Automatización de un evaporador prototipo para la ...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

AUTOMATIZACIÓN DE UN PROTOTIPO TIPO EVAPORADOR PARA LA OBTENCIÓN DE CONCENTRADO DE JUGO DE NARANJA

TESIS COLECTIVA

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

P R E S E N T A N:

DARIO MARQUEZ LUIS ANGEL

DE LA FUENTE XOCHITIOTZIN BERNARDO ENCARNACIÓN BARRERA OSCAR DAVID

ASESORES:

ING. SOTO RAMÍREZ HUMBERTO M. en E. HURTADO RANGEL RICARDO

MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE DE 2015

Automatización de un evaporador prototipo para la concentración de jugo de naranja.

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página I

Resumen México cuenta con una gran cantidad de pequeñas y medianas empresas, cada una

preocupada por crecer e incrementar sus ventas y presencia de mercado, invertir en el

desarrollo de tecnología es un gran paso para estas empresas.

En el sector alimentario como en otros se han desarrollado prototipos los cuales son el

resultado de experiencias e investigaciones, como lo es el caso del prototipo para la

obtención de concentrado de jugo de naranja tipo evaporador.

Una gran desventaja de este prototipo funciona de manera manual, es decir existen

operadores que trabajan al ritmo de la máquina, con lo cual se producen errores de

percepción, un producto no homogéneo en cada producción de lotes y un considerado

desgaste físico, de ahí surge la idea de saber que si el prototipo puede ser automatizado.

La empresa que desarrollo el prototipo buscó automatizarlo en el departamento de

Control y Automatización de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Zacatenco, dando la oportunidad a un grupo de trabajo de desarrollar el

proyecto.

Inicialmente se realizó una investigación para conocer las variables y condiciones

importantes del proceso, también se consultó con los operadores los pasos para la

operación del prototipo.

Posteriormente se propuso y desarrollo una estrategia de automatización que más se

adecuara al proceso. Una vez definida la propuesta de solución se realizó la selección de

equipo, dicha selección consideró: Electroválvulas, PLC, sensores de nivel, transmisores

de presión y temperatura, estos elementos fueron seleccionados de acuerdo a las

características que brindan y a las necesidades del prototipo.

A la postre se desarrolló la instalación e integración de los equipos, a la par se desarrolló

la lógica de funcionamiento del sistema, así como la programación requerida para

realizar las operaciones necesarias adecuadamente.

También se desarrolló una interfaz gráfica hombre maquina en el software empleado

para prototipos LabVIEW, en la cual se puede controlar y monitorear las variables

relevantes de proceso.

Una vez integrados todos los equipos y terminada la implementación se realizó la

primera corrida del sistema con parámetros establecidos anteriormente solo para

corroborar la funcionalidad del sistema, como resultado se obtuvo que la lógica de

funcionamiento era la adecuada.

La automatización busca estandarizar los productos y obtener consistencia en ellos, para

constatar que el producto que se obtuvo era el adecuado, se realizó una encuesta a

catadores, quienes probaron el producto de cinco lotes, con lo que se verificó que los

cinco lotes eran consistentes en sabor, acidez y color. Sin embargo también se propone

el uso de un refractografo para tener un resultado analítico de la concentración en grados

Brixs del jugo producido.

Finalmente se obtuvo como resultado que la propuesta desarrollada tiene la capacidad de

producir un jugo consistente, y ahora el operario del prototipo no realiza una actividad

física sino más bien una actividad de supervisión o no repetitiva, al mismo tiempo que

presenta flexibilidad para realizar un cambio o escalar el prototipo para producciones en

mayor cantidad.


Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página II

Abstrac

Mexico has a large number of small and medium enterprises, each concerned with

growth and increase sales and market presence, investing in technology development is a

big step for these companies.

In the food sector and in other prototypes have been developed which are the result of

experience and research, as is the case of the prototype to obtain concentrated orange

juice type evaporator.

A great disadvantage of this prototype works manually, and there are operators working

pace of the machine, which misperception, an inhomogeneous product in each batch

production and considered physical wear occurs, there arises the idea of knowing that if

the prototype can be automated.

The company that developed the prototype automate sought in the Departamento de

Control y Automatización de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Zacatenco, giving the opportunity for a working group to develop the project.

Initially an investigation to determine the important variables and process conditions

was performed, operators were consulted steps for the operation of the prototype.

Subsequently proposed and developed a strategy automation more be aligned with the

process. Once the proposed solution defined team selection was made, the selection

considered: Solenoid, PLC, level sensors, pressure and temperature transmitters, these

items were selected according to the characteristics and provide the needs of the

prototype.

Eventually the installation and integration of equipment, along the logic of the system

was developed, as well as the programming required to perform the required operations

properly developed.

A machine man graphical interface software used for prototyping LabVIEW, which can

control and monitor relevant process variables are also developed.

Once all equipment and integrated implementation completed the first run of the system

was performed with parameters set forth above just to confirm the functionality of the

system, as a result it was found that the operating logic was flawed.

Automation aims to standardize products and get consistency in them, to make sure the

product obtained was right, a survey of tasters, who tested the product of five lots,

thereby verifying that the five lots were consistent was performed flavor, acid and color.

However, the use of a refractometer to have an analytical result of concentration in

degrees Brixs juice produced is also proposed.

Finally it resulted that the proposal has developed the ability to produce a consistent

juice, and now the operator does not perform the prototype but rather physical activity

monitoring activity or non-repeating, while having flexibility for a change or scale the

prototype to production in larger quantities


Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página III

Índice General Resumen…………………………………………………………………………... I

Abstrac…………………………………………………………………………….. II

Índice general…………………………….….…………………………………..... III

Índice de figuras………………………………………….………..……………… VI

Índice de tablas…………………………………………………..………………... IX

Planteamiento del problema…………………………………………..................... XI

Hipótesis…………………………………………………………………………... XII

Objetivo general…………………………………………………………............... XIII

Objetivos particulares……………………………………………………………... XIV

Justificación……………………………………………………………………….. XV

Alcance…………………………………………………………………………..... XVI

Metodología……………………………………..………………………………… XVII

Introducción……………………………………………………………………….. XVIII

CAPÍTULO I Marco Teórico ............................................................................................ 1

1.1 Sistemas de producción de jugo de naranja ....................................................... 2

1.1.1 Flujo del proceso productivo y escalas de producción ................................ 2

1.1.2 Flujo del proceso de producción en una escala de pequeña empresa .......... 3

1.2 Manejo del jugo de naranja en la industria ........................................................ 7

1.2.1 Proceso de elaboración ................................................................................ 7

1.2.2 Propiedades y nutrientes del Zumo de naranja ............................................ 7

1.2.3 Métodos para elevar la concentración en el jugo de naranja ....................... 8

1.2.4 Comportamiento del jugo de naranja ante condiciones de vacío ................. 9

1.3 Líquidos Termolábiles ..................................................................................... 11

1.3.1 Manejo de líquidos termolábiles en la industria ........................................ 11

1.4 Evaporadores ................................................................................................... 11

1.4.1 Clasificación de Evaporadores ................................................................... 11

1.4.2 Evaporación a vacío ................................................................................... 16

1.5 Concepto de Automatización ........................................................................... 16

1.5.1 Tipos de Automatización ........................................................................... 17

1.6 Niveles de Automatización .............................................................................. 17

1.7 Control Automático ......................................................................................... 18

1.7.1 Control por retroalimentación .................................................................... 18

1.8 Controlador ...................................................................................................... 19

1.8.1 PLC ............................................................................................................ 20

1.8.2 Interfaz hombre máquina (HMI) ................................................................ 21

1.9 Instrumentación ............................................................................................... 25


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1.9.1 Elementos primarios de medición .............................................................. 25

1.9.2 Elementos secundarios de medición .......................................................... 27

1.9.3 Transmisores de Temperatura .................................................................... 27

1.9.4 Transmisores de presión ............................................................................ 28

1.10 Elementos finales de control ............................................................................ 28

1.10.1 Motores Eléctricos ..................................................................................... 28

1.10.2 Tipos de motores ........................................................................................ 29

1.10.3 Motores de corriente continúa ................................................................... 29

1.10.4 Motores de corriente alterna ...................................................................... 29

1.10.5 Motores trifásicos ...................................................................................... 31

1.10.6 Bombas de vacío ........................................................................................ 32

1.10.7 Calentadores eléctricos .............................................................................. 34

1.10.8 Válvulas de control .................................................................................... 34

1.11 Presión como variable de proceso ................................................................... 36

1.11.1 Presión absoluta ......................................................................................... 37

1.11.2 Presión de vacío ......................................................................................... 37

1.12 Temperatura como variable de proceso ........................................................... 37

1.12.1 Termopares ................................................................................................ 38

1.13 El nivel como variable de proceso ............................................................. 39

1.14 Control mediante HMI Labview ................................................................ 39

1.14.1 Comunicación OPC ................................................................................... 40

CAPÍTULO II Proceso actual y problemática ..................................................... 43

2.1 Proceso actual .................................................................................................. 44

2.1.1 Los evaporadores en la producción de concentrado de jugo ..................... 44

2.1.2 Etapas y componentes del prototipo. ......................................................... 45

2.2 Condiciones actuales del producto ................................................................. 48

2.2.1 Consistencia del producto final .................................................................. 48

2.2.2 Aceptación en el mercado .......................................................................... 50

2.3 Problemática del proceso actual ...................................................................... 51

2.3.1 Análisis de la problemática por diagrama de Causa-Efecto ...................... 51

2.3.2 Análisis atreves de la matriz FODA .......................................................... 52

2.4 Solución propuesta ........................................................................................... 53

2.4.1 Tipo de automatización a emplear ............................................................. 53

2.4.2 Propuesta de automatización ..................................................................... 54


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CAPÍTULO III Selección de equipo ............................................................................... 59

3.1 Selección de equipo ......................................................................................... 60

3.1.1 Selección de bomba ................................................................................... 60

3.1.2 Selección de sensor de temperatura ........................................................... 61

3.1.3 Selección de transmisor de presión ............................................................ 63

3.1.4 Selección de electroválvulas ...................................................................... 64

3.1.5 Selección de sensores de nivel ................................................................... 65

3.1.6 Selección de PLC ....................................................................................... 66

3.1.7 Selección de software para HMI ................................................................ 68

CAPÍTULO IV Desarrollo de ingeniería ......................................................................... 69

4.1 Representación tridimensional del prototipo ................................................... 70

4.1.1 Diagrama de tubería e instrumentación ..................................................... 75

4.1.2 Diagrama de estado tiempo ........................................................................ 79

4.2 Integración ....................................................................................................... 80

4.2.1 Construcción e instalación de sensores de nivel ........................................ 80

4.2.2 Diagramas eléctricos de fuerza y control ................................................... 82

4.2.3 Instalación de electroválvulas .................................................................... 87

4.2.4 Construcción e instalación del tablero de control ...................................... 88

4.2.5 Conexión de los motores eléctricos ........................................................... 90

4.2.6 Sistema de resistencias calefactoras .......................................................... 91

4.2.7 Instalación del termopar ............................................................................. 92

4.2.8 Instalación del transmisor de presión ......................................................... 94

4.2.9 Conexiones del PLC .................................................................................. 96

4.3 Estrategias de control ....................................................................................... 98

4.3.1 Control de Temperatura ............................................................................. 98

4.3.2 Control de Presión ..................................................................................... 99

4.3.3 Control de nivel ......................................................................................... 99

4.4 Desarrollo de programación e interfaz grafica .............................................. 100

4.4.1 Comunicación y Programación en RS Logix 500 ................................... 100

4.4.2 Desarrollo de HMI en LabVIEW ............................................................. 111

CAPÍTULO V Puesta en marcha y ajuste de sistema .................................................... 116

5.1 Puesta en marcha del Sistema. ....................................................................... 117

5.1.1 Pruebas de comunicación. ........................................................................ 117

5.1.2 Pruebas de comunicación entre la HMI y el programa ............................ 118


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5.1.3 Monitoreo de las variables de proceso sin insumo alimenticio. .............. 119

5.1.4 Prueba de funcionamiento de la HMI. ..................................................... 120

5.1.5 Prueba de funcionamiento del tablero de control. ................................... 121

5.2 Pruebas y Resultados ..................................................................................... 121

5.2.1 Obtención del Primer lote. ....................................................................... 121

5.2.2 Medición cualitativa del producto obtenido. ........................................... 122

5.3 Ajuste de parámetros de control .................................................................... 124

5.3.1 Obtención de los cinco lotes para su análisis con los parámetros ajustados.

125

5.4 Costos de proyecto ......................................................................................... 127

5.5 Tiempo de operación ..................................................................................... 128

CAPÍTULO VI Conclusiones ........................................................................................ 130

Conclusiones .............................................................................................................. 131

Recomendaciones y trabajos a futuro ........................................................................ 132

Referencias ..................................................................................................................... 133

Glosario .......................................................................................................................... 135

Anexos ........................................................................................................................... 137

A.-Manual de Operación. ............................................................................................... 139

B.-Manual de Mantenimiento ........................................................................................ 149

Índice de figuras Figura 1. 1 Diagrama de flujo de proceso de producción de jugo de naranja .................. 3

Figura 1. 2 Prensa de gusano ............................................................................................. 4 Figura 1. 3 Separador centrífugo ....................................................................................... 5 Figura 1. 4 Evaporador concentrador a vacío .................................................................... 9

Figura 1. 5 Evaporador de tubos horizontales ................................................................. 12 Figura 1. 6 Evaporador de alimentación directa .............................................................. 12 Figura 1. 7 Evaporador de alimentación a contracorriente .............................................. 13 Figura 1. 8 Evaporador de alimentación mixta ................................................................ 13

Figura 1. 9 Evaporador de alimentación en parelelo ....................................................... 14

Figura 1. 10 Evaporador de tubos verticales. ................................................................... 14

Figura 1. 11 Evaporador de cesta ..................................................................................... 15 Figura 1. 12 Clasificación de evaporadores ..................................................................... 15 Figura 1. 13 Lazo Cerrado de Control ............................................................................. 19 Figura 1. 14 PLC Micrologix 1000 .................................................................................. 20 Figura 1. 15 PLC Nano TSX-NANO ............................................................................... 20

Figura 1. 16 PLC Compacto MELSEC ........................................................................... 21 Figura 1. 17 Estructura general del software HMI .......................................................... 22 Figura 1. 18 Estructura general del software HMI .......................................................... 23

Figura 1. 19 Estructura general del software HMI ......................................................... 25


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Figura 1. 20 Medidor analógico de presión con diafragma ............................................. 26 Figura 1. 21 Sensor magnético y símbolo........................................................................ 27

Figura 1. 22 Transmisor de temperatura .......................................................................... 28 Figura 1. 23 Motor eléctrico WEG .................................................................................. 29 Figura 1. 24 Rotor jaula de ardilla ................................................................................... 30 Figura 1. 25 Motor trifásico inducción tipo jaula de ardilla ............................................ 31 Figura 1. 26 Conexión delta y conexión estrella ............................................................. 31

Figura 1. 27 Bomba de vacío (funcionamiento) .............................................................. 32 Figura 1. 28 Bomba de vacío de pistón oscilante ............................................................ 33 Figura 1. 29 Válvula de Control Típica ........................................................................... 35 Figura 1. 30 Diagrama de presiones ................................................................................ 36 Figura 1. 31 Servidor OPC del software RSLinx ............................................................ 40

Figura 1. 32 Estructura OPC Server ................................................................................ 42

Figura 2. 1 Operación general de evaporadores .............................................................. 45

Figura 2. 2 Llenado manual de evaporador ..................................................................... 45

Figura 2. 3 Generación de vacío mediante interruptor manual ........................................ 46 Figura 2. 4 Aumento de temperatura de la materia prima ............................................... 47

Figura 2. 5 Extracción manual de concentrado ................................................................ 48 Figura 2. 6 Encuesta consistencia entre degustaciones .................................................... 49 Figura 2. 7 Encuesta variación entre degustaciones ........................................................ 49

Figura 2. 8 Encuesta percepción de origen de degustaciones .......................................... 50 Figura 2. 9 Encuesta percepción de la calidad del producto ............................................ 50

Figura 2. 10 Encuesta adquisición del producto .............................................................. 51 Figura 2. 11 Diagrama de causa y efecto de la problemática del evaporador ................. 52

Figura 2. 122 Análisis de la problemática mediante matriz FODA ................................. 53 Figura 2. 13 Propuesta de automatización de acuerdo a elementos y etapas ................... 57

Figura 2. 14 Propuesta de automatización de acuerdo a su integración .......................... 58

Figura 3. 1 Bomba A.M.P. QB-60 .................................................................................. 60

Figura 3. 2 Termopar tipo K ............................................................................................ 62 Figura 3. 3 Transmisor de presión Cerabar T PMC131 .................................................. 64

Figura 3. 4 Electroválvula para proceso ......................................................................... 65 Figura 3. 5 Diseño de sensor de nivel .............................................................................. 66 Figura 3. 6 Sensor de nivel fabricado ............................................................................. 66 Figura 3. 7 PLC seleccionado ......................................................................................... 67 Figura 3. 8 LabVIEW ...................................................................................................... 68

Figura 4. 1 Representación isométrica del prototipo ....................................................... 70

Figura 4. 2 Ubicación de bomba ...................................................................................... 71 Figura 4. 3 Ubicación de electroválvulas ......................................................................... 71 Figura 4. 4 Ubicación de transmisor ................................................................................ 72 Figura 4. 5 Ubicación de calentadores de resistencia ...................................................... 72 Figura 4. 6 Ubicación de termopar .................................................................................. 73

Figura 4. 7 Ubicación de sensores de nivel ..................................................................... 73 Figura 4. 8 Ubicación de compresor ................................................................................ 74 Figura 4. 9 Ubicación de Tablero de control ................................................................... 74


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Figura 4. 10 Banco de relevadores-contactores ............................................................... 75 Figura 4. 11 Clemas de conexión ..................................................................................... 75

Figura 4. 12 Diagrama de tubería e instrumentación ....................................................... 76 Figura 4. 13 Diagrama estado – tiempo ........................................................................... 80 Figura 4. 14 Conexión y funcionamiento de un interruptor magnético ........................... 81 Figura 4. 15 Sistema de Flotador ..................................................................................... 81 Figura 4. 16 Sistema de Flotador Instalación Física ........................................................ 82

Figura 4. 17 Diagrama de fuerza 1 Sistema Europeo (Motores y resistencias) ............... 83 Figura 4. 18 Diagrama de fuerza 2 Sistema Europeo (Electroválvulas) ......................... 84 Figura 4. 19 Diagrama de lámparas piloto Sistema Europeo .......................................... 85 Figura 4. 20 Clemas de alimentación ............................................................................... 85 Figura 4. 21 Conexiones físicas de los relevadores ......................................................... 86

Figura 4. 22 Conexiones de los relevadores .................................................................... 86 Figura 4. 23 Clemas de control ........................................................................................ 86 Figura 4. 24 Colocación de Electroválvula SD en la tubería ........................................... 87

Figura 4. 25 Distribución de los elementos en el tablero de operación .......................... 88

Figura 4. 26 Conexiones eléctricas del tablero de operación .......................................... 89 Figura 4. 27a Fotografía del tablero de operación instalado y conectado [Vista Frontal]

......................................................................................................................................... 90 Figura 4. 28 Caja de conexiones de motor trifásico ........................................................ 91 Figura 4. 29 Caja de conexiones del compresor .............................................................. 91

Figura 4. 30 Resistencias calefactoras ............................................................................. 92 Figura 4. 31 Instalación del termopar .............................................................................. 92

Figura 4. 32 Diagrama de AD595 .................................................................................... 93 Figura 4. 33 Conexiones del AD595 ............................................................................... 93

Figura 4. 34 Conexiones físicas del AD595 .................................................................... 94 Figura 4. 35 Instalación del transmisor de presión absoluta ............................................ 94

Figura 4. 36 Conexión del transmisor de presión absoluta .............................................. 95 Figura 4. 37 Conexiones de los relevadores .................................................................... 97 Figura 4. 38 Instalación y conexión del PLC ................................................................... 97

Figura 4. 39 Diagrama de bloques del lazo de control de temperatura ........................... 98 Figura 4. 40 Diagrama de bloques del lazo de control de presión ................................... 99

Figura 4. 41 Diagrama de bloques del lazo de control de nivel ....................................... 99 Figura 4. 42 Asignación de IP ....................................................................................... 100 Figura 4. 43 RSlinx ventana de configuración de drivers .............................................. 101 Figura 4. 44 Configuración de drivers ........................................................................... 102 Figura 4. 45 Asignación de IP ....................................................................................... 102

Figura 4. 46 Comunicaciones establecidas .................................................................... 103 Figura 4. 47 Asignación de IP a PLC ............................................................................ 100

Figura 4. 48 RsLogix 500, selección de PLC ................................................................ 104 Figura 4. 49 Ambiente de trabajo para programación ................................................... 104 Figura 4. 50 Diagrama GRAFCET ................................................................................ 105 Figura 4. 51 Botones de selección de operación ........................................................... 106 Figura 4. 52 Arranque de operación manual .................................................................. 106

Figura 4. 53 Etapa de llenado ........................................................................................ 106 Figura 4. 54 Programa para la etapa de evaporado ........................................................ 107 Figura 4. 55 Etapa de vaciado ........................................................................................ 108


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Figura 4. 56 Accionamiento automático ........................................................................ 108 Figura 4. 57 Etapa de llenado automático ..................................................................... 108

Figura 4. 58 Etapa de evaporación automática ............................................................. 109 Figura 4. 59 Etapa de vaciado automático ..................................................................... 110 Figura 4. 60 Salidas y Etapas ........................................................................................ 110 Figura 4. 61 Bosquejo representativo. ........................................................................... 111 Figura 4. 62 Archivo de control en LabVIEW .............................................................. 112

Figura 4. 63 Archivo de control (ambiente de trabajo) .................................................. 112 Figura 4. 64 Archivo de control (elementos a editar) .................................................... 113 Figura 4. 65 Edición de componentes en LabVIEW ..................................................... 113 Figura 4. 66 Edición de componentes ............................................................................ 114 Figura 4. 67 Componente editado .................................................................................. 114

Figura 4. 68 Interfaz Hombre Maquina propuesta ......................................................... 115

Figura 5. 1 Continuidad de las conexiones. ................................................................... 117

Figura 5. 2 Asignación de IP a la PC. ............................................................................ 117

Figura 5. 3 Árbol de comunicación en RSLinx. ............................................................ 118 Figura 5. 4 Selección del OPC. ...................................................................................... 118

Figura 5. 5 Etiqueta en LabVIEW para algún elemento. ............................................... 118 Figura 5. 6 Lectura del termopar. .................................................................................. 119 Figura 5. 7 Señales analógicas en RSLogix 500. ........................................................... 119

Figura 5. 8 Variables en la HMI. ................................................................................... 120 Figura 5. 9 Etapa de llenado. ......................................................................................... 120

Figura 5. 10 Tablero de control ..................................................................................... 121 Figura 5. 11 Parámetros establecidos en la HMI. .......................................................... 122

Figura 5. 12 Funcionamiento del prototipo. .................................................................. 122 Figura 5. 13 Cualidades del producto anterior. .............................................................. 123

Figura 5. 14 Cualidades del producto del primer lote. ................................................... 124 Figura 5. 15 HMI con ajuste de variables. ..................................................................... 124 Figura 5. 16 Prototipo y jugo. ........................................................................................ 125

Figura 5. 17 Cualidades del producto de los 5 lotes. ..................................................... 126 Figura 5. 18 Comparación graficas de las figuras 5.14 y 5.17. ..................................... 126

Índice de tablas Tabla 1. 1 Escalas de Producción ...................................................................................... 2 Tabla 1. 2 Información nutricional del zumo de naranja ................................................... 8

Tabla 1. 3 Pérdidas de ácido ascórbico en vegetales cocidos por diferentes métodos .... 10 Tabla 1. 4 Dispositivos Industriales de medición de temperatura. .................................. 26

Tabla 2. 1 Evaporadores y sus sustancias de trabajo ....................................................... 44

Tabla 2. 2 Ventajas y desventajas de tipos de automatización ........................................ 54

Tabla 3. 1 Selección de bomba centrifuga ....................................................................... 60 Tabla 3. 2 Tipos de termopar y sus características……………………………………61 Tabla 3. 3 Comparación entre transmisores de presión ................................................... 63


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Tabla 3. 4 Comparación entre electroválvulas ................................................................ 64 Tabla 3. 5 Comparación entre sensores de nivel ............................................................. 65

Tabla 3. 6 Comparación de PLC ...................................................................................... 67

Tabla 4. 1 Descripciones de etiquetas y elementos del sistema ....................................... 77 Tabla 4. 2 Lista de entradas ............................................................................................. 96 Tabla 4. 3 Lista de salida ................................................................................................. 96

Tabla 5. 1 Estudio del producto ..................................................................................... 123 Tabla 5. 2 Estudio del producto del primer lote ............................................................ 123 Tabla 5. 3 Estudio del producto obtenido en los 5 lotes ................................................ 125 Tabla 5. 4 Costos de equipos seleccionados .................................................................. 127

Tabla 5. 5 Costos de mano de obra ................................................................................ 127 Tabla 5. 6 Costos secundarios ........................................................................................ 128 Tabla 5. 7 Tiempos de operación ................................................................................... 129

Tabla A. 1 Unidades de presión y sus factores de conversión ....................................... 137

Figura A. 1 Simbología GRAFCET .............................................................................. 137 Figura A. 2 Simbología empleada ISA .......................................................................... 138 Figura A. 3 Simbología Eléctrica Empleada del Sistema Europeo ............................... 138


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Planteamiento del problema

México a nivel mundial es uno de los grandes productores de jugo de naranja ya que en

el país se cosecha esta fruta en grandes cantidades, por lo cual en los últimos años su

producción se ha incrementado a más del doble, esto se puede constatar ya que en el año

2009 la exportación de este producto alcanzó la cantidad de 86.1 millones de litros

mientras que en el mismo año la importación logró alcanzar los 3.8 millones de litros.

A diferencia de las importaciones, la mayor parte del jugo de naranja que nuestro país

exporta es la presentación congelada, en el año 2009 el congelado represento el 85.9%

de las exportaciones totales, por lo cual en el mismo año Estados Unidos adquirió el

71.7% de la exportaciones nacionales. La exportación de dicho producto ha tomado gran

interés en los productores nacionales, los cuales han comenzado a producir concentrado

de jugo de naranja el cual puede ser embazado, congelado, empaquetado etc. Con lo cual

se mantiene las propiedades del jugo y se facilita su transporte, dando como resultado la

incorporación en nuevos mercados, tomando en cuenta que en la actualidad la sociedad

mexicana ha comenzado a migrar de consumir jugo de naranja en fresco a la adquisición

de jugos embotellados debido a la practicidad e higiene. La frase popular que dice "no

hay como un jugo hecho en casa" empieza a perder vigencia en los consumidores

mexicanos con la amplia variedad de jugos envasados y concentrados que se venden en

supermercados, tiendas y quioscos.

La mayoría de los productores nacionales son pequeñas o medianas empresas las cuales

tienen la intención de expandir su mercado a través de la producción de concentrado de

jugo de naranja, debido a que este tipo de producto ha comenzado a tener gran

aceptación en el extranjero como en la sociedad mexicana, pero al no contar con los

recursos económicos necesarios, dichas empresas han comenzado a diseñar y producir

su propia tecnología para la obtención de este producto, ya que dicha tecnología opera

de forma manual dando como resultado una producción no consistente en tiempos de

fabricación y en un producto sin ningún estándar de calidad.


Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página XII

Hipótesis

Con la implementación de la automatización en el prototipo evaporador concentrador a

vacío, es posible que tanto el proceso de manufactura, como la calidad del producto sean

beneficiados, pudiendo reducir tiempos de producción, aumentando la cantidad de

producción y en dado caso poder obtener un producto homogéneo, es posible que la

intervención humana se vea drásticamente reducida.


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Objetivo general

Automatizar un prototipo evaporador de vacío, para la obtención de concentrado de jugo

de naranja, proponiendo la integración de las estrategias y elementos necesarios para la

manipulación de temperatura, flujo y presión, así como el desarrollo de un HMI para la

gestión y elaboración de un producto homogéneo.


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Objetivos particulares

1. Seleccionar los elementos necesarios para la automatización y control de las

variables de proceso, de acuerdo a los parámetros de operación.

2. Implementar la estrategia de automatización que más se adecue al proceso.

3. Manipular y monitorear el proceso a través de una HMI.

4. Eficientar los tiempos de fabricación del producto.

5. Minimizar la participación o intervención humana en el proceso de

elaboración del concentrado.

6. Estandarizar la consistencia del producto en todos los lotes de producción con

parámetros semejantes.


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Justificación

Debido a la gran competencia del mercado en producción de concentrados de jugos las

empresas han optado por diseñar sus tecnologías de obtención del producto; para

aumentar la producción, disminuir los costos y así poder verse beneficiadas en el ámbito

económico, ya que mediante estudios pertinentes realizados por las mismas empresas

han comprobado que la construcción de estos equipos es mucho más barato que la

adquisición de uno comercial debido a la innovación que estos presentan en el ámbito

mencionado.

Entonces es necesario ofrecer un producto de calidad para incursionar en el mercado,

para ello se pretende automatizar este proceso existente con el fin de que sea más

sencillo para el hombre, ya que actualmente es operado de forma manual y el producto

final presenta desvíos en sus características. Además que los costos para la

implementación serán severamente inferiores a los necesarios para adquirir un producto

del mercado con funciones y características semejantes.

Esto impactara directamente en la manufactura y los ingresos económicos, ya que la

producción aumentara utilizando menos recursos humanos lo cual beneficiara a los

trabajadores no exponiéndolos al peligro tomando en cuenta que al mismo tiempo se

proporcionara al consumidor un producto de buena calidad para satisfacer su necesidad.


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Alcance

En el presente trabajo se pretende mejorar la forma de operar de un prototipo evaporador

concentrador a vacío utilizado por una fábrica para la obtención de concentrado de jugo

de naranja, identificando los recursos tecnológicos necesarios para la implementación.

De igual forma se identificaran los aumentos en la producción y calidad del producto al

concluir el trabajo.

Para el desarrollo de esta propuesta de implementación existe un prototipo diseñado por

una empresa, en el cual se tendrán que identificar los elementos y estrategias para que su

operación sea de forma autónoma, es decir hacerlo más sencillo para el hombre además

de realizar un producto homogéneo.

Este trabajo pretende generar cambios notorios en dos importantes ámbitos, el primero

en la manufactura y el segundo en la calidad del producto. La manufactura se verá

afectada de forma positiva en lo posible reflejando las ventajas de integrar las

herramientas seleccionadas mediante una comparativa (antes-después) de tiempos de

producción, cantidad producida, etc. y la calidad del producto mejorara con respecto a

la que hoy día se tiene ya que se han registrado desvíos en las características del

producto final es decir no presenta homogeneidad en su fabricación.

Cabe mencionar que el trabajo solo se enfocara en el prototipo propuesto y si en un

futuro se quisiera llevar a un plano más complejo y de mayor envergadura se tendría que

hacer los estudios pertinentes para ver su viabilidad en esos términos.


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Metodología

El propósito del trabajo de tesis es llegar a la formulación técnica y al desarrollo de una

nueva forma de operar de un prototipo utilizado para la obtención de concentrado de

jugo tipo evaporador.

Considerando las características de operación anteriores en este proceso los métodos

empíricos, estadísticos y teóricos desempeñan un papel importante en la investigación de

la solución.

Los métodos empíricos permitieron la obtención de datos de los hechos fundamentales

que caracterizan al proceso esto mediante la observación, medición y experimentación,

llevado a cabo por el personal encargado del proceso. Además para el análisis la

metodología más apropiada y conducente consiste en la aplicación de una estrategia de

estudio de carácter cualitativo, basada en la realización de encuestas y test a los

consumidores del producto. Los resultados nos auxiliaran a sustentar la propuesta en

datos concretos que provendrán de las respuestas obtenidas; mismas que a su vez nos

permitirán analizar variables indispensables para identificar las percepciones,

inquietudes y preferencias de los consumidores sobre el producto.

Finalmente el análisis de los datos que surjan a partir de la aplicación del estudio y las

conclusiones que resulten de este proceso establecerán el fundamento a partir del cual

podremos tener la certeza de que si se llegara a materializar la realización y producción

que estamos planteando, para la solución del problema, sería un respuesta exitoso puesto

que respondería a las expectativas y los gustos de su audiencia objetiva.

Es decir se identificaría el principal problema a solucionar, el cual sería el que tenga

mayor repercusión ya que si se soluciona este estaremos encontrando la respuesta a gran

parte de la inquietud, esto mediante algunos métodos teóricos que nos permitirán la

construcción y desarrollo de la teoría científica, en el enfoque general para abordar los

problemas de la ciencia. En los métodos teóricos, el análisis nos permitió descomponer

en diversas partes el proceso para así poderlo abordar desde diferentes aspectos para

después realizar la síntesis, es decir la unión entre partes, para así dar origen a una

hipótesis mediante la deducción.


Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Página XVIII

Introducción

La presente tesis es un trabajo que tiene por objetivo automatizar un prototipo para

producción de concentrado de jugo tipo evaporador, el cual ha sido operado de forma

manual durante algunos años. La preocupación por mejorar la producción en cuestiones

de calidad y tiempo de la misma, nos obliga a reflexionar acerca de la enseñanza del área

Físico – Matemático para hacer uso estas en la realización del trabajo.

Los datos se obtuvieron de: el prototipo y de los conocimientos empíricos de los

operadores. Desafortunadamente, las investigaciones que existen al respecto son poco

difundidas y no permean la práctica. Por ello este trabajo trata de proponer una nueva

forma de producción, bajo una línea mejorada, donde el producto final y el proceso de

producción se optimicen de forma positiva con respecto a las características que se

tenían en este proceso antes de la elaboración de este trabajo.

En el nuevo contexto de producción, la automatización ha pasado a formar una materia

prioritaria para dicho sector debido a las demandas de los diferentes productos, esto

relacionado con el aumento de calidad y productividad al hacer uso de esta materia en

los últimos años.

Por ello, los objetivos que se persiguen con este trabajo son:

Mejorar la forma de producción.

Aumentar la calidad del producto.

Obtener un proceso seguro.

Este trabajo presenta los siguientes capítulos:

En el capítulo I se abordan los aspectos teóricos relacionados a las bases de la

automatización, es decir desde lo elementos primarios hasta la HMI; así como los

sistemas de producción de jugo de naranja, tipos de evaporadores y las variables

involucradas en el proceso.

En el capítulo II se abordan los aspectos del proceso actual, es decir la descripción del

mismo así como la problemática que presenta.

En el capítulo III se presenta la selección de equipo a usarse debido a los parámetros que

presentan el proceso, es decir desde los elementos primarios hasta los software a ser

empleados en su automatización del proceso.

En el capítulo IV se aborda el desarrollo de ingeniería básica y de detalle, mostrando el

diagrama de tubería e instrumentación del proceso, así como la metodología empleada

para la elaboración de la programación y de la HMI. Asimismo la instalación de todos

los dispositivos a emplear con sus respectivas estrategias de control.

En el capítulo V que es el penúltimo de esta tesis se puede ver los resultados obtenidos

del trabajo mediante la puesta en marcha del prototipo, ya con la automatización

implementada en el mismo y los ajustes de los parámetros definidos, así mismo la

evaluación de los productos obtenidos mediantes sus características cualitativas.

En el capítulo VI finalmente se dan las conclusiones del trabajo así como algunas

recomendaciones aplicables a este trabajo en un futuro.


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CAPÍTULO I

Marco Teórico

En el presente capitulo se abordan conceptos relacionados con la producción de

concentrado de jugo de naranja así como de los elementos necesarios para desarrollar

una propuesta de automatización para el sistema artesanal.



1.1 Sistemas de producción de jugo de naranja La producción de concentrado de pulpa es un proceso empleado por empresas líderes de

mercado como Grupo Jumex, Grupo Herdez, Jugos Del Vale, TetraPack entre otros

cuentan con un sistema de producción de gran capacidad, podemos encontrar cantidad

de procesos como numero de fabricantes existen, sin embargo cada empresa sigue una

línea para la producción del concentrado.

La Secretaria de Economía a través del Instituto Nacional del Emprendedor pública en

su portal Guías Empresariales procesos de producción que están estandarizados para

pequeñas y medianas empresas, a continuación se menciona el flujo proceso tomado del

portal para la producción de jugo de naranja.

1.1.1 Flujo del proceso productivo y escalas de producción

La elaboración de jugos es similar para las diferentes variedades de frutas y verduras ya

que los procesos productivos tienen las mismas características comunes.

Así mismo se pueden obtener subproductos de las cáscaras, pulpas, huesos, como son:

aceites, forrajes y esencias [1].

Las escalas posibles de producción que se pueden se muestran en la tabla 1.1.

Tabla 1. 1 Escalas de Producción

Escala (rango de producción)

Microempresa/artesanal De 20 a 500 Litros / Día

Pequeña empresa De 500 a 3,000 Litros / Día

Mediana empresa De 3,000 a 10,000 Litros / Día

Gran empresa Más de 10,000 Litros / Día

En cuanto al grado de actualización tecnológica se destaca lo siguiente:

Microempresa/artesanal:

Se puede considerar a un puesto de jugos ubicado en la calle como una Microempresa,

aunque su volumen de producción es muy reducido y sin tecnología.

Pequeña empresa:

En este tipo de industrias y con la tecnología moderna se aprovecha casi la totalidad de

la naranja obteniéndose subproductos derivados de huesos, cáscaras y pulpa, los cuales

tienen usos como los siguientes [1]:

- El bagazo y la pulpa seca se utiliza como alimento para ganado.

- La pectina es un producto valioso en la industria alimenticia principalmente para

preparar jaleas.



- Aceite, se utiliza en la industria de aromas y sabores mediante un proceso de

refinación para producir aceite esencial; se utiliza en la industria perfumera y en

menor escala en la medicinal.

1.1.2 Flujo del proceso de producción en una escala de pequeña

empresa El proceso desde la recepción y almacenamiento de materia prima, incluyendo la

inspección de contenidos y el control de calidad, hasta llegar por el transporte al

almacenaje y almacenaje del producto terminado, se muestra en el diagrama de flujo de

la figura 1.1.

Figura 1. 1 Diagrama de flujo de proceso de producción de jugo de naranja

1.- Recepcion y almacenamiento de

materia prima

2.- Inspeccion y transporte al area de

lavado3.- Lavado

4.- Cepillado5.- Transporte

al área de extracción

6.- Extracción7.- Refinado

8.-Clasificación

9.- Inspección de contenidos

10.-Corrección

11.-Transporte al

sistema de Desaireación

12.-Desaireación

13.- Envasado

14.-Transporte al

area de esterilización

15.-Esterilización

16.-Transporte al

area de enfriamiento

17.-Enfriamiento

18.- Transporte al area de etiquetado y

empaque

19.Etiquetado y empaque

20.-Transporte al almacen de producto

terminado

21.- Almacenaje de producto

terminado



1. Recepción y almacenamiento de materia prima.- Por lo general la naranja es

transportada a granel (su consistencia lo permite). Hay que evitar golpear las

naranjas ya que fácilmente se estropearían por la zona del golpe si estuviesen

almacenadas algunos días. El almacenamiento de la naranja deber hacerse en un

lugar fresco de humedad media, de forma que no gravite mucho peso sobre el fruto.

2. Inspección y transporte al área de lavado.- Transporte de la naranja al área de

lavado mediante una banda transportadora. Durante el recorrido de la fruta por la

banda transportadora se realiza una inspección visual, desechando las naranjas que

no llenan los requisitos para su industrialización (que estén sobre maduras,

golpeadas o que tengan algún otro defecto).

3. Lavado.- La banda lleva a la naranja a la primera operación de lavado, a un

tanque con agua que está recibiendo chorros de agua a presión desde diferentes

ángulos. Este lavado es importante para eliminar agentes extraños y otros de

microorganismos.

4. Cepillado.- Un transportador pasa la fruta a la segunda sección de lavado, donde

se pasa sobre un tren de cepillos con regadera de agua sobre ellos, con el objeto de

terminar la limpieza de la superficie de la fruta.

5. Transporte al área de extracción.- Transporte de la naranja al área de exprimido

mediante un transportador helicoidal.

6. Extracción.- La naranja es llevada a unos extractores (figura 1.2) o prensas de

gusano helicoidal en forma de conos de bronce con paredes perforadas por donde

escurre el jugo. Al ir disminuyendo el volumen de cono, la fruta va siendo

comprimida, aplastándola completamente para obligar a romper las celdillas que

contienen el jugo de la naranja, la cáscara, hueso y la pulpa salen por el diámetro

reducido del cono, pasando a un extractor el cual separa el aceite contenido en ellas.

Figura 1. 2 Prensa de gusano

Foto tomada del Instituto Nacional del Emprendedor, Secretaria de Economía [1]



El aceite es de los subproductos más importantes por lo que debe separarse de las

partículas sólidas, que contaminan dicho producto, para esto se utiliza una máquina

separadora centrífuga.

Los aceites esenciales, la pulpa y las cáscaras se utilizan para fabricar esencias,

mermeladas y alimento para ganado.

Figura 1. 3 Separador centrífugo

Foto tomada del Instituto Nacional del Emprendedor, Secretaria de Economía [1]

7. Refinado.- El jugo obtenido en el extractor se bombea hacia un refinador donde

se separa el bagacillo y la semilla que pudo haber arrastrado el jugo. La refinación se

puede realizar con una máquina tamizadora.

8. Clasificación.- El jugo refinado es impulsado por una bomba hacia un clasificador

con el fin de retirar sedimentos finos que no pudieran haber sido separados con

anterioridad, los cuales ocasionarían incrustaciones en el equipo posterior.

9. Inspección de contenidos y control de calidad.- En esta actividad se verifican

los contenidos de azúcar y ácidos del jugo.

10. Ajuste o corrección.- El jugo clasificado es impulsado por medio de una bomba

al interior de unos tanques de corrección que se utilizan para regular las variaciones

de azúcar y ácidos contenidas en el jugo así como para mezclar los conservadores

requeridos, siendo los más usuales entre otros benzoato de sodio, sulfito y bisulfito

de sodio, así como anhídrido sulfuroso.

11. Transporte al sistema de desaireación.- Se transporta por medio de una bomba

y a través de un enfriador.



12. Enfriador y desaireación.- El objeto de que el jugo pase a través de un

enfriador es para alimentar dicho jugo al sistema desaireador a una temperatura

adecuada.

Debido a que todos los jugos extraídos contienen considerables cantidades de aire (el

oxígeno del cual reacciona particularmente con el ácido ascórbico del jugo) lo que

resulta en una pérdida de vitamina C y en cambios indeseables en el sabor y color.

La desaireación significa la extracción más efectiva del aire y demás gases

contenidos en los jugos. Esta es una operación muy importante cuando los jugos

deben someterse a tratamientos térmicos como la pasteurización, ya que la

combinación de aire y calor constituye la condición más adecuada y favorable para

la oxidación de los jugos. El mejor método de desaireación es la llevada al vacío, es

decir el jugo es admitido en forma de una película dentro de una cámara en la que

reina un alto vacío. El jugo frío entra en el desaireador mediante el vacío en la

cámara creado y mantenido por una bomba de alto vacío.

13. Envase.- Inmediatamente después del proceso de deareación el producto es

envasado automáticamente mediante una máquina envasadora conectada al

deareador. Posteriormente se cierra el envase.

14. Transporte al área de pasteurización.- Transporte del producto al proceso de

pasteurización.

15. Pasteurización.- La pasteurización se realiza por medio de un autoclave donde

es introducido el producto. La pasteurización se realiza a altas temperaturas en corto

tiempo, estas temperaturas inactivan las enzimas y retienen su acción aún en los

tiempos más cortos de residencia.

16. Transporte al área de enfriamiento.- El producto se transporta al área de

enfriado por medio de una banda transportadora.

17. Enfriado.- El producto es llevado al área de enfriado para que éste baje su

temperatura a temperatura ambiente para facilitar su manejo y empaque final. El

enfriado se realiza rociándole agua al producto o sumergiéndolo en ella.

18. Transporte al área de etiquetado y empaquetado.- El producto se transporta

por medio de un montacargas, al área de etiquetado y empaquetado.

19. Etiquetado y empaquetado.- En esta área el producto es etiquetado (por medio

de una etiquetadora) y empacado en cajas de cartón.

20. Transporte al almacén o producto terminado.- El producto final se transporta

por medio de diablos o montacargas al almacén de producto terminado.

21. Almacenaje del producto terminado.- En este punto el producto terminado es

almacenado quedando listo para su distribución.



1.2 Manejo del jugo de naranja en la industria

LA NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-120-SSA1-1994, BIENES Y SERVICIOS.

PRÁCTICAS DE HIGIENE Y SANIDAD PARA EL PROCESO DE ALIMENTOS,

BEBIDAS NO ALCOHÓLICAS Y ALCOHÓLICAS. Se habla sobre las

especificaciones y las medidas a tomar para con los productos alimenticios, en la sección

10.2 se tiene:

1.2.1 Proceso de elaboración

En la elaboración de productos se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones

[2]:

Seguir los procedimientos dados en los manuales de proceso como son: orden de

adición de componentes, tiempos de mezclado, agitación y otros parámetros de

proceso y registrar su realización en bitácoras.

Las áreas de fabricación deben estar limpias y libres de materiales extraños al

proceso.

Durante la fabricación de productos, se debe cuidar que la limpieza realizada no

genere polvo ni salpicaduras de agua que puedan contaminar los productos.

Todas las materias primas o productos en proceso, que se encuentren en

tambores y cuñetes deben estar tapados y las bolsas mantenerse cerradas, para

evitar su posible contaminación por el ambiente.

Se debe evitar la contaminación con materiales extraños (polvo, agua, grasas,

etc.), que vengan adheridos a los empaques de los insumos que entran a las áreas

de producción.

Todos los insumos, en cualquier operación del proceso, deben estar

identificados.

No deben depositarse ropa ni objetos personales en las áreas de producción.

En el proceso se debe asegurar que los equipos que tienen partes lubricadas no

contaminen el producto en las diferentes etapas de elaboración.

Todas las operaciones del proceso de producción, incluso el envasado, se deben

realizar en condiciones sanitarias que eliminen toda posibilidad de

contaminación.

Los métodos de conservación deben ser adecuados al tipo de producto y materia

prima que manejen; los controles necesarios deben ser tales, que protejan contra

la contaminación o la aparición de un riesgo para la salud pública.

Registros de elaboración o producción. De cada lote debe llevarse un registro

continuo, legible y con la fecha de los detalles pertinentes de elaboración. Estos

registros deben conservarse por lo menos durante el tiempo que se indique como

vida de anaquel.

1.2.2 Propiedades y nutrientes del Zumo de naranja

El zumo de naranja fresco tiene un sabor frutal y ácido. Contiene gran cantidad

de vitamina C (ácido ascórbico). Algunas fábricas añaden ácido cítrico o ácido

ascórbico a sus productos, además de otros nutrientes como el calcio y la vitamina D. El



zumo de naranja parece más nutritivo que las versiones sin pulpa debido a la existencia

de flavonoides que existen en la pulpa [3].

Este alimento, pertenece al grupo de los zumos naturales de frutas.

A continuación se muestra información sobre las características nutricionales,

propiedades y beneficios que aporta el zumo de naranja al organismo, así como la

cantidad de cada uno de sus principales nutrientes. Se asocia el zumo de naranja con la

buena salud, debido a que el zumo de la naranja tiene fama de ser un alimento

imprescindible que debe incluir un desayuno saludable.

Nutrientes del zumo de naranja

El zumo de naranja se encuentra entre los alimentos bajos en sodio ya que 100 g. de este

alimento contienen tan solo 1 mg.

Entre las propiedades nutricionales del zumo de naranja cabe destacar que tiene los

siguientes nutrientes: 0,15 mg. de hierro, 0,69 g. de proteínas, 10,78 mg. de calcio, 0,70

g. de fibra, 143 mg. de potasio, 1 mg. de yodo, 0,11 mg. de zinc, 9,40 g. de

carbohidratos, 10,89 mg. de magnesio, 2,58 ug. de vitamina A, 0,07 mg. de vitamina B1,

0,02 mg. de vitamina B2, 0,27 mg. de vitamina B3, 0,23 ug. de vitamina B5, 0,05 mg. de

vitamina B6, 1 ug. de vitamina B7, 18,63 ug. de vitamina B9, 0 ug. de vitamina B12, 39

mg. de vitamina C, 0 ug. de vitamina D, 0,25 mg. de vitamina E, 0,10 ug. de vitamina K,

15 mg. de fósforo, 43,56 kcal. de calorías, 0 mg. de colesterol, 0,20 g. de grasa, 9,40 g.

de azúcar y 0 mg. de purinas [4].

Debido a que tiene un bajo nivel de sodio, el tomar el zumo de naranja es beneficioso

para quienes padecen hipertensión o tienen exceso de colesterol.

Tabla 1. 2 Información nutricional del zumo de naranja

Nutrientes Cantidad

Calorías 43,56 kcal.

Grasa 0,20 g.

Colesterol 0 mg.

Sodio 1 mg.

Carbohidratos 9,40 g.

Fibra 0,70 g.

Azúcares 9,40 g.

Proteínas 0,69 g.

Vitamina A 2,58 ug. Vitamina C 39 mg.

Vitamina B12 0 ug. Calcio 10,78 mg.

Hierro 0,15 mg. Vitamina B3 0,27 mg.

La cantidad de los nutrientes que se muestra en la tabla 1.2, corresponde a 100 gramos

de este zumo [4].

1.2.3 Métodos para elevar la concentración en el jugo de naranja

Par a la concentración de jugo de naranja existen procesos como número de proveedores

o empresas dedicadas a la producción de concentrado existan, sin embargo se encontró

una empresa dedicada a la manufactura de maquinaria para procesos generales como lo

es la concentración de líquidos.



En Maquinaria JERSA se desarrollan soluciones de Maquinaria para la Industria de

Alimentos, Farmacéutica, Química, Home, Cuidado Personal entre Otras, desde equipos

hechos a la medida hasta líneas completas de proceso [14].

Maquinaria JERSA dentro de sus productos ofrece un Evaporador a Vacío Modelo

CVF-30 (Figura 1.4), el cual concentra productos líquidos o semilíquidos tales como

pulpa de fruta, néctares, mermeladas, jarabes, salsas y hasta leche, por medio de una

marmita enchaquetada de calentamiento a vapor, y columna de condensación con bomba

a vacío.

Figura 1. 4 Evaporador concentrador a vacío

Imagen tomada de la página oficial Maquinaria JERSA [14]

Esto queda como precedente ya que en la industria existe un equipo capaz de realizar

una función similar a las del prototipo a automatizar en este trabajo.

1.2.4 Comportamiento del jugo de naranja ante condiciones de vacío

Uno de los componentes principales del zumo de naranja como se aclaró en el punto

1.2.2 es la vitamina C, la cual es buscada ya que es requerida para un cierto número

de reacciones metabólicas en los seres vivos, además en todos los animales y plantas y

es creada internamente por casi todos los organismos, siendo los humanos una notable

http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo



excepción, de ahí la necesidad del consumo del zumo de naranja, para así tener una

fuente de Vitamina C.

Aunque está demostrado que la Vitamina C aporta grandes beneficios al cuerpo humano

también es sabido que ayuda al desarrollo de dientes y encías, huesos, cartílagos, a la

absorción del hierro, al crecimiento y reparación del tejido conectivo normal (piel más

suave, por la unión de las células que necesitan esta vitamina para unirse), también

resulta esta vitamina un factor potenciador para el sistema inmune aunque algunos

estudios ponen en duda esta última actividad de la vitamina C[15].

La vitamina C es esencial para el desarrollo y mantenimiento del organismo, por lo que

su consumo es obligatorio para mantener una buena salud sin embargo es sabido que

esta vitamina C es la más sensible de las vitaminas, es lábil en presencia de humedad y

oxígeno, pH, agentes oxidantes, temperatura y presencia de iones metálicos

especialmente cobre y hierro.

La vitamina C es soluble en agua, se pierde fácilmente en procesos húmedos. Sin

embargo, en alimentos procesados las pérdidas más significativas son debido a

degradación química.

En relación a la cocción, se observa en la Tabla 1.3 como influyen en forma combinada

factores como la cantidad de agua y el tiempo de cocción en la retención neta de ácido

ascórbico, debido a la alta sensibilidad del ácido ascórbico generalmente se utilizan las

variaciones en su contenido como un índice de evaluación de estabilidad de vitaminas

[16].

Tabla 1. 3 Pérdidas de ácido ascórbico en vegetales cocidos por diferentes métodos

Tabla tomada de Perdidas de vitaminas durante el procesamiento de los alimentos” Judith King

[16].

% Vitamina C

Método Destrucción Extracción en el

agua

Retención en el

alimento

Vegetales verdes

Ebullición(tiempo

prolongado, agua (+)

10 – 15 45 – 60 25 – 45

Ebullición

(tiempo corto, agua (-)

10 – 15 15 – 30 55 – 75

Vapor 30 – 40 < 10 60 – 70

Olla a presión 20 – 40 < 10 60 – 80

Podemos observar cuando se produce una cocción a corto tiempo y a bajas temperaturas

la cantidad de Vitamina C recuperada en los vegetales es mayor, con ello podemos

deducir que las altas temperaturas y grandes tiempos de cocción el ácido ascórbico se

pierde o diluye.

http://es.wikipedia.org/wiki/Diente

http://es.wikipedia.org/wiki/Enc%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Hueso

http://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_cartilaginoso

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_inmunitario



1.3 Líquidos Termolábiles

Un producto lábil es aquel que pierde sus propiedades o características químicas cuando

es sometido a factores ajenos a ellos (calor, luz, oxidantes, reductores, humedad, ácidos,

bases), un líquido termolábil o termo sensible es un producto que pierde propiedades

químicas y organolépticas cuando es sometido a un incremento en su temperatura.

1.3.1 Manejo de líquidos termolábiles en la industria

La industria donde se manejan líquidos o sustancias lábiles es en la química, en la

sintetización de enzimas o en la procuración y producción de vitaminas, para ello

emplean dispositivos con los cuales son capaces de producir las condiciones requeridas

para el manejo de las variables que perjudican a sus productos, las que más aparecen en

estos procesos son:

Temperatura

Presión

Concentración

Luz ultravioleta

Existen procesos como números de productos químicos existen, para producir las

condiciones necesarias de proceso cada productor emplea su propia tecnología patentada

lo cual hace difícil el encontrar referencias de dispositivos particulares que emplean

inclusive se tienen patentes de toda la línea de producción o sintetización de vacunas,

medicinas o vitaminas.

1.4 Evaporadores

Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. Las partes esenciales de

un evaporador son la cámara de calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos

corresponde a una cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un

cuerpo cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos.

Las dos cámaras están separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual

tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras,

diseñadas para que la eficacia sea máxima, da lugar a distintos tipos de evaporadores.

1.4.1 Clasificación de Evaporadores

Podemos clasificar los evaporadores en dos grandes grupos:

Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado

que cede su calor de condensación y sale como agua líquida a la misma temperatura y

presión de entrada. Este evaporador se denomina de tubos horizontales porque los tubos

están dispuestos horizontalmente.



Figura 1. 5 Evaporador de tubos horizontales

El evaporador de la figura 1.5 presenta una clasificación propia que es la siguiente:

Evaporador múltiple efecto.

Un evaporador de múltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, donde el

primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. Durante el funcionamiento,

el vapor producido en el primer efecto se utiliza como vapor calefactor del segundo

efecto.

Métodos de alimentación en los múltiples efectos:

Alimentación directa (Figura 1.6). El alimento entra en el primer efecto y sigue

el mismo sentido de circulación que el vapor, saliendo el producto en el último

efecto. El líquido circula en el sentido de las presiones decrecientes y no es

necesario aplicar ninguna energía auxiliar para que el líquido pase de un efecto al

otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el líquido en el primer

efecto y otra para extraer el producto del último efecto.

Figura 1. 6 Evaporador de alimentación directa



Alimentación a contracorriente (Figura 1.7). El líquido a evaporar entra en el

último efecto y sale concentrado por el primero. El líquido a concentrar y el

vapor calefactor circulan en sentido contrario. Aquí el líquido circula en sentido

de presiones crecientes y esto requiere el uso de bombas en cada efecto para

bombear la disolución concentrada de un efecto al siguiente . Esto supone una

complicación mecánica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las

bombas a presiones inferiores a la atmosférica. Así, si no hay otras razones, se

prefiere el sistema de alimentación directa.

Figura 1. 7 Evaporador de alimentación a contracorriente

Alimentación mixta. Cuando en una parte del sistema de alimentación es directa

y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es útil si tenemos

disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos

encontramos que el último efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad

de la disolución concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el

coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la

alimentación a contracorriente o la mixta. La disolución diluida entra en el

segundo efecto i sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del

último efecto al primero, para completar la evaporación a temperatura elevada.

Figura 1. 8 Evaporador de alimentación mixta



Alimentación en paralelo (Figura 1.9): Cuando el alimento entra

simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola

corriente. Sistema utilizado en la concentración de disoluciones de sal común,

donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de la

alimentación directa.

Figura 1. 9 Evaporador de alimentación en parelelo

Evaporadores de tubos verticales (Figura 1.10). El principio de funcionamiento es

igual que el evaporador de tubos horizontales y se denominan así porque el haz de tubos

están dispuestos verticalmente dentro de la coraza.

Figura 1. 10 Evaporador de tubos verticales.



Este evaporador presenta una clasificación propia que es la siguiente:

Evaporador de Cesta

Es otro tipo de evaporador de tubos verticales, en el cual la coraza tiene forma cónica.

Este tipo de evaporador se utiliza cuando lo que se pretende es llevar la evaporación al

extremo, es decir, evaporar todo el disolvente de la disolución diluida para obtener

cristales. Los cristales formados se recogen por la parte inferior. El elemento calefactor

se trata de un cuerpo compacto que se puede extraer para su limpieza.

Figura 1. 11 Evaporador de cesta

La clasificación de lo evaporadores se puede ver resumida en la figura 1.12.

Figura 1. 12 Clasificación de evaporadores

Evaporadores

Evaporador de tubos horizontales

Evaporador de multiple efecto

Alimentacion directaAlimentacion a contracorriente

Alimentacion mixtaAlimentación

en paralelo

Evaporador de tubos verticales

Evaporador de Cesta



1.4.2 Evaporación a vacío

La evaporación al vacío consiste en reducir la presión del interior de la caldera del

evaporador por debajo de la presión atmosférica. Esto permite reducir la temperatura de

ebullición del líquido a evaporar, lo que reduce la cantidad de calor a aportar/eliminar en

el proceso de ebullición y de condensación, además de otras ventajas técnicas como la

de poder destilar líquidos con alto punto de ebullición, evitar la descomposición de

sustancias sensibles a la temperatura, etc.

Teniendo en cuenta que la evaporación es un sistema de separación, se constata la

presencia de tres fluidos diferenciados: Alimento, Destilado y Concentrado.

Alimento: Es el fluido de entrada al evaporador. Se trata de agua contaminada con

diversos productos inorgánicos u orgánicos, sólidos en suspensión, etc. Se precisa en

algunos casos de un pre tratamiento que puede consistir en una filtración de sólidos

gruesos, decantación, neutralización o ajuste del pH cuando convenga, etc.

Destilado: Es el fluido obtenido de la evaporación que ha pasado de vapor a líquido. Se

trata de agua más o menos pura, exenta de salinidad. Puede estar, no obstante,

contaminada por la presencia de sustancias volátiles que se han evaporado junto con el

agua. Dependiendo del destino final del agua condensada, se recomendará reciclarla tal

cual, o efectuar un afino antes de verter. Este tratamiento final del agua se consigue

mediante sistemas de absorción-adsorción, separación por membranas u otros, para

conseguir si se precisa agua ultra pura o vertiblE.

Concentrado: Es el producto residual final, es decir el balance entre destilado y

alimento. Por lo general, se consiguen reducir los volúmenes de ingreso unas 10 o 15

veces; se puede llegar incluso a residuo seco con equipos especiales. En algunos casos es

posible recuperar este concentrado como materia prima; en otros se cederá a un gestor

[17].

Una vez tratados los temas anteriores respecto a los evaporadores, desde su concepto y

englobando los tipos que existen, así como las formas de producción de jugos

concentrados, las características y comportamiento del mismo en diferentes condiciones

daremos paso a las bases para la automatización, ya que esto nos dará pie al

cumplimiento del objetivo de este trabajo.

1.5 Concepto de Automatización

El término automatización en una connotación general, se refiere a una amplia variedad

de sistemas y procesos que operan con mínima, incluso sin intervención, del ser

humano. Un sistema automatizado ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las

condiciones externas en tres etapas: mediación, evaluación y control [6].



1.5.1 Tipos de Automatización

La automatización fija: se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por

tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo

especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción

elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de

vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.

La justificación económica para la automatización fija se encuentra en productos con

grandes índices de demanda y volumen [5].

La automatización programable: se emplea cuando el volumen de producción es

relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo

de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto;

ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software) [5].

Fuerte inversión en equipo general

Índices bajos de producción para la automatización fija

Flexibilidad para lidiar con cambios en la configuración del producto

Conveniente para la producción en montones

La automatización flexible: es más adecuada para un rango de producción medio.

Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la

automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una

serie de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por sistemas de almacenamiento y

manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.

Proveedores de equipos de automatización

Fuerte inversión para equipo de ingeniería

Producción continúa de mezclas variables de productos

Índices de producción media

Flexibilidad para lidiar con las variaciones en diseño del producto

Las características esenciales que distinguen la automatización flexible de la

programable son:

Capacidad para cambiar partes del programa sin perder tiempo de producción y;

Capacidad para cambiar sobre algo establecido físicamente asimismo sin perder

tiempo de producción [5].

1.6 Niveles de Automatización

La automatización de la producción y de los procesos industriales puede ser analizada

dependiendo del nivel al que se produce:

Nivel 1. Elemental - Nivel Máquina: a este nivel se automatizan operaciones

específicas a realizar por dispositivos mecánicos.

Nivel 3. Maquinas simples: a este nivel se automatizan las tareas combinadas de

los diferentes de dispositivos que participan en un determinado paso en la

elaboración de un producto.



Nivel 5. Nivel de Gestión Integrada: a este nivel se combinan todos los

elementos implicados en los procesos de fabricación de diferentes productos en

una planta industrial [5].

1.7 Control Automático

El control automático desempeña una función vital en el avance de la ingeniería y la

ciencia, ya que el control automático se ha vuelto una parte importante e integral de los

procesos modernos industriales y de manufactura. Por lo cual la teoría de control es un

tema de interés para muchos científicos e ingenieros que desean dar nuevas ideas para

obtener un desempeño óptimo de los sistemas dinámicos y disminuir tareas manuales o

repetitivas.

El objetivo del control automático de procesos es mantener en determinado valor de

operación las variables del proceso tales como: temperaturas, presiones, flujos y

compuestos. Los procesos son de naturaleza dinámica, en ellos siempre ocurren cambios

y si no se emprenden las acciones pertinentes, las variables importantes del proceso, es

decir, aquellas que se relacionan con la seguridad, la calidad del producto y los índices

de producción, no cumplirán con las condiciones de diseño [7].

En la realización de un control automático, es necesario hacer uso de diferentes

elementos que interactúan entre sí para realizar un trabajo determinado un cierto número

de veces, es decir, el sistema necesita relacionarse con el medio mediante sensores,

transductores, transmisores etcétera, para realizar una acción correctiva por medio de

actuadores bombas, electroválvulas, válvulas de control, relevadores etcétera, estos

gobernados por un elemento central que toma las decisiones dependiendo de las

condiciones de proceso como lo puede ser un PLC, CPU, controlador dedicado entre

otros.

Los cuatro componentes básicos de todo sistema de control, estos son:

1. Sensor, que también se conoce como elemento primario.

2. Transmisor, el cual se conoce como elemento secundario.

3. Controlador, que es el “cerebro’ del sistema de control.

4. Elemento final de control, frecuentemente se trata de una válvula de control

aunque no siempre. Otros elementos finales de control comúnmente utilizados

son las bombas de velocidad variable, los transportadores y los motores

eléctricos [7].

1.7.1 Control por retroalimentación

El esquema de control de la figura 1.13 se conoce como control por retroalimentación,

también se le llama circuito de control por retroalimentación. Esta técnica la aplicó por

primera vez James Watt hace casi 200 años, para controlar un proceso industrial;

consistía en mantener constante la velocidad de una máquina de vapor con carga

variable; se trataba de una aplicación del control regulador. En ese procedimiento se



toma la variable controlada y se retroalimenta al controlador para que este pueda tomar

una decisión [7].

Como se mencionó esta estrategia de control presenta una característica primordial para

llevar a cabo el control y automatización, la cual es la medida y comparación de la

variable de proceso o variable de salida, un lazo de control básico está formado por los

bloques siguientes:

Proceso o Planta, Actuador, Controlador y Sensor

Figura 1. 13 Lazo Cerrado de Control

En este caso la información de la variable controlada de proceso se capta por medio de

un sistema de medición adecuado y se utiliza como entrada al controlador. Un

dispositivo detector de error compara esta señal de entrada con otra de referencia que

representa la condición deseada, y cualquier diferencia hace que el controlador genere

una señal de salida para corregir el error.

La señal de salida del controlador se aplica al elemento final de control, el cual manipula

una entrada al proceso en la dirección adecuada para que la variable controlada retorne a

la condición deseada. Este circuito cerrado proporciona un esfuerzo continuo para

mantener la variable controlada en la posición de referencia o punto de consigna [8].

1.8 Controlador

Es el elemento central del sistema de control, en él se lleva a cabo una comparación de

dos señales que recibe, una que está en relación lineal con la variable de proceso y otra

que es el parámetro deseado comúnmente llamado set point o punto de ajuste,

dependiendo del resultado de la comparación se realiza una acción correctora para

mantener la variable de proceso en el valor deseado. También existen los llamados

controladores digitales los cuales reciben señales discretas o binarias, los que dominan el

mercado industrial son los PLC, PAC y controladores dedicados los cuales están

diseñados para trabajar con una variable de proceso preestablecida.



1.8.1 PLC El PLC es un dispositivo electrónico que necesita ser programado, en la industria se

emplea para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, una de sus

grandes ventajas es que abate costos de mantenimiento y aumenta la confiabilidad en los

sistemas, además la programación de un PLC resulta bastante sencilla. Anteriormente se

empleaba la lógica relevador pero presentaban bastantes desventajas; más adelante

mencionaremos algunas. La historia de los PLC nos dice que fueron desarrollados por

Ingenieros de la GMC (General Motors Company) para sustituir sus sistemas basados en

relevadores. La palabra PLC es el acrónimo de Controlador Lógico Programable (en

inglés Programmable Logic Controler) (Figura 1.14).

Figura 1. 14 PLC Micrologix 1000

La gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en

el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto físico y otros, es que es

posible clasificar los distintos tipos en varias categorías.

Nano: Generalmente PLC de tipo compacto está conformado por (Fuente, CPU e I/O

integradas) puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número

inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos

especiales (Figura 1.15).

Figura 1. 15 PLC Nano TSX-NANO

Compactos: Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y

módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O

hasta varios cientos (alrededor de 500 I/O), su tamaño es superior a los Nano PLC y

soportan una gran variedad de módulos especiales, (Figura 1.16) como lo son:

Entradas y salidas análogas

Módulos contadores rápidos

Módulos de comunicaciones

Interfaces de operador

Expansiones de I/O



Modular: Los PLC´s modulares se caracterizan por tener una amplia gama de

aplicaciones, gracias a que su estructura es ampliamente configurable. El usuario tiene

así gran flexibilidad para diseñar el sistema de automatización, conforme a sus

exigencias.

Los módulos principales de estos tipos de PLC se mencionan a continuación:

Rack

Fuente de Alimentación

CPU

Módulos de I/O

Comunicaciones.

Contaje rápido

Figura 1. 16 PLC Compacto MELSEC

1.8.2 Interfaz hombre máquina (HMI)

La sigla HMI es la abreviación en ingles de Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas

HMI podemos pensarlos como una “ventana” de un proceso. Esta ventana puede estar en

dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. Los sistemas

HMI en computadoras se los conoce también como software HMI (en adelante HMI) o

de monitoreo y control de supervisión. Las señales del procesos son conducidas al HMI

por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’s

(Controladores lógicos programables), RTU (Unidades remotas de I/O) o DRIVE’s

(Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una

comunicación que entienda el HMI (figura 1.17).



Figura 1. 17 Estructura general del software HMI

Tipos de HMI

Desarrollos a medida. Se desarrollan en un entorno de programación gráfica como

VC++, Visual Basic, Delphi, etc.

Paquetes enlatados HMI. Son paquetes de software que contemplan la mayoría de las

funciones estándares de los sistemas SCADA. Ejemplos son FIX, WinCC, Wonderware,

etc.

Funciones de un Software HMI

Monitoreo. Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real.

Estos datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una lectura

más fácil de interpretar.

Supervisión. Esta función permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las

condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

Alarmas. Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y

reportarlo estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en límites de control

preestablecidos.

Control. Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y así

mantener estos valores dentro de ciertos límites. Control va más allá del control de

supervisión removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la

aplicación de esta función desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada

por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema.

Históricos. Es la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos del proceso a

una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa herramienta

para la optimización y corrección de procesos.



Tareas de un Software de Supervisión y Control

Permitir una comunicación con dispositivos de campo.

Actualizar una base de datos “dinámica” con las variables del proceso.

Visualizar las variables mediante pantallas con objetos animados (mímicos).

Permitir que el operador pueda enviar señales al proceso, mediante botones,

controles ON/OFF, ajustes continuos con el mouse o teclado.

Supervisar niveles de alarma y alertar/actuar en caso de que las variables

excedan los límites normales.

Almacenar los valores de las variables para análisis estadístico y/o control.

Controlar en forma limitada ciertas variables de proceso.

Tipos de Software de Supervisión y Control para PC

Lenguajes de programación visual como Visual C++ o Visual Basic. Se utilizan

para desarrollar software HMI a medida del usuario. Una vez generado el

software el usuario no tiene posibilidad de re-programarlo.

Paquetes de desarrollo que están orientados a tareas HMI. Pueden ser utilizados

para desarrollar un HMI a medida del usuario y/o para ejecutar un HMI

desarrollado para el usuario. El usuario podrá re-programarlo si tiene la llave

(software) como para hacerlo. Ejemplos son FIX Dynamics, Wonderware,

PCIM, Factory Link, WinCC




Los software HMI están compuestos por un conjunto de programas y archivos. Hay

programas para diseño y configuración del sistema y otros que son el motor mismo del

sistema. En la figura 1.11 se muestra cómo funcionan algunos de los programas y

archivos más importantes. Los rectángulos de la figura representan programas y las

elipses representan archivos. Los programas que están con recuadro simple representan

programas de diseño o configuración del sistema; los que tienen doble recuadro

representan programas que son el motor del HMI.

Con los programas de diseño, como el “editor de pantallas” se crean moldes de pantallas

para visualización de datos del proceso. Estos moldes son guardados en archivos

“Archivo de pantalla” y almacenan la forma como serán visualizados los datos en las

pantallas.

Interfaz Hombre: Es un programa que se encarga de refrescar las variables de la base

de datos en la pantalla, y actualizarla, si corresponde, por entradas del teclado o el

mouse. Este programa realiza la interfaz entre la base de datos y el hombre. El diseño de

esta interfaz está establecido en el archivo molde “Archivo de pantalla” que debe estar

previamente creado.

Base de datos: Es un lugar de la memoria de la computadora donde se almacenan los

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

del proceso, por esta razón se denomina “base de datos dinámica”. La base de datos está

formada por bloques que pueden estar interconectados. La creación de la base de datos,

sus bloques y la relación entre ellos se realiza a través del “editor de base de datos”.

Driver: La conexión entre los bloques de la base de datos y las señales del proceso se

realiza por medio de drivers. Estos drivers manejan los protocolos de comunicación

entre el HMI y los distintos dispositivos de campo. Los drivers son entonces la interfaz

hacia la máquina.

Bloques (etiquetas): Como ya mencionamos, la base de datos está compuesta por

bloques. Para agregar o modificar las características de cada bloque se utiliza el editor de

la base de datos. Los bloques pueden recibir información de los drivers u otros bloques y

enviar información hacia los drivers u otros bloques.

Las funciones principales de los bloques son:

Recibir datos de otros bloques o al driver.

Enviar datos a otros bloques o al driver.

Establecer enlaces (links) a la pantalla (visualización, teclado o mouse)

Realizar cálculos de acuerdo a instrucciones del bloque.

Comparar los valores con umbrales de alarmas

Escalar los datos del driver a unidades de ingeniería.

Los bloques pueden estructurarse en cadenas para procesar una señal como se muestra

en la figura 1.19.




1.9 Instrumentación

Instrumentación es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir,

controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos

utilizados en éste. Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos

encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación,

transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

1.9.1 Elementos primarios de medición

Es la parte o partes del sistema de medición que transforma energía del medio

controlado para producir un efecto como respuesta a cualquier cambio en el valor de la

variable controlada. El efecto producido puede ser un cambio en la presión, fuerza,

posición o eléctrico. Por decir, un termopar transforma energía calorífica en energía

eléctrica, debido al efecto Peltier [8].

Medición de Presión La presión, junto con la temperatura, constituyen las variables que más frecuentemente

se miden y controlan en los procesos industriales. Los elementos primarios que se

emplean en estos ambientes son fundamentalmente de dos tipos:

Elementos de columna de líquido: empleados fundamentalmente para indicación.

A este grupo pertenecen los diversos manómetros de tubo y las campanas con

sello líquido.

Elementos elásticos: sirven tanto para medición local como para transmisores.

Los cuatro elementos que se emplean en sensores industriales son: Tubo de

Bourdon, diafragma, cápsulas y fuelles.

Existen en el mercado diversas tecnologías para transmisores que se acoplan con los

elementos elásticos, pero las más difundidas y confiables son los extensométricos (strain

gage), capacitivos y de alambre vibrante.



Figura 1. 20 Medidor analógico de presión con diafragma

Medición de Temperatura

Existen muchos dispositivos que sirven para medir temperatura, pero solo algunos han

sido adaptados para su uso en ambientes industriales. En la tabla 1.4 están los

principales. Tabla 1. 4 Dispositivos Industriales de medición de temperatura.



Sensores Magnéticos

Detectan los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El

principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de

materiales ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en

presencia de un campo magnético, cerrando el circuito (Figura 1.21).

Figura 1. 21 Sensor magnético y símbolo

1.9.2 Elementos secundarios de medición

Los elementos secundarios de medición se encargan de recibir la señal proveniente de

los elementos primarios y en muchos casos las transforman para transmitirla como una

señal eléctrica, neumática, hidráulica etc., dependiendo del tipo de instrumento que se

esté usando, por lo tanto a estos elementos se les conoce como "elementos secundarios

de medición y transmisión o transmisores". La señal transmitida por estos elementos es

enviada en forma tal que pueda ser perfectamente interpretada por el instrumento

receptor el cual puede ser, un indicador, registrador o un controlador. Esta señal puede

ser transmitida en forma simultánea a varios receptores [8].

1.9.3 Transmisores de Temperatura

Los transmisores de temperatura transmiten una temperatura medida como una señal

analógica de 0/4–20 mA a un receptor. El receptor suele ser un regulador electrónico o

PLC (Controlador Lógico Programable). Los términos PT y NTC son abreviaturas para

temperatura positiva y negativa, y describen si la resistencia en el resistor aumenta o

disminuye cuando la temperatura aumenta. Si el sensor de resistencia se conecta

directamente al receptor, también se mediría la resistencia del cable existente entre los

dos componentes proporcionando una falsa lectura. El error dependerá de la longitud del

cable y de la temperatura ambiente.

Los transmisores de temperatura se utilizan para evitar pérdidas de tensión o cuando un

regulador o PLC no puede medir directamente la señal desde un sensor de resistencia, en

la figura 1.22 podemos observar la imagen de un transmisor comercial.



Figura 1. 22 Transmisor de temperatura

1.9.4 Transmisores de presión

Los transmisores de presión, convierten una presión aplicada en una señal eléctrica. Esta

señal se envía a las computadoras, grabadoras de cuadros, medidores digitales de panel u

otros dispositivos del PLC (controladores programables lógicos) que interpretan esta

señal eléctrica y la utilizan para mostrar, registrar y/o cambiar la presión en el sistema

que se está monitoreando.

Aunque hay varios tipos de transmisores de presión, uno de los más comunes es el

transductor extensométrico. La conversión de la presión en una señal eléctrica se

consigue mediante la deformación física de los extensómetros que están unidos en el

diafragma del transductor de presión y cableados en una configuración de puente de

Wheatstone. La presión aplicada al transductor de presión produce una deflexión del

diafragma, que introduce la deformación a los medidores. La deformación producirá un

cambio de resistencia eléctrica proporcional a la presión.

1.10 Elementos finales de control

Un elemento final de control es un mecanismo que altera el valor de la variable

manipulada en respuesta a una señal de salida desde el dispositivo de control

automático; típicamente recibe una señal de controlador y manipula un flujo de material

o energía para el proceso. El elemento final de control puede ser una válvula de control,

variadores de frecuencia y motores eléctricos, una servo válvula, un relé, elementos

calefactores de carácter eléctrico o un amortiguador [8].

1.10.1 Motores Eléctricos

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman energía

eléctrica en energía mecánica. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y

repulsión establecidas entre un imán y un hilo (bobina) por donde circula una corriente

eléctrica [9].

Los motores eléctricos utilizan espiras llamadas bobinado en el rotor (parte giratoria) y

un bobinado en el estator colocado en la parte fija del motor alrededor del rotor. La



mayor parte de los motores tienen varias bobinas, llamadas devanados, colocadas en

diferentes lugares de la armadura (Figura 1.23).

Figura 1. 23 Motor eléctrico WEG

1.10.2 Tipos de motores

Los tipos de motores que existen son:

Corriente alterna

Corriente continúa

1.10.3 Motores de corriente continúa

Los motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la

velocidad, montacargas, locomoción, entre otros. La clasificación de este tipo de

motores se realiza en función de los bobinados del inductor y del inducido [9]. Los

motores de corriente alterna ofrecen un costo de mantenimiento menor que lo motores

de corriente continua.

1.10.4 Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna, son los más empleados en la industria, sobretodo, el

motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla, de acuerdo a su velocidad de giro se

clasifican en [9]:

Asíncronos: Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético

generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.

Síncronos: Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético

del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte

móvil del motor.

También se pueden clasificar de acuerdo al tipo de rotor:



Motores de anillos rozantes: Es similar al motor trifásico jaula de ardilla, su

estator contiene los bobinados que generan el campo magnético giratorio,

elimina la corriente excesivamente alta del arranque y el torque elevado.

Motores con colector: Los colectores también son llamados anillos rotatorios,

entregar alta potencia con dimensiones y peso reducidos, soportar considerables

sobrecargas temporales sin detenerse completamente, se adaptan a las

sobrecargas disminuyendo la velocidad de rotación, sin excesivo consumo

eléctrico, producen un elevado torque de funcionamiento.

Motores de jaula de ardilla: Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla,

es un cilindro montado en un eje, internamente contiene barras conductoras

longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos

extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se

deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un

hámster (Figura 1.24).

Figura 1. 24 Rotor jaula de ardilla

Otra clasificación es por el número de fases de alimentación:

Motores monofásicos: Fueron los primeros motores utilizados en la industria,

para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un

devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que

el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

Motores trifásicos: Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la

industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio

en tres fases, además de que el sentido de la rotación del campo en un motor

trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual

desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.



1.10.5 Motores trifásicos

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una

fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para

prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a

menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean

para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas,

maquinaria elevada, sopladores (Figura 1.25) [10].

Figura 1. 25 Motor trifásico inducción tipo jaula de ardilla

Los motores trifásicos se pueden conectar internamente de las siguientes formas (Figura

1.26):

Delta: Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una

configuración en triangulo.

Estrella: Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de

ardilla están conectados en estrella. La conexión estrella se forma uniendo una

terminal de cada devanado.

Figura 1. 26 Conexión delta y conexión estrella



1.10.6 Bombas de vacío

En 1650 Otto Von Guericke inventó las bombas de vacío y hasta la actualidad sigue

siendo uno de los equipos más utilizados en los laboratorios tanto de investigación como

de industria en numerosas y variadas aplicaciones.

El método de trabajo de las bombas de vacío es extraer moléculas de gas de un volumen

sellado para generar un vacío parcial. Dado que el rango de trabajo es de una presión

limitada, la evacuación de los sistemas de vacío se realiza en varias etapas, usando en

cada una de ellas una clase de bomba distinta.

Las bombas de vacío se caracterizan por tres aspectos fundamentales:

a) La presión límite o presión mínima de entrada,

b) La cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo

c) El tiempo necesario para alcanzarla.

Estos factores no dependen sólo de la bomba utilizada, sino también del recipiente a

evacuar (presión de vapor de sus partes constitutivas, fugas, etc.). El tiempo necesario

para obtener la presión límite depende esencialmente de la velocidad de evacuación de la

bomba, es decir, del caudal medido a la presión de funcionamiento.

Principio de funcionamiento

El gas aspirado por la boca de aspiración se bombea a través de la cámara A-B hasta el

interior de la bomba, aprisionado entre cada dos palas del impulsor que gira

excéntricamente respecto al anillo líquido formado en la periferia del aro de la bomba.

Figura 1. 27 Bomba de vacío (funcionamiento)

Las variaciones progresivas del volumen encerrado entre 2 palas crea primero una

depresión y seguidamente una compresión del gas en el ciclo B-C hasta su expulsión a

través de la cámara C-D mezclado con parte de líquido que debe reponerse

continuamente (figura 1.27).



Bomba de vacío de pistón oscilante

El principio de funcionamiento de las bombas y compresores de pistones se basa en un

pistón que se mueve alternativamente en un cilindro. El cilindro está dotado de válvulas

que permiten aspirar el aire (cuando el pistón desciende) y de soplarlo al exterior

(cuando el pistón asciende). Si la cabeza del pistón está unida con la biela se dice que el

pistón es oscilante (figura 1.28).

Las bombas de membrana funcionan utilizando un principio similar: una cámara está

dotada de una pared elástica que oscila por medio de una biela. La entrada y la salida del

aire se realizan por medio de las válvulas. A diferencia de las bombas de pistón, las de

membrana tienen la cámara completamente sellada y realizan un circuito en vacío con

perfecta estanqueidad. Están disponibles versiones especiales con cárter de protección

para transformarlas en unidades portátiles y aptas para ser utilizadas como unidades

autónomas.

Figura 1. 28 Bomba de vacío de pistón oscilante

Los principales sectores de uso son: electro-medicinal, transporte por medio de ventosas,

aplicaciones de laboratorio, edilicias, esterilizadoras a vapor y analizadoras de gas.

Algunas de las aplicaciones y usos más comunes son:

Cocción y/o concentrado a baja temperatura de: mosto, jaleas, dulces, jarabes,

etcétera

Vacío central para clínicas médicas o laboratorios

Desgasificado y deshidratado para la impregnación de madera u otro material

poroso

Enfriamiento rápido (evaporación rápida de la humedad en frutas, verduras,

lográndose un veloz descenso de la temperatura.)



Desodorizado (eliminando gases indeseables en sustancias químicas, producción

de alimentos, etcétera)

Destilación a baja temperatura (extracción en vacío de fracciones volátiles)

Eviscerado (eliminación de vísceras en aves, pescados, etcétera)

Aceleración de filtrado, reduciendo la presión en la descarga del filtro (ej.: filtros

rotativos)

1.10.7 Calentadores eléctricos

Las resistencias calentadoras convierten energía eléctrica en calor. Procedimiento

descubierto por James Prescott Joule cuando en 1841 al hacer circular corriente

eléctrica a través de un conductor se liberó calor por encontrar resistencia.

En la actualidad las resistencias calentadoras se utilizan para infinidad de aplicaciones.

La gran mayoría de ellas son fabricadas con un alambre de una aleación de níquel (80%)

y cromo (20%). Esta aleación soporta temperaturas muy altas (1000º C),

es resistivo (condición necesaria para generar calor), es muy resistente a los impactos y

es inoxidable.

Aplicaciones en la industria

Calentamiento de agua dentro de grandes tanques y/o calderas cilíndricas para

uso industrial y calentamiento de radiadores de agua en centrales térmicas

(circuito abierto o cerrado) para la construcción civil y comercial

Calentamiento de fluidos, aire y gases de procesamiento industrial en el interior

de tanques

Tanques de almacenamiento de fluidos a temperatura controlada en ámbito

petrolquímico, químico y farmacéutico

Máquinas e instalaciones de lavado en ámbito textil y metalúrgico

Calderas industriales y hornos de tratamiento térmico de alimentos, centrales

térmicas para la producción de vapor en campo de energía eléctrica, producción

de materias plásticas, astilleros e industria aeroespacial

Instalaciones de tratamiento del agua y separación de sustancias residuales

1.10.8 Válvulas de control

En los procesos industriales la válvula de control juega un parte importante en el bucle

de regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a

su vez el valor de la variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como

el elemento primario, el transmisor y el controlador. En la figura. 1.29 puede verse una

válvula de control típica [12].

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

http://es.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel

http://es.wikipedia.org/wiki/Cromo

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido



Figura 1. 29 Válvula de Control Típica

Electroválvulas

Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de

un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina

solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo y

nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de

todo tipo de fluidos.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula.

El solenoide convierte energía eléctrica, mediante magnetismo, en energía

mecánica para actuar la válvula.

Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa

directamente sobre la válvula dando la energía necesaria para su movimiento. También

es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la

válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso de corriente

y cierra con el siguiente. Estas tienen dos contactos eléctricos, de modo que al cambiar

de posición la válvula abre uno de ellos y cierra el otro.

Las electroválvulas de tipo directo pueden ser cerradas en reposo o normalmente

cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o

bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas

cuando no hay alimentación. Es decir, en el primer caso la válvula se mantiene cerrada

por la acción de un muelle y el solenoide la abre venciendo la fuerza del muelle. Esto

quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la

válvula está abierta. Las normalmente abiertas, funcionan al revés.

Este tipo de válvulas se utilizan muy comúnmente en lavadoras, lavaplatos, riegos y

otros usos similares.

http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula

http://es.wikipedia.org/wiki/Electromec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Solenoide

http://es.wikipedia.org/wiki/Solenoide

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Resorte

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa



1.11 Presión como variable de proceso

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación

seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de

seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones

excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede

provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones

peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos.

Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan

importantes como lo es la seguridad extrema. Por otro lado, la presión puede llegar a

tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la

composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor

absoluto medio o controlado con precisión es de gran importancia ya que afectaría la

pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en

donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio con otra

fuerza conocida, que puede ser la de una columna liquida, un resorte, un embolo cargado

con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede

sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

𝑃 =𝐹

𝐴… … … … … (𝑒𝑐𝑢. 1.1)

En donde:

P = Presión expresada en unidades de Fuerza por unidad de Área

F = Fuerza total en unidades de Fuerza cualquiera

A = Área en unidades de área cualquiera.

La presión puede medirse tanto en valores absolutos o diferenciales. En la figura 1.30 se

indican las clases de presiones que los instrumentos miden comúnmente en la industria.

P.

BAROMETRICA

760 mmHg

CERO

ABSOLUTO

P. ABSOLUTA

P. VACIO

P. MANOMETRICA

Figura 1. 30 Diagrama de presiones



1.11.1 Presión absoluta

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La

presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que

indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es

muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica varia con la

altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el

nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

1.11.2 Presión de vacío

Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se

miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones

superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la

presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al

acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio

(cmHg), metros de agua, etc.

De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión

atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío. Sin

embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta

llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg.

El vacío se mide en milímetros o micrones de mercurio (mm Hg o µHg). Un milímetro

de mercurio, es la presión indicada por una columna de mercurio de 1mm de altura a 0

°C y una gravedad estándar; un micrón es igual a 0.001 mm Hg.

Aun cuando existen instrumentos disponibles comercialmente para medir la presión

absoluta directamente, la mayoría de los medidores de presión, están relacionados con la

determinación de la presión ya sea por arriba o por debajo de la presión atmosférica, esto

quiere decir que la presión atmosférica es la referencia de las presiones manométricas.

1.12 Temperatura como variable de proceso

La temperatura es uno de los factores de gran importancia en los procesos químicos ya

que muchas de las propiedades de las substancias se ven afectadas por la temperatura y

algunas de ellas cambian de estado físico, de sólidos a líquidos, de líquidos a vapores,

etc. Estos fenómenos físicos son aprovechados en los procesos químicos en los cuales

los puntos de congelación, de ebullición sirven de base para separar materiales. La

rapidez con que se verifica una reacción química entre determinadas substancias,

depende considerablemente de la temperatura. La solubilidad de los sólidos en líquidos y

de los gases en líquidos depende también de la temperatura. Esto es porque una

operación común en la mayoría de las plantas industriales es la transferencia de calor.

Los materiales deben ser calentados o enfriados o simplemente mantenerlos a una

temperatura adecuada. Los vapores deben ser condensados y los líquidos deben ser

hervidos para llevar a cabo este tipo de operaciones, es necesario el diseño de equipos



especiales. Asimismo es importante el diseño de instrumentos que nos permitan medir,

controlar y manipular esta variable tan importante como es la temperatura.

Otra variante de la medición y control de la temperatura y con el que estamos más

familiarizados porque en muchos de los casos hemos podido interactuar con ella es en el

control del aire acondicionado de nuestras oficinas u hogares, donde se desea mantener

una temperatura adecuada para nuestro confort y el de nuestros familiares o amigos.

En las plantas industriales muchos de los equipos que se localizan en cuartos de control

como son los sistemas de control, sistemas de telecomunicaciones (conmutadores,

radios, computadoras, copiadoras, etc.), requieren que se les mantenga a una

temperatura adecuada, considerando que ellos mismos son generadores de calor. Por lo

tanto la temperatura de estos cuartos de control debe ser medida y controlada para que

los equipos tengan un desempeño operativo adecuado y satisfactorio.

La temperatura no puede medirse directamente sino que debe deducirse de la propiedad

del material o de la de otro material en equilibrio con él. Puede deducirse de la dilatación

de sólidos, líquidos o gases, de la presión de vapor de un líquido; de la resistencia

eléctrica de ciertos materiales, por lo general sólidos; de la intensidad de la radiación

total o de una banda particular de longitud de onda de la radiación emitida por el cuerpo

caliente; del valor de la fuerza electromotriz (f.e.m.), creada en la unión de dos metales

distintos y de los cambios de estado de sólidos, líquidos o gases.

1.12.1 Termopares

Debido a su versatilidad, el termopar es tal vez el único método práctico industrial para

la medición de temperaturas entre 500 °C y 1500 °C. Los termómetros de sistema lleno

no se diseñan para esas temperaturas. El termómetro de resistencia debe ser diseñado en

forma especial si se desea emplear para tales rangos. Para temperaturas menores de 500

°C a menudo se emplea el termopar aun cuando su costo es mayor que un termómetro de

sistema lleno desarrollando el mismo trabajo.

Una de las ventajas del termopar es que su tensión de salida se puede transmitir a cientos

de metros con un receptor de mili-voltímetro. Con receptores potenciométricos la

distancia puede ser mayor. Otra ventaja es que el termopar se puede fabricar en forma

rápida en casi cualquier taller de instrumentos.

El termopar por sí mismo, es relativamente barato. El instrumento receptor de indicación

o registro empleado con el termopar puede ser del tipo de balance a cero

(potenciométrico) o del tipo de deflexión (milivoltímetro). El empleo de instrumentos de

balance a cero comúnmente son instalaciones más costosas comparadas con un sistema

lleno.

Actualmente se utilizan mucho los convertidores electrónicos milivolt-corriente los

cuales dada su alta impedancia (algunos mega-ohms), permiten distancias del orden de

los 1000 metros. Los convertidores mV/I producen una señal de salida normalizada, por

ejemplo, de 4 a 20 mA.



1.13 El nivel como variable de proceso

La medición de nivel de líquidos y só1idos, es una de las variables más importantes en

los procesos industriales, seguida de la medición de temperatura, presión y flujo. La

medición de nivel, es un recurso muy valioso para el funcionamiento correcto de un

proceso o del balance programado de la existencia de materias primas para la

elaboración de un producto determinado.

En muchos procesos en donde se manejan líquidos contenidos en recipientes, tal como

columnas de destilación, hervidores, evaporadores, cristalizadores, o tanques

mezcladores el nivel en particular de un líquido en un recipiente puede ser

extremadamente significativo para la buena operación de un proceso.

Por ejemplo, un nivel muy alto pudiera trastornar el equilibrio de una reacción química,

causando daño al equipo o derramando un material costoso. De la misma forma, un nivel

muy bajo puede originar consecuencias desagradables.

Además de las condiciones anteriores, existe una tendencia en procesos continuos hacia

la disminución en la capacidad de almacenamiento. Esto reduce el costo inicial del

equipo, pero también acentúa la necesidad para controladores de nivel de líquidos más

precisos y sensibles. Un análisis final para la medición y control de nivel de líquidos en

la operación de un proceso, comúnmente se puede justificar por razones de economía y

seguridad.

1.14 Control mediante HMI Labview

LabVIEW constituye un sistema de programación gráfica para aplicaciones que

involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos. Las ventajas que

proporciona el empleo de LabVIEW se resumen en:

Se reduce el tiempo de desarrollo de las aplicaciones al menos de 4 a 10 veces,

ya que es muy intuitivo y fácil de aprender.

Dota de gran flexibilidad al sistema, permitiendo cambios y actualizaciones tanto

del hardware como del software.

Da la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas. • Con

un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y

presentación de datos.

El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad

de ejecución posible.

Tiene la posibilidad de incorporar aplicaciones escritas en otros lenguajes.

LabVIEW es un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones,

similar a los sistemas de desarrollo comerciales que utilizan el lenguaje C o BASIC. Sin

embargo, LabVIEW se diferencia de dichos programas en un importante aspecto: los

citados lenguajes de programación se basan en líneas de texto para crear el código fuente



del programa, mientras que LabVIEW emplea la programación gráfica o lenguaje G para

crear programas basados en diagramas de bloques. Para el empleo de LabVIEW no se

requiere gran experiencia en programación, ya que se emplean iconos, términos e ideas

familiares a científicos e ingenieros, y se apoya sobre símbolos gráficos en lugar de

lenguaje escrito para construir las aplicaciones. Por ello resulta mucho más intuitivo que

el resto de lenguajes de programación convencionales. LabVIEW posee extensas

librerías de funciones y subrutinas. Además de las funciones básicas de todo lenguaje de

programación, LabVIEW incluye librerías específicas para la adquisición de datos,

control de instrumentación, análisis, presentación y guardado de datos. LabVIEW

también proporciona potentes herramientas que facilitan la depuración de los programas.

1.14.1 Comunicación OPC

Un servidor OPC es una aplicación de software (driver), que cumple con una o más

especificaciones definidas por la OPC Foundation. El servidor OPC hace de interfaz

comunicando o un lado con una o más fuentes de datos utilizando sus protocolos nativos

(típicamente SCADA, HMI, generadores de informes, generadores de gráficas,

aplicaciones de cálculos etc.,). En una arquitectura cliente OPC/ servidor OPC, el

servidor OPC es el esclavo mientras que el cliente OPC es el maestro. Las

comunicaciones entre cliente OPC y el servidor OPC son bidireccionales, lo que

significa que los clientes pueden leer y escribir en los dispositivos a través del servidor

OPC.

Figura 1. 31 Servidor OPC del software RSLinx

Existen cuatro tipos de servidores OPC definidos para OPC Foundation, y son los

siguientes:

Servidor OPC DA. Basado en OPC Data Access. Especialmente diseñado para la

transmisión de datos en tiempo real.

Servidor OPC HFD. Basado en la especificación de datos historiados que provee

al cliente OPC HDA de datos históricos

Servidor OPC A&E Server. Basado en la especificación de alarmas y eventos.

Transfiere alarmas y eventos desde el dispositivo hacia el cliente OPC A&E.



Servidor OPC UA. Basado en la especificación de arquitectura unificada. Basado

en el set más nuevo y avanzado de la OPC Foundation, permite a los servidores

OPC trabajar con cualquier tipo de datos.

En conjunto, los tres primeros tipos de servidores OPC se conocen como servidores

OPC “Clásicos” para distinguirlos de OPC UA que se convertirá en la base de las futuras

arquitecturas OPC.

Comunicaciones Cliente OPC / Servidor OPC (Servidor OPC DA, Servidor OPC

HDA, Servidor OPC A&E) (figura 1.32).

Los Servidores OPC clásicos utilizan la infraestructura COM/DCOM de Microsoft

Windows para el intercambio de datos. Lo que significa que esos Servidores OPC deben

instalarse bajo el Sistema Operativo de Microsoft Windows. Un Servidor OPC puede

soportar comunicaciones con múltiples Clientes OPC simultáneamente.

Servidor OPC - Traducción de Datos/Mapping (figura 1.32).

La principal función de un Servidor OPC es el traducir datos nativos de la fuente de

datos en un formato OPC que sea compatible con una o más especificaciones OPC

mencionadas anteriormente (ejemplo: OPC DA para datos en tiempo real). Las

especificaciones de la OPC Foundation solo definen la porción OPC de las

comunicaciones del Servidor OPC, así que la eficiencia y calidad de traducción del

protocolo nativo a OPC y de OPC al protocolo nativo dependen enteramente de la

implementación del desarrollador del Servidor OPC.

Servidor OPC –Comunicación Fuente de Datos (figura 1.32).

Los Servidores OPC comunican nativamente con las fuentes de datos, por ejemplo:

dispositivos, controladores y aplicaciones. Las especificaciones de la OPC Foundation

no especifican como el Servidor OPC se debe comunicar con la fuente de datos porque

hay una gran variedad de fuentes de datos disponibles en el mercado. Cada PLC, DCS,

controlador, etc. tiene su propio protocolo de comunicación o API que a su vez permiten

la utilización cualquier cantidad de conexiones físicas (serial RS485 o RS232, Ethernet,

wireless, redes propietarias, etc.)[18].



Figura 1. 32 Estructura OPC Server

Imagen tomada de página oficial MatrikonOPC

Con los fundamentos teóricos establecidos en este capítulo, se pone en contexto para

conocer la situación actual del proceso, identificar las variables inherentes y más

importantes del prototipo así como tener las herramientas teóricas para proponer los

equipos necesarios y una solución integral, en el capítulo siguiente se hará mención de

las condiciones del prototipo.



CAPÍTULO II

Proceso actual y

problemática

En este capítulo se menciona brevemente y de manera general el proceso para la

obtención de concentrado de jugo, de igual manera se describe los elementos que

conforman el prototipo en la actualidad, así de cómo son operados para poner en

funcionamiento el proceso de concentración, por lo cual también se menciona la

propuesta de solución.



2.1 Proceso actual

A continuación se dará un panorama general y actual de cómo se lleva a cabo la

producción de concentrados de jugo hoy en día, así como su composición y

funcionamiento del prototipo.

2.1.1 Los evaporadores en la producción de concentrado de jugo

La producción de concentrado de jugo, por lo general es desarrollada por empresas

refresqueras, las cuales emplean evaporadores industriales para la obtención de este

producto, pero en la actualidad los productores de jugo natural han comenzado a

desarrollar su propia tecnología para la obtención de este producto, siendo el proceso de

evaporación el más apto para esta tarea. Por lo cual los evaporadores son empleados en

industrias como son:

Industria alimenticia

Industria química

Industria farmacéutica

Ahora bien como ya se había mencionado anteriormente la clasificación de los

evaporadores, en la siguiente tabla, aparecen los evaporadores que se emplean en la

industria alimenticia y algunas de las sustancias que evaporan.

Tabla 2. 1 Evaporadores y sus sustancias de trabajo

Tipo de evaporador Sustancias que evaporan

Evaporador de película fina Pasta de tomate, café, leche, suero y malta

Evaporador de triple efecto Suero de leche, almidón y azúcar de frutas

Evaporador de película descendente Jugos naturales y líquidos farmacéuticos

Evaporador de película ascendente Productos lácteos, sustancias termosensibles

Evaporador de circulación natural

con calandria exterior

Extractos cardiacos, productos lácteos y

zumos de fruta

Evaporador de circulación forzada Mermeladas de fruta

Evaporador de placas Jaleas y productos lácteos

Evaporador de tubo vertical Ácidos grasos y jugos naturales

Se podrá observar que algunos de los evaporadores trabajan con jugos naturales, siendo

su objetivo la concentración de jugo, los cuales se caracterizan por operar de una manera

semejante, dicho proceso se describe en el siguiente esquema (Figura 2.1).



Figura 2. 1 Operación general de evaporadores

2.1.2 Etapas y componentes del prototipo.

El prototipo desarrollado por una empresa para la obtención de concentrado de jugo de

naranja, consta de varias etapas, en las que algunas son cien por ciento manuales, dichas

etapas la componen una serie de elementos y en algunos casos no existen elementos ya

que dependen directamente de la intervención humana, las etapas y los elementos se

describirán a continuación.

Etapa de bombeado de materia prima al evaporador

Elementos que componen la etapa:

Ningún elemento, depende totalmente de la intervención humana

Descripción de la etapa:

En esta etapa no existe ningún componente ya que la materia prima que

tiene que ser introducida dentro del evaporador es suministrada de forma

manual por el operador, es decir, el operador a través de un recipiente

llena el evaporador de materia prima hasta un nivel determinado.

Figura 2. 2 Llenado manual de evaporador

1.- Tanque de almacenamiento de

materia prima

2.- Bombeo de materia prima a evaporador

3.- Generación de vacío dentro del evaporador

4.- Aumento de temperatura de la materia prima

dentro del evaporador

5.- Se mantiene la matería prima a

presión de vacío y a bajas temperaturas

dentro del evaporador

6.- Cesa la generación de vacío

y el aumento de temperatura

7.- Las condiciones iniciales del

evaporador se restablecen

8.- Extracción de materia prima

evaporada



Etapa de generación de vacío dentro del evaporador.


Compresor frigorífico e interruptor manual.


La toma de succión del compresor frigorífico se encuentra conectada al

evaporador, por lo cual al ser accionado por el operador mediante un

interruptor manual, se comienza a extraer el aire dentro del evaporador,

generando una presión de vacío.

Figura 2. 3 Generación de vacío mediante interruptor manual

Etapa de aumento de temperatura de la materia prima.


Calentador de resistencia e interruptor manual.


Al disminuir la presión dentro del evaporador, por medio de la generación

de vacío, se comienza a calentar la materia prima, dicho proceso se

realizara accionando el interruptor manual de un calentador de

resistencia, este dejara de operar en cuanto se alcanza la temperatura

deseada y volverá a operar en cuanto la temperatura de la materia prima



sea menor que la deseada, estas acciones de encendido y apagado del

calentador son realizadas por el operador.

Figura 2. 4 Aumento de temperatura de la materia prima

Etapa de extracción de producto final (Concentrado de jugo de naranja).


Válvula manual.


Al cumplir con los ciclos necesarios para evaporar el agua del jugo de

naranja y así obtener un concentrado, las condiciones iniciales del

evaporador se restablecen (A presión atmosférica y a temperatura

ambiente), para poder extraer el concentrado de jugo de naranja, la

extracción se realiza mediante la apertura manual de una válvula que se

encuentra en la parte inferior del evaporador y por medio de gravedad el

concentrado de jugo es extraído.



Figura 2. 5 Extracción manual de concentrado

2.2 Condiciones actuales del producto

En seguida se muestra un estudio realizado mediante preguntas con base a las cualidades

que presentaba el producto elaborado en el prototipo, así como las gráficas respectivas.

2.2.1 Consistencia del producto final

Como se ha mencionado, el proceso carece de automatización y bajo estas condiciones

se determinó la consistencia del producto final, para ello se empleó un método

cualitativo en donde el instrumento para la recopilación de información fue la encuesta

atreves de la degustación del producto, debido a que es un producto alimenticio en etapa

de desarrollo el cual depende de la formula, la consistencia o de los ingredientes.

La metodología consistió en que el evaporar en su estado actual operara durante cinco

ocasiones produciendo cinco lotes de producto, los cuales serían degustados por una

muestra de treinta personas, al término de la degustación, los degustadores responderían

una encuesta la cual se divide en dos partes, a continuación se presentan los resultados

obtenidos en la primera parte de la encuesta la cual se basa en preguntas relacionas con

la consistencia del producto.



Los resultados de la primera pregunta de la encuesta se presentan en la figura 2.6 se

puede observar que los degustadores respondieron que la pruebas no mantenían una

consistencia.

Figura 2. 6 Encuesta consistencia entre degustaciones

Si existía una inconsistencia en el producto, era necesario saber si esta variaba

demasiado entre cada una de las pruebas, es decir se quería saber si solo eran un poco

diferentes o demasiado diferentes, por lo cual la segunda pregunta fue diseñada para

poder aportar estos datos, los resultados se observan en la figura 2.7

Figura 2. 7 Encuesta variación entre degustaciones

Como se mencionó anteriormente las pruebas a degustar son de diferentes lotes pero del

mismo proceso, en el caso de que la consistencia de producto variara demasiado era

necesario saber si el degustador tendría la certeza de que cada prueba era de diferente

proceso.

23%

77%

¿Se mantiene la consistencia del producto en las cinco pruebas que degusto?

SI

NO

87%

13%

¿La consistencia entre cada una de las pruebas varia demasiado?

SI

NO



Figura 2. 8 Encuesta percepción de origen de degustaciones

Con los resultados obtenidos en la cuesta se puede determinar que cada lote que se

fabrica no guarda consistencia con ningún otro lote que se haya fabricado o que se vaya

a fabricar y no solo eso la diferencia es tan grande que se considera que cada prueba

proviene de diferente proceso.

2.2.2 Aceptación en el mercado

Previamente se mencionó que la encuesta realizada consistía en dos partes, la primera

parte nos permitiría determinar la consistencia del producto, ahora la segunda parte se

enfoca en determinar la aceptación del producto, por lo cual se tuvo que aclarar que las

pruebas degustadas provenían de un mismo proceso, posteriormente se preguntó a los

degustadores, si ellos consideraban que el producto era de calidad, con esta pregunta se

tendría una idea de que a pesar del método de producción, era posible que el público

aceptara el producto bajo su criterio de calidad.

Figura 2. 9 Encuesta percepción de la calidad del producto

En la última pregunta de la encuesta se procedió a obtener información acerca de la

adquisición del producto, teniendo en cuenta que existen productos que a pesar de sus

características pueden o no ser adquiridos, a continuación de presentan los resultados.

63%

37%

¿Considera usted que cada prueba es de diferente proceso?

SI

NO

40%

60%

¿Considera que el producto es de calidad?

SI

NO



Figura 2. 10 Encuesta adquisición del producto

Al término de la segunda parte de la encuesta se pude concluir que al no satisfacer la

perspectiva de calidad el producto este no será aceptado en el mercado, por lo cual es

necesario que el proceso de fabricación sea modificado, teniendo como objetivo el

mejoramiento del producto.

2.3 Problemática del proceso actual

A continuación se muestra la metodología seguida para la localización de la

problemática de mayor relevancia en la elaboración del producto.

2.3.1 Análisis de la problemática por diagrama de Causa-Efecto

Como bien se sabe el proceso actual presenta como principal problemática el ser un

evaporador poco eficiente, esto se ha podido constatar al momento de describir

anteriormente los elementos y las etapas que lo constituyen, a continuación dicho

problema se analizara mediante el diagrama de causa y efecto de la figura 2.11.

13%

87%

¿Con base en las características degustadas adquiriría este producto?

SI

NO



Figura 2. 11 Diagrama de causa y efecto de la problemática del evaporador

Como se puede observar el diagrama de causa y efecto nos aporta información muy

importante de donde se encuentran la mayoría de las causas que provocan nuestro

problema, siendo el método y la maquinaria, las que acumulan la mayoría de las causas,

dichas causas se deben a que el proceso carece de automatización.

2.3.2 Análisis atreves de la matriz FODA

Para tener otro enfoque, se realizara un análisis FODA con objetivo de analizar “Las

características actuales del evaporador”, tomando en cuenta las causas determinadas en

el diagrama de causa y efecto, logrando una perspectiva más clara del efecto que tienen,

con lo cual se determinara cuáles son los pasos a seguir para la solución del problema

(Figura 2.12).



Figura 2. 121 Análisis de la problemática mediante matriz FODA

Atreves de la matriz FODA y el diagrama de causa y efecto, se determina que el

problema principal, es la inexistencia de automatización, ya que los problemas que

presenta el evaporador en la actualidad pueden ser solucionados al automatizar el

proceso, algunas ventajas de la automatización es que logra que los procesos sean:

Eficientes.

Confiables.

Seguros.

2.4 Solución propuesta

En seguida se podrá observa la automatización que se empleara en la solcuion del

problema tomando en cuenta las ventajas y desventajas de cada tipo, se hara la elección.

2.4.1 Tipo de automatización a emplear

Anteriormente en el Capítulo 1 se hizo mención de los tipos de automatización

enfocándose en una descripción, a continuación en la tabla 2.2 se hará mención de las

desventajas y ventajas de cada tipo, esto con el objetivo de determinar cuál es el tipo de

automatización que mejor se adapte al prototipo, con lo cual se podrá obtener una

perspectiva o tendencia de los equipos necesarios y la manera en que se integraran para

lograr el tipos de automatización determinado.

Fortalezas (+)

•Ser sencillo en su construcción

•Mantenimiento económico

•Ser un proceso económico

Debilidades (-)

•Ser un proceso manual

•Sin consistencia en producto final

•Falta de instrumentos y equipo

•Dependencia de la intuición del operador

•Sin presencia de automatización

•Sin tiempos predeterminados de operación

•Riesgoso para el operador

•No se pueden detectar fallas fácilmente

•Baja producción

•Proceso lento

Oportunidades

•Reducción de procesos manuales

•Homogeneidad en producto final

•Aplicación de instrumentos de medición

•Aplicación de un controlador

•Incorporación de elementos automatizados

•Creación de rutinas con tiempos preestablecidos

•Nula intervención humana en procesospeligrosos

•Detección de fallas a través del controlador

•Aumento en la producción

•Aumento de velocidad de produccion

Amenazas

•Ser un proceso costoso

•Aumento en la complejidad del proces

•Aumento en los costos de mantenimiento

•Necesidad de personal especializado



Gracias a la tabla 2.2 se ha podido determinar que el mejor tipo de automatización que

se adapta al prototipo es la “Automatización programable”, debido a que las ventajas

que presentan en este tipo, son las características necesarias para el prototipo, pensando

en las condiciones en las que se encuentra y a las que se piensa llegar. Además como ha

sido mencionada en la literatura puede presentar algunas variaciones pero nunca tantas

como la flexible así que será posible usar en la producción de diferentes concentrados.

2.4.2 Propuesta de automatización

A continuación se presenta la propuesta de automatización, en la cual se planea la

implementación de una serie de nuevos elementos, a continuación se describirá la

propuesta:

Tabla 2. 2 Ventajas y desventajas de tipos de automatización

Ventajas Automatización

fija

Automatización

programable

Automatización

flexible

Volúmenes de producción muy altos

Volúmenes de producción medio

Volúmenes de producción relativamente bajos

Alto rendimiento en producción

Diversidad en la producción a obtener

Adaptación a variaciones en el producto

Distribución del trabajo en estaciones

Mínimos tiempos muertos debido a

modificaciones

Desventajas Automatización

fija

Automatización

programable

Automatización

flexible

Fuerte inversión en equipo de ingeniería

Alto consumo de energía

Vida útil dependiente de la demanda del

producto

Poca adaptación a cambios en el producto

Implementación de instrumentos sensibles



Etapa de gestión y control del proceso

Elementos a incorporar

HMI y PLC

Descripción de modificaciones o implementaciones

Desde el HMI se podrá visualizar información del proceso, así como del estado

en el que se encuentran, de igual forma se podrá emplear como una estación de

control remota del proceso, por su parte el PLC atreves de sus entrada y salidas

estará recibiendo y mandando información de cada una de las etapas, dicha

información será transmitida al HMI por medio de la comunicación OPC.

Etapa de bombeo


Relevador-Contactor, bomba centrifuga


El PLC mandara una señal al relevador-contactor, dicha señal determinara el

accionamiento de la bomba centrifuga, el relevador será el intermediario entre el

sistema de control y el sistema de potencia.

Etapa de generación de vacío


Relevador-Contactor


Anteriormente el accionamiento del compresor frigorífico era realizado por el

operador atreves de un interruptor manual, se propone el reemplazo de esta

condición a través de la implementación de un relevador-contactor el cual

accionara el compresor de acuerdo a la señal que reciba del PLC.

Etapa de aumento de temperatura


Relevador-Contactor


Como se ha mencionado anteriormente las etapas del proceso en su mayoría son

manuales y esta etapa no es la excepción, ya que dependía de la intervención del

operador, nuevamente se propone un relevador-contactor para la solución a este

problema, el cual accionara el calentador de resistencia dependiendo de la señal

que reciba del PLC.

Etapa de aislamiento del sistema




Relevador-Contactor y electroválvulas


En etapas anteriores el accionamiento de los elementos se realiza atreves de un

relevador-contactor, esta etapa no será la excepción, por lo cual el accionamiento

de las electroválvulas se realizara de la misma manera, como resultado se

reducirá la intervención del operador, una de grandes ventajas del empleo de las

electroválvulas es el accionamiento simultaneo de varias de ellas.

Etapa de medición de variables


Termopar, transmisor de presión y sensores de nivel alto y bajo


En el proceso actual no se cuenta con ningún instrumento de medición para las

variables presentes en el proceso, por lo cual se pretende la implementación de

un termopar para la medición de la temperatura en la materia prima, de igual

manera se propone implementar un transmisor de presión el cual estará midiendo

las condiciones de vacío, por último los sensores de nivel estarán detectando el

nivel de materia prima que hay dentro del evaporador, dichos instrumentos

estarán transmitiendo las mediciones al PLC.

A continuación se presenta de manera general la propuesta de automatización que se ha

descrito, de acuerdo a los elementos y las etapas propuestas.



Figura 2. 13 Propuesta de automatización de acuerdo a elementos y etapas

En la figura 2.13 se muestra cada una de la etapas y los elementos a incorporar, a

continuación en la figura 2.14 se puede observar la propuesta de integración de los

elementos.



Figura 2. 14 Propuesta de automatización de acuerdo a su integración

Una vez descrito el proceso del prototipo, los equipos con los que cuenta y su operación

en este capítulo, se pueden proponer algunos equipos con los cuales se controlara o

medirán las variables importantes del mismo, lo cual se muestra en el capitulo III.



CAPÍTULO III

Selección de equipo

En este capítulo se hará una descripción de varios de los elementos a implementar, logrando

seleccionar los equipos necesarios y más adecuados para la automatización del proceso

como la bomba centrifuga, sensores, electroválvulas, etc.



3.1 Selección de equipo

En la propuesta de ingeniería se propusieron los elementos a emplear, para lograr la

automatización del proceso dando como resultado la solución del problema, pero en la

actualidad existe una gran variedad de elementos disponibles y es necesario realizar una

selección; dichos elementos deben ser seleccionados de acuerdo a la aplicación y

características del proceso.

3.1.1 Selección de bomba En la propuesta de automatización se pretende implementar una bomba centrifuga para

el transporte de materia prima del tanque de almacenamiento al evaporador, debido a

que se manejaran flujos pequeños durante periodos intermitentes, es recomendable que

su alimentación sea trifásica, ya que operan de una mejor manera bajo dichos periodos,

debido a las características del proceso se requiere una bomba de baja potencia, en el

rango de½ a 1 Hp, a continuación en la tabla 3.1 se examinaran algunas de bombas

centrifugas más comunes en el mercado.

Tabla 3. 1 Selección de bomba centrifuga

Características WATER PUMP

WEQUP QB-60

BOMBA

TRUPER

BOAP-3/4 10069

WÁTER PUMP

A.M.P. QB-60

Flujo máximo 35 l/min ------------------- 40 l/min

Altura máxima 35 m 65 m 35 m

Profundidad de succión 9 m 8 m 6 m

Corriente 5 A 7.6 A 4.2 A

Potencia 0.5 Hp 0.75 Hp 0.5 Hp

Alimentación 110 V 120 V 220 V

RPM 3450 3450 3450

Como se puede observar la bomba que cumple con las características necesarias es la

bomba A.M.P. QB-60 (Figura 3.1) ya es la mejor opción debido a que tiene el menor

consumo de corriente, a pesar de aportar un flujo máximo superior a las otras bombas,

de igual manera cuenta con una alimentación trifásica, dicha característica será necesaria

en el proceso debido a que podrá operar por periodos intermitentes.

Figura 3. 1 Bomba A.M.P. QB-60



3.1.2 Selección de sensor de temperatura

Como se ha mencionado es necesario mantener una determinada temperatura dentro del

evaporador, por lo tanto es indispensable la medición de dicha variable, de igual manera

se el proceso no cuenta con sustancias peligrosas, por lo cual se propuso el empleo de un

sensor de temperatura ya que este tipo de dispositivos se encuentran en contacto con la

sustancia a medir.

Por otro lado se sabe existen varios tipos de sensores de temperatura con diferentes

rangos de operación y aplicación, ya que cada uno de ellos opera de una mejor manera a

ciertas condiciones, en la tabla 3.2 se comparan las características de algunos sensor de

temperatura.

Tabla 3.2 Selección de sensor de temperatura

Termostato A419 Termopar K RTD Temperature

Sensor Pt100

Rango de

aplicación usual

()

-34 a 100 -200 a 1260 -100 a 200

Tipo de señal Tensión Tensión Resistencia

Ambiente de

trabajo

Atmosferas

oxidantes

Ambientes secos

libres de humedad

Aplicación Control de

temperatura de

espacio y retorno de

aire.

Hornos de

tratamiento térmico

Ideal para bajas

temperaturas, en

industrias

alimenticias

Precisión ±0.6ºC ±0.5ºC ±0.15 ºC

Tipo de uso Robusto Robusto Frágil

En las notas acerca de cada termopar se pude destacar que algunos de ellos trabajan no

toleran ciertas condiciones como son la corrosión, el vacío o atmosferas oxidantes, por

lo cual requieren ambientes específicos y algunos pueden contaminarse fácilmente

debido a esto requieren de una adecuada protección.

El proceso exige un sensor de temperatura que cumpla con sus necesidades y como se

puede observar el mejor sensor que se adapta a las cualidades del proceso es el termopar

tipo K (Figura 3.2) ya que soporta dichas condiciones sin la necesidad de protección de

igual manera se emplea en procesos térmicos, por esta razón cuenta con un rango de

aplicación adecuado para el proceso.



Figura 3. 2 Termopar tipo K

Punta

caliente Conexión

NPT

Terminales



3.1.3 Selección de transmisor de presión

Como se ha mencionado se trabajara con presiones de vacío, manteniendo una

determinada presión dentro del evaporador para poder crear las condiciones adecuadas

para el proceso, debido a esto es indispensable que la variable de presión sea medida,

por lo cual se propone el empleo de un transmisor de presión, a continuación en la tabla

3.3 se realiza una comparación entre diversos transmisores de presión, con el objetivo de

lograr una selección adecuada.

Tabla 3. 2 Comparación entre transmisores de presión

Cerabar T PMC131 Transmisor de

presión Dwyer

modelo 626

Cerabar T PMP135

Tipo de

medición

Presión absoluta y

manométrica.

Presión absoluta

y manométrica.

Presión absoluta y presión

manométrica en procesos

higiénicos.

El campo de

aplicación

Gases, polvos y

líquidos.

Gases y líquidos. Gases, polvos y líquidos.

Señal de

salida 4 a 20 mA. 4-20mA

0-5 VDC

1-5 VDC

0-10 VDC

0.5-4.5 VDC

4 a 20 mA

Salida de conmutación

PNP.

Conexión a

proceso G ½

½ MNPT y ¼

FNPT

G ½, 11 mm

diámetro interior

1/4˝ macho o

hembra NPT

y BSPT.

Higiene:

Abrazadera DN 22

(¾)

Tri-Clamp DN 25 a 38

Tri-Clamp DN 40 al

51

G 1

SMS 1½ "

Rango de

medición

1 a 0bar/-100 a 0 kPa

hasta 0 a 40bar/0-

4MPa

0-100 psia 0 a 1bar/0 a 100kPa hasta

0 a 40bar/0 a 4MPa

Temperatura

de procesos

De -20 a +100 °C De -18 a 93°C

De -25 a +100 °C

(+135°C por máximo una

hora)

Notas Con celda de medición

capacitivo y diafragma

de medición cerámica

Con celda de medida

piezoresistivo y diafragma

de medición metálica para

aplicaciones de higiene

Las cualidades del proceso demandan el empleo de un transmisor de presión para

satisfacer el objetivo de automatización, pero de igual manera dichas cualidades

determinan las características que deberá tener el transmisor, en dado caso el transmisor



Cerabar T PMC131 satisface las necesidades del proceso, ya que los demás trasmisores

cuentan con características que no serían de gran utilidad al proceso, es decir, algunos

transmisores no son los adecuados, ya que se emplean en procesos específicos.

En la figura 3.3 se puede observar en transmisor seleccionado.

Figura 3. 3 Transmisor de presión Cerabar T PMC131

3.1.4 Selección de electroválvulas

Para lograr la presión de vacío requerida dentro del evaporador, es necesario sellar sus

entradas y salidas, por lo cual se propuso el empleo de electroválvulas, las cuales

permitirán el sellado del evaporador para dar lugar a la generación de vacío, en la tabla

3.4 se compran diversas electroválvulas, para lograr una selección adecuada.

Tabla 3. 3 Comparación entre electroválvulas

Electroválvula

marca Standart

Electroválvula marca

Deltrol controls

Electroválvula

marca Balay

Presión máxima 70 psi 120 psi 60 psi

Alimentación de

solenoide

220 V 120 v 120 v

Aplicación Líquidos Líquidos y gases Gases

Unidireccional

Bidireccional

La electroválvula marca Deltrol controls tiene como aplicación líquidos y gases, por lo

cual es la más adecuada para el proceso, ya que la materia prima se encontrara en estado

líquido y por otro lado el aire estará en estado gaseoso al momento de su extracción

Conexión a

NPT

Señal de 4-20mA

Cuerpo de

transmisor



dentro del evaporado, de igual manera su accionamiento se realiza con una tensión de

alimentación de 127 V, dando como resultado la mejor opción a emplear.

Figura 3. 4 Electroválvula para proceso

3.1.5 Selección de sensores de nivel

Una de las variables a medir dentro del proceso es el nivel de materia prima dentro del

evaporador, pero al no ser un proceso continuo no se requiere de una medición precisa,

por lo cual se propone implementar sensores de nivel tipo flotador, los cuales nos

puedan aportar una señal en cuando detecten que el nivel, a continuación se presenta una

comparación de los más comunes en el mercado.

Tabla 3. 4 Comparación entre sensores de nivel

Sensor flotador de

líquido marca ZEA

Sensor flotador de

líquido marca NUT

Alimentación 220 VCA 127 VCA 220 VCA

Temperatura de

operación

10 a 40 10 a 30 10 a 50

Aplicación Líquidos no

corrosivos

Líquidos no

corrosivos

Líquidos

corrosivos

Dimensiones 15cm x 8cm x15cm 7cm x 5cm x 8cm 10cm x 4cm x 5cm

Vida útil 107 ciclos 250 ciclos 120 ciclos

Como se puede observar ninguno de los sensores de nivel cumple con las condiciones

del proceso, debido a que el proceso presentara altas aumentos de temperatura, por otra

parte se manejaran líquidos que de alguna manera tendrán un grado de corrosión, el cual

pudiera afectar su funcionalidad, por último los ciclos de operación, los cuales son muy

pocos, en consecuencia se tendrían que estar reemplazando continuamente, por

consiguiente no se logró seleccionar algún dispositivo de la tabla 3.5.

Al no contar con un dispositivo que cumpla con las características del proceso, se

propone la fabricación de los sensores, los cuales podrán trabajar con una tensión de

alimentación mucho menor a los de la tabla 3.5 y de iguala manera su vida útil será

mayor, superando el promedio de ciclos, pocas palabras deberá cumplir con las

Entrada Salida

Terminales de alimentación



necesidad del proceso, como lo es ser resistente a líquidos corrosivos y a altas

temperaturas.

En la figura 3.6 se muestra los sensores de nivel ya fabricados, de acuerdo a las

necesidades del proceso.

Figura 3. 5 Diseño de sensor de nivel

Figura 3. 6 Sensor de nivel fabricado

3.1.6 Selección de PLC

Para lograr automatizar el proceso es necesario un Controlador Lógico Programable

(PLC), el cual deba contar con un mínimo de 7 entrada digitales para los elementos de

control como lo son los sensores y botones, de igual manera deberá contar con 6 salidas

digitales para la manipulación y accionamiento de determinador elementos y por otra

parte se necesitaran dos entradas analógicas para la medición de las variable de

temperatura y la variable de presión.

También es importante tomar en cuenta factores ambientales como lo son la humedad,

ventilación, polvo y saber si la instalación eléctrica cuenta con una alimentación

adecuada para el PLC.

Anteriormente se mencionó que se empleara automatización flexible, por lo cual se debe

considerar que el controlador sea de igual manera flexible, es decir que pueda ser

modificado a las necesidades del proceso, en pocas palabras que se puedan añadir más

entradas y salidas para la manipulas de los futuros dispositivos, a continuación den la

tabla 3.6 se hace una comparación entre los tipos de PLC que se pudieran emplear.



Tabla 3. 5 Comparación de PLC

MicroLogix 1000 MicroLogix 1100 Step 7 200 CPU 221

Alimentación 85/264 VCA 132 VCA 120 VCA

Entradas digitales I0 a I19 I0 a I9 I0 a I5

Salidas digitales O0 a O11 O0 a O5 O0 a O4

Entradas analógicas

No aplica 2 No plica

Salidas analogicas No aplica No aplica No aplica

Expansión de módulos de entrada y salida

No

Si

Si

Comunicación OPC Si Si No

Tipo de comunicación para programación

Serial (RS232) Ethernet IP Serial (RS232)

Como se puede observar cada uno de los controladores tiene características diferentes,

pero a pesar de las diferencias entre cada controlador, el PLC MicroLogix 1100 es el que

mejor se adapta a las necesidades del proceso, por lo cual se seleccionó, ya que cuenta

con las entradas digitales necesarias y de iguala manera cuenta con las salidas digitales

necesarias, también cuenta con los canales analógicos para la medición de la variable de

presión y temperatura.

Figura 3. 7 PLC seleccionado

Entradas digitales y

analógicas

Puerto para comunicación

Ethernet

Display

Teclas de

navegación

Salidas digitales



3.1.7 Selección de software para HMI

En esta sección no se realiza una tabla comparativa, ya que para este tipo procesos se

recomienda el empleo de LabVIEW, debido a que es un proceso en etapa de desarrollo,

dicho software tiene grandes cualidades para el desarrollo de este tipo de procesos, ya

que cuenta con un ambiente muy didáctico y de fácil entendimiento.

Para poder implementar una HMI al proceso es necesario un medio de comunicación

entre nuestro controlador y nuestra HMI, en este caso el software LabVIEW cuenta con

la comunicación OPC y de igual manera el PLC MicroLogix 1100 cuenta con este tipo

de comunicación, por lo cual es posible establecer un vínculo para la transferencia de

información.

Por último, LabVIEW da la facilidad de editar la forma de sus componentes con lo cual

se pueden crear HMI’s con un mejor diseño, el cual pudiera ser de gran ayuda en el

entendimiento del proceso.

Figura 3. 8 LabVIEW

Una vez seleccionados los equipos necesarios para el desarrollo de la automatización, se

tienen todos los elementos para la instalación y el desarrollo de la ingeniería necesaria así

como el desarrollo de la lógica de funcionamiento como la programación, en el capítulo IV

se desarrolla la instalación de cada elemento del sistema.



CAPÍTULO IV

Desarrollo de

ingeniería

En esta capítulo se aborda el desarrollo de la integración eléctrica y control (PLC), así

como la implementación de los equipos requeridos para la automatización del prototipo.



4.1 Representación tridimensional del prototipo

Una vez seleccionados lo elementos a emplear, de igual manera se propone una

instalación y distribución de los elementos, ya que algunos de ellos deben de ser

instalados de cierta manera, por lo cual en la Figura 4.1 se visualiza dicha propuesta,

cabe aclarar que en la práctica la instalación de los elementos puede variar debido a

diversos factores.

De igual manera en la figura 4.1 se puede visualizar la integración de los cada uno de

elementos propuestos, como se podrá notar el prototipo contara una bomba centrifuga

para la etapa de llenado, con electroválvula para la etapa de cierre y apertura del sistema,

un transmisor de presión, un termopar para la medición de la temperatura y sensores de

nivel.

Figura 4. 1 Representación isométrica del prototipo

En la figura 4.2 se puede visualizar la instalación y la ubicación de la bomba dentro del

prototipo, dicha bomba se encuentra ubicada en la parte inferior central del prototipo.



Figura 4. 2 Ubicación de bomba

De igual manera en la figura 4.3 se muestra la ubicación de la electroválvula y como se

propuso, lograran cerrar y abrir el sistema.

Figura 4. 3 Ubicación de electroválvulas

La ubicación del transmisor de presión dependerá de la sustancia que se esté midiendo,

en este caso se estará midiendo la presión de un gas, por lo cual se propone la instalación

en la parte superior del evaporador figura 4.4.

Bomba

centrifuga

Electroválvulas



Figura 4. 4 Ubicación de transmisor

Los calentadores de resistencia mantendrá la misma ubicación de instalación (figura 4.5)

ya que no requiere de alguna modificación.

Figura 4. 5 Ubicación de calentadores de resistencia

De igual manera la ubicación del termopar se de gran importancia, debido a que es

necesario saber la cual es la temperatura de nuestra fuente de calor.

Transmisor

de presión

Calentadores de

resistencia



Figura 4. 6 Ubicación de termopar

Como se mencionó anteriormente los sensores de nivel serán de tipo flotador y solo nos

entregaran una señal de alto y bajo nivel, como se muestra en figura 4.7 uno se

encuentra en la parte superior y otro en la parte inferior del evaporador.

Figura 4. 7 Ubicación de sensores de nivel

De igual manera que el calentador de resistencia, el compresor mantendrá la misma

ubicación debido a que no es necesaria una alteración de su ubicación.

Termopar

Sensores

de nivel



Figura 4. 8 Ubicación de compresor

Se incorporó un tablero de control, el cual consta de un botón de paro, un botón de

arranque, tres botones y tres luces indicadoras para cada etapa, la de llenado, evaporado

y vaciado, dicho tablero se muestra en la figura 4.9.

Figura 4. 9 Ubicación de Tablero de control

El elemento intermediario entre los elementos de control y de potencia es el relevado-

contactor, se creó un banco de relevadores-contactores (figura 4.10) debido a que se

cuenta con varios elementos de potencia.

Compresor

Botón de

arranque y

paro

Luces

indicadoras Botones para

etapas



Figura 4. 10 Banco de relevadores-contactores

Para la conexión de los elementos de control y potencia, se instalaron clemas, como se

muestra en la figura 4.11.

Figura 4. 11 Clemas de conexión

4.1.1 Diagrama de tubería e instrumentación

El diagrama de tubería e instrumentación muestra los elementos del sistema además de

cómo son conectados y comunicados entre sí, también en este diagrama se pueden

observar las variables importantes de proceso así como los valores esperados, como se

muestra en la figura 4.12.

Banco de

relevadores

contactores

Clemas de

conexiones



La simbología de instrumentación empleada en el diagrama de tubería e instrumentación

de la figura 4.12 fue tomada de las normas de la International Society of Automation

(ISA).

Se manejan algunas propuestas ya que la referencia empleada (ISA 5.1 e ISA 5.5), nos

brinda la libertad de proponer algunos elementos que no son considerados en las normas

debido a la particularidad del sistema, por ejemplo, con las resistencias calefactoras

empleadas para aumentar la energía interna del jugo de naranja con el fin de reducir el

contenido de agua en él, se vio la necesidad de proponer una simbología respetando las

letras y símbolos que están destinados para ese fin.

Figura 4. 12 Diagrama de tubería e instrumentación

Con el fin de documentar el trabajo realizado en el prototipo y dejar las bases para un

proyecto con mayor ambición se hace la presentación de este DTI normalizado.



En el DTI se pueden encontrar algunos etiquetas de los dispositivos estos se encuentran

la tabla 4.1 donde se describen:

Tabla 4. 1 Descripciones de etiquetas y elementos del sistema

Elemento Etiqueta Descripción

Evaporador concentrador E-00 Evaporador del prototipo Cap. Max. 25 lt

Tanque de almacenamiento E-10 Tanque donde se almacena el zumo de

naranja que será transportado al

evaporador Cap. Max. 25 lt.

Bomba centrifuga E-20

Bomba para el transporte del zumo de

naranja del tanque al evaporador

impulsada por un motor trifásico de

inducción tipo jaula de ardilla ¾ hp 220

V~ 2.5 Amp.

Compresor de pistón

oscilante E-30

Compresor generador de vacío con

pistón oscilante

120 V~ 1.5Amp.

Sistema de resistencias

calefactoras RE-40

4 resistencias calefactoras120 V~ 3.3

Amp.500 Watts

Tablero de operación TO-50

El tablero de operación cuenta con 5

botones pulsadores;

[1 Botón de Arranque BPA]

[1 Botón de Paro BPP]

[1 Botón de Llenado BPL]

[1 Botón de Evaporado BPS]

[1 Botón de Vacío BPV]

y 3 lámparas indicadoras 120 V~ 500mA

[1 Lámpara piloto (Llenando) LP1]

[1 Lámpara piloto (Evaporando) LP2]

[1 Lámpara piloto (Vaciando) LP3]

Sensor de nivel bajo INB LE

E-01

Interruptor Reed con un sistema de

flotador para la detección de nivel de

líquidos NC

Sensor de nivel alto INA LE

E-02

Interruptor Reed con un sistema de

flotador para la detección de nivel de

líquidos NC

Transmisor de presión

absoluta

PT

E-03

Transmisor de presión Cerabar T

PMC131

4 a 20 mA / de dos hilos

½ "MNPT con ¼" FNPT

11 a 30 V DC

Sensor de Temperatura TE

E-04 Termopar tipo K

Transmisor de temperatura TT

E-05 Etapa de amplificación y linealización

mediante el dispositivo AD595

Controlador lógico

programable

YIC

E-06

PLC Micrologix 1100

120V~

6 Salidas a Relevador

8 Entradas Digitales

2 Entradas Analógicas



Tabla 4.1 Descripciones de etiquetas y elementos del sistema (CONTINUACIÓN)


Relevador gobernador de

bomba ROA

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

4 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


compresor ROB

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

2 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


sistema de resistencias ROC

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

4 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


electroválvula SD ROD

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

2 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


electroválvula SE ROE

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

2 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


electroválvula SF ROF

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

2 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts


electroválvula SG ROG

Relevador

Bobina 12 VCD 25mA

Contactos

2 Polos

2 Tiros

10 Amp

220 Volts



Tabla 4.1 Descripciones de etiquetas y elementos del sistema (CONTINUACIÓN)


Electroválvula de llenado SD

Electroválvula 120 V~ 200mA

Normalmente Cerrada

Conexión ¾ a ½

Empleada para permitir el transporte del

zumo de naranja del tanque al

evaporador

Electroválvula de succión SE


Normalmente Cerrada

Conexión ¾ a ½

Empleada para abrir la tubería que

permite la succión del compresor

Electroválvula de vaciado SF


Normalmente Cerrada

Conexión ¾ a ½

Empleada para permitir el transporte del

zumo de naranja concentrado a la etapa

de envasado

Electroválvula de alivio SG


Normalmente Cerrada

Conexión ¾ a ½

Empleada para liberar las

sobrepresiones en el evaporador

4.1.2 Diagrama de estado tiempo

Con el diagrama estado tiempo de la figura 4.13 es claro observar el momento en el que

se activan las salidas dependiendo del estado de las entradas, etapa de proceso y el

tiempo de operación, permitiendo visualizar como es que algunos elementos son

consecutivos o inclusive son activados conjuntamente.

El diagrama presentado en la figura 4.13 solo representa el estado de las entradas y

salidas en el proceso automático, ya que como se mencionó el sistema también tiene la

posibilidad de ser operado semiautomáticamente activando cada una de las tres etapas

del proceso mediante los botones BPL, BPS y BPV.

Uno de los elementos más importantes para el operador es la interacción que puede tener

el operador con el sistema, además del HMI, también en el tablero, como se ha

mencionado, se colocaran tres lámparas indicadoras (LP1, LP2, LP3) las cuales se

activaran dependiendo de la etapa que este en proceso, en el diagrama de la figura 4.4

también se encuentran los estados de estas lámparas.



Figura 4. 13 Diagrama estado – tiempo

4.2 Integración En la integración se muestran los diagramas y procedimientos necesarios para la

instalación de cada uno de los elementos para la automatización del prototipo, también

se muestran fotografías de cómo se realizó la implementación de los sistemas, los

diagramas de fuerza y las conexiones al PLC.

4.2.1 Construcción e instalación de sensores de nivel

Los sensores de proceso son interruptores magnéticos, estos interruptores se accionan

cuando un campo magnético es acercado a ellos en la figura 4.14 se muestra su conexión

y cómo actúan ante la presencia de un campo magnético.



Figura 4. 14 Conexión y funcionamiento de un interruptor magnético

Para el proceso se empleó esta tecnología, el interruptor se colocó por la parte de afuera

del contenedor de evaporador, y por dentro se instaló un sistema de flotador para que

detectara la presencia de nivel, en la palanca del flotador se colocó un imán permanente,

la distancia para que el interruptor detectará el campo magnético del imán se determinó

que la distancia máxima entre el interruptor y el imán es de 15mm. En la figura 4.15 se

muestra el diagrama del sensor de flotador.

Figura 4. 15 Sistema de Flotador



Los sensores de nivel fueron instalados sobre la pared del evaporador para determinar el

volumen adecuado de la carga del prototipo se instaló primeramente el nivel bajo y

posteriormente a la altura que producen siete litros de jugo en la figura 4.16 se muestra

la instalación física de los sensores de nivel.

Figura 4. 16 Sistema de Flotador Instalación Física

4.2.2 Diagramas eléctricos de fuerza y control

Los diagramas eléctricos muestran la ingeniera para la conexión de los elementos del

sistema para lograr la automatización del prototipo de evaporador concentrador a vacío,

se muestra el diagrama eléctrico de fuerza separado en tres partes, en el diagrama de la

figura 4.17 se muestran las conexiones de los motores tanto como el del motor trifásico

de inducción tipo jaula de ardilla, el motor monofásico del compresor generador de

vacío y el sistema de resistencias calefactoras, todos estos diagramas empleando la

simbología europea la cual se muestra en los anexos. Es importante mencionar que para

poder tener control sobre los actuadores, se emplearon relevadores con una bobina de 12

VCD y 20mA con ello no se sobrecargara la fuente del PLC.



Figura 4. 17 Diagrama de fuerza 1 Sistema Europeo (Motores y resistencias)

En la figura 4.18 se encuentran las conexiones de cada una de las electroválvulas

empleadas para permitir el paso del zumo de naranja por las tuberías del proceso.



Figura 4. 18 Diagrama de fuerza 2 Sistema Europeo (Electroválvulas)

Las lámparas piloto serán de gran ayuda para el operador de planta las cuales indicaran

en que parte del proceso se encuentra el prototipo lo cual se muestra en la figura 4.19.



Figura 4. 19 Diagrama de lámparas piloto Sistema Europeo

Para la simplificación se emplearon clemas de conexión las cuales ayudan para conocer

con exactitud donde se encuentran los nodos de conexión importantes, en la figura 4.20

se muestra una fotografía de las clemas de alimentación conectada e instalada en la parte

posterior del prototipo.

Figura 4. 20 Clemas de alimentación

Los relevadores también fueron instalados en la parte posterior del prototipo en la

fotografía de la figura 4.21se encuentra el cómo se conectaron los polos y las bobinas de

los relevadores.



Figura 4. 21 Conexiones físicas de los relevadores

Con fines de mayor claridad se muestra el diagrama de conexiones de los relevadores así

como la numeración de las terminales que se emplearon en la figura 4.22.

Figura 4. 22 Conexiones de los relevadores

También se instaló otra clema denominada clema de control la cual se observa en la

figura 4.23, en ella se conectaron las terminales del PLC, las conexiones del mismo se

encuentran explicitas en la sección 4.2.9.

Figura 4. 23 Clemas de control



4.2.3 Instalación de electroválvulas

En la instalación se muestra cómo es que se montaron los equipos al prototipo

físicamente. Las electroválvulas fueron las primeras en ser colocadas en la figura 4.24 se

representa la electroválvula SD, la cual permite el flujo de zumo de naranja del tanque al

evaporador, así como esta se colocaron las otras cuatro electroválvulas.

Figura 4. 24 Colocación de Electroválvula SD en la tubería



4.2.4 Construcción e instalación del tablero de control

El tablero de control se instaló en el prototipo ya que es fundamental para el operador,

que este se encuentre directamente en el proceso, y desde ahí por alguna anomalía o falla

en el sistema se pueda parar o reiniciar el sistema y/u operarlo para alguna inspección o

revisión en forma semiautomática. El HMI permite también la operación remota sin

embargo la importancia del tablero es obligar al operador a estar presente en el proceso y

así puede percatarse por medio de su experiencia si algo no va conforme a lo planeado.

El tablero de control tiene la etiqueta TO-50 (tablero de operación), dentro de sus

características operacionales están:

Arranque y paro del sistema

Operación semiautomática del sistema

Llenado

Succión [Evaporación]

Vaciado

Indicación de estado del sistema

Llenado

Evaporado

Vaciado

En la figura 4.25 se muestra la distribución del tablero de operación, en la figura 4.25 se

representan las conexiones eléctricas del tablero, algunas de estas conexiones ya se

colocaron en los diagramas de fuerza, sin embargo se muestran en esta figura para

aclarar la ubicación y distribución de los elementos en el tablero.

Figura 4. 25 Distribución de los elementos en el tablero de operación



Figura 4. 26 Conexiones eléctricas del tablero de operación

El tablero de control se construyó de acuerdo con el diseño propuesto y se emplearon los

botones y lámparas descritas en el tabla 4.1 dando como resultado la representación que

se tiene en la figura 4.27a y 4.27b.



Figura 4. 27a Fotografía del tablero de operación instalado y conectado [Vista Frontal]

Figura 4.27b Fotografía del tablero de operación instalado y conectado [Vista Posterior]

Para el aseguramiento del funcionamiento óptimo del equipo se retiraron las conexiones

con las cuales el prototipo contaba y se colocó una instalación nueva siguiendo las

conexiones diseñadas que se encuentran explicadas en la sección 4.2.2.

4.2.5 Conexión de los motores eléctricos La figura 4.28 muestra la fotografía de la caja de conexiones del motor trifásico tipo

jaula de ardilla, el cual tiene una configuración de conexión interna en DELTA.



Figura 4. 28 Caja de conexiones de motor trifásico

Al igual que el motor de la bomba el motor del compresor también se le cambió la

conexión y se muestra en la fotografía de la figura 4.29.

Figura 4. 29 Caja de conexiones del compresor

4.2.6 Sistema de resistencias calefactoras Las conexiones anteriores de las resistencias calefactoras fueron retiradas ya que estas

conectaban las cuatro resistencias en paralelo, produciendo un desbalanceo en las líneas

de alimentación del sistema, para reducir el desbalanceo se optó por dividir la carga de

las resistencias en las tres líneas, ya que el relevador al tener polos independientes los

permitió, e inclusive los contactos del mismo no se ven sobrecargados, ya que estos



soportan un máximo de 10 amperes y de esta manera solo circulan como máximo 2

amperes por ellos. Otro punto a favor es que las resistencias se encontraban conectadas

mediante unos puntos de soldadura de estaño, lo que hacía más difícil el desmontarlas

para un remplazo o mantenimiento, con las conexiones que se propusieron se emplearon

zapatas que permiten la conexión mecánica de los calefactores mecánicamente mediante

tuercas y tornillos logrando así una fácil separación de cada resistencia del sistema por

alguna anomalía presentada como se encuentra en la figura 4.30.

Figura 4. 30 Resistencias calefactoras

4.2.7 Instalación del termopar

El termopar propuesto es uno del tipo K, la instalación de un solo termopar ubicado en la

pared del evaporador se ve justificado ya que el volumen del zumo de naranja es

relativamente pequeño y la dinámica de la energía produce que el calor se esparza

rápidamente en todo el contenido.

La fotografía de la figura 4.31 representa la instalación física del termopar en el

prototipo del evaporador concentrador a vacío.

Figura 4. 31 Instalación del termopar



El termopar tipo K ante una variación de un grado Celsius en la temperatura otorga una

tensión en el rango de los mili-voltios, mientras que el PLC tiene una resolución de 10

bits con una tensión de 0 a 10 volts de entrada en los canales analógicos, es evidente que

se necesita implementar una etapa de compensación y amplificación entre estos

elementos.

La compensación y la amplificación la conseguimos al instalar un Analog Divice

(AD595) el cual contiene un amplificador de instrumentación y el circuito de

compensación de la unión fría para un termopar tipo K, aunque se podría calibrar para

otros tipos de termopares (ver figura 4.32).

Figura 4. 32 Diagrama de AD595

Algunas características acerca de este sistema de medida son:

El circuito está calibrado a una temperatura de 25 ºC para un termopar tipo J.

A la temperatura de 25 ºC la sensibilidad del termopar es 51,08 μV/ºC.

A la temperatura de 25 ºC la ganancia del amplificador de instrumentación es

193,34.

A la temperatura de 25 ºC la tensión que el circuito entrega a su salida es de ˜ 10

mV/ºC (51,08 μV/ºC · 193,34).

En la figura 4.33 se muestran las conexiones realizadas del termopar con el AD595, con ello

la terminal de salida del AD595 produce una señal de 10mV por cada variación de 1°C, es

decir al conectar y encender el sistema producirá una señal de 200 mV por la temperatura

ambiente a la que se encuentra el aire dentro del evaporador, y esta es enviada a un canal

analógico del PLC IV2 (+).

Figura 4. 33 Conexiones del AD595



En la figura 4.34 se presenta una fotografía de las conexiones físicas de AD495.

Figura 4. 34 Conexiones físicas del AD595

4.2.8 Instalación del transmisor de presión El transmisor de presión absoluta seleccionado en el capítulo 3, se instaló en la tapa del

evaporador ya que se debe considerar que estará midiendo la presión de un vapor

húmedo, si el transmisor es colocado en forma perpendicular al evaporador, en su

elemento primario de medición se puede formar precipitado que afectaría la medición

del transmisor.

En la fotografía de la figura 4.35 se muestra la instalación del transmisor de presión

absoluta.

Figura 4. 35 Instalación del transmisor de presión absoluta

Como se conoce el transmisor de presión absoluta entrega una señal estandarizada de 4 a

20mA, pero el canal analógico del PLC recibe una señal de 0 a 10 volts, para hacer una

adecuación de la señal se empleó una resistencia que produce una caída de tensión, la

cual es transmitida al canal analógico del PLC.



En la figura 4.36 se muestra un diagrama de la conexión del transmisor y la resistencia

con la que cual se cambió la variable de intensidad de corriente a tensión, para

determinar el valor de la resistencia se consideró lo siguiente:

𝑉 = 𝑅 ∗ 𝐼 → 𝑅 =𝑉

𝐼 (𝑒𝑐𝑢. 4.1)

Señal del Transmisor 4 a 20 mA

Señal para PLC 0 a 10 Volts

Si tomamos los valores máximos tenemos:

𝑅 =10 𝑣

20𝑚𝐴= 500Ω (𝑒𝑐𝑢. 4.2)

La resistencia debe de conectarse en serie con la fuente de alimentación de 12 VCD y

con el transmisor ya que el transmisor se conectara a dos hilos (ver figura 4.36).

Figura 4. 36 Conexión del transmisor de presión absoluta



4.2.9 Conexiones del PLC Para poder mostrar las conexiones del PLC es necesario explicar en una lista de

entradas y salidas todos los dispositivos que interactúan con él, lo cual es representado

en la tabla 4.2 y tabla 4.3.

Tabla 4. 2 Lista de entradas

Dirección Descripción

I: 0/0 Interruptor de nivel bajo INB

I: 0/1 Interruptor de nivel alto INA

I: 0/2 Botón pulsador de arranque BPA

I: 0/3 Botón pulsador de arranque BPP

I: 0/4 Botón pulsador de arranque BPL

I: 0/5 Botón pulsador de arranque BPS

I: 0/6 Botón pulsador de arranque BPV

En la descripción de la tabla 4.3 se explica el elemento final que esta direccionado al bit

de salida del PLC, la etiqueta muestra la etiqueta de cada relevador que lleva a cabo la

etapa de potencia.

Tabla 4. 3 Lista de salida

Dirección Etiqueta de

relevador

Descripción

O: 0/0 RO-A y RO-G Motor de Bomba y Electroválvula de Alivio

O: 0/1 RO-B Compresor

O: 0/2 RO-C Sistema de resistencias

O: 0/3 RO-D Electroválvula de Llenado

O: 0/4 RO-E Electroválvula de Succión

O: 0/5 RO-F Electroválvula de Vaciado

La propuesta de conexiones y como se conectó físicamente el PLC se representa en la

figura 4.37.



Figura 4. 37 Conexiones de los relevadores

En la figura 4.38 se muestra una fotografía del PLC con las conexiones físicas

respetando el diagrama de la figura 4.37.

Figura 4. 38 Instalación y conexión del PLC



4.3 Estrategias de control

La estrategia de control empleada para el sistema es control por retroalimentación, el

controlador tiene una lógica todo nada, las variables a controlar en el prototipo de

evaporador concentrador a vacío son tres:

Temperatura

Presión

Nivel

Las variables presión y temperatura, son medidas y una variable eléctrica proporcional a

la variable de proceso es comparada con el set point programado en el controlador, de

esta comparación se obtiene una variable universal, el error, la cual dependiendo su

valor activa o desactiva el elemento final de control, que, para estas variables son, el

compresor y el sistema de resistencias calefactoras.

La variable nivel es tratada de otra manera ya que ahí solo se conoce el estado alto o

bajo del nivel, esto mediante los interruptores de nivel, esto se ve justificado ya que al

ser un proceso por lotes no es necesario conocer el valor exacto del nivel en todo

momento, además tener un elemento que proporcione una señal eléctrica proporcional al

nivel, elevaría demasiado los costos de ingeniería, sin embargo con estos interruptores

de nivel alto y nivel bajo, se cumple con los requerimientos de automatización.

4.3.1 Control de Temperatura El control de temperatura se propuso y diseño ON/OFF ya que cumple con las

características requeridas para la automatización de este prototipo, en la figura 4.39 se

representa el diagrama de bloques de la estrategia de control empleada, la banda muerta

del controlador es de 10°C, este sistema busca un equilibrio y lo encuentra en el punto

de consigna sin embargo es algo lento para llegar a él, pero lo más importante en esta

parte del control es no sobrepasar la temperatura máxima de operación y el controlador

tiene un amplio dominio sobre la variable que se ven comprometidas las características

del zumo de naranja por alguna elevación excesiva de la temperatura.

Figura 4. 39 Diagrama de bloques del lazo de control de temperatura



4.3.2 Control de Presión

En la figura 4.40 se muestra el diagrama de bloques del lazo cerrado de control ON/OFF

para la temperatura. En el diagrama se encuentran las variables que son de importancia

para la programación controlador, como se conoce el controlador solo activa o desactiva

el compresor el cual produce el vacío en el evaporador, dependiendo, si la presión

absoluta baja más del valor de set point programado se produce un error positivo lo cual

desactivaría el compresor, o si se produce un error negativo indicaría que la presión está

por encima del set point, con lo cual el controlador activa el compresor para obtener el

valor de presión absoluta deseado, la amplitud de la banda muerta par el controlador es

de 4 psia.

Figura 4. 40 Diagrama de bloques del lazo de control de presión

4.3.3 Control de nivel El control de nivel funciona de una manera sencilla, las retroalimentación que se tienen

del sistema son dos interruptores de nivel uno alto y bajo, el elemento que suministra el

zumo de naranja al evaporador es el motor eléctrico trifásico que mueve la bomba

centrifuga, cuando este está operando produce una altura en el nivel, cuando el nivel

alcanza la altura necesaria se desactiva la bomba y así obtenemos el nivel deseado,

cuando la etapa de vaciado termina, la señal que indica que el evaporador esta niveles

bajos es el interruptor de nivel bajo con esta señal se vuelve a iniciar el ciclo y se

suministra nuevamente zumo de naranja al evaporador (Figura 4.41).

Figura 4. 41 Diagrama de bloques del lazo de control de nivel



4.4 Desarrollo de programación e interfaz grafica En esta parte se hace explicito como es que se elaboró y desarrollo la programación en

escalera para PLC y la interfaz gráfica en LabVIEW.

4.4.1 Comunicación y Programación en RS Logix 500

Primeramente se establece una dirección IP a nuestra computadora. Esto se logra

ingresando a “Conexiones de Red”, posteriormente dando click secundario en

“Conexión de red de área local” e ingresar en “Propiedades”, a continuación de dara

doble click en el protocolo “Internet (TCP/IP)”. En donde se asignara la IP 192. 168.1.1

y la máscara de subred 255.255.255.0 (Figura 4.42).

Figura 4. 42 Asignación de IP

Ahora se tendrá que se tendrá que asignar una dirección IP al PLC, esto se realiza a

través del Software BOOTP/DHCP server 2.3, el cual detecta las direcciones MAC de

todos los dispositivos que se encuentren conectados a nuestra red y que no cuentan con

dirección IP, por lo cual para introducir la dirección IP a nuestro PLC se tendrá que dar

doble click sobre la MAC del PLC como se nuestra en la figura 4.47.

Figura 4. 43 Asignación de IP a PLC



Al dar doble click en la dirección MAC del PLC se desplegara una ventana (figura 4.44)

en la cual se ingresara la dirección IP que se desea asignar, cabe aclara que dicha

dirección IP deberá ser la misma que se le asignó a la computadora pero con la

diferencia que le último número no podrá ser igual al de otros dispositivos conectados a

la misma red y no deberá ser mayor que a 255.

Figura 4. 44 Asignación de dirección a PLC

Posteriormente se abrirá el programa RSlinx, para crear la comunicación entre el PLC y

la PC. Al abrir el programa RSlinx se mostrara la siguiente ventana (figura 4.45).

Figura 4. 45 RSlinx ventana de configuración de drivers



En seguida se ingresara a “Configure drivers” que se encuentra en la barra de

herramientas, al hacerlo se abrirá la ventana mostrada en la figura (figura 4.46).

Figura 4. 46 Configuración de drivers

El PLC seleccionado MicroLogix 1100 se comunica mediante el protocolo Ethernet, por

lo cual en la ventana de “Configure Drivers” (figura 4.46) se ingresara a la pestaña

“Avaliable Driver Types” y se seleccionara el controlador “EtherNet/IPDriver”. Se dará

click en “Add new” para agregar este controlador. Al hacerlo se abrirá la pantalla

mostrada en la figura 4.47; Como se muestra en la imagen, se selecciona “Browse

Remote Subnet” y en seguida se escribe la dirección IP que se asignó a nuestra

computadora y la Submascara de subred.

Figura 4. 47 Asignación de IP



Al término de esta configuración, se podrá verificar si la comunicación se estableció de

manera adecuada, al ir de nuevo a la barra de herramientas e ingresar a “RsWho” donde

se desplegara una ventana en la cual se puede visualizar las comunicaciones establecidas

por nuestro ordenador, como lo muestra la figura 4.48.

Figura 4. 48 Comunicaciones establecidas

Ahora se procederá a abrir el software RSlogix 500 para realizar la programación, por lo

cual se tendrá que crear un nuevo proyecto, para ello se dará click en el icono “New”,

que se encuentra en la parte superior izquierda como lo muestra la figura 4.49.

Figura 4. 49 Creación de nuevo proyecto.



Al crear un nuevo proyecto se visualizara un ventana en la cual se mostraran todos los

PLC que se pueden programar con dicho software (figura 4.50), en nuestro caso se

seleccionara el PLC MicroLogix 1100 Serie A, ya que es el controlador que se

seleccionó para el proceso.

Figura 4. 50 RsLogix 500, selección de PLC

Al dar Click en Ok se mostrara la una pantalla (figura 4.51) en donde se desarrollara

toda la lógica del programa, mejor conocida como ambiente de trabajo.

Figura 4. 51 Ambiente de trabajo para programación



El diagrama GRAFCET de la figura 4.52 muestra la operación del proceso, pero de igual

manera, el diagrama puede ser traducido a diagrama escalera para la programación del

PLC.

Figura 4. 52 Diagrama GRAFCET

Dónde:

Pp: Presión del proceso.

Palta: Presión de set point máxima.

Pbaja: Presión de set point minima.

Tp: Temperatura del proceso.

Talta: Temperatura de set point máxima.

Tbaja: Temperatura de set point minima.

tproceso: Tiempo de operación del proceso.

tprogramado: Set point de tiempo de operación.



Como se puede observar en el diagrama GRAFCET, se tiene la opción de operación

manual o automática, dicha selección de operación se realizara en el HMI, siendo el

botón amarillo operación manual con direccionamiento a B3:0/0 y el botón azul

operación automática con direccionamiento a B3:2/0 (figura 4.51),

Figura 4. 53 Botones de selección de operación

Comenzaremos a explicar el programa por la parte de operación manual, ya que al

seleccionarse este tipo de operación se activara la siguiente etapa la cual es una etapa de

espera, la etapa de espera será desactivada en cuanto se presione el botón de arranque

manual, dicho botón se encuentra en el tablero de control y esta direccionado a la

entrada I0:0/1

Figura 4. 54 Arranque de operación manual

En la figura 4.53 se muestra la etapa de llenado, la cual es accionada por el botón de

llenado con una dirección de I0:0/2, dicha etapa accionara la bomba y la válvula de

llenado, de igual manera la etapa dejara de operar al momento de que el nivel sea alto.

Figura 4. 55 Etapa de llenado



Una vez completada la etapa de llenado prosigue la etapa de evaporado, en la figura 4.54

se muestra el programa necesario para la operación de la etapa de evaporación, en donde

el calentador y el compresor se mantendrán operando en ciertos intervalos, dependiendo

de ciertas condiciones, por lo cual el uso de comparadores.

Figura 4. 56 Programa para la etapa de evaporado



Para el accionamiento de la etapa de vaciado es necesario que se cumplan dos

condiciones la primera cumplir con el tiempo de evaporación y la segunda presionar el

botón de evaporación, al presionar dicho botón se accionara la válvula de vaciado, una

vez vaciado todo el material, el sensor de nivel desactivara la válvula de vaciado y el

proceso regresara a sus condiciones iniciales.

Figura 4. 57 Etapa de vaciado

De igual manera que la operación manual, para poder accionar el sistema es necesario un

botón de arranque, en el caso de la operación automática, el botón de arranque se

encontrara en el HMI.

Figura 4. 58 Accionamiento automático

En cuanto de presione el botón de arranque automático automáticamente se activa la

siguiente etapa, la cual es de llenado y se desactivara, en cuanto el sensor de nivel

detecte un nivel alto

Figura 4. 59 Etapa de llenado automático

En cuanto el sensor de nivel detecte un nivel alto la etapa de evaporación será accionada

automáticamente por lo cual el calentador y el compresor operaran durante intervalos de

tiempo determinados por ciertas condiciones.



Figura 4. 60 Etapa de evaporación automática

Por último la etapa de vaciado, dicha etapa no tiene ninguna complejidad ya que al

cumplirse con el tiempo de evaporación, se acciona la etapa de vaciado y deja de operar



la etapa de evaporación, dicha etapa pone en operación a la válvula de vaciado y deja de

operar en cuanto el sensor de nivel detecta un bajo nivel.

Figura 4. 61 Etapa de vaciado automático

Como se pudo ver cada una de las etapas acciona un determinado elemento, como se

muestra en la Figura___

Figura 4. 62 Salidas y Etapas



4.4.2 Desarrollo de HMI en LabVIEW

Primeramente se realizó un bosquejo el cual se muestra en la figura 4.61 y es

representativo de lo que se quería encarnar en la HMI para posteriormente pasar dicha

idea con más formalidad mediante el uso del software LabView, tomando en cuenta las

limitantes del software.

Figura 4. 63 Bosquejo representativo.

Una de las grandes características de LabVIEW, es la capacidad de editar sus

componentes, esta característica es de gran ayuda al momento de diseñar una HMI, por

lo cual se editaron algunos componentes para la creación de la HMI requerida para el

proceso. Para diseñar adecuadamente la HMI fue necesario editar algunos de los

componentes de LabVIEW, para lograr esto es necesario contar con el módulo DSC para

LabVIEW, la edición de los componentes se realizó de la siguiente manera.

Se crea un archivo de control dentro de LabVIEW, como lo muestra la figura 4.62



Figura 4. 64 Archivo de control en LabVIEW

Se desplegara una ventana como se muestra en la figura 4.63

Figura 4. 65 Archivo de control (ambiente de trabajo)

Se introducen los elementos con los cuales se quieres editar como lo muestra la figura

4.64



Figura 4. 66 Archivo de control (elementos a editar)

Una vez introducidos los elementos a editar, se presiona el icono de “Change The

Cuztomize Mode“, al realizar esto se selecciona una de las imágenes y se da click

derecho para seleccionar”Copy to Clipboard”

Figura 4. 67 Edición de componentes en LabVIEW

Después se da click derecho sobre el elemento a editar y se seleccionara “Import Picture

from Clipboard”



Figura 4. 68 Edición de componentes

Después de esto se eliminaran los dibujos que se emplearon para la edición de los

componentes y obtendremos nuestro componente editado o de laguna manera

personalizado. Esta acción se repetirá con todos los componentes necesarios para la HMI

requería.

Figura 4. 69 Componente editado

En la figura 4.68 muestra la HMI terminada con todos los elementos necesarios.



Figura 4. 70 Interfaz Hombre Maquina propuesta

Con todos los elementos instalados en el prototipo y con el HMI desarrollada en

LabVIEW, en el capítulo V se realizan las pruebas de funcionamiento del sistema y se

hace la primera corrida del sistema para corroborar la funcionalidad del prototipo

automatizado.



CAPÍTULO V

Puesta en marcha y

ajuste de sistema

En este capítulo se explicaran las pruebas que se realizaron con el prototipo así como los

elementos del sistema en particular, también se muestran resultados obtenidos a partir de

las primeras corridas del prototipo automatizado.



5.1 Puesta en marcha del Sistema. Para la puesta en marcha del prototipo automático y la comprobación del óptimo

funcionamiento del mismo, se realizaron diferentes pruebas las cuales fueron desde las

más indispensables como lo es la comunicación entre la PC y el PLC, hasta las más

específicas como la comprobación de la compensación del termopar con la técnica

seleccionada así como la manipulación del prototipo desde la HMI diseñada en

LabVIEW.

Se probó que las conexiones físicas correspondían a las diseñadas en los diagramas

eléctricos. La comprobación se llevó a cabo con la ayuda de un multímetro verificando

la continuidad entre las terminales de los diferentes elementos que así lo indique el

diagrama eléctrico, para evitar conexiones indeseadas que pudieran provocar falsos

contactos o cortos circuitos, dicha comprobación se realizó antes de energizar el

prototipo. Esto se puede observar en la figura 5.1.

Posteriormente se procedió a energizar los elementos del prototipo, verificando que

todos los dispositivos, tales como: el PLC, la bomba trifásica, la fuente de CD, el

compresor y las botoneras funcionaran de manera adecuada con sus diferentes tensiones

de alimentación.

Figura 5. 1 Continuidad de las conexiones.

5.1.1 Pruebas de comunicación. La comunicación que se llevó a cabo entre la PC y el PLC fue mediante el protocolo

Ethernet, así que la asignación de la dirección IP de la PC se efectuó en Propiedades de

conexión de área local, esto se puede observar en la figura 5.2. El comando “ipconfig”

desde el “símbolo de sistema” nos puede servir para corroborar la IP asignada a la PC ya

que si esta no es correcta, la comunicación entre los dispositivos no podrá llevarse a

cabo debido a no estar en la misma red de comunicación.

Figura 5. 2 Asignación de IP a la PC.

Seguidamente se asignó la dirección IP al PLC con ayuda del BOOT SERVER, la cual

era idéntica a la dirección de la PC solo cambiaba el ultimo digito, esto para crear una



red de comunicación entre ambos dispositivos. Para que finalmente en RSLinx se

seleccionara el driver EtherNet/IP Driver y así lograr la comunicación entre la estación

de ingeniería y el PLC MicroLogix 1100. La figura 5.3 muestra la ventana de RSLinx

donde se puede visualizar el árbol de comunicación creado correctamente.

Figura 5. 3 Árbol de comunicación en RSLinx.

5.1.2 Pruebas de comunicación entre la HMI y el programa Para corroborar la correcta comunicación entre la HMI diseñada en LabVIEW y la

lógica del programa de RSLogix 500, se verifico que las rutas de la HMI fueran

asignadas adecuadamente. Esto fue realizado mediante un servidor OPC creado en

RSLinx Remote OPC Server, en la siguiente figura se puede observar la selección de

servidor creado para este proyecto.

Figura 5. 4 Selección del OPC.

Un ejemplo de estas asignaciones lo podemos ver en la siguiente imagen.

Figura 5. 5 Etiqueta en LabVIEW para algún elemento.



5.1.3 Monitoreo de las variables de proceso sin insumo alimenticio. Las variables que se monitorearon antes de que se pusiera en marcha el prototipo con

insumo alimenticio fueron la presión y la temperatura ya que estas son de vital

importancia en el proceso debido a la naturaleza del mismo, además que son tomadas

como referencias para la programación.

El monitoreo se dividió principalmente en 3 etapas, las cuales fueron las siguientes:

Mediante el multímetro

En el programa

En el HMI

La primera se realizó con ayuda de un multímetro tomando en cuenta las condiciones de

operación en las que se encontraban los instrumentos es decir la temperatura ambiente

para el termopar y la presión atmosférica para el transmisor de presión, los resultados

obtenidos se comprobaron con los calculados para determinar si los instrumentos se

encontraban calibrados de forma correcta. En la figura 5.6 se puede observar la medida

del termopar tomada desde el circuito utilizado para su compensación y liberalización,

con ayuda del multímetro.

Figura 5. 6 Lectura del termopar.

La segunda parte se hizo mediante la corrida del programa ya que las señales del

termopar y del transmisor se encuentran conectadas a las entradas analógicas del PLC y

aquí de igual forma se pudo comprobar si se encontraban en los parámetros previamente

calculados para el correcto funcionamiento de la lógica diseñada. En la figura 5.7 se

puede visualizar los valores de las entradas analógicas.

Figura 5. 7 Señales analógicas en RSLogix 500.

Finalmente el ultimo monitoreo se realizó mediante la HMI ya que en esta aparecen de

forma perceptible los valores de estas dos variables más importantes a lo largo del



proceso, las cuales pueden ser manipuladas desde el mismo, dichas variables son la

presión y temperatura. En la figura 5.8 se puede observar lo descrito anteriormente.

Figura 5. 8 Variables en la HMI.

5.1.4 Prueba de funcionamiento de la HMI.

Para la confirmación del apropiado funcionamiento de las funciones en la HMI se

interactuó con los elementos de la misma para corroborar que las etiquetas de cada

componente del programa estén vinculadas a su respectivo botón, entrada numérica o

indicador, respecto a la lógica del programa. El óptimo funcionamiento se demostró

mediante pruebas desde la HMI, es decir el encendido del proceso, el apagado del

mismo así como la manipulación y visualización de las diferentes variables. En la figura

5.9 se puede ver la etapa en la que se encuentra el proceso después de haber sido

presionado el botón de arranque desde la HMI, esta consiste en el llenado. En esta etapa

se puede ver que se acciono el motor, la válvula de llenado, la válvula de alivio y el

sensor de nivel bajo.

Figura 5. 9 Etapa de llenado.



5.1.5 Prueba de funcionamiento del tablero de control. Para la ratificación del correcto funcionamiento del tablero de control se realizaron

pruebas mediante el accionamiento del sistema por el ya mencionado tablero, es decir el

apagado y encendido del proceso; cabe mencionar que el tablero cuenta con 2

estaciones, en la primera solo se encuentran los botones de arranque y paro estos para

que el proceso se lleve a cabo de una forma automática y en la siguiente estación se

encuentran separadas las acciones es decir cada botón activara una etapa distinta del

proceso.

Finalmente el tablero cuenta con unas luces indicadoras las cuales solo nos notificaran

en qué etapa o transición se encuentra el proceso en determinado tiempo después de

haber comenzado.

Figura 5. 10 Tablero de control

5.2 Pruebas y Resultados Con las pruebas realizadas de forma satisfactoria y acreditadas de igual forma se obtuvo

como resultado final, que el prototipo para la obtención de concentrado de jugo tipo

evaporador funciona correctamente, de manera que puede ser manipulado de forma

física desde el tablero de control tanto como de la HMI, además de poder modificar las

variables de acuerdo a como lo requiera el proceso del prototipo para cumplir con las

características del producto final que se desee elaborar.

5.2.1 Obtención del Primer lote. Con la puesta en marcha del prototipo después de haber realizado con éxito las

diferentes pruebas se procedió a la obtención del primer lote de producción. Los

parámetros que ahí se utilizaron fueron los siguientes:

Presión: 9.6 pisa

Temperatura: 90°C

Tiempo de operación: 10 minutos

Cabe hacer mención que dichos valores fueron propuestos de forma empírica conforme

al conocimiento que se tenía del proceso antes de este trabajo, así que los resultados

obtenidos pueden presentar variaciones en sus características finales en comparación con

los resultados logrados anteriormente. En la figura 5.11 se observa los parámetros

establecidos en la HMI para la operación del prototipo y en la figura 5.12 el

funcionamiento del prototipo.



Figura 5. 11 Parámetros establecidos en la HMI.

Figura 5. 12 Funcionamiento del prototipo.

5.2.2 Medición cualitativa del producto obtenido. Conforme al producto final obtenido, con los diferentes parámetros de operación

establecidos en el primer lote y la realización de una encuesta se observó que no eran

los esperados ya que le faltaba consistencia al producto final, esta conclusión se obtuvo

mediante un estudio que se realizó a diferentes personas las cuales sirvieron como

catadores.



Producto anterior

Tabla 5. 1 Estudio del producto

Nombre Sabor Consistencia Acidez Color

Ricardo Gonzales P. 8 9 3 8

Ehder Martínez Cuevas 9 8 4 9

David Hernández Hernández 8 9 2 8

Brenda Pacheco Cortes 10 8 3 10

Bivian Rea Rojas 9 10 2 9

Promedio 8.8 8.8 2.8 8.8

Figura 5. 13 Cualidades del producto anterior.

Producto primer lote

Tabla 5. 2 Estudio del producto del primer lote

Nombre Sabor Consistencia Acidez Color

Ricardo Gonzales P. 7 6 3 7

Ehder Martínez Cuevas 6 7 4 6

David Hernández Hernández 8 6 2 7

Brenda Pacheco Cortes 7 5 3 8

Bivian Rea Rojas 6 6 2 5

Promedio 6.8 6 2.8 6.6

0

2

4

6

8

10

Sabor Consistencia Acidez Color

CUALIDADES DEL PRODUCTO ANTERIOR



Figura 5. 14 Cualidades del producto del primer lote.

Los valores a utilizarse para evaluar las características del producto son 0-10

tomando en cuenta que el 0 representa lo mínimo y 10 lo máximo de la cualidad.

Las gráficas mostradas en las figuras nos representan el promedio de cada cualidad del

producto con base a los datos recabados en un grupo de 5 personas, cabe hacer mención

que las pruebas se llevaron a cabo con las mismas personas para los diferentes

productos.

Con los resultados de las tablas y graficas se puede observar que lo que varía es la

consistencia además de que el sabor no es tan concentrado como lo era anteriormente así

que necesitamos un mayor tiempo de operación para que se evapore la mayor cantidad

de agua, así mismo una presión menor para que con una mínima aplicación de calor se

elimine el exceso de agua que se encuentra en el jugo.

Así que ahora las variables modificadas serian:

Presión: 5.8 pisa

Temperatura: 75°C

Tiempo de operación: 10 minutos

5.3 Ajuste de parámetros de control Con los valores de las variables modificadas anteriormente se realizó el ajuste del

sistema mediante la HMI para así proceder a realizar nuevos lotes producción y poder

evaluar las cualidades del producto final.

Figura 5. 15 HMI con ajuste de variables.

0

2

4

6

8

10


CUALIDADES DEL PRODUCTO DEL PRIMER LOTE



5.3.1 Obtención de los cinco lotes para su análisis con los parámetros

ajustados. Con los ajustes realizados a los parámetros se procedió a la obtención de los cinco lotes

para la evaluación de sus propiedades cualitativas. En la figura 5.16 se puede ver el

prototipo en funcionamiento así como el jugo obtenido en este.

Figura 5. 16 Prototipo y jugo.

Seguidamente se procedió a la evaluación de las características de los productos

obtenidos, mediante la misma encuesta que se utilizó en el estudio anteriormente

realizado (tabla 5.1 y 5.2), cabe hacer mención que se realizó con las mismas 5 personas,

esto para no variar los parámetros de medición.

Tabla 5. 3 Estudio del producto obtenido en los 5 lotes

Nombre Sabor Consistencia Acidez Color Lote

Ricardo Gonzales P. 10 9 2 8 1

Ehder Martínez Cuevas 9 8 3 9 2

David Hernández Hernández 9 9 2 8 3

Brenda Pacheco Cortes 8 8 3 8 4

Bivian Rea Rojas 9 9 2 9 5

Promedio 9 8.6 2.4 8.4

En la tabla 5.3 se puede ver que cada persona evaluó las características de un producto

final de cada uno de los lotes producidos. A continuación se presenta la gráfica de la

tabla 5.3.



Figura 5. 17 Cualidades del producto de los 5 lotes.

Realizando la comparación entre la gráficas de las figuras 5.14 y figura 5.17, se puede

notar que el ajuste de parámetros fue adecuado ya que los nuevos lotes producidos

después del ajuste presentan similitud con los que se fabricaban antes de la

automatización del prototipo y dichas características eran aceptables por los

consumidores.

Figura 5. 18 Comparación graficas de las figuras 5.14 y 5.17.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


CUALIDADES DEL PRODUCTO DE LOS 5 LOTES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Comparación



5.4 Costos de proyecto En los costos de proyecto se describe el costo de los equipos que se utilizaron en la

automatización del prototipo, el precio de mano de obra, así como los costos secundarios de

los insumos utilizados en el proyecto.

En la tabla 5.4 se muestra la cotización de los equipos seleccionados en el capítulo III que

son necesarios para llevar a cabo la automatización del prototipo de evaporador.

Tabla 5. 4 Costos de equipos seleccionados

Equipo Nombre Cantidad Costo Costo total

Electroválvulas AEG Electrolux

12B

4 $125.00 $500.00

Transmisor de

presión

Cerabar T

PMC131

1 $5,500.00 $5,500.00

Termopar tipo K Termopar tipo "K"

TERMOSKIN

compactado

TERMOKEU

1 $250.00 $250.00

Sensores de nivel

tipo flotador

Construido 2 $100.00 $200.00

Circuito Integrado

AD595

Analog Divice

AD594/AD595

1 $450.00 $450.00

Relevadores de

poder

Relevador Omron

2x2

8 $125.00 $1,000.00

PLC PLC Micrologix

1100 modelo 1763

L16BWA

1 $5,000.00 $5,000.00

Total Equipo = $12,900.00

En la tabla 5.5 se encuentra una aproximación del costo de los servicios como lo son agua,

luz, teléfono, etc. También se contempla el costo de la mano de obra que fueron obtenidos

en la página del CONASAMI para dar un dato más exacto.

Tabla 5. 5 Costos de mano de obra

Costo Costo Semanal Costo total por

concepto

Ingeniería de proyecto $7,500.00 $22,500.00

Supervisión $4,500.00 $9,000.00

Técnico $3,500.00 $7,000.00

Total Mano de Obra = $38,500.00



En la tabla 5.6 se muestran los costos secundarios como: computadora, impresoras,

consumibles entre otros.

Tabla 5. 6 Costos secundarios

Concepto Costo (Mensual)* Costo total por concepto

Consumo eléctrico* $ 4,500.00 $ 1,600.00

Agua* $ 2,500.00 $ 200.00

Papelería $ 1,500.00 $ 1,500.00

Costos varios $ 2,000.00 $ 2,000.00

Equipo de cómputo (8 hrs.) $ 1,500.00 $ 1,500.00

Total = $6,800.00

Sumando todos los costos tenemos un gran total del costo del proyecto de:

Equipo seleccionado + Mano de obra + Costos Secundarios=$ 58,200.00

5.5 Tiempo de operación

En la tabla 5.7 se muestra la comparación de los tiempos de producción manual y

automático, la producción anterior reflejaba muchos retrasos debidos al trabajo del

operador, se tenían demasiados tiempos muertos entre cada acción de etapas y esto

representaba perdidas en la producción. En el sistema manual no existen tiempos

muertos entre etapas es decir son inmediatas una de otra. Para medir los tiempos de

producción se cronometro desde el accionamiento de la primera etapa mediante el botón

pulsador BPA, hasta que se termina de vaciar el producto terminado, es decir hasta que

la electroválvula F se desactive y comienza nuevamente la etapa inicial, resultando un

tiempo de 15 minutos con 57 segundos, la tabla mostrada se redondean los números para

hacer más apreciable el resultado.

Uno de los objetivos de este trabajo es eficientar los tiempo de producción con esto de se

demuestra que se redujo cerca de un 60 % el tiempo de fabricación.

Los tiempos mostrados en la tabla para la operación manual son un promedio de las

operaciones en un jornada de trabajo, también ahí se ven reflejados lo tiempos muertos

de los que se habló, los cuales al término de la jordana representa tiempo en el cual no se

está produciendo concentrado y por consiguiente no hay retribución económica.



Tabla 5. 7 Tiempos de operación

Tiempo (min)

Actividad Manual Automático

Etapa de llenado del evaporador. 6 4

Etapa de generación de vacío. 7 10

Etapa de aumento de temperatura. 10

Etapa de vaciado de producto final. 5 2

Tiempo total. 28 16

Una vez con las pruebas realizadas y con el sistema en funcionamiento se procede a

mostrar las conclusiones del proyecto y a realizar propuestas para trabajos a futuro lo

cual se presenta en el capítulo VI.



CAPÍTULO VI

Conclusiones

En el presente capítulo se exponen las conclusiones de la automatización del prototipo

para la producción de jugo de naranja tipo evaporador así como las recomendaciones

para operación, mantenimiento y mejoras.



Conclusiones

El propósito de este trabajo de tesis fue demostrar que la automatización implementada

en los procesos productivos tiene buenos resultados tanto en la calidez del producto

como en la producción del mismo, ya que el objetivo fundamental era abandonar el

problema de la obtención del jugo concentrado de naranja que ofrecía un prototipo

operado mediante un método artesanal.

Así pues, la aportación principal de este trabajo consiste en la implementación de un

sistema automático como un nuevo proceso productivo que impulso la competitividad

productiva, que hizo posible promover y desarrollar nuevas ventajas, básicamente

relacionada con la innovación y desarrollo tecnológico. También en el diseño de la HMI

para la manipulación del sistema así como el ajuste a diferentes parámetros de diferentes

procesos.

El sistema de producción automático de jugo concentrado a partir de un jugo natural,

desde que se vierte el jugo natural, no hay intervención del operario, es decir, el jugo no

es manipulado por el operario con base a su experiencia y conocimientos. En su lugar, el

sistema automático basado en lógica de escalera mediante la implementación de un PLC

realiza las tareas necesarias para conseguir el producto con las características cualitativas

deseadas, esto es, obtener un producto homogéneo en diferentes lotes de producción y

con un modo de producción de fácil uso.

Se ha escogido la implementación de este equipo debido a la accesibilidad y

cumplimiento de las especificaciones requeridas así como el conocimiento en su

programación, el diseño del HMI fue elaborado en el software LabVIEW, con el que se

contaba en el equipo de trabajo, es decir la estación de ingeniería.

Las pruebas realizadas al final nos demostraron el cumplimiento de nuestro objetivo ya

que en diferentes lotes de producción el producto presentaba similitud en sus

características, esto fue mediante algunos estudios elaborados; cabe hacer mención que

los parámetros fueron modificados en alguna etapa del trabajo ya que los propuestos en

primer instancia de forma empírica no cumplían con el objetivo planteado.



Recomendaciones y trabajos a futuro

Se recomienda para trabajos futuros el análisis del producto mediante un método

analítico como lo es el uso de refractómetros, para medir la concentración de azúcar en

el jugo de naranja, y comprobar que los lotes producidos tienen una gran similitud en sus

características finales.

Además se recomienda realizar un estudio de demanda del producto para poderlo llevar

a una escala más grande en cuestiones de producción, es decir incrementar la capacidad

del prototipo así mismo estandarizarlo para cumplir con la normatividad requerida por la

industria alimenticia la cual es la NOM-120-SSA1-1994 (PRÁCTICAS DE HIGIENE Y

SANIDAD PARA EL PROCESO DE ALIMENTOS, BEBIDAS NO ALCOHÓLICAS

Y ALCOHÓLICAS).

Se propone que el mantenimiento al sistema del prototipo automático para el concentrado de

jugo tipo evaporador se realice mediante el apoyo de personal debidamente capacitado,

considerando las medidas de protección necesarias.

Para el área de salida del sistema de concentración de jugo (envasado) se sugiere el

desarrollo de la automatización del mismo y/o etiquetado para su distribución en la planta y

área de logística.



Referencias

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Guías Empresariales [en línea]. Instituto Nacional del Emprendedor, Secretaria de

Economía [Fecha de consulta: Octubre 2014]. Disponible en:

http://www.contactopyme.gob.mx/guiasempresariales/guias.asp?s=14&guia=20&giro=1

&ins=784

2.- NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-120-SSA1-1994, BIENES Y SERVICIOS.

PRÁCTICAS DE HIGIENE Y SANIDAD PARA EL PROCESO DE ALIMENTOS,

BEBIDAS NO ALCOHÓLICAS Y ALCOHÓLICAS. [En línea]. Diario Oficial de la

Federación, Secretaria de Salud [Fecha de consulta: Octubre 2014]. Disponible en:

http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/120ssa14.html

3.- Is fruit juice as good as whole fruit [en line] World's Healthiest Foods.[Fecha de

consulta: Octubre 2014]. Disponible en:

http://www.whfoods.com/genpage.php?tname=george&dbid=74

4.-Los Alimentos / Zumo de Naranja [en línea] Secretaria de Salud [Fecha de consulta:

Octubre 2014] Disponible en:

http://alimentos.org.es/zumo-naranja

5.- Teoría de la Automatización [en línea]. 2000 [Fecha de consulta: Octubre 2014].

Disponible en: http://www.quiminet.com/articulos/que-es-la-automatizacion-27058.htm

6.- Carlos Canto. Automatización Conceptos generales [en línea]. México 2002 [Fecha

de consulta: Octubre 2014]. Datos técnicos. Pág. 3. Disponible en:

galia.fc.uaslp.mx/...PLC.../3_AUTOMATIZACION_GENERAL.PDF

7.- Carlos A. Smith. Control Automático de Procesos Teoría y Práctica [en línea].

México 1991 [Fecha de consulta: Octubre 2014]. Datos técnicos. Pag 17-30. Disponible

en: http://visualingenieria.blogspot...com/ControldeProcesos

8.- J. A. Sánchez. Control Avanzado de Procesos, [en línea] Ediciones Díaz de Santos

S.A. [Fecha de consulta: Octubre 2014]. Datos técnicos. Pag. 20-45. Disponible en:

http://googlebooks/ControlAvanzadodeProcesos

9.- Miguel Geovanny Quiñonez. Criterio para selección de motores y controles

eléctricos [en línea]. Guayaquil Ecuador 2010 [Fecha de consulta: Septiembre 2014].

Disponible en:

http://www.dspace.espol.edu.ec/CRITERIOS%PARA%LA%SELECCION%DE%UN%

MOTOR%Y%CONTROLES%ELECTRICOS%COMO%PREVENCION%DE%RIES

GOS%EN%LA%I.pdf



10.-SIEMENS. Catálogo de Motores [en línea]. Siemens México 2009 [Fecha de

consulta: Septiembre 2014].Motores totalmente cerrados. Pág. 8. Disponible en:

http://industria.siemens.com.mx/Motores/Docs/Motores%20NNM.pdf.

11.- WEG. Drivers [en línea]. WEG 2011 [Fecha de consulta: Septiembre 2014].

Selección y aplicación de drivers. Pág. 2 Disponible en:

http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-seleccion-y-aplicacion-de-variadores-de-

velocidad-articulo-tecnico-espanol.pdf

12.- Creus Solé Antonio. Instrumentos Industriales. Su ajuste y calibración, 2ª edición

Marcombo S.A. [Fecha de consulta: Octubre 2014]

13.- Válvulas de control Dimensión y Control [en línea] Colegio Oficial de Ingenieros

Industriales. Sevilla 2010 [Fecha de consulta: Octubre 2014] Disponible en:

https://www.fomacioningenieros.es

14.- Página oficial Maquinaria JERSA [en línea] [fecha de consulta: Enero 2015

Disponible en: ]http://www.jersa.com.mx/

15.- Vitamin C as an Antioxidant: evaluation of its role in disease Padayatty S, Katz A,

Wang Y, Eck P, Kwon O, Lee J, Chen S, Corpe C, Dutta A, Dutta S, Levine M (Fecha

de consulta Noviembre 2014). «

16.- “Perdidas de vitaminas durante el procesamiento de los alimentos” Judith King,

Saturnino de Pablo Rev Chil Nutr Vol 15, (Nº3), 143- 152, 1987.

17.- Página oficial Condorchem Envitech [en línea] [fecha de consulta: Enero 2015

Disponible en: ] http://www.evaporadoresalvacio.com/

18.- Página oficial MatrikonOPC [en línea] [fecha de consulta: Enero 2015 Disponible

en: ] http://matrikonopc.es/opc-servidor/index.aspx



Glosario Autorregulación: Se dice que un proceso es autorregulado cuando alcanza un nuevo

estado de equilibrio después de cualquier perturbación en alguna variable.

Desaireado: esta operación es recomendable ya que permite la extracción del aire

atrapado en la pulpa durante las operaciones previas y presenta ventajas, disminuye el

deterioro de las pulpas en el almacenamiento por oxidación, mayor uniformidad en la

apariencia y mejor color, previene la formación de espuma.

Desinfección: consiste en aplicar algún tipo de producto para eliminar la carga

microbiana que viene con la fruta. Los más frecuentemente utilizados corresponden a

cuatro grupos básicos: compuestos de cloro, compuestos de yodo, compuestos de

amónio cuaternario y compuestos germicidas de agentes tenso activos de ácido amónios.

Despulpado: es la operación de separación en la que puede entrar al equipo la fruta

entera (mora, fresa, guayaba) o pelada y en trozos o la masa pulpa-semilla separada de la

cáscara (curúba, guanábana, lúlo, maracuyá) y separar la pulpa de las partes no

comestibles.

Entrada del sistema: Es una variable que al ser modificada en su magnitud o condición

puede alterar el estado del sistema.

Histéresis: Algunos instrumentos presentan un fenómeno de "memoria" que impone una

histéresis a su respuesta. En particular, un sistema de medición de presión podría indicar

los cambios de presión según si la presión anterior era más alta o más baja que la actual.

Instrumento de medición: es un dispositivo que transforma una variable física de

interés, que se denomina variable medida, en una forma apropiada para registrarla o

visualizarla o simplemente detectarla, llamada medición o señal medida.

Perturbación: Es una señal que tiende a afectar el valor de la salida de un sistema. Si la

perturbación se genera dentro del sistema se la denomina interna, mientras que la

perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada.

Precisión: Una limitación de los sensores es la precisión, que regula el margen de

imprecisión instrumental.

Rango: Expresa los límites inferior y superior de los valores que el instrumento es capaz

de medir.



Repetibilidad: Especifica la habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en

aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida.

Resolución: Expresa la posibilidad de discriminar entre valores debido a las

graduaciones del instrumento. Se suele hablar de cantidad de dígitos para indicadores

numéricos digitales y de porcentaje de escala para instrumentos de aguja.

Set point: Punto de ajuste

Salida del sistema: Es la variable que se desea controlar (posición, velocidad, presión,

temperatura, etc.).

Sensores o transductores: Captan las magnitudes del sistema, para saber el estado del

proceso que se controla.

Sensibilidad: Término utilizado para describir el mínimo cambio en el elemento sensado

que el instrumento puede detector.

Termolábil: sustancia que se descompone o se desnaturaliza por el calor, perdiendo,

generalmente, su actividad.

Tiempo de respuesta: La medición de cualquier variable de proceso puede implicar una

demora que debe ser definida adecuadamente. Los tiempos de respuesta se definen en

base al tiempo necesario para obtener una medida satisfactoria.

Variable Controlada (CV): Es la característica da calidad o cantidad que se mide y

controla. La variable controlada es una condición o característica del medio controlado,

entendiendo por tal la materia o energía sobre la cual se encuentra situada esta variable.

Por ejemplo, cuando se controla automáticamente la temperatura del agua, la variable

controlada es la temperatura mientras que el agua es el medio controlado.

Variable Manipulada (MV): Es la cantidad o condición de materia o energía que se

modifica por el controlador automático para que el valor de la variable controlada resulte

afectado en la proporción debida. La variable manipulada es una condición o

característica de la materia o energía que entra al proceso.

Variable de perturbación (DV): Es toda variable que tiene influencia sobre la variable

controlada pero no puede ser modificada directamente por la variable manipulada.

Zumo de naranja: Es un zumo de frutas en forma de líquido obtenido de exprimir el

interior de la naranjas (Citrus sinensis), generalmente con un instrumento

denominado exprimidor.



Anexos

Tabla A. 1 Unidades de presión y sus factores de conversión

Figura A. 1 Simbología GRAFCET



Figura A. 2 Simbología empleada ISA

Figura A. 3 Simbología Eléctrica Empleada del Sistema Europeo



A.-Manual de

Operación.



B.-Manual de

Mantenimiento

Automatización de un evaporador prototipo para la ...

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