temperatura y duración de la deedida. La influencia de la presi
bién en cuenta en análisis drecisión.
Importancia.
Los pro edimientos termogravimétricos son los man parte a menudo de la legislación (por
étodos clásicos. Por razones ejemplo, Código Alimentario, etc.).
Limitac n.
La hume ogravimétrico siempre en el senti
Aplicaci n.
en prácticamente para toda
.1.3.1 Estufa esecadora
Se seca esecación, o
na muestra por medio de aire caliara no alterar las sustancias térmicam te inestables, a menudo se hace bajo
Imp cia.
El método de la estufa de cedimiento de referencia de buproducibilid d, obligatorio para muchas sust Este método se cita frecue la legislaci n sobre alimentos.
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
57
ja.
l método clásico de la estufa desecadora estriba en el número de mues
es.
o de microondas.
grandes errores sistemáticos cuando la muestra, a causa de su carácter higro
ión de la conformidad legal de sustancias (alimentos). Procedimiento de refere
arrojo
de la sustancia.
Figura 8-3. Esquema de una estufa desecadora y de una balanza analítica.
Venta
La ventaja detras que pueden analizarse al mismo tiempo. Además ofrece la posibilidad de analizar
grandes cantidades de muestras, lo que puede ser ventajoso con sustancias no homogéneas.
Inconvenient
Un inconveniente de este método es el gran trabajo manual, así como el largo tiempo de medición, del orden de horas. Por ello para reducir este tiempo se suele utilizar hoy desecadores infrarrojos
Se producenscópico, absorbe humedad del aire después de la desecación y antes de la pesada. Ello
se puede evitar en los desecadores modernos con balanza integrada, pues pesada y desecación son entonces simultáneas.
Aplicaciones.
Comprobacncia para la calibración de otros métodos.
8.1.3.2 Desecación por infr
Principio.
En lugar de aire caliente circulante, en este método el material de la muestra se seca con radiación infrarroja directa, la cual es absorbida por la muestra. La energía absorbida produce el calentamiento deseado
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
58
Figura 8-4. Esquema de una desecación por infrarrojo.
Ventaja.
nto y la corta duración de la desecación. Los resultados medidos están disponibles en pocos minutos. Los desecadores por infrarrojo llevan una balanza integrada, siendo de diseño muy c
tra puede sufrir descomposición, al igual que con todos los métodos térmicos. Junto al agua también pueden evaporarse otras sustancias.
io del radiador halógeno.
Figura 8-5. Gráfica comparativa entre la desecación IR y halógeno.
Las principales ventajas de este método son el sencillo principio de funcionamie
ompacto y robusto.
Inconvenientes.
A veces la mues
8.1.3.3 Desecación por halógeno
Principio.
Este método es un perfeccionamiento de la desecación por infrarrojo. La tecnología del radiador se basa en el nuevo princip
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
59
Ventaja.
Gracias al compacto diseño de los radiadores halógenos, éstos alcanzan muy rápidamente la temperatura de régimen deseada y pueden ser regulados con precisión. El resultado es, en general, una menor duración de las medidas frente a los métodos clásicos, así como una mejor distribución del calor por la muestra. La radiación de calor uniforme a la mu stra, junto con la regulación precisa de la temperatura, consiguen resultados de medición con una reproducibilidad excepcional. El analizador halógeno de humedad de SARTORIUS va equipado con un radiador de esta tecnología. Dependiendo de la muestra y del contenido de humedad, este radiador obtiene resultados de medida exactos entre 3 y 10 mi
A veces la os los métodos térmicos. Junto
8.1.3.4 Desecación por microondas
uestra. Esta absorción genera calor y produce la evaporación de los c átiles. También aquí la magnitud medida es la totalidad de componentes volátiles, que se determina por pesada antes y después de la desecación.
ésticos de microondas, los aparatos profesionales tienen impuestas exigencias mucho más altas. La distribución uniforme de la
son importantes, ya que con una regulación imprecisa la e forma incontrolada. Este método no es adecuado para
sustancias apolares de bajo contenido de agua (<2%), que no tienen sustancias que absor
e
nutos.
Inconvenientes.
muestra puede sufrir descomposición, al igual que con todal agua pueden evaporarse otras sustancias.
Principio.
Este procedimiento se basa en la absorción de radiación de microondas por las moléculas de agua de la m
omponentes vol
Limitaciones.
A diferencia de los baratos aparatos dom
microonda y la potencia regulablemuestra se puede sobrecalentar d
ban las microondas ni, por tanto, el motor que genere calor.
Figura 8-6. Esquema de una desecación por microondas.
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
Ventaja.
Procedimiento de medida rápido. Es posible la pesada de grandes cantidades de muestra.
Inconvenientes.
No es posible una determinación selectiva de agua, pues debido a la conducción de calor dentro de la muestra también se calientan y evaporan otras sustancias. Control mediano de la temperatura y peligro de descomposición de la muestra. Problemático para sustancias con poca humedad.
_________________________________________________________________________
60
8.1.3.5 Tabla general de los métodos de determinación de humedad termogravimétricos
Procedimiento Principio de medida Intervalo de medida típico
Exactitud de medida típico
Estufa antes y después de la 0,5-100% 0,1-0,5%
Calentamiento por convección.
desecadora Determinación del peso desecación.
Desecaalentamiento por absorción de radiación IR.
ción por infrarrojo Determinación continúa del peso durante la
desecación. 0,5-99% 0,1-0,5%
C
Desecación Calentamiento por radiación IR con radiador halógeno.
por hal inación continúa del peso durante la 0,5-99% 0,1-0,5% ógeno Determ
desecación.
Desecación por microondas
Calentamiento por absorción de microondas.
Determinación del peso antes y después de la desecación.
2-99% 0,1-0,5%
Tabla 8-2. Tabla general de los métodos termogravimétricos.
8.1.3.6 Conceptos metrológicos
as consideraciones estadísticas son relevantes para la determinación de magnitudes físicas. Atendiendo a la teoría de los errores de medida, a continuación se explican algunos conceptos metrológicos importantes.
alor verdadero.
l objetivo de cualquier medición de magnitudes físicas es determinar un valor estim o lo más exacto posible al valor “verdadero” de una magnitud. Pero por diversos motivos es imposible determinarlo con la exactitud deseada. Por ejemplo, el valor verdadero del contenido de agua en una muestra sólo podría hallarse por el recuento exacto de las moléculas de agua. Los procedimientos actualmente disponibles aprovechan efectos físicos, por ejemplo, la evaporación de la humedad (procedimientos termogravimétricos). Se calienta la muestra, se evapora la humedad y se interpreta la pérdida de peso como contenido de hu e agua y otras sustancias evaporadas. En ocasiones se producen en este procedimiento errores por la
L
V
Ead
medad. Por consiguiente, el contenido de humedad comprend
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
61
oxida adora del peso durante el recalentamiento de sustancias orgánicas. Por ello se ob
ión entre el valor verdadero y el valor estimado realizando una simple suma o resta de una constante. Para poder reconocer de forma segura y rápida las alteraciones en el proce
áticos, surgen defectos como consecuencia de una gran s.
edida para cisión. Midie gnitud física varias veces de forma consecutiva, obtenemos una muestra al azar de valores
stra que agnitud de medida genera en la ma pob con r medio na
desviación típi que son buenos valores estimativos para las m gnitudes s
Media de valores de medida:
ción mermserva a menudo una pequeña desviación entre las medidas obtenidas y el valor
verdadero. Cuando un método de medición arroja resultados repetibles, es posible corregir la desviac
so productivo es importante que un método de medición ofrezca resultados repetibles.
Error estadístico.
Cualquier medida de una magnitud física está sujeta a un error de medición. Aun evitándose los errores sistemvariedad de factores negativos, que reciben el nombre de errores ocasionales o estadísticoEl objetivo en este caso es calcular un valor aproximado utilizable para la magnitud a medir y una m determinar su pre ndo una ma
nxx ,...,1 . Así se demuecasos una
el error estadístico de una m yoría de los m y ulación total normalmente distribuida
ca s un valo
1 y a m y s . desconocida
( )nxxn
x ++= ...11 (17)
Desviación típica reiterada de los valores de medida:
y
( )2
1ˆ
11 xxA
ns i
n
i−
−=
= (18)
a de pro s estadístic la calidad de los resultados de medida.
Repetibilidad.
La rep obtener el mismo resultado en condiciones ambientales invariables y en el mismo lugar para una
uestra, bajo condiciones ambientales constantes (por atmosférica) y en lugares distintos (expresión como desviación típica
Con est suposición, es posible dar una serie puesta as sobre
etibilidad describe la capacidad de un instrumento medidor de
misma muestra (expresión como desviación típica reiterada).
Reproducibilidad.
La reproducibilidad describe la capacidad de un instrumento medidor para obtener el mismo resultado para el mismo tipo de m
ejemplo humedad reiterada).
_________________________________________________________________________ 1 La distribución normal se describe plenamente con los parámetros m y s y se denomina N (m, s). La
distribución normal (también llamada distribución de Gauss) se representa gráficamente con la conocida curva acampanada.
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
62
estufa desecadora tradicional (lento calentamiento convencional de la muestra) propo
e de volframio. La masa del radiador halógeno es tan pequeña que, a diferencia de los radiadores de infrarrojo convencionales, en un instante se activa toda la potenc o de desecación por halógeno es aún más rápido. En
superficie, la forma del radiador halógeno rantiza una óptima distribución uniforme de la radiación térmica por toda la superficie
de la muestra. Ello garantiza resultados reproducibles.
8.1.4
8.1.4.1 El proceso de desecación
no incide sobre la muestra a secar.
uras algo diferentes a igual ajuste instrumental. Si la transmisión de la radiación IR es pequeña, en el primer momento sólo se calientan pequeñas partículas de masa en la superficie de la muestra. Estas transmiten a continuación el calor, por contacto con las moléculas vecinas, a capas inferiores. Por tanto la conductividad térmica de la muestra es decisiva para el transporte a las capas más profundas. Cuanto mayor es esta
m
Comparabilidad.
Cuando los principios físicos son diferentes, pueden surgir pequeñas diferencias al comparar resultados de métodos distintos. Incluso resultados de métodos iguales obtenidos con instrumentos de fabricantes diferentes pueden mostrar mínimas diferencias. Las desviaciones de las medidas son a menudo muy pequeñas y constantes y pueden determinarse haciendo una serie de medidas con ambos instrumentos. Por ejemplo, la
rciona a igual temperatura, valores algo diferentes a los de desecación por infrarrojo o por halógeno (calentamiento rápido por radiación infrarroja directa). Una de las causas es el diferente tipo de calentamiento, con los consiguientes efectos secundarios que influyen de forma desigual (por ejemplo, oxidación de la muestra). Los resultados pueden ajustarse generalmente cambiando la duración o temperatura de desecación, o el criterio de desconexión.
8.1.3.7 Principio de funcionamiento y utilización del radiador halógeno.
La desecación con el radiador halógeno es una evolución de la desecación por infrarrojo. El elemento de caldeo consta de un tubo de vidrio lleno de gas halógeno inerte y provisto de un filam nto
ia calorífica. Por ello el métodunión del reflector chapado en oro de gran ga
Determinación del contenido de humedad con el analizador halógeno de humedad
La radiación IR (IR = infrarrojo), también llamada frecuentemente radiación térmica, es una región del espectro electromagnético que limita con la región visible roja del espectro óptico, por lo que también recibe el nombre de espectro IR. Pensemos lo que ocurre cuando la radiación IR emitida por el radiador halóge
La radiación infrarroja incide sobre la muestra. Una parte de la radiación es absorbida por la sustancia de la muestra y se transforma en calor. Debido a que el poder de absorción no es igual para todas las sustancias, muestras de sustancias diferentes pueden alcanzar temperat
conductividad, más rápido y homogéneo es el calentamiento de la muestra.
En caso de desecación progresiva, la conductividad térmica de la muestra varía a edida que disminuye el contenido de agua. Hay que tener en cuenta que la captación de
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
63
energía para evaporar la humedad enfría la sustancia al empezar la desecación (frío de evapo
Absorción de la radiación IR en la superficie de la muestra.
ecuencia, la muestra excesivamente amontonada podría secarse de forma incompleta en el centro. Las capas gruesas dificultan
Distr
l peso inicial.
ración). Ambos efectos pueden provocar la descomposición de la muestra si se elige mal la temperatura al final de la desecación. La zona superficial y el “color” (poder de absorción IR) de la muestra influyen sobre el calentamiento y por tanto sobre la temperatura efectiva de la muestra. Las superficies lisas y claras reflejan generalmente la radiación IR con mayor intensidad, por lo que hay menos energía absorbida disponible para calentar la muestra.
Radiación IR emitida. Radiación IR reflejada. Conducción de calor dentro de la muestra.
Figura 8-7. Esquema del proceso de desecación por halógeno.
8.1.4.2 Colocación de la muestra sobre el plato de desecación
Para obtener resultados reproducibles es indispensable una distribución uniforme de la muestra sobre el plato. Una distribución irregular puede originar una distribución de calor no homogénea dentro de la muestra. Como cons
el escape de la humedad. El consiguiente alargamiento del tiempo de medida favorece la descomposición en la superficie de la muestra por la prolongada acción del calor.
ibución correcta de la muestra Distribución incorrecta de la muestra
Cantidad correcta Distribución incorrecta
Distribuida correctamente Amontonamiento
Figura 8-8. Esquema de la distribución de la muestra sobre el plato de desecación.
La formación de película sobre la muestra puede impedir el desprendimiento completo de la humedad. Con estas muestras el espesor de capa debe ser pequeño y uniforme. Si se trata de sustancias muy volátiles es aconsejable su colocación rápida sobre el plato de desecación para que no se desprenda humedad antes de registrar e
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
8.1.4.3 Desarrollo de un método para el analizador halógeno de humedad
8.1.4.3.1 Elección del peso de muestra óptimo El peso de la muestra influye sobre la exactitud de los resultados y también sobre el
tiempo de medición. Con grandes cantidades de muestra hay que evaporar mucha agua y la determinación de humedad tarda más.
Una muestra demasiado grande puede producir una distribución poco homogénea del calor y unos resultados de análisis poco fiables. Para reducir el tiempo de medición al mínim que permita la exactitud requerida.
Figur
ndencia a descomponerse. Las desviaciones muy pequeñas se pueden compensar ajustando la variación de la temperatura a los valores del co procedimiento de referencia.
Para elegir la temperatura se propone el procedimiento siguiente:
de hu edad de la m
Comparar los resultados con el procedimiento de referencia.
programas de desecación escalonada o rápida, con los que la mayor parte de la humedad presente se separa a una temperatura elevada. A continuación se reduce la temperatura y se
o, se recomienda elegir un peso de muestra pequeño, todo lo
a 8-9. Gráfica de exactitud de los resultados y del tiempo de medición en función del peso de la muestra.
8.1.4.3.2 Elección de la temperatura de desecación La temperatura de desecación influye considerablemente sobre el tiempo de
medición. Ha de elegirse de modo que la muestra no se descomponga ni cambie su estructura química. Una temperatura demasiado baja alarga la desecación sin necesidad. También hay ciertos productos que pueden desprender diferente cantidad de humedad a temperaturas de desecación diferentes. Esto ocurre en sustancias cuya humedad está enlazada con fuerza variable, o que tienen te
ntenido de humedad del
Estimar el contenido m uestra.
Determinar la temperatura de descomposición de la muestra mediante ensayos.
Si se ha separado demasiada humedad, hay que reducir la temperatura de desecación. Y si los resultados son demasiado bajos, posiblemente la temperatura de desecación ha sido demasiado baja o el tiempo de desecación demasiado corto. Si se trata de muestras con alto contenido de humedad, es posible reducir el tiempo de medición eligiendo los
_________________________________________________________________________
64
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
mantiene constante hasta el fin de la desecación. La sobreelevación de temperatura se emplea para la evaporación rápida de la humedad, pero la temperatura real de la muestra
l líquido (efecto de enfriamiento por evapo
Figura 8-10. Gráfica del tiempo de medición en función de la temperatura de desecación.
8.1.4.3.3 Elección de la duración de desecación e acuerdo con los analizadores halógenos de humedad, se dispone de programas de
desecación diferentes. A continuación se explica el uso adecuado de los programas.
Programa de desecación
no supera la temperatura de ebullición deración). En algunos casos podría producirse sobrecalentamiento y descomposición
local sobre la superficie de la muestra.
D
Programa de desecación estándar.
moderada.
Programa de desecación rápida.
Programa de desecación escalonada.
Desecación estándar.
La desecación estándar es apropiada para la determinación precisa del contenido de humedad en la mayor parte de sustancias. Para casos especiales o para mediciones optimizadas en el tiempo, la elección de un programa de desecación más complejo puede tener sus ventajas.
Figura 8-11. Gráfica de la desecación estándar.
Desecación moderada.
Se elige la desecación moderada cuando la sustancia no es estable a plena potencia inicial del radiador halógeno. La desecación moderada impide, con un calentamiento suave de las muestras sensibles, que la sustancia se descomponga. La desecación moderada puede utilizarse también con éxito en sustancias que forman película superficial. La _________________________________________________________________________
65
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
_________________________________________________________________________
66
muestra se calienta de forma uniforme por convección calorífica lenta, de fuera hacia adentro.
Figura 8-12. Gráfica de la desecación moderada.
esecación rápida.
l programa de desecación rápida es adecuado para muestras con un contenido de hum lor de te De esta forma se compensa el frío por e se acelera la desecación. Es preciso
inuto humedad suficiente para enfriar la
8-13. Gráfica de la desecación rápida.
aplicación, sobre todo, con muestras de un contenido de humedad superior al 15%.
Figura 8-14. Gráfica de la desecación escalonada.
D
Eedad entre 5% y 15%. En la desecación rápida, la potencia del radiador supera el vamperatura regulado en un 40% a los tres minutos desde el inicio de la desecación.
vaporación ycuidar que la muestra tenga durante este primer mmuestra.
Figura
Desecación escalonada.
El programa de desecación escalonada se utiliza en forma análoga a la desecación rápida. La duración de la sobreelevación de la temperatura y el valor de ésta son de libre elección. Encuentra
CAPÍTULO 8: CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD
8.1.4.3.4 Posible Esquema para la elaboración de un método de desecación
Etapas para la elaboración de un método
Definir exigencias (reproducibilidad esperada). Reunir información sobre la muestra.
Precisar la toma y preparación de la muestra.
¿Contiene disolvente la muestra?
Realizar análisis de seguridad
_________________________________________________________________________
67
¿Muestra orgánica?
La temperatura de desecación no es crítica
Elegir la temperatura de desecación
Elección del tiempo de desecación
Elegir el programa de desecación
¿Reproducir los resultados?
¿Es necesario la coincidencia de los
resultados con un método de referencia?
¿Cómo es el contenido de humedad medido frente al
método de referencia?
Posible mejora de la uestra preparación de la m
Reducción de la temperatura Elevación de la temperatura
Documentación del método
Fase de utilización del analizador halógeno de humedad
si
no
si
no más alto más bajo
Figura 8-15. Posible esquema para la elaboración de un método para el análisis de humedad.
no
no si
si
CAPÍTULO 9___________________________
ESARROLLO YECTO.
DDEL PRO
CAPÍTULO 9: DESARROLLO DEL PROYECTO
_________________________________________________________________________
69
9 esarrollo del proyecto
9.1 Tecnologías desarrolladas El trabajo de investigación y desarrollo comprende varias etapas dentro de proyecto
,
ampo, análisis de resultados, ajustes de diseño y transferencia de tecnología, fabricación y olocación en el mercado.
Las tecnologías desarrolladas más relevante en este proyecto I+D son:
9.1.1 Desarrollo de algoritma com
alcanzar un determinado objetivo. En base a esto un sistema de control es igualmente un conjunto de componentes que interactúan entre sí para alcanzar una meta, donde la misma consiste en conseguir que las variables que describen aquello que se desea controlar tomen un conjunto de valores deseados. Dentro de un sistema de control, el elemento indispensable es aquello que se desea controlar, donde al conjunto de objetos físicos que lo componen se les conoce como planta, y a las variables a controlar o operaciones como proceso.
Un algoritmo avanzado de control se desarrolla en los sistemas de control para poder optimizar la operación del sistema. A partir del dicho sistema se obtiene un modelo matemático que permite relacionar las variables del sistema. Se puede distinguir en el modelo matemático las variables controladas, las manipulables y las variables de perturbación.
Una vez obtenido el modelo del sistema, se tiene que aplicar el algoritmo avanzado de control. Normalmente, se suele utilizar una herramienta informática para proceder al diseño y a las simulación del conjunto sistema/algoritmo de control. A la hora de examinar todos los modos de funcionamiento del sistema es necesario un estudio riguroso de las simulaciones, actuando sobre las variables manipulables respetando las consignas de las variables controladas y de las perturbaciones aplicadas. Los comportamientos tienen que comprobarse con lo deseado, así el siguiente paso será la implementación del algoritmo de control al sistema a controlar. El algoritmo de control de un sistema se define generalmente como un procedimiento a seguir, para resolver un problema en términos de:
Acciones por ejecutar. Orden en que dichas acciones deben ejecutarse.
D
I+D. Estas principales líneas de trabajo han sido: diseño conceptual, diseño de ingenieríaconstrucción de modelos, ensayos de laboratorio, construcción de prototipos, pruebas de cc
os avanzados de control o un conjunto de elementos que interaccionan entre sí para Se define sistem
CAPÍTULO 9: DESARROLLO DEL PROYECTO
_________________________________________________________________________
70
Implementación del algoritmo de control
Anàlisis del sistema
Diseño del algoritmo de control
Codificación del algoritmo de control
CALIDAD
EFICIENCIA
CONTROL ÓPTIMO DE PROCESO DE SECADO
Resolución del algoritmo avanzado de control
squema de análisis de un algoritmo de control.
9.1.2
ptimizar entre criterios opuestos
ble del producto contra un proceso eficie
o calcula una trayectoria de variables (
Figura 9-1. E
Razones para aplicar un control óptimo en los secaderos de pienso
O
Los objetivos mencionados de la calidad posinte se oponen en muchos casos.
Influencia el curso del proceso del secado
Variando las condiciones ambientales en el tiempo, que resulta del control óptimo, el curso del proceso del secado se puede influir. Los períodos donde la materia es más sensible a la destrucción, se puede pasar más rápido o en maneras moderadas para el aumento de la calidad del producto.
Figura 9-2. Esquema representativo de la calidad, eficiencia y control óptimo de proceso.
¿Cómo aplicar el control óptimo?
Basado en un modelo y una función objetiva libremente definida, el control óptim( )tu de control). Estas variaciones en condiciones
ambiental ( ( )tTa , ( )tYa , ( )ta ) son suministrados al proceso, que entonces se comporta de tal manera que el objetivo definido se logra. ente, el proceso del secado es ópt
Consecuentemimo en vista de la función objetiva definida.
CAPÍTULO 9: DESARROLLO DEL PROYECTO
_________________________________________________________________________
71
Estrategia
Análisis
Diseño
Realización Documentación
Transición
Implementación
9.1.3 Metodología para diseñar un control de humedad en los secaderos de pienso
metodología de diseñ nta el incremento de las industrias de pienso, así se podrá responder m e as orient ducci nergé
La metodología en el desarrollo de sistemas es importante, para lograr una real organización del personal involucrado en el proyecto y ampliar el intercambio de informacione e siguiendo una metodolo
diferentes acciones
Figura 9 . Esquema de las etapa
strategia: Esta es una de las etapas más i r objetivo alcan r un laro de las necesidades y del ambiente en que operará el sistem plantar.
nálisis: La etapa de análisis toma y verifica los descubrimientos de la etapa de estrategia y expande estos en suficiente detalle para asegurar la precisión de los modelos. Los fundamentos son más sólido para el diseño.
iseño: La etapa de diseño toma los requerimientos y el modelado de la etapa de aná es acordados, dados el ambiente técnico y l nes previas en los niveles requeridos de autom
realiz
El desarrollo del proyecto I+D ha permitido obtener un cierta experiencia en la o. Esto es realmente interesante si se tiene en cue
ás rápidamtico.
nte a los programado a la res ón de consumo e
s entre ellos. Se ha planteado dividir el proyecto en diferente fasgía “Topdown”:
Etapas de las
-3 s relativas al proyecto.
mportantes, ya que tiene poEza entendimiento ca a im
A
Dlisis y determina la mejor manera de satisfacerlos, alcanzando niveles de prestacion
as decisioatización.
Realización: A partir del diseño final generado en la anterior etapa, en esta de ación, se codificarán y probarán los nuevos algoritmos, usando herramientas
apropiadas. Esta etapa involucra planificación, diseño de la estructura del sistema, prueba del sistema, etc.
CAPÍTULO 9: DESARROLLO DEL PROYECTO
_________________________________________________________________________
72
todas las tareas necesarias para la imple
La etapa de implementación introduce el sistema de control al proceso y asegura que el sistema funcione correcta l resultado de esta etapa es un sistema listo para su operación.
Documentación: La etapa de documentación elabora manuales del sistema de
control, para obtener un mantenimiento efectivo y eficiente. Esta etapa se realiza al mismo tiempo que la de realización.
Transición: La etapa de transición realiza mentación y proporciona un periodo inicial de soporte al sistema. El resultado final
de esta etapa es un informe que muestra que las pruebas fueron satisfactorias.
Implementación:
mente en la mayoría de los casos. E
CAPÍTULO 10__________________________
LÍNEAS DE CONTINUACIÓN.
CONCLUSIÓN Y
CAPÍTULO 10: CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE CONTINUACIÓN
_________________________________________________________________________
74
10 onclusiones y líneas de continuación
n este capítulo se exponen las principales conclusiones que se pueden extraer del trabajo presentado en este proyecto y los puntos donde se puede continuar la investigación.
íneas de continuación
C
E
Conclusiones
L
CAPÍTULO 10: CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE CONTINUACIÓN
Referencias
_________________________________________________________________________
75
aier, Fred W. Bakker-Arkema, Grain Drying Systems, Facility Design Conference of the Grain Elevator & Processing Society, July 2002, Illilois, USA.
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[5] Robinson J., Improved Moisture Content Control: Saves Energy, Processing Heating,
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[7] Esko K. Juuso, Modelling and Simulation in Advanced Control, Control Engineering Laboratory, University of Oulu, Finland.
[8] M. Bertrand, G. Imbert, Simulation et commande d’un séchoir pilote, 4e Conférence Francophone de Modélisation et Simulation, 2003, Toulouse.
[9] Leena Yliniemi, Advanced Control of a Rotary Dryer, public discussion in Raahensali, 1999, Linnanmaa.
[10] Documentación técnicas del analizador halógeno de humedad MA45 de SARTORIUS.
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[12] User manual RWF40, SIEMENS, September 2005.
[1] Dirk E. M
[2] Courtois F., Automain
Aa
June 2000.