TRABAJO FIN DE ESTUDIOS · Diseño y automatización del proceso de elaboración del vino dulce,...

TRABAJO FIN DE ESTUDIOS

Diseño y automatización del proceso de elaboracióndel vino dulce

Ana Olarte García

PROYECTO FIN DE CARRERA

Tutor: Javier Bretón Rodríguez

Curso 2011-2012

© El autor© Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2012

publicaciones.unirioja.esE-mail: [email protected]

Diseño y automatización del proceso de elaboración del vino dulce, trabajo finde estudios

de Ana Olarte García, dirigido por Javier Bretón Rodríguez (publicado por la Universidadde La Rioja), se difunde bajo una Licencia

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Diseño y automatización del

proceso de elaboración del vino

dulce

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE

Memoria

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INDICE DE LA MEMORIA 1 MEMORIA ....................................................................................................................................... 6

1.1 INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................................................... 7 1.1.1 EMPLAZAMIENTO: ..................................................................................................................... 7

1.2 OBJETO. ................................................................................................................................................. 8 1.3 ALCANCE. ............................................................................................................................................... 9 1.4 ANTECEDENTES. ..................................................................................................................................... 10

1.4.1 VINO DULCE, SUPURADO ......................................................................................................... 10 1.4.1.1 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE .............................................................................. 12

1.4.1.1.1 Vendimia .................................................................................................................................. 12 1.4.1.1.2 Transporte a la bodega ............................................................................................................ 13 1.4.1.1.3 Recepción de la uva en bodega: .............................................................................................. 13 1.4.1.1.4 Colgar las uvas: ........................................................................................................................ 14 1.4.1.1.5 Estrujado: ................................................................................................................................. 17 1.4.1.1.6 Escurrido: ................................................................................................................................. 18 1.4.1.1.7 Prensado: ................................................................................................................................. 18 1.4.1.1.8 Desfangado: ............................................................................................................................. 19 1.4.1.1.9 Fermentación: .......................................................................................................................... 21 1.4.1.1.10 Trasiego: .................................................................................................................................. 26 1.4.1.1.11 Filtrado: .................................................................................................................................... 26 1.4.1.1.12 Embotellado: ............................................................................................................................ 27

1.4.1.2 CARACTERISTICAS DEL VINO DULCE. ............................................................................................. 28 1.4.1.3 DIFERENCIAS ENTRE EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO SECO Y EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE. ....................................................................................................................... 29

1.4.2 CARACTERÍSTICAS DE LA BODEGA ........................................................................................... 29 1.4.2.1 PLANTAS DE LA BODEGA ............................................................................................................... 31

1.4.2.1.1 TERCERA PLANTA ..................................................................................................................... 31 1.4.2.1.2 SEGUNDA PLANTA ................................................................................................................... 34 1.4.2.1.3 PRIMERA PLANTA ..................................................................................................................... 34 1.4.2.1.4 PLANTA CERO ........................................................................................................................... 35

1.4.2.2 SUPERFICIE DE LA BODEGA: .......................................................................................................... 35 1.4.2.3 DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES EXISTENTES. ...................................................................... 36

1.4.2.3.1 Depósitos de acero inoxidable ................................................................................................. 36 1.4.2.3.2 Filtro: ........................................................................................................................................ 37 1.4.2.3.3 Trasiego: .................................................................................................................................. 37 1.4.2.3.4 Prensa: ..................................................................................................................................... 38 1.4.2.3.5 Embotelladora: ........................................................................................................................ 38

1.5 NORMAS Y REFERENCIAS. ......................................................................................................................... 40 1.6 PROGRAMAS UTILIZADOS ......................................................................................................................... 40 1.7 DEFINICIONES ........................................................................................................................................ 40

1.7.1 LA UVA: .................................................................................................................................... 40 1.7.2 RACIMO DE UVA: ..................................................................................................................... 41 1.7.3 RASPÓN O ESCOBAJO: ............................................................................................................. 41 1.7.4 GRANO: .................................................................................................................................... 41 1.7.5 COMPOSICIÓN DEL GRANO DE UVA: ....................................................................................... 43

1.8 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .............................................................................................................. 43 1.8.1 CONDUCCIONES ....................................................................................................................... 44 1.8.2 CONTROL DE TEMPERATURA ................................................................................................... 44 1.8.3 CONTROL DE CO2 ..................................................................................................................... 45

1.9 ANÁLISIS DE SOLUCIONES. ........................................................................................................................ 49 1.9.1 CONDUCTOS: ........................................................................................................................... 49 1.9.2 TEMPERATURA ........................................................................................................................ 50

1.9.2.1 SECADERO ..................................................................................................................................... 50 1.9.2.1.1 Diseño: ..................................................................................................................................... 50 1.9.2.1.2 Clasificación de los sistemas de refrigeración: ......................................................................... 50 1.9.2.1.3 diferencias sistema de refrigeración directo e indirecto: ....................................................... 51


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1.9.2.1.4 Análisis del diseño: ................................................................................................................... 52 1.9.2.2 CONTROL DE FERMENTACIÓN ...................................................................................................... 52

1.9.2.2.1 Análisis de diseño:.................................................................................................................... 53 1.9.2.3 BOMBA DE CALOR ......................................................................................................................... 54

1.9.2.3.1 Funcionamiento e historia de una bomba de calor: ................................................................ 54 1.9.2.3.2 Ciclo de calefacción y ciclo de refrigeración: ........................................................................... 55 1.9.2.3.3 Clasificación de las bombas de calor ........................................................................................ 57 1.9.2.3.4 Partes principales de una bomba de calor ............................................................................... 58 1.9.2.3.5 Focos de la bomba de calor ..................................................................................................... 60 1.9.2.3.6 Componentes de la bomba de calor: ....................................................................................... 62

1.9.2.3.6.1 Compresor ......................................................................................................................... 62 1.9.2.3.6.2 Condensadores .................................................................................................................. 71 1.9.2.3.6.3 Evaporadores ..................................................................................................................... 72 1.9.2.3.6.4 Ventiladores: ...................................................................................................................... 74 1.9.2.3.6.5 Otros elementos: ............................................................................................................... 74

1.9.2.3.7 Eficiencia o rendimiento: ......................................................................................................... 76 1.9.3 CONTROL DE CO2 .................................................................................................................... 76

1.10 SOLUCIÓN FINAL. ............................................................................................................................... 77 1.10.1 DISEÑO ................................................................................................................................ 77

1.10.1.1 CONDUCCIONES ............................................................................................................................ 77 1.10.1.2 TEMPERATURA .............................................................................................................................. 77

1.10.1.2.1.1 SECADERO ........................................................................................................................ 77 1.10.1.2.1.2 Necesidades de calor en el secadero: .............................................................................. 77 1.10.1.2.1.3 Sensor .............................................................................................................................. 80

1.10.1.2.2 CONTROL DE FERMENTACIÓN. ................................................................................................ 81 1.10.1.2.2.1 SENSOR: ........................................................................................................................... 82

1.10.1.3 EQUIPO DE DETECCIÓN DE CO2 ..................................................................................................... 84 1.10.1.3.1 SENSOR DE CO2 ........................................................................................................................ 85

1.10.2 AUTOMATIZACIÓN .............................................................................................................. 86 1.10.2.1 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL .............................................................................................. 86 1.10.2.2 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN ................................................................ 89 1.10.2.3 SELECCIÓN DEL AUTÓMATA .......................................................................................................... 91 1.10.2.4 SOLUCIÓN DE COMUNICACIÓN..................................................................................................... 94 1.10.2.5 MÓDULOS ..................................................................................................................................... 94

1.10.2.5.1 MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES: ........................................................................................ 94 1.10.2.5.2 MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES: ............................................................................................ 94 1.10.2.5.3 MÓDULO DE ENTRADAS ANALÓGICAS: ................................................................................... 95

1.10.2.6 ELECTROVÁLVULAS ....................................................................................................................... 95 1.10.2.7 PROGRAMAS UTILIZADOS: ............................................................................................................ 97 1.10.2.8 SOLUCIÓN: .................................................................................................................................... 97

1.10.2.8.1 E/S DEL SISTEMA ...................................................................................................................... 97 1.10.2.8.2 DIAGRAMAS DE FLUJO DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA: .......................................... 98

1.10.2.8.2.1 FERMENTACIÓN: .............................................................................................................. 98 1.10.2.8.2.2 PASIFICACIÓN: ............................................................................................................... 103 1.10.2.8.2.3 CONTROL CO2: ............................................................................................................... 104

1.10.2.8.3 SIMULACIÓN: ......................................................................................................................... 105 1.10.2.8.3.1 PANTALLA INICIAL .......................................................................................................... 108 1.10.2.8.3.2 PANTALLA PASIFICACIÓN/FERMENTACIÓN/CO2 ............................................................ 108

1.11 PLANIFICACIÓN ............................................................................................................................... 115

2 ANEXOS ...................................................................................................................................... 116

2.1 COMUNICACIÓN SERIE .................................................................................................................... 117 2.1.1 RS‐232 .................................................................................................................................... 117

2.2 RS‐485 ............................................................................................................................................. 117 2.2.1 Comparación RS‐485 y RS‐232 ............................................................................................... 118 2.2.2 Conversores RS232/RS‐485 .................................................................................................... 118

2.3 AUTÓMATA CJ1M ............................................................................................................................ 119 2.4 SCADA, CX‐SUPERVISOR .................................................................................................................. 121 2.5 CX‐PROGRAMMER .......................................................................................................................... 123


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2.6 CÁLCULOS ........................................................................................................................................... 125 2.6.1 SECADERO .............................................................................................................................. 125

2.6.1.1 PERDIDAS POR LAS PAREDES: ..................................................................................................... 125 2.6.1.2 PÉRDIDAS POR SERVICIO: ............................................................................................................ 126 2.6.1.3 PÉRDIDAS POR CARGA DE GÉNERO: ............................................................................................ 127 2.6.1.4 PÉRDIDAS TOTALES: .................................................................................................................... 127

2.6.2 FERMENTACIÓN: .................................................................................................................... 129

3 PLANOS ....................................................................................................................................... 131

3.1 ENTRADAS DIGITALES TARJETA 1 .................................................................................................... 132 3.2 SALIDAS DIGITALES (0‐7) TARJETA 1 ................................................................................................ 133 3.3 SALIDAS DIGITALES (8‐15) TARJETA 1 .............................................................................................. 134 3.4 SALIDAS DIGITALES TARJETA 2 ......................................................................................................... 135 3.5 ENTRADAS ANALÓGICAS ................................................................................................................. 136

4 PLIEGO DE CONDICIONES ............................................................................................................ 137

4.1 DISPOSICIONES GENERALES. ........................................................................................................... 138 4.1.1 Objeto. ................................................................................................................................... 138 4.1.2 Propiedad intelectual. ............................................................................................................ 138

4.2 DEFINICIÓN Y ALCANCE DEL PLIEGO. ............................................................................................... 139 4.2.1 Objeto del pliego. ................................................................................................................... 139 4.2.2 Documentos que definen las obras. ....................................................................................... 139 4.2.3 Compatibilidad y relación entre documentos. ....................................................................... 140

4.3 DISPOSICIONES LEGALES Y NORMATIVA APLICABLE. ...................................................................... 141 4.3.1 Normativa referente a máquinas. ......................................................................................... 141 4.3.2 Normativa relativa a electricidad. ......................................................................................... 141 4.3.3 Normativa relativa a los lenguajes de programación. ........................................................... 142 4.3.4 Normativa sobre elaboración de proyectos. .......................................................................... 142 4.3.5 Normativa sobre seguridad. .................................................................................................. 142 4.3.6 Normativa del autómata. ...................................................................................................... 142 4.3.7 Normativa sobre materiales y equipos. ................................................................................. 143

4.4 CONDICIONES FACULTATIVAS. ........................................................................................................ 144 4.4.1 Dirección. ............................................................................................................................... 144 4.4.2 Libro de órdenes. ................................................................................................................... 144 4.4.3 Modificaciones. ...................................................................................................................... 144 4.4.4 Comienzo de los trabajos y plazo de ejecución. ..................................................................... 145 4.4.5 Personal. ................................................................................................................................ 145 4.4.6 Materiales. ............................................................................................................................. 146 4.4.7 Ejecución del proyecto. .......................................................................................................... 146 4.4.8 Responsabilidad. .................................................................................................................... 147 4.4.9 Recepción de la obra. ............................................................................................................. 147 4.4.10 Reclamaciones. ................................................................................................................. 147 4.4.11 Recisión del contrato. ........................................................................................................ 148

4.5 CONDICIONES ECONÓMICAS. ......................................................................................................... 149 4.5.1 Errores en el proyecto. ........................................................................................................... 149 4.5.2 Jornadas y salarios. ................................................................................................................ 149 4.5.3 Precios de materiales. ............................................................................................................ 149 4.5.4 Liquidación. ............................................................................................................................ 149

4.6 CONDICIONES TÉCNICAS REFERENTES AL CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE. .............................................................................................................. 150

4.6.1 Condiciones generales. .......................................................................................................... 150 4.6.1.1 Condiciones de desarrollo. .......................................................................................................... 150 4.6.1.2 Autómata y programa de control. ............................................................................................... 151

4.6.2 Condiciones hardware. .......................................................................................................... 151 4.6.3 Condiciones software. ............................................................................................................ 151

4.7 APLICACIONES DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL. ........................................................................................ 151


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4.7.1 Condiciones hardware. .......................................................................................................... 151 4.7.2 Condiciones software. ............................................................................................................ 151

4.8 COMUNICACIONES. .............................................................................................................................. 152 4.9 MANTENIMIENTO. ............................................................................................................................... 152 4.10 DISPOSICIÓN FINAL. ......................................................................................................................... 152

5 PRESUPUESTO ............................................................................................................................. 153

5.1 ESTADO DE MEDICIONES ................................................................................................................. 154 5.1.1 VÁLVULAS .............................................................................................................................. 154 5.1.2 EQUIPOS DE CONTROL ........................................................................................................... 154 5.1.3 SOFTWARE DE PROGRACACIÓN ............................................................................................ 155 5.1.4 SENSORES .............................................................................................................................. 155 5.1.5 BOMBA DE CALOR ................................................................................................................. 155 5.1.6 MANO DE OBRA ..................................................................................................................... 156

5.2 PRESUPUESTO ................................................................................................................................. 157 5.2.1 PRECIOS UNITARIOS ............................................................................................................... 157

5.2.1.1 VÁLVULAS .................................................................................................................................... 157 5.2.1.2 EQUIPOS DE CONTROL ................................................................................................................ 157 5.2.1.3 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN ................................................................................................. 158 5.2.1.4 SENSORES .................................................................................................................................... 158 5.2.1.5 BOMBAS DE CALOR ..................................................................................................................... 158 5.2.1.6 MANO DE OBRA .......................................................................................................................... 159

5.2.2 PRECIOS PARTIDAS ................................................................................................................ 160 5.2.2.1 VÁLVULAS .................................................................................................................................... 160 5.2.2.2 EQUIPOS DE CONTROL ................................................................................................................ 160 5.2.2.3 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN ................................................................................................. 161 5.2.2.4 SENSORES .................................................................................................................................... 161 5.2.2.5 BOMBAS DE CALOR ..................................................................................................................... 162 5.2.2.6 MANO DE OBRA .......................................................................................................................... 162

5.2.3 RESÚMEN DEL PRESUPUESTO ............................................................................................... 163


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1 MEMORIA


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1.1 Introducción. El proyecto que he realizado lleva como título “Diseño y automatización del

proceso de elaboración del vino dulce”.

El presente proyecto ha sido realizado por Ana Olarte García para la obtención del título de “Ingeniera Técnica Industrial, especialidad Electrónica Industrial” en la Universidad de La Rioja.

Javier Bretón Rodríguez, profesor del departamento de Ingeniería Eléctrica ha sido el elegido para dirigir dicho proyecto.

1.1.1 EMPLAZAMIENTO:

A las faldas del Moncalvillo, en el pequeño pueblo de Sojuela se encuentra la bodega productora del vino dulce para el cual se realiza este proyecto. Sojuela se encuentra situada en el centro de La Rioja, al sur de Logroño.


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1.2 Objeto.

La realización de este proyecto tiene como objeto el diseño, control, monitorización y supervisión de dos fases del proceso de elaboración de este tipo de vino.

La primera de las fases es el secado de la uva y la segunda el control de la fermentación del mosto dulce.

Primeramente se detallan los problemas que surgen en cada una de las fases y posteriormente se analizan las diferentes alternativas que ayuden a solucionar dichos problemas, adoptando aquella que mejor soluciona los problemas, justificando las razones que llevaron a tomarlas.

El proyecto lo he dividido en dos partes ya que se encuentran claramente diferenciadas, de modo que juntando ambas partes se obtiene la solución completa.

Una vez analizados los problemas que se presentan durante el proceso de elaboración del vino dulce en la fase de pasificación de la uva y en la fase de la fermentación del vino, sigo los siguientes pasos:

Dimensionamiento de los equipos necesarios.

Centralización de datos.

Selección de los equipos a emplear para llevar a cabo la automatización.

Programación del equipo de control.

Desarrollo del interfaz con el usuario mediante pantallas SCADA.


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1.3 Alcance. La automatización del proceso de elaboración del vino dulce a implementar,

cuida la tradición de dicho proceso en alguna de las fases pero otras muchas se aprovecha de muchos de los avances de la ingeniería para mejorar todo aquello que la mano de obra humana no consigue. De este modo el rendimiento del producto aumenta de manera muy notable.

Abarca el estudio, análisis, control y diseño del proceso de elaboración realizando la programación de un PLC controlado desde un PC.

Se incluye también una simulación del proceso donde se plasma la solución final del proyecto.


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1.4 Antecedentes. En este apartado incluyo la descripción del vino dulce (de sus características, de

su proceso de elaboración, de las principales diferencias que existen entre el proceso de elaboración del vino dulce y el vino seco) y la descripción de la bodega de partida.

1.4.1 VINO DULCE, SUPURADO

El supurado nace de la más pura tradición riojana, se trata de un vino dulce de baja graduación alcohólica entre 9º y 10º.

En sus orígenes, antes de la industrialización de la viticultura y la enología, los hombres y mujeres de La Rioja recorrían las viñas antes de las vendimias recolectando las mejores uvas para su propio consumo. Estas uvas se conservaban en los altos de las casas, colgadas en los lugares más sanos y ventilados. Allí dormían todo el invierno, supurando, concentrando sus jugos dando lugar a su pasificación.

Una vez terminado el invierno y cuando la pasificación estaba avanzada, las uvas bien conservadas eran prensadas obteniendo un mosto muy dulce que hacía las delicias de niños y mayores. A este excelente zumo todavía le quedaba el paso por las bodegas y calaos, allí el mosto sufría el proceso de la fermentación y se convertía en vino.

Ojuel es el vino dulce, supurado de Rioja que recupera, precisamente, esos valores perdidos por muchos años ayudándose de las nuevas tecnologías. Ojuel guarda y representa el espíritu del respeto a aquellos agricultores y bodegueros familiares que veían como sus mostos fermentaban y se convertían en los mejores vinos posibles.

El Supurado de Rioja cuenta con unas fermentaciones muy largas, de meses y, en la mayoría de los casos, inacabadas, lo que daba lugar a ver como los corchos y tapones saltaban y las botellas se sobraban, era entonces cuando se decía que el vino dulce contaba con las mejores características para su consumo.

Tras la primavera y algún trasiego, el supurado está listo para su consumo.

El vino dulce era y es muy apreciado y cotizado debido a su dulzura, buen sabor y a su escasa producción debida principalmente a su bajo rendimiento. En muchos casos la elaboración de este vino se realizaba de forma comunitaria, de manera que cada vecino aportaba parte de las uvas y el trabajo, para más tarde ser repartido entre todos los habitantes del pueblo.

Antiguamente se servía como desayuno, aperitivo o postre, además y como curiosidad se les daba a enfermos y ancianos, ya que también se caracteriza por tener efectos beneficiosos.


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A pesar de ser un vino elaborado antiguamente en las casas, tiene un proceso de elaboración complejo ya que hay que tener en cuenta muchos factores que pueden influir en la calidad de este vino.

Utilizando las nuevas tecnologías y avances de la ingeniería con los que contamos, se intenta facilitar la elaboración de este vino sin que éste pierda sus principales valores y factores por los que le caracterizan.


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1.4.1.1 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE El proceso seguido para su elaboración es el representado en el siguiente

diagrama de flujo:

1.4.1.1.1 Vendimia

VENDIMIA

TRANSPORTE A LA BODEGA

ESTRUJADO

ESCURRIDO

PRENSADO

DESFANGADO

FERMENTACIÓN

TRASIEGO

FILTRADO

EMBOTELLADO

PASIFICACIÓN


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La vendimia es un proceso realizado principalmente entre finales de septiembre y principios de Octubre, según se encuentre la maduración de la uva. Si la uva no cumple todas las características deseadas se dejara un poco mas en la cepa o si por el contrario la uva cumple todos los requisitos en periodo de tiempo menor se recogerá antes. Las uvas con las cuales se elaborará el Supuraose recogen principalmente en Octubre cuando la recogida de la uva destinada al vino que no sea dulce, ha finalizado.

La recogida se realiza en cajas seleccionando las mejores uvas de las variedades tempranillo y garnacha. Estas cajas tienen con una capacidad que permite almacenar de 20 a 30 kg de uva.

La finalidad que se persigue con el método de la vendimia en caja es el respeto por la integridad de los racimos.

1.4.1.1.2 Transporte a la bodega

El Transporte de las uvas de la viña a la bodega se realiza en tractor. Las cajas llenas de racimos de uva se colocan de manera que queden apiladas unas sobre otras (sin dañar los racimos) sobre un remolque o una plataforma, o bien sobre palets para facilitar las operaciones de descarga desde los elementos de transporte.

1.4.1.1.3 Recepción de la uva en bodega:

Así como la recepción de la uva en cualquier bodega encargada de realizar cualquier tipo de vino seco (vino que no sea dulce) se realiza en una tolva, separando la uva tinta de la uva blanca, la recepción de la uva en la bodega productora del Supurado se realiza de forma manual. La descarga consiste en ir vaciando caja a caja. La manera mas sencilla es quitar las cajas en el mismo orden en que se han colocado ( la primera en vaciar habrá sido la última caja que se habrá apilado). Una vez vaciadas todas las cajas se procede a su lavado para que puedan ser reutilizadas.

Por si algún grano de uva ha quedado deteriorado durante el transporte de la uva de la viña a la bodega, en el momento del volteo de las cajas se utilizan mesas de selección. En estas mesas se realiza una segunda selección de uvas.

‐mesas de selección.

Este sistema de descarga se utiliza generalmente con vendimias recogidas y transportadas en cajas, realizando sobre una mesa una selección manual de los racimos o de parte de los mismos. Esta operación de selección, también conocida como “destrío”, tiene por objetivo separar de la vendimia los racimos o partes de los mismos defectuosos, tales como bayas inmaduras, podridas, pasificadas, etc. que pudieran rebajar la calidad de la vendimia recibida. Siendo una selección clásica la


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separación de los hombros del racimo del resto, que siempre contienen granos de uva con una mayor maduración.

El volteo de cajas se ha de acomodar al caudal de uva seleccionada que ira en función del número de personas que hacen el trabajo, colocándose generalmente los operarios en cada lado de la mesa, dependiendo del número de operarios y del tipo de trabajo a realizar sobre la vendimia el caudal de uva a seleccionar aumentará o disminuirá. La altura de la mesa es regulable en sus patas, alcanzando valores desde 0,9 a 1,4 metros.

1.4.1.1.4 Colgar las uvas:

Finalizado el proceso de la segunda selección de la uva, se puede pasar a colgar las uvas en las jaulas o colgaderas de madera situadas en la zona de pasificación. Esta área, en la bodega ocupa aproximadamente algo más de la mitad de la superficie total de la tercera planta de la bodega.

En esta fase es donde el proceso de elaboración del Supurado difiere completamente del proceso tradicional de elaboración de los vinos secos.

Las uvas se cuelgan una a una, atando la uva a la colgadera con un hilo. Una vez colgados todos los kilos de uva comienza la pasificación de la uva.

La pasificación o sobre‐maduraciónde la uva no se puede considerar como un periodo de su ciclo vegetativo, pues la uva resulta prácticamente aislada del resto de la planta, debido al agotamiento de los sarmientos e incluso en algunos casos provocándose, por torsión de los pedúnculos del racimo o separándolos de la vid. Durante esta fase, los granos de uva evaporan agua, lo que ocasiona una concentración del jugo celular, a la vez que una disminución de peso de los mismos. Pero por otra parte, las bayas continúan respirando, con la consiguiente combustión de pequeñas cantidades de azucares y mayores cantidades de ácidos, especialmente de acido málico.

Lasobre‐maduración o secado natural se realiza en aquellas regiones donde la insolación así lo permite, con otoños soleados, cálidos secos y casi sin lluvias. Las uvas extendidas sobre el terreno, en pequeñas capas de poco espesor, se las deja que realicen el proceso de pasificación, volviéndolas cuando es necesario. En otras ocasiones, los racimos se dejan sin vendimiar sobre las propias cepas e incluso realizando una torsión o corte de los sarmientos que los contienen, dejándolos sobre aquellas para que se sequen en los alambres de las espalderas. El tiempo es necesario para la pasificación, depende de cada variedad de uva, grado de maduración y sobre todo de las condiciones climatológicas, que pueden oscilar desde uno o dos días, hasta una o tres semanas.


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La pasificación parcial de la vendimia por exposición al sol, se realiza como principal ejemplo, en la zona de Jerez en España, donde de manera tradicional la vendimia cortada, generalmente blanca, se ve sometida a un proceso de sobre‐maduración conocido con el nombre de soleo. La vendimia cortada se sitúa sobre unos discos de esparto de 1,5 a 2 metros de diámetro llamados redores, donde expuestos al sol durante uno o dos días sufren una desecación parcial, concentrándose los azúcares en un 10‐20 %, a costa de mermar la cosecha en otro 15%. Durante la noche la uva se tapa plegando el propio redor para evitar el rocío y se procede a voltear al día siguiente, con el propósito de homogeneizar las condiciones de sobre‐maduración. Los rendimientos en mostos son del orden de 250 a 300 litros por cada tonelada de vendimia, con densidades comprendidas entre 1190 a 1230 y con un contenido de 50 a 75 mg/litro de hidroximetilfurfuralporcedente de la fructosa. En otros países mediterráneos, también se practica esta técnica de exposición al sol, realizándola principalmente con la variedad Moscatel.

La sobre‐maduración o secado natural a la sombra o a cubierto, se practica cuando no es posible realizarla en las condiciones climáticas anteriores, como es el caso de esta bodega. Para ello se pueden utilizar construcciones de dos o tres pisos, provistos de numerosas ventanas de gran tamaño distribuidas en dos lados opuestos. En su interior se disponen entramados horizontales, construidos por vigas, sobre las que se apoyan unos bastones, de los que cuelgan las ristras o guirnaldas de racimos de uvas entrelazadas con cuerdas. Los bastones tienen unos 90 cm y van provistos de garfios para sostener las uvas, siendo la distancia entre entramados de 2 metros. Las ventanas están provistas de postigos, que se pueden abrir o cerrar para controlar las condiciones de secado.

El secado artificial o forzado se realiza cuando las condiciones atmosféricas no son tan generosas o en los casos de ser una sobre‐maduraciónmás rápida, recurriéndose a las “estufas de desecación” o a los “secaderos”.

Las estufas de desecación son los elementos más simples de desecación artificial, realizándose por efecto del calor radiante del foco calorífico. Existe una gran cantidad de modelos, cada vez más perfeccionados, que posteriormente cedieron su puesto a los secaderos, más perfectos.

La desecación con estufas es lenta, porque el aire se mueve por diferencia de densidad, no siendo uniforme y además, el rendimiento calorífico es muy bajo, pues una importante parte del calor se pierde en la atmosfera y por otra parte se precisa de una gran cantidad de mano de obra en su manejo.

Los secaderos realizan la deshidratación por corriente de aire caliente, en vez de calor radiante como las estufas, caracterizándose por aprovechar al máximo el calor, reduciéndose al mínimo las perdidas por irradiación, así como evitar que el aire se


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sature de humedad y facilitar las operaciones de carga y descarga. Estas pueden ser de tipo uniformes o progresivas, donde las primeras la distancia del fruto a la fuente de calor es fija, mientras que en las segundas la vendimia se traslada lentamente dentro del secadero, de modo que al principio se encuentra alejada del foco de calor, saliendo generalmente por la parte mas caliente del aparato, donde además entra el aire más seco.

Para conseguir una buena pasificación forzada, se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos:

‐ Vendimia manual cuidadosa, transportada en pequeñas cajas perforadas.

‐ Lograr en la cámara una buena distribucion del aire climatizado.

‐ La temperatura de los racimos no debe superar los 30ºC

‐ Controlas la humedad del aire de entrada y de salida.

Otra posibilidad de otener vendimias sobremaduras, es aprovechar el desarrollo del hongo botrytis cinerea, que en determinadas condiciones y de cultivo, puede desarrollar un proceso de maduracion conocido como pobredumbre gris.

Las condiciones climáticas para el desarrollo de la pobredumbre noble deben ser muy particulares, debiéndose producir en las ultimas erapas de la maduracion de la uva, una alternancia de periodos secos y humedos. La humedad de la noche, junto con los rocíos y las nieblas matinales que se producen en los viñedos situados junto a los cursos de agua, provocan un desarrollo del hongo en los granos de uva, mientras que llos mediodias calidos, ventosos y soleados, evaporan el agua e impiden el desarrollo fíngico. Se produce entonces una pasificación parcial de los granos de uva donde se desarrolla el hongo, con una deshidratación de los mismos, que genera una concentración de los azúcares y la síntesis de determinados compuestos, que determinan los especiales caracteres sensorales de estos vinos.

Las condiciones climáticas de La Rioja no son estables a los largo de los años y es difícil poder realizar el proceso de la insolación de manera homogénea año tras año. Por tanto, la pasificación del Supurado Ojuel se realiza

Durante la pasificación, las uvas se van deshidratando poco a poco, de manera que la cantidad de azúcar existente en los granos de uva va quedando cada vez mas concentrada.

Las colgaderas o jaulas están formadas por palos madera y se encuentran colocadas de tal manera que se aproveche tanto la superficie de la planta como la


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altura, de este modo aprovechamos el espacio en la mayor medida de lo posible para colocar la máxima cantidad de uvas y que la pasificación sea perfecta.

La temperatura ha de ser más o menos constante para que la pasificación pueda realizarse de manera homogénea, serán unos 17º. El fin es evitar las malas pasificaciones o pasificaciones inacabadas.

Respecto a la humedad, destacar que es una variable importante del proceso completo ya que, si existe un exceso de humedad pueden originarse pudrimientos en el interior del grano de la uva y como consecuencia malos sabores y olores en el mosto y finalmente se manifestarán en el vino.

1.4.1.1.5 Estrujado:

El estrujado es una operación con gran importancia dentro del ciclo general de la elaboración del Supurado.

Para obtener un buen Supurado se ha de rasgar simplemente el hollejo por un meridiano de la baya, liberando la pulpa que contiene el mosto y las pepitas en su interior, y siempre sin triturar los hollejos, ni tampoco laminar las pepitas.

La excesiva rotura de los hollejos por un estrujado excesivo de las bayas o por un transporte inadecuado, se traduce en un aumento del volumen de fangos y lías, así como también en una mayor cesión de ácidos grasos, es por lo que se realiza una segunda selección de las uvas. Se debe respetar en la medida posible, la integridad de los hollejos y las pepitas, utilizando para ello una maquina estrujadora adecuada.

La extracción de los compuestos que contiene el hollejo se realiza fundamentalmente por su zona interior situada hacia la pulpa donde la fragilidad de los tejidos celulares es menor que en la zona exterior y las paredes celulares son más gruesas como mecanismo de defensa del grano de uva de las agresiones exteriores. El estrujado como mecanismo de defensa del grano de uva de las agresiones exteriores. El estrujado debe producir una sueva extracción del mosto contenido en la pulpa y por tanto también una actuación de encimas hidrolasas que desgranan las paredes celulares, cediendo al medio las sustancias que contienen. Este mecanismo explica porque el estrujado debe ser suave, pues simplemente basta con liberar mosto, respetando la estructura del hollejo; la cual será desgranada con el complejo enzimático del mosto con una extracción selectiva de los compuestos de bondad o calidad que contiene.

En las elaboraciones donde el hollejo es un elemento fundamental por su intervención en los fenómenos de maceración, es importante evitar que la epidermis, como zona más activa de intercambio, quede encerrada hacia el interior o impermeabilizada exteriormente por la cutícula y la pruina. Para ello es conveniente


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no solo respetar su integridad, sino también rasgar el hollejo en una mayor longitud, mediante un aplastamiento rápido pero no violento de los granos de uva. De este modo se consigue aumentar la superficie de maceración y por tanto activar el intercambio de sustancias entre las fases sólidas y liquidas de la vendimia.

El estrujado de mayor calidad es realizado por pisado directo de la vendimia sometiendo a los granos de uva a una suave presión radial entre sus polos opuestos, que hace abrirse suavemente los hollejos como antes se ha descrito. Las maquinas estrujadoras centrifugas de alto rendimiento, pero generadoras de malas calidades; lo que ha conducido de estos últimos años al resurgimiento de las anteriores máquinas de rodillos dotadas de algunas modificaciones que anulan algunos defectos que presentaban las primitivas.

1.4.1.1.6 Escurrido:

Esta operación, pese a su aparente simplicidad esconde la extrema diversidad de componentes del mosto a lo largo de su liberación. El prensado realiza y acaba la extracción fraccionada. Debe liberar la totalidad del jugo de la pulpa que produce la base del vino, los mejores jugos de los hollejos, es decir, los compuestos aromáticos y fenólicos de calidad, sin extraer los compuestos de olores y sabores herbáceos o aceitosos de los hollejos, de los raspones o de las semillas. Con los escurridores puede obtenerse muy rápido, en unos cuantos segundos, del 30 al 70% del mosto total.

1.4.1.1.7 Prensado:

Después de estrujada la vendimia, pasa a la prensa correspondiente para la separación del mosto que aún le queda. En el caso de la vinificación en tinto el prensado se hace de la masa fermentada, aproximadamente 15 días después del estrujado.

Tras hacer pasar las uvas por la prensa, se obtiene un mosto con elevado contenido en azúcar debido a la deshidratación previa en el proceso de pasificación.

A la salida del mosto de la prensa se miden las características con las que sale el vino. Si el mosto no se encuentra en las condiciones óptimas el vino no pasará a la fase siguiente, a la fermentación, sin antes rectificarlo. Pero destacar que solo se


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realizará rectificación en el mosto si se dan condiciones que difieran mucho de las deseadas ya que como se indica continuamente es un vino totalmente natural y esto se consigue sin añadir productos para modificar las condiciones del ciclo natural del vino.

Para el llenado de la prensa se van descolgando las uvas de las colgaderas y se pasan a la zona de prensado situada inmediatamente después de la zona de pasificación.

1.4.1.1.8 Desfangado:

Al comienzo de la vinificación, después de prensadas las uvas, se procede al proceso del desfangado.

El desfangado consiste en la separación de las partículas suspendidas en el mosto obtenido del prensado, del mosto. Estas partículas pueden ser de diferentes tamaños, según el tamaño el desfangado costará mas o menos tiempo.

Es una operación complicada en el proceso de producción del vino, debe ser realizada con especial dedicación en la elaboración del vino dulce, y es difícil sino contamos con los equipos y conocimientos adecuados.

El objetivo del desfangado es obtener vinos "limpios y brillantes" de forma natural, es decir sin añadirle, en lo posible, productos químicos para ayudar a la precipitación de partículas indeseables.

Si se realiza un buen desfangado del mosto antes de la fermentación, se pueden obtener vinos frescos, estables, con una acidez equilibrada, mejor color, suaves y con aromas exquisitos. Otra de las cualidades de un buen desfangado es mejorar sus defensas de protección a la acción del oxigeno.

Los denominados fangos son partículas libres que quedan en el mosto procedentes de los racimos, raspones y hollejos, también de los residuos de tierra y otras cien sustancias posibles de encontrar en el proceso de estrujado de los racimos.

La cantidad de partículas libres en suspensión en los mostos, depende también de la maduración de las uvas utilizadas y por supuesto de las técnicas de manipulación de los racimos desde la vendimia hasta el lagar y el proceso para extraer el jugo de las uvas.


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Se bajará la temperatura del mosto hasta un rango entre 5 y 9 grados centígrados, contando con la ayuda de la refrigeración, para facilitar el proceso de sedimentación y lo protegeremos. También se utilizan en el desfangado enzimas especiales para descomponer las pectinas de los mostos, disminuyendo su viscosidad y facilitando la sedimentación. La gelatina es otra alternativa junto con la caseína, la bentonita y hasta la clara de huevo batida a punto de nieve para cantidades menores en casa.

La gelatina es una proteína compleja, un polímero compuesto por ciertos amino ácidos, es obtenida de los residuos industriales del beneficio de los animales, entre sus usos industriales se utiliza para formar emulsiones sensibles en la clarificación del vino.

La caseína es la proteína principal de la leche, cuando coagula con la renina es llamada para‐caseína y cuando coagula a través de la reducción del pH es llamada caseína ácida.

La bentonita es una arcilla de partículas pequeñas, en la industria del vino se utiliza como clarificante proteico.

La cantidad de fangos que puede producir el mosto es muy grande, entonces hay que prepararse para una buena y cuidadosa decantación, antes de iniciar la fermentación, claro esta que estos "deshechos" son también utilizados, especialmente para la obtención de vinos y aguardientes de calidad menor.

También se puede utilizar la fuerza centrífuga haciendo girar el mosto, por simple gravedad, obtendrán mostos limpios, hay cada vez mejores maquinas, algunas pueden superar las 8,000 revoluciones por minuto y entonces no hay partícula que se resista a salir disparada, lamentablemente estas maquinas son grandes y caras, utilizables para volúmenes mayores.

Por ultimo los filtros, que felizmente, cada día hay en mayor cantidad, variedad y sofisticación, siguen el principio universal de hacer pasar el mosto lo más rápidamente posible por superficies o membranas que capturan las partículas y así estamos listos a disfrutar de vinos limpios de hermosos colores brillantes.

Con la llamada filtración al vacío se obtienen magníficos resultados, algunos atrevidos combinan la operación de desfangado con una cierta maceración del mosto con los orujos, regulando la temperatura en bajos niveles, gracias a la ayuda del acero inoxidable y la refrigeración, impidiendo el inicio de la fermentación y de esta manera logran vinos con mayor cuerpo, resaltando sus cualidades organolépticas incluyendo mejores aromas y la cualidad de evolucionar bien en la botella, es decir vinos de mas larga y mejor vida.


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1.4.1.1.9 Fermentación:

La fermentación del vino es el proceso mediante el cual los azúcares contenidos en el mosto se transforman en alcohol, principalmente, junto con otros compuestos orgánicos las levaduras son las encargadas de realizar esta transformación.

En este proceso las levaduras son unos hongos microscópicos que se encuentran de forma natural en los hollejos de las uvas (generalmente en una capa en forma de polvo blanco fino que recubre la piel de las uvas, que se denomina "pruina" y que se encuentran en los suelos del viñedo).

La levadura más frecuente en enología es Saccharomycescerevisiae –hongo unicelular eucariota de 2‐10 μm de tamaño‐ que suele ser el principal responsable de la fermentación alcohólica y de la generación de aromas secundarios en el vino.

Una vez comienza la fermentación las levaduras se multiplican en el mosto y actúan enérgicamente.

Las levaduras que causan la fermentación del vino son de diversos tipos. Las que inician la fermentación son siempre levaduras que aprovechan el aire disuelto en el mosto. Cuando lo han consumido, entonces mueren y surgen ya las que no necesitan aire, es decir, las estrictamente fermentantes. Estas estrictamente fermentantes son las llamadas especies del género saccharomyces.

El tamaño de las levaduras oscila de tres a seis milésimas de milímetro. En la uva, al estrujarla, suelen ir unas cincuenta levaduras por centímetro cúbico. Al llegar a plena fermentación llegan a ser cien millones por centímetro cúbico.

Para parar la fermentación en este tipo de vino (vino dulce), la parada se realizará por medios químicos (adicción de anhídrido sulfuroso) o físicos (enfriamiento o sobrecalentamiento) en el momento que el contenido de azúcar residual es el adecuado para el vino que se quiere obtener, en nuestro caso se obtienen entre 9º y 10º.

Se deberán de controlar las siguientes variables:

‐ La densidad, con el fin de determinar la cantidad de azúcar que va quedando en el mosto.

‐El mosto, a temperatura favorable, comienza a fermentar, la densidad inicial del vino dulce es de aproximadamente 1120.

‐Al principio la fermentación evoluciona lentamente, pero alas pocas horas comienza una fermentación tumultuosa con un gran desprendimiento de gas. Este periodo es de dos semanas aproximadamente.


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Seguidamente comienza una segunda etapa de fermentación, no tan violenta, más reposada ya que el azúcar ha fermentado en el periodo anterior. En algún momento que parece que la fermentación ha enmudecido, la activamos mediante trasiegos que favorecen la aireación, y continúa la evolución de la densidad, hasta llegar a una marca de 991 lo que indica una alta graduación en alcohol. En estos momentos se dice que el vino está técnicamente seco.

Cuanto más alcohol tenga un vino más baja será su densidad.

El mosto o zumo de uva contiene cantidades variables de glúcidos llamados comúnmente azúcares. La uva contiene de un 15 a un 25% de glucosa y fructosa. En las uvas perfectamente maduras estos compuestos se encuentran casi en la misma proporción aunque siempre hay un poco más de fructosa que de glucosa, siendo la relación glucosa/fructosa aproximadamente de 0,95, este es el caso del vino dulce. Durante la fermentación alcohólica estos azúcares del mosto son transformados por las levaduras en etanol y CO2 , obteniéndose el vino.

La cantidad de CO2 que se produce, es enorme. Si 100 g. de azúcar de uva producen, a una temperatura de 0º C y una presión de 760 mm/Hg, 23,6 litros (un litro de CO2, medido a 0º C y 760 mm/Hg, pesa 1,977 g), 1000 g. producirían 236 litros. Ahora bien; 20 Kg de azúcar, que corresponden aproximadamente al contenido de 100 litros de mosto a 12º Bé (210 g de azúcar) producirán 4.720 litros de CO2.

El mosto en fermentación está sobresaturado de CO2 y la cantidad depende de la temperatura, la presión y la concentración alcohólica del líquido. Luego, al terminar la fermentación, el CO2 tiende a desprenderse del vino, como resultado de las operaciones inmediatas a la fermentación: descubado, trasiegos, etc.

La fermentación alcohólica se realiza en un medio reductor, lo que se comprueba a través de la producción de CO2 de la reacción. Con esto se destaca que mientras se produce la fermentación, el peligro de oxidación es casi nulo. El problema aparece una vez finalizado este proceso debido a que el CO2 libre del mosto, durante este proceso, ha sido consumido, de allí que una vez finalizada la fermentación debemos evaluar en qué condiciones finalizó para poder resguardar la calidad del vino obtenido.

Bioquímica de la reacción: La glucólisis es la primera etapa de la fermentación, lo mismo que en la respiración celular, y al igual que ésta necesita de enzimas para su completo funcionamiento. A pesar de la complejidad de los procesos bioquímicos una forma esquemática de la reacción química de la fermentación alcohólica puede describirse como una glicólisis (en la denominada vía Embden‐Meyerhof‐Parnes) de tal forma que puede verse como participa inicialmente una molécula de hexosa:


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C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP→ 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

Se puede ver que la fermentación alcohólica es desde el punto de vista

energético una reacción exotérmica, se libera una cierta cantidad de energía. La fermentación alcohólica produce gran cantidad de CO2, que es la que provoca que el cava (al igual que el Champagne y algunos vinos) tengan burbujas. Este CO2 (denominado en la edad media como gas vinorum) pesa más que el aire, y puede llegar a crear bolsas que desplazan el oxígeno de los recipientes donde se produce la fermentación. Por ello es necesario ventilar bien los espacios dedicados a tal fin. En las bodegas de vino, por ejemplo, se suele ir con una vela encendida y colocada a la altura de la cintura, para que en el caso de que la vela se apague, se pueda salir inmediatamente de la bodega. La liberación del dióxido de carbono es a veces "tumultuosa" y da la sensación de hervir, de ahí proviene el nombre de fermentación, palabra que en castellano tiene por etimología del latínfervere.

Un cálculo realizado sobre la reacción química muestra que el etanol resultante es casi un 51% del peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%. Se puede ver igualmente que la presencia de fósforo (en forma de fosfatos, es importante para la evolución del proceso de fermentación. La fermentación alcohólica se produce por regla general antes que la fermentación maloláctica, aunque existen procesos de fermentación específicos en los que ambas fermentaciones tienen lugar al mismo tiempo. La presencia de azúcares asimilables superiores a una concentración sobre los 0,16 g/L produce invariablemente la formación de alcohol etílico en proceso de crecimiento de levadura (Saccharomycescerevisiae) incluso en presencia de exceso de oxígeno (aeróbico), este es el denominado efecto Crabtree, este efecto es tenido en cuenta a la hora de estudiar y tratar de modificar la producción de etanol durante la fermentación.

Si bien el proceso completo (vía Embden‐Meyerhof‐Parnes) descrito simplificado anteriormente explica los productos resultantes de la fermentación etílica de un hexano, cabe destacar que el proceso se puede detallar en una glicólisis previa gobernada por un conjunto de enzimas en la que se obtiene un piruvato tal y como se describe a continuación:

C6H12O6→ 2 CH3COCOO− + 2 H2O + 2H+

La reacción química se describe como la reducción de dos moléculas de

Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) de NADH (forma reducida del NAD+) con un balance final de dos moléculas de ADP que finalmente por la reacción general mostrada anteriormente se convierten en ATP (adenosíntrifosfato).

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‐ La temperatura, un exceso puede dar lugar a una parada de la fermentación por muerte de las levaduras. Si se expone cualquier levadura a una temperatura cercana o superior a 55 ºC por un tiempo de 5 minutos se produce su muerte. La mayoría actúa en una franja comprendida entre los 12 ºC y los 37 ºC.

‐ Contacto con el aire,una intervención de oxígeno (por mínima que sea) en el proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la razón por la que los recipientes fermentadores se cierren herméticamente.

La fermentación se produce en los depósitos. Existen diferentes tipos de depósitos, principalmente pueden ser de dos tipos: de cemento armado y de acero inoxidable.

CONTROL DE FRÍO:

La temperatura es un factor muy importante en casi todos los procesos. En la conservación y fermentación del mosto es vital. En la planta se dispone de varios depósitos de acero inoxidable. Cada uno de ellos se encuentra recubierto por unas camisas metálicas las cuales contienen agua.

Este tipo de enfriamiento de los depósitos es muy ventajoso desde el punto de vista económico, ya que otros métodos suelen resultar más caros. Los depósitos con camisa tienen un coeficiente de transmisión térmica muy bajo, debido a que el fluido del lado interior no se mueve. El rendimiento de la camisa disminuye a medida que se aumenta el tamaño del depósito, debido a que la superficie de camisa por unidad de volumen varía con la inversa del diámetro del depósito.

La producción del frío esta basada en un hecho muy simple. Un liquido para pasar al estado gaseoso necesita consumir calor, con lo que “robar” ese calor de algún objeto, que quedara mas “frío” de lo que estaba antes de producirse el fenómeno en cuestión.

Las partes del principio de funcionamiento son:

‐ evaporador

‐ compresor

‐ condensador

‐ válvula de expansión

Hay un lado de alta presión y otro lado de baja presión. El compresor extrae el fluido frigorífico del evaporador y lo comprime, de modo que la temperatura de salida es mayor a la de la entrada.


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Desde el compresor pasa al condensador, donde es enfriado hasta cambiar del estado gaseoso al líquido. En la válvula de expansión, pasamos a una presión inferior y el fluido frigorígeno pasa al estado de gas en el evaporador. Para conseguir ese cambio de estado (liquido a gas) necesita “robar” calor, dejando “frío” a otro fluido. Por ello, al pasar el agua por el evaporador esta se enfriará.

Una vez obtenida el agua fría solamente falta llevarla a aquel depósito que quiera enfriar su contenido. Se podría hacer mediante válvulas que se accionaran manualmente por el operario pero este método es muy engorroso ya que la persona no pararía de dar paseos por la bodega.

Lo que se ha empleado es lo siguiente. Cada depósito tiene una sonda Pt100. la señal de cada sonda va a parar a un regulador situado en la sala. En este regulador vemos la temperatura real del contenido del depósito. El regulador tiene la opción de poner una temperatura de selección de tal forma que si la temperatura real es superior a la de preselección el regulador se encargará de cerrar un contacto. Este contacto se utiliza para excitar a la bobina de una electroválvula que será la encargada de permitir o no permitir la circulación del agua fría por las camisas de los depósitos de acero inoxidable.

Cada regulador tiene asociado un selector que me servirá para decidir que la válvula sea controlada por el regulador de temperatura (modo automático) o bien excitarla independientemente de lo que indique el regulador (modo manual). Cuando el selector esté en posición manual la válvula permitirá pasar agua fría por las camisas de los depósitos. Justo antes de la electroválvula existe otra válvula manual con la que el operario podrá permitir o prohibir el paso del agua por el circuito. La utilización de está última válvula será para ocasiones de emergencia.

1.4.1.1.10 Trasiego:

En los vinos nuevos se produce una clarificación espontánea, depositando en el fondo de las cubas los fangos. Es aconsejable que estos sedimentos no estén mucho tiempo junto al vino para ir disminuyendo la turbidez. Por esta razón se trasiega el vino a cubas limpias frecuentemente. Este proceso airea el vino, siendo esto conveniente al principio, para ayudar al buen acabado de la fermentación y la estabilización del vino, permite la evaporación de sustancias volátiles resultantes de la fermentación y de gas carbónico.

1.4.1.1.11 Filtrado:


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Otra forma de eliminar la turbiedad es el filtrado. El vino se hace pasar a través de un material poroso que retiene los sedimentos. Suele usarse como complemento del trasiego.

Otros aspectos para los cuales es favorable filtrar el vino son los siguientes:

‐ Cuando se busca la detención o el retardo de la fermentación.

‐ En vinos sometidos al frío o a la pasterización.

‐ En vinos comunes de consumición rápida.

Con el supurado necesitaremos detener la fermentación, por lo que el filtrado será un proceso clave en la elaboración del vino.

El filtrado puede realizarse de diferentes modos entre los que se pueden destacar por ejemplo, quipos a presión con tierras filtrantes para vinos, de placas y membranas en las etapas finales del proceso y del tipo rotatorio a vacío, para filtrar borras.

En los filtros a presión se suelen utilizar placas filtrantes de papel. Inicialmente se hace recircular una solución de ácido cítrico por unos minutos para acondicionar el equipo, y luego se enjuaga antes de hacer circular el vino. Cuando la filtración es previa al embotellado, la adición debe hacerse algunos días antes para permitir su eliminación.

El segundo método es mediante membranas filtrantes, instaladas en porta cartuchos de acero inoxidable Las membranas están fabricadas con polímeros sintéticos de porosidad uniforme en el rango de micrones, lo que permite retener y remover levaduras y bacterias. Este sistema es utilizado antes de embotellar, con objeto de mantener la estabilidad biológica.

El último método corresponde a los filtros de tambor rotatorio, en los cuales se forma una capa filtrante sobre el tambor. Para retirar el sólido posee un cuchillo que raspa la superficie permitiendo mantener un flujo constante de la filtración.

1.4.1.1.12 Embotellado:

El vino casi listo para ser embotellado se almacena en cubas de preenvase, a fin de minimizar el trasvase del vino y evitar el contacto con el oxigeno. Una vez depositado el vino en estas cubas, se analiza su grado de esterilidad y, si es necesario,


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es corregido con anhídrido sulfuroso o ácido ascórbico (para vinos blancos). Luego el vino es filtrado mediante placas, previo a ser introducido a la línea de embotellado.

En la línea de embotellado, las botellas vacías son ubicadas sobre una mesa y a partir de ella se alimentan a una lavadora para remover partículas de polvo; a continuación pasan a una secadora y a una máquina llenadora, la que recibe el vino luego de ser filtrado. En algunos casos, y dependiendo del tipo de maquina llenadora, existe un chorro de nitrógeno que retira el aire de la botella antes del llenado.

Después del llenado, las botellas pasan a la encorchadora, la cual coloca el corcho quedando 1 a 2 centímetros entre éste y el vino, de forma de prevenir expansiones por efecto de la temperatura. Posteriormente pasa a la encapsuladora y a la etiquetadora, donde se adhiere la etiqueta y contraetiqueta.

Durante todo el embotellado se realizan constantes controles de calidad, a través de análisis de pH, acidez, azúcar residual, SO2, extracto seco y test de estabilidad. Además, es necesario observar el corcho, la cápsula y las etiquetas a fin de corregir cualquier defecto en esta etapa del proceso.

Una vez embotellado el vino, se almacena en posición horizontal (lo que favorece el corcho se empape de vino, evitando perdida de humedad) a una temperatura de entre 10ºC y 12°C, en lugares con una baja intensidad de luz para evitar cambios en la tonalidad de los vinos.

1.4.1.2 CARACTERISTICAS DEL VINO DULCE. Para clasificar al vino Supurado se procede a citar sus principales

características:

· Vino que posee aproximadamente un volumen de 9% de alcohol.

·Cuenta con gran cantidad de azúcar residual. El azúcar procede únicamente de la propia uva.

· Vinopasificado bajo cubierta, concentrado su nivel de azúcar

· La elaboración del Supurado se lleva a cabo con las variedades de uva típicas de Rioja, Garnacha, Tempranillo y Viura.

·La cantidad de azúcar final que alcanza el vino es de 200g/l.

Una vez explicadas las principales características con las que cuenta el Supurado, se puede encajar en el grupo de los “vinos naturalmente dulces”.


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1.4.1.3 DIFERENCIAS ENTRE EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO SECO Y EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE.

Una vez explicado el vino Supurado, a continuación se resumen las principales diferencias existentes entre el proceso de elaboración del vino seco y el proceso de elaboración del vino dulce.

· La vendimia del Supurado se realiza de manera muy cuidada y en caja evitando la rotura de los granos de uva mientras que en el proceso tradicional se corta la uva y se echa al remolque sin miedo de que los granos de uva se rompan.

· Recepción en bodega: la uva destinada al vino tradicional se lleva a la tolva mientras que la uva destinada a la elaboración del Supurao se lleva a la zona de pasificación donde reposará mientras se deshidrata.

· Fermentación: la fermentación del Supurado es una fermentación lenta que necesita mucho control, además hay que cortarla para obtener niveles de alcohol bajos comprendidos entre 9 y 10 grados de alcohol. Para el vino tradicional hay que realizar también una fermentación controlada pero no requiere tanta precisión.

1.4.2 CARACTERÍSTICAS DE LA BODEGA

La bodega se encuentra en la Rioja Alta siendo su objetivo principal el desarrollo

de la elaboración, almacenamiento y comercialización de las cosechas de uva, ejerciendo, a su vez, la mejor defensa de los intereses vitivinícolas de los componentes de la misma.

La bodega ocupa una superficie pequeña en comparación a la mayoría de las bodegas o cooperativas existentes en la Rioja y cuenta con 7 hectáreas de viñedo, localizadas mayoritariamente en el Termino Municipal de Sojuela.

La bodega inicial en la cual comenzó la elaboración del Supurado era una bodega antigua, de las que se construían hace 60 años aproximadamente en el subsuelo. Una gran ventaja de esta bodega era la temperatura, al estar subterránea las diferencias de temperatura se podían considerar despreciables, manteniéndose una temperatura más o menos constante a lo largo de todo el año.

Con el paso de los años, la elaboración del vino en la bodega era muy costosa en cuanto a mano de obra. El espacio era reducido y la maquinaria casi inexistente. Se contaba únicamente con una bomba para poder elevar el vino de la planta


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subterránea a la planta principal, una pequeña prensa y los depósitos para el almacenaje.

Debido a la escasa flexibilidad de la bodega, la mecanización era casi imposible y la posibilidad de incrementar la cantidad de cosecha también, por lo que se puso en marcha el proyecto de una nueva bodega biodinámica y automatizada.

La bodega ha sido diseñada cuidando el más mínimo detalle cumpliendo los fines para los cuales se creó.

En la actualidad la capacidad de almacenamiento de la bodega ronda los5000‐6000 kilos de uva y su volumen de elaboración puede llegar hasta los 4000 de litros por campaña, lo que supone 3000 botellas de 375cl.

Los avances tecnológicos surgidos en el sector no han pasado desapercibidos y han influido en que se plantee adecuar la bodega a las actuales exigencias, tanto enológicas como tecnológicas, para mantenerse como bodega de primera línea en cuanto a la calidad de sus vinos.

Se trabaja con dos variedades de uva: garnacha y tempranillo, para la elaboración del preciado vino dulce “Supurado”.

Garnacha: Se trata de una planta de alta productividad. Es resistente a la sequía y al frío y sensible a plagas y enfermedades. Tiene racimos de tamaño medio y compactos; las bayas son de tamaño mediano, forma ovalada y color rojo oscuro, morado. Produce vinos de poco color y elevada graduación alcohólica, pudiendo combinar bien con otras variedades, como la uva tempranillo.


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Tempranillo: es una uva tinta con una piel gruesa. Crece mejor en altitudes relativamente altas, pero puede también tolerar climas mucho más templado. La uva tempranillo produce un mosto equilibrado en azúcar, color y acidez aunque esta última, a veces, es escasa. Posee un paladar franco, interesante en vino joven y aterciopelado cuando envejece. Se considera variedad preferente y desde hace algunos años es la variedad que mayor superficie ocupa en la Denominación Rioja.

1.4.2.1 PLANTAS DE LA BODEGA Se distinguen cuatro plantas.

Comenzando de la planta más alta o de más cota y terminando en la planta de menor altura o menos cota, la manera en la que se distribuyen las diferentes plantas es la siguiente:

‐ la planta superior se encuentra a una cota sobre el suelo de 3,34m

‐ la planta segunda tiene una cota de 1,8m.

‐ la planta primera o planta baja que se encuentra a cota 0

‐ por último una planta subterránea cuya cota es de ‐1m.

1.4.2.1.1 TERCERA PLANTA Comenzando en la planta más superior con cota 3,34m sobre el suelo la bodega

dispone de las siguientes áreas:

Zona de pasificación de la uva: es el lugar en el cual se encuentran las colgaderas. Tras la vendimia en caja, se transportan las cajas a la bodega. Este lugar, es el primero por el cual han de pasar las uvas. Aquí se encuentran las colgaderas, donde se colocan las uvas recién vendimiadas para comenzar el proceso de la pasificación.


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Las colgaderas están formadas por varios palos de madera unidos unos con otros colocando el final de un palo con el principio del otro, y colocando varias alturas. Así, el espacio quede lo más aprovechado posible, ya que jugamos tanto con la superficie del suelo como con la altura.

La superficie ocupada por la zona de pasificación es de 74,26 m2.

Las condiciones de temperatura y humedad han de ser aptas para que el proceso de pasificación sea el adecuado.

Prensa: junto a la zona de pasificación de la uva, se encuentra la prensa.

Una vez finalizado completamente el proceso de pasificación, se procede a descolgar las uvas de las colgaderas donde han estado colgadas mientras supuraban durante un periodo de tres meses aproximadamente.

Se introducen las uvas en la prensa para extraer el primer mosto de la cosecha. Este mosto se encuentra con un porcentaje de azúcar natural elevado ya que con la pasificación lo que se persigue principalmente es la concentración de azúcar de los granos de uva.

La prensa utilizada es una prensa hidráulica vertical que permite una capacidad de 430 litros.

Depósitos: Siguiendo a la prensa se encuentran los depósitos.


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En la bodega hay 7 depósitos de acero inoxidable dispuestos de una manera estratégica. En la planta superior se encuentran tres de los siete depósitos, en la segunda planta se encuentran otros dos depósitos y en la primera planta o planta baja los dos depósitos restantes.

La colocación de los depósitos es la siguiente: los depósitos de la planta inferior se encuentran alineados con los de la segunda planta, y los de la segunda planta a su vez, alineados con los depósitos de la tercera planta.

El fin que se persigue y que se consigue de este modo, es el aprovechar la energía utilizando la fuerza de la gravedad y la diferencia de altura que tiene la bodega entre las dos plantas.

Aparece con la diferencia de cota entre plantas una energía potencial. Otros factores que influyen son la gravedad y la masa y la fórmula que relaciona todas las variables es la siguiente:

Ep=M*g*h

Dónde:

M=masa

g=gravedad

h= altura (diferencia de altura entre la planta superior y la planta inferior)

Ep= energía potencial

Una vez terminado el proceso de prensado el mosto se deja en un primer depósito donde se deja un periodo de tiempo no muy largo para que los sedimentos contenidos en el mosto bajen al fondo del depósito. Así el mosto que sale del primer depósito esta más limpio que el mosto que entra al depósito directamente de la prensa. El principal objetivo que se alcanza con esta sedimentación es que la fermentación se realice con un mosto lo mas limpio posible para evitar efectos negativos que pueda transmitir al vino alguna sustancia con efectos negativos contenida en el mosto.

Una vez se han depositado en la parte inferior del depósito la mayor cantidad posible de sedimentos, se pasa el vino a los otros dos depósitos que se encuentran en la misma planta que el anterior, en la tercera planta. Será aquí donde se produzca la fermentación, que principalmente consiste en la transformación del azúcar contenido en el mosto en alcohol.


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En la fermentación se toma el control de la temperatura y densidad del mosto para no obtener malas fermentaciones o fermentaciones inacabadas.

1.4.2.1.2 SEGUNDA PLANTA Planta segunda con cota 1,8m:

Una vez finalizada la fermentación en los depósitos de acero inoxidable de la tercera planta se procede al primer trasiego utilizando la diferencia de altura entre la planta tercera y la planta segunda el vino desciende gracias a la fuerza de la gravedad sin necesidad de la utilización de bombas.

En esta segunda planta se le deja estabilizar al vino.

1.4.2.1.3 PRIMERA PLANTA Planta primera o planta baja con cota 0m:

En la planta baja se encuentran los últimos dos depósitos, la zona de embotellado, un pequeño aseo y la sala de catas.

Los depósitos de esta planta serán los encargados de almacenar el vino una vez ya finalizado su proceso y con todas características idóneas ya adoptadas. Se puede decir que son utilizados para el almacenaje hasta que se proceda a su embotellado.


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1.4.2.1.4 PLANTA CERO Planta subterránea con cota ‐1m:

Esta planta hace de almacén de la bodega, se encuentra el vino ya embotellado.

Aprovechando la cota, se evita el colocar un sistema para el control exhaustivo de temperatura porque al estar subterráneos las diferencias de temperatura que se pueden originar son minúsculas, en líneas generales se puede decir que la temperatura se mantiene constante.

1.4.2.2 SUPERFICIE DE LA BODEGA:

‐ Planta tercera:

Secadero: 74 m2

Zona de prensa: 10m2

Zona de depósitos: 16m2

Superficie total planta 3ª: 100m2

‐ Planta segunda:

Zona de los depósitos: 16m2

Superficie total planta 2ª: 16m2


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‐Planta baja:

Zona de depósitos y embotellado: 53m2

Aseo: 3,5 m2

Zona de catas exterior: 53,5m2

Superficie total planta baja: 100m2

SUPERFICIE TOTAL DE LA BODEGA= 300 m2

1.4.2.3 DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES EXISTENTES.

1.4.2.3.1 Depósitos de acero inoxidable

La bodega cuenta con 7 depósitos de acero inoxidable repartidos en las tres plantas de la bodega de la siguiente manera:

‐ 3 en la planta 3ª ‐ 2 en la planta 2ª ‐ 2 en la planta 1ª

Descripción de los depósitos:

Siempre‐llenosauto‐vaciantes en acero inoxidable calidad AISI 316 de 2000 Litros con camisa de refrigeración.

Aplicaciones:

• Sistema con tapa ajustable que se adapta a cualquier capacidad de vino evitando que éste quede en contacto con el aire cuando la cuba no está totalmente llena.

• Fermentación, maceración y elaboración de vinos con el hollejo gracias a su boca especial que facilita el sangrado y la descarga manual de los orujos.

• Una vez terminada la fermentación se usa para conservar el vino como cualquier cuba estándar.

Accesorios:

• Válvula mariposa DIN salida de claros en acero inoxidable. • Válvula mariposa DIN salida de turbios en acero inoxidable. • Tapa siempre‐llena con cámara y bombín. • Cámara de repuesto.


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• Catavinos. • Válvula de seguridad en acero inoxidable de doble efecto. • Boca auto‐vaciante de 400 mm. Ø con rejilla interior de sangrado. • Patas de 400 mm. de altura hasta 4.000 L y de 500 mm a partir de 5.000 L. La

altura de las patas puede modificarse a petición del cliente. • Grúa con polea y cabestrante para subir la tapa.

Características técnicas:

• Todas las partes en contacto con el líquido están construidas en chapa de acero inoxidable calidad AISI 316.

• Fondos con los bordes curvados interiormente para facilitar la limpieza. • Boca especial con rejilla que facilita el sangrado y la descarga manual de los

orujos. • Camisa de refrigeración.

Dimensiones:

• Capacidad: 2000 litros • Altura cuerpo: 1350mm • Altura total: 2050mm • Diámetro: 1010mm • Espesor chapa: 1,5mm • Ancho camisa: 500 • Superficie: 1,6m2

1.4.2.3.2 Filtro:

El filtro utilizado en la bodega es un filtro de placas 20x20, y con una capacidad máxima de 20 placas.

Incorpora una bomba de ½ cv, para filtrar el vino durante los trasiegos o antes de embotellarlo.

‐Dimensiones:

Superficie filtro: 0,8mm2

Potencia: 0,5cv

Dimensiones (mm) lango x ancho x alto: 650 x 400 x 570

Peso (Kg): 31

1.4.2.3.3 Trasiego:

Bomba de trasiego en acero inoxidable con rodete flexible.


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‐Características:

• Auto‐cebadas, con doble sentido de trasvase. • Cuerpo totalmente en acero inoxidable. • Bajas velocidades de rotación. • Motor monofásico. • Carrito incorporado. • Sistema anti‐retroceso. • Acoples de salida tipo DIN estándar. • Potencia cv: 1,2 • Caudal l/h: 6000 • Largo x ancho xalto: 650 x 300 x 500 • Peso: 18Kg

1.4.2.3.4 Prensa:

Prensa en acero inoxidable Hidráulica y vertical con motor. Esta prensa es totalmente automática.

Características:

• Bandeja de recogida en acero inox. • Motor hidráulico de 1 Hp. monofásico. • Presostato con manómetro, totalmente automático, se regula la presión y la

prensa actúa cuando ésta disminuye. • Jaula robusta de madera reforzada con 4 aros. • Carro con ruedas para mover la jaula y sacarla de la prensa. • La prensa está provista también de ruedas para desplazarla cómodamente. • Tiempo de prensado: 30 minutos aproximadamente. • Capacidad tinaja: 430 litros • Presión Toneladas: 46,4 Tm • Largo x ancho x alto: 1250 x 1550 x 2500 • Peso (Kg): 895

1.4.2.3.5 Embotelladora:

Para el embotellado se utiliza una maquina de las denominadas “monobloque”. Esta embotella realiza tanto el llenado como el encorchado.

‐Características:

• Sistema de llenado por gravedad. • Dispositivo de elevación para el cambio de formato de la botella.


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• Protecciones de seguridad según la normativa de la CE con paneles en material plástico y micro‐interruptores de seguridad.

• Nivelador ‐ inyector de gas inerte. • Construida en acero inoxidable calidad AISI 304 y materiales plásticos de

calidad alimentaria que facilitan la limpieza, esterilización, manutención y larga duración.

• Encorchadora de 4 mordazas en acero inoxidable, templadas y rectificadas con tolerancia centesimal y fácilmente desmontable para un fácil mantenimiento.

• Control eléctrico del nivel de líquido en el depósito. • Posibilidad de incorporar inyección de gas inerte antes del llenado y sistema

de encorchado al vacío.

Características técnicas:

• Producto botellas/hora: 900‐1200 • Nº de brazos: 8 • Dimensiones (mm) largo x ancho x alto: 2260 x 850 x 2250 • Peso (Kg): 900 • Potencia: 1,3Kw

BOTELLA UTILIZADA:

• La botella utilizada es de modelo Rhin. • Capacidad: 0,375 litros. • Peso: 350gramos • Diámetro: 60 mm • Altura: 275 mm • Color: Verde


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1.5 Normas y referencias. Normativa:

La estructura del proyecto está basado en la norma UNE 157001 (Febrero del 2002).

Referencias:

Páginas web

http://elmundovino.es

http://www.caloryfrio.com

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/fundam/p9.htm

www.omron.com

Bibliografía:

Libro: Tratado de enología I

Libro: Tratado de enología II

Libro: Robótica y Automatización industrial

Libro: Ingeniería de la automatización industrial.(Autor: Ramón Piedrafita Moreno; Año: 2004.)

Automatización Industrial II. Javier Bretón Rodríguez. Universidad de La Rioja.

1.6 Programas utilizados

Auto Cad : Elaboración de planos.

Auto Cad 3D studio: maqueta de la bodega a escala.

Cx‐Programmer: Programación del proceso de control.

CxSupervisor: Simulación del proceso de control.

1.7 Definiciones Algunas definiciones importantes para la compresión del documento:

1.7.1 LA UVA:

La uva es una de las frutas mas conocidas, especialmente porque es la base de una de las bebidas alcohólicas mas conocidas en el mundo: el vino.


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Existen diferentes variedades de uva pero su caracterización principal es la visual. Se puede clasificar en tinta o blanca.

1.7.2 RACIMO DE UVA:

Por su estructura física, el racimo está constituido por:

‐El raspón o escobajo

‐El grano

1.7.3 RASPÓN O ESCOBAJO:

Está protegido por un eje central que se llama pedúnculo hasta la primera ramificación, y luego el raquis. Desde el raquis parten ramificaciones que luego se subdividen en otras ramificaciones secundarias, en cuyas extremidades están los pecíolos que soportan a los granos. El raspón o escobajo forma el esqueleto del racimo.

1.7.4 GRANO:

Es el fruto de la vid. Básicamente es una baya carnosa y jugosa constituida por el epicarpio llamado hollejo, el sarcocarpio llamado pulpa y las semillas, pepitas o bayas.


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El grano es de suma importancia para nosotros, ya que dependiendo de su constitución, obtendremos un vino determinado.

El grano recién constituido por la fecundación de la flor es una pequeña “bolita” verde formada fundamentalmente por la clorofila y cierta cantidad de ácidos. Funciona como todo otro órgano verde de la planta. Crece, hasta llegar a un periodo crucial de la vida del grano conocido con el nombre de “envero”, que es cuando el grano de uva pierde su dureza y se ablandan los tejidos. Mientras en las variedades blancas presenta una coloración amarilla‐verdosa hasta llegar al dorado, en las rosadas y tintas se revelan las diversas tonalidades de color, que partiendo del rosa, pueden llegar al azulado o violeta.

La película u hollejo encierra en su interior a la pulpa y las semillas del grano. Es una membrana delgada y elástica, que se distiende a medida que el grano de uva va creciendo. Cuando el grano llega a su madures, la película del grano de uva varía según el cultivar. En la vinificación de vinos tintos, la mayoría de los taninos que tiene el vino, provienen de la película, como así mismo los elementos del color o antocianos. La constitución química de estas sustancias es bastante compleja y varía con cada variedad. Los colores varían de amarillo a uvas blancas, rojo‐violeta o rojo subí en los vinos tintos.

La pulpa es la parte principal del grano de uva (ocupa el 83% a 92% del grano). Está formado por células llenas de agua más otros constituyentes como azúcares, ácidos, sustancias nitrogenadas y minerales; que luego pasarán a formar parte del mosto desde el cual se comienza a elaborar el vino.

Las semillas, generalmente se encuentran en el interior del grano de uva, en número de 4. Ya que se originaron a partir de dos ovarios de la flor, y cada ovario tenía 2 óvulos. Pero como la fermentación no es perfecta, el número de semillas varía de 1 a 4. Las semillas contienen numerosas sustancias, que pasan al vino en el curso de la fermentación. Las más importantes son: los taninos y las materias grasas.


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Pincel: Atraviesa el grano en línea recta y en su estructura se sujetan las

pepitas. Pepitas: Semillas que están en el interior de la pulpa, con una capa externa

muy dura y son distintas en cada variedad conteniendo una pequeña proporción de taninos que dan carácter al vino y permiten su conservación.

Pulpa: parte de la uva que contiene el mosto o zumo. Película: parte de piel, capa mas fina que envuelve la uva, determina parte del

sabor, el color y el aroma de los vinos.

1.7.5 COMPOSICIÓN DEL GRANO DE UVA:

La proporción de los componentes del grano varían sensiblemente dependiendo de la variedad, la marcha del año, y el grado de maduración. La suma de las semillas más el hollejo, representan del 12% al 14% del grano. Los factores mencionados arriba influyen directamente en la forma, el tamaño y el peso de cada grano que oscila entre los 1,5 a 4 gramos

1.8 Planteamiento del problema.

El presente proyecto se realiza para intentar dar solución al control y automatización del proceso seguido en la pasificación y en la fermentación para la elaboración del vino dulce “Supurado”.

La necesidad de elaborar un vino con unas características deseadas casi perfectas, impulsa ha la realización de este proyecto.

Como punto de partida tomamos el nuevo pabellón ha construir, del cual ya esta realizado el proyecto completo, solamente faltaría esta parte, la del control y automatización del proceso. Se cuenta con la maquinaria utilizada durante el proceso, con las redes de saneamiento, agua y electricidad.


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Uno de los objetivos, consiste en conocer en cada instante de tiempo deseado, la temperatura y la humedad existentes durante la pasificación de la uva, para actuar en caso de que los valores medidos no correspondan con los deseados.

Otro de los objetivos, se basa en ofrecer la posibilidad de conocer en todo momento la situación del proceso de fermentación en cada uno de los depósitos, desde un solo punto. En épocas de gran cantidad de trabajo, como pueden ser vendimias y etapa de prensado es muy importante mantener acciones coordinadas para el correcto funcionamiento del proceso.

El conocimiento rápido y preciso de la situación del sistema, es un factor importante a la hora de resolver posibles averías, y optimizar los recursos existentes.

Por otro lado se ofrece la posibilidad de trabajar de forma automática. Por ejemplo, una vez fijada la temperatura de consigna (con la histéresis correspondiente), el sistema se regula por si mismo para alcanzar la temperatura adecuada.

A continuación se describen los elementos mecánicos, instalaciones y equipos de control que habrá que seleccionar y en algún caso diseñar, para la puesta en marcha de las futuras instalaciones:

1.8.1 CONDUCCIONES

Se colocaran unas válvulas al inicio de las camisas para permitir el paso y guiar el agua hasta los depósitos desde la bomba de calor hasta los depósitos.

Estas válvulas introducirán el líquido refrigerante en los depósitos o por el contrario permitirán que el agua siga viajando por el circuito común de frío. Para la selección de este tipo de válvulas se ha de tener en cuenta que ofrezcan versatilidad de maniobra por lo que las válvulas de tres posiciones serán las que mejor se adapten al caso.

Por otro lado, al proponer un proceso automatizado, nos decantaremos por instalar electroválvulas, controladas por una corriente eléctrica que circula a través de una bobina solenoide, para que sean pilotadas mediante PLC.

1.8.2 CONTROL DE TEMPERATURA

El control de temperatura tanto en la fermentación como en la pasificación se

deberá poder llevar a cabo desde la misma sala de los depósitos, actuando sobre los controladores de temperatura, o a distancia mediante SCADA. En los controladores se programa la temperatura que queremos obtener en los depósitos o en la sala de pasificación, se permitirá un margen de tolerancia o histéresis, tanto por encima como por debajo de la temperatura de consigna. Una vez introducida la temperatura


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deseada, es el propio equipo el que la compara con la temperatura actual y en función del resultado, da la orden de activar o de no activar la bomba de calor/frío para la fermentación o el equipo de refrigeración para la pasificación.

La automatización pretende conectar estos controladores a la red de

comunicación para recoger el dato de temperatura actual de los depósitos y de la sala de pasificación y del estado del proceso. Por su parte el usuario mandará al equipo los datos de temperatura de consigna. Todo ello quedará reflejado en una pantalla del SCADA.

1.8.3 CONTROL DE CO2

El gas carbónico (CO2) o más comúnmente denominado entre los bodegueros como “tufo” es uno de los problemas más característicos existentes en una bodega desde los principios del vino.

Este gas actúa de dos formas: por empobrecimiento de la concentración de

oxígeno en el aire y, principalmente, por enriquecimiento de la de CO2, cuyo umbral de tolerancia es de 1,5% (nivel normal: de 0,03 a 0,07%). Los problemas fisiológicos aparecen a partir del 3%. De forma resumida, se deberán tener en cuenta los siguientes valores:

• Concentración normal en el aire: 0,03%.

• Dosis de tolerancia humana: 0,5%.

• Dosis peligrosa (asfixia): 3%.

• Densidad: 1,529. El gas carbónico es más pesado que el aire (densidad aire =1).

• Valor límite ambiental‐Exposición diaria: 5.000 ppm / 9.150 mg/m3.

• Valor límite ambiental‐Exposición corta duración: 1.500 ppm / 27.400 mg/m3.

• Características: Incoloro e inodoro.

El anhídrido carbónico ambiental en altas concentraciones, puede dar lugar a

un desequilibrio del pH corporal. Este desequilibrio consiste en una acidosis respiratoria (pH<7,35) originada por exceso de ácido carbónico en el líquido extracelular. La acidosis deprime la actividad mental y puede provocar el coma y la


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muerte cuando el pH desciende por debajo de 6,8. La pérdida de conocimiento puede producirse en menos de un minuto y medio, el corazón puede seguir funcionando unos tres minutos más y posteriormente, el cerebro sufre una lesión irreversible que provoca la muerte.

Actualmente este problema esta “controlado” pero antiguamente muchas

muertes eran ocasionadas a causa del carbónico. La formación de dióxido de carbono tiene lugar principalmente durante la

fermentación alcohólica. 180 gr. de azúcares que fermentan originan 48,08 litros de CO2 (a 20º C). Realizando una aproximación puede considerarse que este volumen es de 50 litros. Por ello, un hectolitro de mosto de 10 GAP (Grado Alcohólico Probable) produce 5 m3 de ese gas, cantidad suficiente para contaminar 1.000 m3 de aire si se considera como nivel de alarma el 0,5%. Otro momento en el que se desprende CO2 es durante la fermentación maloláctica. En este caso el volumen de gas producido es mucho menor que en el de la fermentación alcohólica. También existe un alto riesgo de asfixia por CO2 durante las labores de descube (separación del mosto fermentado de los orujos para su posterior prensado).

En cualquier caso, resulta de extrema importancia considerar siempre que el

peligro puede depender del tipo de relación laboral de los trabajadores expuestos.

La forma más segura de conocer la presencia de este gas es la utilización de un equipo detector específico. Se trata de un instrumento que dispone de una doble alarma (sonora y visual), de una sonda a distancia y cuyo sensor debe ser reemplazado periódicamente.

Un medio muy utilizado pero de muy poca fiabilidad es la prueba de la vela.

Este método no resulta eficaz ya que, en la mayor parte del tiempo en la atmósfera de un depósito se está produciendo la sustitución del oxígeno por CO2. Pueden darse situaciones en las cuales la concentración de oxígeno en el ambiente sea del 18%, todavía suficiente para que la vela permanezca encendida, pero estando presente también un 10% de CO2, lo que supone superar ampliamente el valor del 3%, considerado como valor límite de exposición de corta duración. La vela únicamente se apaga cuando la presencia de 02 es inferior al 16%.

Lo que se pretende es reemplazar la atmósfera con CO2 por aire limpio. La

prevención de accidentes por asfixia debe basarse en los siguientes aspectos: diseño


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de la bodega y de los depósitos, organización del trabajo en los depósitos, utilización de equipos de detección y ventilación, y formación e información de los trabajadores.

Debido a que el gas carbónico es más pesado que el aire, se concentra

principalmente en los lugares bajos de las instalaciones y en aquellos rincones con ventilación insuficiente, la bodega está diseñada de modo que se evita la construcción de espacios subterráneos donde deban acceder los trabajadores, como por ejemplo fosos destinados a la ubicación de despalilladoras y estrujadoras, en la bodega hay una planta de cota ‐1 pero está destinada al almacenaje de botellas de vino ya elaboradas o almacenaje de otros elementos pero en ningún momento como zona destinada a la fermentación o ninguna otra operación relacionada directamente con procesos del vino que puedan emitir gas carbónico. También se evita la construcción de depósitos enterrados que sólo dispongan de una o dos aberturas superiores.

Como primer principio de seguridad, los depósitos que se utilizan en la bodega

están diseñados de tal forma que no se deba acceder a su interior para efectuar las tareas de elaboración (depósitos auto‐vaciantes)

Destacar también que los depósitos destinados a la vinificación de tinto son los

más peligrosos, siendo el momento de mayor riesgo el de su vaciado. Cuando las tareas de descube se realicen manualmente se tomarán las siguientes precauciones:

• El depósito será aireado antes de entrar en él.

• El ventilador funcionará hasta que finalice el descube.

• Las lámparas utilizadas para iluminar el depósito dispondrán de empuñadura de seguridad, grado de protección adecuado a la humedad y estarán alimentadas con tensión de seguridad (24 V).

• El trabajador será relevado frecuentemente.

Estas mismas precauciones serán observadas en todas las tareas en las que sea preciso acceder al interior de los depósitos (limpieza, extracción de lías, etc.). En estos casos, si bien el riesgo presente es menor no debe considerarse como inexistente (fermentación de lías, productos residuales en los depósitos, etc.).

Las cantidades de anhídrido carbónico originadas son tales que su eliminación

no debería estar basada únicamente en la ventilación natural de las naves. La aspiración no es la solución más eficaz, debido a que la velocidad del aire aspirado disminuye considerablemente al aumentar la distancia a la boca del conducto de


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extracción. La impulsión es un método más eficaz. En cualquier caso las corrientes de aire deben producirse a nivel del suelo.

Así pues, este proyecto permitirá consultar los niveles de CO2 y el estado de los equipos desde un puesto alejado de los tinos, aumentando la seguridad.

Respecto al diseño de la bodega se puede apreciar que las ventanas del lado

derecho de la bodega respecto a las ventanas del lado izquierdo no se encuentra alineadas respecto en altura, lo que se consigue al construir unas ventanas mas altas que otras es favorecer las corrientes de aire en el interior de la sala. Este diseño por tanto favorece la ventilación.


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1.9 Análisis de soluciones.

A continuación se describen de forma general el conjunto de equipos que serán necesarios para el proceso de elaboración del vino, describiendo las características de cada equipo y seleccionando el que mejor se adapte a las especificaciones deseadas.

Se presentarán varias opciones, de las cuales se elegirá la optima, indicando su razón en este apartado, y en caso necesario con cálculos justificativos.

1.9.1 CONDUCTOS:

Fermentación: tras situar la bomba de calor para el sistema de control de

fermentación y el depósito pulmón, se distribuyen las tuberías para conectar estos elementos con las camisas de los depósitos. Se instalarán electroválvulas para controlar el flujo del agua. Estos dispositivos estarán controlados bajo PLC, y darán la orden de abrir la válvula cuando la temperatura de los depósitos se salga de los márgenes admisibles..

Pasificación: Tras situar el sistema de acondicionamiento o bomba de calor se distribuyen las tuberías para conectar los ventiladores de la sala con el sistema de acondicionamiento de aire. Los cálculos de las tuberías no se incluyen en el objeto del presente proyecto.


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1.9.2 TEMPERATURA

1.9.2.1 SECADERO

La uva es una fruta con características no climatéricas, es decir no presenta producción de etileno y cuando se retira la fruta está casi completamente madura. La uva entonces se encuentra susceptible al ataque de microrganismos tan pronto como se retira del árbol. Es por esto que es tan importante que la cadena de frío se lleve a cabo correctamente y sin interrupciones.

Otros datos de interés para posteriores cálculos son la humedad ideal del aire, su tasa de respiración, punto de congelación, calor específico, Conductividad térmica, los cuales se muestran en la siguiente tabla:

1.9.2.1.1 Diseño:

Para la refrigeración de la sala se estudian las alternativas existentes en cuanto a la manera de diseñar los 4 elementos principales de un sistema de refrigeración: evaporador, condensador, compresor y válvula.Cada uno de los elementos aporta una parte en el ciclo, por lo que se distinguen 4 partes: compresión, condensación, expansión y evaporación.

Mediante la unión de la fase de compresión, condensación, expansión y

evaporación se pueden obtener dos ciclos de funcionamiento del sistema: ciclo de refrigeracióny ciclo de calefacción.

1.9.2.1.2 Clasificación de los sistemas de refrigeración:

A efectos de lo dispuesto en el artículo 21 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas, los sistemas de refrigeración se clasifican según se establece a continuación:

· Sistema directo. Sistema de refrigeración sin circuitos auxiliares, estando el evaporador del

circuito primario directamente en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.


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· Sistema indirecto cerrado. Sistema de refrigeración con un sólo circuito auxiliar, cuya materia circulada

no entra en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar. · Sistema indirecto abierto. Sistema de refrigeración con un sólo circuito auxiliar, cuya materia circulada

entra en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.

· Sistema doble indirecto cerrado. Sistema de refrigeración con dos circuitos auxiliares en serie, tal que la materia

circulada en el circuito final no entra en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.

·Sistema doble indirecto abierto. Sistema de refrigeración con dos circuitos auxiliares en serie, tal que la materia

circulada en el circuito final entra en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.

· Sistema indirecto cerrado ventilado. Análogo al indirecto cerrado, pero en el que el tanque del circuito principal

esta a la presión atmosférica.

·Sistema indirecto abierto ventilado. Similar al indirecto abierto, pero el evaporador está situado en un tanque

abierto o comunicado con la atmósfera.

1.9.2.1.3 diferencias sistema de refrigeración directo e indirecto:

Para entender la diferencia entre un sistema de refrigeración directo y otro indirecto, se puede analizar la figura siguiente, donde se observa la diferencia entre ambas instalaciones. En la instalación directa el evaporador está en el interior del recinto a refrigerar, mientras que en la instalación indirecta se utiliza un fluido secundario para efectuar la refrigeración en dicho recinto, este fluido suele ser una mezcla anticongelante como por ejemplo glicol o salmueras.


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El sistema de refrigeración indirecto consta de dos circuitos de fluidos distintos:

1. Circuito Primario. Circula refrigerante y es donde se produce el frío. 2. Circuito Secundario. Circula un fluido portador del frío. Ventajas de los sistemas indirectos: · Los sistemas indirectos permiten regulación más sencilla en plantas que

tienen muchos puntos de consumo frío distintos. · Los sistemas indirectos permiten evitar el uso de refrigerante en espacios

confinados, con lo que se reduce el riesgo de asfixia. · Permite utilizar refrigerantes menos seguros confinándolos en un espacio

controlado. · En sistemas con tendidos de tubería largos, permite evitar los problemas

ocasionados por la pérdida de presión del refrigerante en las tuberías. · Con sistemas indirectos tenemos una carga de refrigerante menor. · Con sistemas indirectos las fugas son menos probables y más fáciles de

detectar.

Inconvenientes de los Sistemas indirectos: · Menor eficiencia energética. · Instalación más compleja.

1.9.2.1.4 Análisis del diseño: Una vez conocidos los elementos por los que esta formado el sistema para la

pasificación, hago el análisis de dos diseños principalmente procedo ha realizar los diferentes cálculos necesarios para el conocimiento total de perdidas y necesidades en la sala de pasificación. Concluidos los cálculos radican dos opciones de diseño

1. Diseño del sistema de secado eligiendo por separado los diferentes elementos que forman el sistema (compresor, condensador, evaporador, válvula de expansión). Con el cálculo de las pérdidas y las necesidades, hago los cálculos referentes a la potencia que deberá tener el compresor, el evaporador y el condensador.

2. Diseño del sistema de secado utilizando una bomba de calor o un sistema de acondicionamiento de aire que lleve ya integrados todos los elementos de la instalación. De este modo me evito el cálculo de la potencia de cada elemento por separado.

1.9.2.2 CONTROL DE FERMENTACIÓN

El proceso de fermentación genera calor de manera natural. Durante la vinificación del vino dulce, la fermentación puede empezar a 15 ºC y mantenerla constante, ya que ha de ser una fermentación lenta y hay que evitar la subida de


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temperatura por la posible muerte de las levaduras, ya que no se puede tratar un vino dulce como un vino tinto, blanco o rosado típico.

Una buena extracción de color requiere fermentaciones con altas temperaturas, aunque fermentaciones más frías permiten que crezcan mejor las colonias de levaduras y dan lugar a grados alcohólicos más altos. Cuanta más alta es la temperatura, menos tiempo dura la fermentación. Los equipos de frío son necesarios para el control de fermentación depósitos grandes ya que durante la fermentación la temperatura aumenta por lo que hay que ir controlándola generalmente con un equipo de frío, evitando así altas temperaturas que puedan ocasionar la muerte de las levaduras.

Adicionalmente debe haber una supervisión de las temperaturas en los depósitos de almacenamiento, para evitar que en casos extremos se pueda producir un deterioro del producto almacenado.

Las ventajas de la automatización de la fermentación son las siguientes:

· Incremento de la calidad del vino elaborado gracias a la optimización del tiempo de fermentación.

· Recuperación del máximo de aromas mediante una fermentación específica para cada variedad de uva.

· Reducción de costes de producción gracias a la trazabilidad mediante un control directo y unificado.

· Reducción de los costes de energía por menor consumo y mayor eficiencia.

· Mejor conocimiento del estado de la fermentación durante el proceso gracias a la visualización de la curva de fermentación.

· Flexibilidad en la elaboración al poder seleccionar libremente las curvas de fermentación para cada depósito de fermentación.

1.9.2.2.1 Análisis de diseño:

El control de temperatura del proceso de fermentación se puede realizar principalmente de dos formas:

1. Se puede calentar toda la sala en la que se encuentran los depósitos. 2. Se pueden calentar los depósitos mediante camisas. En el interior de las

camisas circula agua caliente o fría, según el control que se realice.


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La principal diferencia entre calentar los depósitos mediante camisas o por otro lado calentar los depósitos calentando la sala completa es el ahorro de energía. La energía que se gasta en calentar toda la sala es mucho mayor a la energía necesaria para calentar el agua que ha de circular por las camisas de los depósitos. Otra diferencia muy importante en este proceso es el tiempo de reacción ante una adversidad de la temperatura, ya que, si hay que actuar de manera rápida sobre el depósito con la temperatura, el tiempo invertido con el sistema de camisas es mucho menos que con el del calentamiento de la sala.

Para realizar el control mediante camisas o calentando toda la sala se ha de realizar el estudio previo sobre las bombas de calor, encargadas de generar agua caliente o agua fría.

1.9.2.3 BOMBA DE CALOR

Una bomba de calor es una máquina térmica capaz de transferir calor de una fuente fría a otra más caliente. Podríamos definirlo como un equipo de aire acondicionado, que en invierno toma “calor” del aire exterior, a baja temperatura y lo transporta al interior del local que se ha de calentar; todo este proceso se lleva a cabo mediante el accionamiento de un compresor.Su ventaja fundamental es su bajo consumo.

1.9.2.3.1 Funcionamiento e historia de una bomba de calor:

El calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas. Sin embargo, la Bomba de Calor es capaz de hacerlo en dirección contraria, utilizando una cantidad de trabajo relativamente pequeña. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor desde las fuentes naturales del entorno a baja temperatura (foco frío), tales como aire, agua o la propia tierra, hacia las dependencias interiores que se pretenden calentar o bien para emplearlo en procesos que precisan calor. Es posible también aprovechar los calores residuales de procesos industriales como foco frío, lo que permite disponer de una fuente a temperatura conocida y constante que mejora el rendimiento del sistema.

Para transportar calor desde la fuente de calor al sumidero de calor, se requiere aportar un trabajo. Teóricamente, el calor total aportado por la Bomba de Calor es el extraído de la fuente de calor más el trabajo externo aportado.

El principio de funcionamiento de las Bombas de Calor proviene del establecimiento por Carnot en 1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y por la concepción teórica posterior de Lord Kelvin. Un gas que evoluciona en ciclos, es comprimido y luego expansionado y del que se obtiene frío y calor.

El desarrollo de los equipos de refrigeración tuvo un rápido progreso, en aplicaciones como la conservación de alimentos y el aire acondicionado. Sin embargo las posibilidades de utilizar la otra fuente térmica, el frío y calor simultáneamente no se aprovecharon.


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Esto fue debido por una parte a las dificultades tecnológicas que presentaba la construcción de la Bomba de Calor y por otra al bajo precio de la energía, que hacía que ésta no fuera competitiva con los sistemas tradicionales de calefacción a base de carbón, fuel−oil o gas, que presentaban una clara ventaja en relación con sus costes. Pero la crisis del petróleo y la subida de los precios de los combustibles a partir de 1973, benefició el desarrollo de la Bomba de Calor.

En el momento actual la utilización de Bombas de Calor supone un ahorro energético y que se reduzcan las emisiones de CO2. Las Bombas de Calor consumen menos energía primaria que cualquier otro sistema pero hay que tener en cuenta como se genera la energía eléctrica que consumen las bombas de calor para saber si de verdad no contaminan.

Si la energía eléctrica proviene de fuentes como la hidroeléctrica ó eólica, entonces la contaminación es nula, pero si son de otras como las térmicas es evidente que existe esa contaminación, que de todas maneras es mucho menor que otros aparatos.

1.9.2.3.2 Ciclo de calefacción y ciclo de refrigeración:

Ciclo de calefacción:

3. El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico. 4. En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calentar, el fluido

cede al aire del recinto el calor de su condensación. 5. El fluido en estado líquido y a alta presión y temperatura se expande en la

válvula de expansión reduciendo su presión y temperatura, evaporándose en parte.

6. En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporación absorbiendo calor del aire exterior, retornando al compresor a través de una válvula de cuatro vías.


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Figura 15. Ciclo de calefacción.

Ciclo de refrigeración:

1. El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico siguiendo su camino a través de la válvula de 4 vías.

2. En el intercambiador, situado en el exterior, el fluido se condensa cediendo su calor al medio exterior.

3. El fluido en estado líquido y alta presión se expande en la válvula de expansión reduciendo su presión y evaporándose en parte.

4. En el intercambiador, situado en el interior del recinto a refrigerar, el fluido frigorífico completa su evaporación absorbiendo calor del medio interior.


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Figura 16. Ciclo de refrigeración.

1.9.2.3.3 Clasificación de las bombas de calor

Las bombas de calor se pueden clasificar de distintas maneras, atendiendo a varios criterios:

·Según el Tipo de Proceso:

− Bombas de Calor, cuyo compresor está impulsado mecánicamente por un motor eléctrico de gas, diesel, o de otro tipo.

− Bombas de Calor de accionamiento térmico (bombas de calor de absorción), en las que el ciclo se impulsa mediante calor a temperaturas elevadas.

− Bombas de Calor electrotérmicas, que funcionan según el efecto Peltier.

·Según el medio de origen y destino de la energía:

Esta clasificación es la más utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente). Así pues, según el medio del que se extrae la energía y el medio al que se cede la energía se clasifican en:


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− Bombas de calor aire−aire: son las que más se usan, sobre todo en

climatización. − Bombas de calor aire−agua: se utilizan para producir agua fría para

refrigeración o agua caliente para calefacción y agua sanitaria. − Bombas de calor agua−aire: Permiten aprovechar la energía contenida en el

agua de los ríos, mares, aguas residuales, etc. Producen unos rendimientos energéticos mejores que las que utilizan aire exterior.

− Bombas de calor agua−agua: son bastante parecidas a las anteriores. − Bombas de calor tierra−aire y tierra−agua: Aprovechan el calor contenido en

el terreno. Son instalaciones muy raras, por su coste y la gran superficie de terreno requerido.

·Según su construcción:

− Compacta: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se encuentran alojados dentro de una misma carcasa.

−Split o partidas: Están constituidas por dos unidades separadas. Una exterior donde se aloja el compresor y la válvula de expansión y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en el interior local.

−Multi−split: Están constituidas por una unidad exterior y varias unidades interiores.

·Según su funcionamiento: −Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefacción como en ciclo de

refrigeración invirtiendo el sentido de flujo del fluido. −No reversibles: Únicamente funcionan en ciclo de calefacción. −Termofrigobombas: Producen simultáneamente frío y calor.

1.9.2.3.4 Partes principales de una bomba de calor

La mayor parte de las Bombas de Calor existentes trabajan con el ciclo de compresión de un fluido condensable. Sus principales componentes son:

• Compresor.

• Válvula de expansión.

• Condensador.

AIRE AIRE AIRE AGUA AGUA AIRE AGUA AGUA TIERRA AIRE TIERRA AGUA


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• Evaporador.

Los componentes se conectan en un circuito cerrado por el que circula un

fluido refrigerante.

Figura 17. Esquema de la bomba de calor.

Etapas del ciclo:

1. En el evaporador la temperatura del fluido refrigerante se mantiene por

debajo de la temperatura de la fuente de calor (foco frío), de esta manera el calor

fluye de la fuente al fluido refrigerante propiciando la evaporación de éste.

2. En el compresor el vapor que sale del evaporador es comprimido elevando

su presión y temperatura.

3. El vapor caliente accede al condensador. En este cambiador, el fluido cede el

calor de condensación al medio.

4. Finalmente, el líquido a alta presión obtenido a la salida del condensador se

expande mediante la válvula de expansión hasta alcanzar la presión y temperatura

del evaporador. En este punto el fluido comienza de nuevo el ciclo accediendo al

evaporador.


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Figura 18. Temperatura en los componentes de la bomba de calor

1.9.2.3.5 Focos de la bomba de calor La Bomba de Calor extrae energía de un medio. Mediante el trabajo externo

aportado, esta energía es cedida a otro. El medio del que se extrae la energía se llama foco frío y el medio al que se cede se llama foco caliente.

Figura 19. Focos de la bomba de calor.


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·Focosfríos

Un foco frío ideal es aquel que tiene una temperatura elevada y estable a lo largo de la estación en que es necesario calentar, está disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene propiedades termodinámicas favorables, y no requiere costes elevados de inversión o mantenimiento.

‐Aire atmosférico: Su utilización presenta problemas de formación de escarcha. Este problema se

resuelve invirtiendo el ciclo durante pequeños periodos, lo que supone un gasto adicional de energía. Para temperaturas por encima de 5º C no es necesario el desescarche.

‐Aire de extracción: Esta es una fuente de calor común en edificios residenciales y comerciales. La

Bomba de Calor recupera el calor del aire de ventilación y proporciona calefacción. Existen sistemas diseñados para trabajar con una combinación de aire natural y de aire de extracción.

‐Aguas naturales: Se pueden utilizar como focos fríos las aguas de ríos, lagos, aguas subterráneas

o del mar. La eficiencia obtenida con este foco es muy elevada y no presenta problemas de desescarche. La temperatura del agua del mar a cierta profundidad (25−50 m) es constante (5/8ºC) e independiente de cambios climáticos en el exterior, además la congelación no tiene lugar hasta −1 ó −2ºC. Cuando se utiliza agua del mar hay que prever problemas de corrosión y de proliferación de algas.

‐Energía solar: Consiste en la captación de energía solar mediante paneles solares, en

combinación con la Bomba de Calor. ‐Energía geotérmica del suelo y subsuelo: Estas bombas se suelen utilizar en climas fríos donde las temperaturas

extremas no permiten el funcionamiento de bombas que utilicen como foco frío el aire exterior. Para aprovechar la energía del suelo es necesario un sistema de tuberías. Estas instalaciones tienen un coste elevado, y requieren una gran superficie de terreno.

‐Energías residuales y procedentes de procesos: Como foco frío se pueden utilizar efluentes industriales, aguas utilizadas para

enfriar procesos de la industria o de los condensadores de producción de energía eléctrica, aguas residuales, etc. Son fuentes con una temperatura constante a lo largo del año. Los principales problemas para su utilización son la corrosión y obstrucción del evaporador como consecuencia de las sustancias contenidas en las mismas.

·Focos calientes


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‐Aire: El calor obtenido del foco frío se cede al aire que pasa directamente a la

habitación o es forzado a través de un sistema de conductos. ‐Agua: Apropiados para la producción de agua para calefacción o agua caliente

sanitaria y procesos industriales. A través de un sistema de tuberías se distribuye a radiadores especialmente diseñados.

1.9.2.3.6 Componentes de la bomba de calor:

1.9.2.3.6.1 Compresor

Eleva la presión del vapor refrigerante desde una presión de entrada a una presión de salida más alta. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: compresores volumétricos o de desplazamiento positivo, que pueden ser alternativos o rotativos, y compresores centrífugos.

Los compresores son los dispositivos encargados de hacer pasar el fluido frigorífero desde la presión de evaporación, correspondiente a las condiciones del foco frío, a la presión de condensación del foco caliente, por lo que hay que hacer un aporte exterior de trabajo.

Clasificación:

‐Compresores de émbolo o pistón: Compresor de émbolo oscilante. Este es el tipo de compresor más

difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos 1100 KPa (1 bar) a varios miles de KPa (bar).


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Este compresor funciona en base a un mecanismo de excéntrica que

controla el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro. Cuando el pistón hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cámara, por lo que disminuye la presión interna, esto a su vez provoca la apertura de la válvula de admisión permitiendo la entrada de aire al cilindro. Una vez que el pistón ha llegado al punto muerto inferior inicia si carrera ascendente, cerrándose la válvula de aspiración y disminuyendo el volumen disponible para el aire, esta situación origina un aumento de presión que finalmente abre la válvula de descarga permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda etapa o bien al acumulador.

En el compresor mas difundido a nivel industrial, dada su capacidad de

trabajar en cualquier rango de presión. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones mayores, 3 o mas etapas.

Algunos fabricantes ya están usando tecnología denominada libre de

aceite, vale decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la industria químico farmacéutica y hospitales.

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias

etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente embolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con la relación, mas pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

Los compresores de émbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o

por agua, y según las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:


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Cuando el pistón inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula de admisión,

debido a un ligero incremento de la presión en el interior del cilindro sobre el valor de la presión de aspiración. A partir de este momento, con las dos válvulas cerradas, se inicia la compresión del gas 3 según un proceso esencialmente adiabático, hasta alcanzarse la posición 4.

Figura 26: Diagrama PV de un compresor alternativo de simple efecto.

En este momento, posición 4, la presión en el interior del cilindro es ligeramente superior al valor de la presión en la descarga y al vencer el resorte correspondiente se abre la válvula de escape. Al continuar la carrera ascendente del pistón, el gas contenido en el interior del cilindro es impulsado hacia el exterior, según un proceso esencialmente isobárico, hasta que aquel alcanza de nuevo el PMS, momento en que se vuelve a iniciar la secuencia descrita.

El cuerpo del compresor es, generalmente, de fundición y viene dividido en dos

partes, que son el bloque del cilindro y el cárter. Las paredes de los cilindros van rectificadas y pulidas a espejo con rigurosas

tolerancias, o bien van dotadas de camisas cuidadosamente mecanizadas. La parte exterior del cuerpo del compresor está dotada de aletas, para facilitar el enfriamiento del bloque de los cilindros.


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En el cuerpo del compresor están dispuestos los cojinetes de rozamiento del

cigüeñal o excéntrica; las superficies de rozamiento de los cojinetes suelen ir acanaladas para facilitar la lubricación.

Los compresores con cigüeñal en el lado del volante llevan una tapa lateral

atornillada, donde va alojado el prensaestopas que permite la colocación del cigüeñal; esta tapa no es necesaria en los compresores de excéntrica, detalle éste que permite distinguir a simple vista el tipo de compresor.

Cuando el peso es un factor a tener en cuenta, se acude a cuerpos de aluminio,

como sucede en los vehículos de transporte de productos congelados o refrigerados. Las válvulas de admisión y de escape son diferentes; en el caso de la válvula de

admisión, ésta abre cuando la diferencia entre la presión en la línea de aspiración y la presión en el interior del cilindro equilibra la tensión de un resorte, en tanto que la de escape abre cuando la diferencia de presiones entre el interior del cilindro y la línea de impulsión equilibra la tensión del resorte correspondiente.

El desplazamiento máximo del pistón, igual al doble de la longitud de la

manivela, es la carrera, que debe ser algo inferior a la longitud del cilindro, para evitar entre otras plato de válvulas durante la carrera ascendente. La posición más elevada del émbolo recibe el nombre de punto muerto superior PMS y la más baja el de punto muerto inferior PMI.

· Compresor de émbolo rotativo: Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire

es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético.

·Compresor de diafragma (membrana): Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Una

membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de aceite.

El movimiento obtenido del motor, acciona una excéntrica y por su

intermedio el conjunto biela‐ pistón. Esta acción somete a la membrana a un vaivén de desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiración y compresión.

Debido a que el aire no entra en contacto con elementos lubricados, el

aire comprimido resulta de una mayor pureza, por lo que lo hace especialmente aplicable en industrias alimenticias, farmacéuticas, químicas y hospitales · Compresor rotativo:


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Los compresores rotativos son particularmente adecuados para las aplicaciones en las que se requiere un desplazamiento volumétrico elevado a presiones de operación moderadas.

Están constituidos por uno o varios elementos dotados de movimiento rotativo

que conforman el rotor, y situados en el interior de un cilindro, estator. Entre el estator y el rotor existe una cámara en la que el fluido aspirado se

comprime, de forma que el movimiento del rotor confina al fluido en dicha cámara eliminando la comunicación con la línea de aspiración; posteriormente el desplazamiento del rotor pone en comunicación la cámara con la línea de impulsión y al existir en ésta una presión mayor, se produce la entrada de fluido procedente de la impulsión en la cámara que comprime el vapor, produciéndose una compresión por reflujo; finalmente, el movimiento del rotor expulsa todo el fluido de la cámara, obligándolo a pasar a la línea de impulsión. Existen muchos tipos de compresores rotativos, entre los cuales se puede hacer mención a los compresores de paletas, de émbolos radiales, de émbolos axiales, Scroll, etc.

La diferencia fundamental entre compresores rotativos y alternativos consiste,

en lo que a las cualidades de operación se refiere: Por una parte en el hecho de que la ausencia de desplazamientos alternativos

reduce la presencia de vibraciones. Por otra en que el gasto másico de gas, es mucho menos pulsante. La presencia de líquido al final de la compresión presenta una menor

Importancia.

·Compresores Scroll: El compresor Scroll posee solo una espiral móvil que sigue la trayectoria

definida por el mecanizado en una espiral fija, a diferencia de lo que ocurre con la tecnología a pistón, que requiere gran cantidad de partes móviles para lograr el efecto de la compresión buscado. La espiral fija está acoplada rígidamente al cuerpo del compresor. La espiral móvil orbita, acoplada al eje del compresor.

El movimiento orbital crea una serie de compartimientos de gas que se

desplazan entre ambas espirales. Estos compartimientos se forman en la periferia de las espirales y van desplazándose hacia el centro, donde se produce la descarga. A medida que estos compartimientos se desplazan, va disminuyendo su volumen y aumentando la temperatura y presión del gas que está dentro de ellos, generándose el efecto de compresión buscado. ·Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes:

Dos tornillos helicoidales engranan con sus perfiles cóncavos y convexo impulsan hacia otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo helicoidal


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engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire.

Esta situación genera un aumento de la presión interna del aire y además por

la rotación y el sentido de las hélices es impulsado hacia el extremo opuesto. Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar el desgaste de los tornillos, estos no se tocan entre sí, ni tampoco con la carcasa, lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisión externo que de transmisión externo que permita sincronizar el movimiento de ambos elementos.

Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000 m3/h y 25 bar) pero menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y capacidad.

·Compresor Roots:

En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los émbolos rotativos.

Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo

que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire, su uso es muy limitado.

El accionamiento también se asegura exteriormente, ya que por la forma de los

elementos y la acción del roce no es conveniente que los émbolos entren en contacto.

·Turbocompresores: Un turbocompresor TC está constituido esencialmente por un rotor que gira en

el interior de una carcasa; el rotor está formado por un conjunto de álabes o paletas y el vapor es obligado a circular por el espacio libre entre cada dos álabes.

El movimiento impuesto al rotor aumenta la velocidad absoluta del vapor y posteriormente se transforma la energía cinética de la corriente en energía de presión mediante un difusor. Existen dos tipos de TC: los de flujo axial y los centrífugos ó de flujo radial.

En los compresores de flujo axial, el fluido circula en dirección paralela al eje del rotor, en tanto que en los de flujo radial el movimiento del fluido respecto al álabe es normal al eje del rotor; la relación de compresión depende del número de etapas de compresión (rotor y estator que conforman un escalonamiento de presión), de la forma de los álabes, sobre todo del ángulo de salida β2 y de la velocidad periférica de cada rodete; sin embargo, la relación de compresión de cada escalonamiento εc oscila entre

1,25 y 1,30 y para el compresor completo entre 15 y 20. En los compresores de flujo radial se puede obtener, por escalonamiento, una

relación de compresión de hasta 3. El compresor de flujo axial se emplea únicamente cuando la masa de gas a comprimir es extraordinariamente elevada y por eso no se suele utilizar en el campo de la refrigeración.

·Compresor axial:


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El proceso de obtener un aumento de la energía de presión a la salida del compresor se logra de la siguiente manera. La rotación acelera el fluido en el sentido axial comuncandole de esta forma una gran cantidad de energía cinética a la salida del compresor, y por la forma constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio de modo que obligan a una rediccion de la velocidad. Esta reducción se traduce en una disminución de la energía cinética, lo que se justifica por haberse transformado en energía de presión.

Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200000 a 500000 m3/hora) con flujo uniforme pero a presiones relativamente bajas ( 5 bares).

·Compresor radial: En este caso, el aumento de presión del aire se obtiene utilizando el mismo

principio anterior, con la diferencia de que en este caso el fluido es impulsado una o mas veces en el sentido radial. Por efecto de la rotación, los álabes comunican energía cinética y lo dirigen radialmente hacia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al centro, cambiando su dirección. En esta parte del proceso el aire dispone de un mayor espacio disminuyendo por tanto la velocidad y la energía cinética, lo que se traduce en la transformación de presión. Este proceso se realiza tres veces en el caso de la figura, por lo cual el compresor es de tres etapas. Se logran grandes caudales pero a presiones también bajas. El flujo obtenido es uniforme.

Para finalizar la explicación de los diferentes tipos de compresores, en la siguiente tabla se recoge la comparativa entre los compresores alternativos y centrífugos:

TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS ALTERNATIVO ‐Gran flexibilidad en

rango operacional ‐Maneja menor caudal a altas presiones ‐mayor eficiencia adiabática y menor coste de potencia ‐Menos sensible a cambios en la composición final

‐Alto coste inicial ‐Alto coste de mantenimiento ‐Mayor tiempo de parada ‐Tamaño y peso elevado ‐Motores de baja velocidad y alto mantenimiento

CENTRÍFUGO ‐Menor coste inicial ‐Menor coste de mantenimiento ‐Menor tiempo parado ‐Menor tamaño y masa ‐Motores de alta velocidad y bajo mantenimiento

‐Rango operativo limitado por golpe de ariete ‐Limite inferior de caudal ‐Alto coste de potencia de motor ‐Sensible a cambios en composición y densidad del gas


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ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE COMPRESORES: El diseño de compresores está basado en la aplicación de la primera y segunda

ley de la termodinámica. El balance de energía es tal que los cambios de energía cinética y potencial son despreciables, así como las pérdidas de carga, con lo que queda:

Curvas de compresión

:

‐ W: Trabajo del compresor (KJ/Kg) ‐ h2: Entalpía de descarga ‐ h1: Entalpía de entrada Para calcular h2 es necesario conocer el modelo de compresión, ya que el trabajo de compresión del gas responde a la ecuación:

En función del modelo de compresión tendremos un punto final diferente, así tenemos transformación isotérmica (T= cte) donde:

1 1

1 121

·Compresores según su fabricación:


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1. Compresores de tipo abierto: Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de los llamados

tipo abierto, con los pistones y cilindros sellados en el interior de un cárter, y un cigüeñal extendiéndose a través del cuerpo hacia fuera, para ser accionado por alguna fuerza externa. Un sello en torno al cigüeñal evita la perdida de refrigerante y de aceite del compresor.

Aunque en un tiempo los compresores del tipo abierto fueron ampliamente utilizados, mayor tamaño, vulnerabilidad y corta vida de las bandas o componentes de acción directa.

De esto resulta que, en la mayoría de aplicaciones, el compresor del tipo abierto ha sido remplazado por el otro compresor del tipo semi‐hermético y hermético, el empleo del compresor del tipo abierto continua disminuyendo, excepto para aplicaciones especializadas como es el acondicionamiento del aire para automóviles.

2. Compresor semi‐hermético: Este tipo de compresor es accionado por un motor eléctrico montado

directamente en cigüeñal del compresor, con todas sus partes, tanto del motor, como del compresor herméticamente sellado en el interior de una cubierta común. Se eliminan los trastornos del sello; los motores pueden calcularse específicamente para la carga que han de accionar y el diseño resultante es compacto, eficiente y básicamente no requiere mantenimiento.

Lascabezas cubiertas del estator, placas del fondo y cubiertas del carácter son desmontables, y permiten el acceso para sencillas reparaciones en el caso de que se deteriore el compresor.

3. Compresores Herméticos: El compresor hermético ha sido desarrollado en un esfuerzo para lograr una

disminución del tamaño y costo; es ampliamente utilizado en quipo unitario de escasa potencia. Como en el caso del compresor semi‐hermético, un motor eléctrico se encuentra montado directamente en el cigüeñal del compresor, cuyo cuerpo es una carcasa metálica herméticamente sellada con soldadura. En este tipo de compresor, no pueden llevarse a cabo reparaciones interiores, pues, la única manera de abrirlos es cortar la carcasa del compresor.

Una ventaja de los compresores herméticos es que el gas refrigerante de succión enfría el motor del compresor.

La potencia (nominal) admisible de salida de un motor disminuye a medida que aumenta la temperatura de los embobinados delmismo, para evitar el sobre calentamiento. El gas frío de succión, que fluye rápidamente sobre los embobinados, permite al motor tener menos perdidas por calentamiento, y por tanto transmitir mas fuerza de la que podría transmitir, si fuera enfriado solo por el aire ambiente estático, como sucede con un motor abierto. El resultado es que se puede utilizar un motor de menor capacidad y menos costoso con los compresores herméticos.

Sin embargo, al agregar el calor del motor al gas de sucio, se tiene como resultado que la potencia requerida por este compresor serie un poco mayor que la requerida por una maquina abierta.


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1.9.2.3.6.2 Condensadores

El condensador es básicamente un intercambiador de calor, en donde el calor absorbido por el refrigerante y durante el proceso de evaporación es cedido al medio de condensación. El calor cedido por el condensador es siempre mayor que el calor absorbido durante el proceso de evaporización es cedido al medio de condensación. El calor cedido por el condensador es siempre mayor que el calor absorbido durante el proceso de evaporización, debido al calor de la compresión.

Conforme el calor es cedido por el evaporador de elevada presión y

temperatura, su temperatura desciende al punto de saturación y el vapor se condensa convirtiéndose en líquido, de ahí el nombre de condensador.

La operación de un condensador es justamente contraria a la de un

evaporador. El gas refrigerante caliente y a alta presión cede calor a los alrededores, sea agua o aire y se condensa y almacena hasta que se necesite en el evaporador.

El refrigerante licuado puede ser almacenado en un recipiente separado

llamado depósito de líquido. Los condensadores frecuentemente son suministrados en combinaciones con un compresor, cuando se fabrican como un componente unitario, se llama unidad condensadora.

El condensador debe ser del tamaño adecuado para eliminar todo el calor

añadido al refrigerante. Esto supone un gran trabajo, pues no solo incluye la eliminación del calor absorbido en el evaporador, sino también el calor durante la compresión.

Se pueden clasificar en:

‐Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al aire: Estos

condensadores suelen ser de tubos de cobre con aletas de aluminio que incrementan

la transmisión de calor. Adicionalmente estas baterías disponen de ventiladores que

inducen la circulación del aire a calentar entre las aletas del condensador.

‐Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al agua: Se dividen en

dos grandes grupos:

· Cambiadores de doble tubo en contracorriente: El fluido refrigerante circula

por el espacio entre tubos donde se condensa, mientras que el agua a calentar circula


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72

por el tubo interior. El material empleado para la fabricación de los tubos es el cobre,

y se suele emplear en equipos de potencia térmica de 100 kW. Presenta problemas de

mantenimiento por la dificultad de la limpieza.

·Multitubulares horizontales: El fluido refrigerante se condensa en el interior

de los tubos de cobre que se encuentran arrollados dentro de una carcasa por donde

circula el agua. La carcasa suele ser de acero con tapas de fundición. Debido a las

características del agua puede ser necesario que los tubos del condensador sean de

acero inoxidable o de aleación de níquel.

1.9.2.3.6.3 Evaporadores

‐ Según el fluido del que extraiga el calor, los evaporadores pueden ser:

· Evaporadores de aire: Las baterías evaporadoras son similares a las

condensadoras. Disponen de una serie de tubos por los que circula el fluido

refrigerante y una carcasa donde se alojan estos tubos y donde se fuerza la corriente

de aire desde el exterior con la ayuda de unos ventiladores. Estos ventiladores

pueden ser axiales o centrífugos. Los centrífugos son capaces de impulsar mayores

caudales de aire y presentan menores niveles sonoros. Cuando la temperatura en la

superficie de los tubos del evaporador disminuye por debajo del punto de rocío del

aire se produce el fenómeno de la condensación y si se reduce aún más la

temperatura el escarchado. El escarchado incide negativamente en los rendimientos

por dos motivos: pérdida en la superficie de intercambio, y pérdida de carga en el

flujo de aire a través del conjunto de tubos. Por esta razón las Bombas de Calor

disponen de dispositivos de desescarche incorporando resistencias en el evaporador

o invirtiendo el ciclo durante periodos reducidos de tiempo.

·Evaporadores de agua: Pueden ser coaxiales en contracorriente o bien multi‐

tubulares.

‐Según el estado del vapor de refrigerante a la salida del evaporador estos se

clasifican en:


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·De expansión seca: El vapor que se introduce en el compresor está

ligeramente sobrecalentado y hay ausencia total de líquido. Estos evaporadores se

emplean con compresores centrífugos donde dada la elevada velocidad, la presencia

de gotas de líquido dañaría los álabes.

·Inundados: El vapor que entra en el compresor se encuentra saturado y puede

incluso contener gotas de líquido.

DESESCARCHES:

Para hablar de los desescarche, se debe tener en cuenta que ocurre en el

interior y exterior de un evaporador. En un evaporador de aire de tiro natural o forzado se tienen dos fluidos. En el

interior del evaporador se encuentra el fluido friogénico normalmente llamado refrigerante, y en el exterior pasando a través de los tubos y aletas se encuentra el aire con su correspondiente contenido de humedad.

Como se ha indicado el aire tiene agua en una proporción calculable en función de la humedad relativa y temperatura. Como en el interior del evaporador la temperatura suele ser menor a la de rocío del agua (punto en el cual el agua comienza a condensar), el agua condensa en el evaporador. Si además la temperatura en el interior es inferior a cero grados, lo cual es muy normal, el agua condensada se congela formando escarcha, nieve o hielo.

La formación de escarcha, nieve o hielo dependerá de las condiciones internas y externas del evaporador.

Cuando comienza el proceso de formación de hielo, lo primero que se produce es escarcha en la superficie de los tubos y aletas. La escarcha está formada por una multitud de cristales que incrementan de forma sustancial la superficie de intercambio de calor, y en un principio mejoran la transmisión de calor.

Posteriormente, según aumenta el volumen de escarcha acumulado, disminuye drásticamente la velocidad del aire a través de las aletas perdiéndose potencia frigorífica. Cuando esto sucede, esta escarcha o nieve se debe fundir con el aire de circulación parando la inyección, y cuando ya está fundida, volver a inyectar para congelar rápidamente el agua líquida formando un hielo denso y buen transmisor del calor.

Cuando la temperatura de evaporación es bastante inferior a cero grados, el proceso de formación de escarcha y nieve casi no se manifiesta y se produce directamente hielo denso.

Lo anterior afecta al funcionamiento del evaporador disminuyendo la transmisión de calor del exterior del evaporador al interior. Por un lado el hielo se coloca sobre el tubo y aletas del evaporador como si de un aislante térmico se tratase, y por otro lado ocupa un volumen junto a las aletas reduciendo la sección de paso del aire, con lo cual se reduce el caudal de aire a través del evaporador. Claramente puede verse que estos dos fenómenos reducen la transmisión frigorífica y reducen la capacidad de intercambio térmico en el evaporador. Además el proceso de formación de hielo es acumulativo, lo cual hace que si no se evita, con el tiempo el


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evaporador se bloquee de hielo. En consecuencia se deduce que es necesario eliminar el hielo del evaporador de forma periódica.

El proceso de eliminación de hielo de un evaporador es lo que en términos frigoríficos se conoce como desescarche. Es importante no olvidar que el evaporador tiene una bandeja en la parte inferior para recoger el agua condensada, la cual debe salir a los desagües de agua. Se debe evitar que las tuberías de agua de salida de las bandejas y el agua retenida en las mismas pueda congelarse.

Para eliminar el hielo que se forma en los evaporadores, hay que realizar un

aporte de calor que permita la fusión del hielo. Dicho aporte de calor puede darse

tanto desde dentro del evaporador como desde fuera de él.

1.9.2.3.6.4 Ventiladores:

Son los dispositivos mediante los que se realiza la reducción de presión

isoentálpica (es decir con variación de entalpía igual a 0) desde la presión de

condensación hasta la de evaporación.

1.9.2.3.6.5 Otros elementos:

‐Dispositivos de seguridad

Los dispositivos de seguridad y control paran el compresor en aquellos casos en

que se esté trabajando fuera de las condiciones permitidas. Estos elementos de

control son:

·Presostato de alta presión: Detiene el compresor cuando se alcanza una presión

de condensación elevada.

·Presostato de baja presión. Detiene el funcionamiento del compresor cuando la

presión de aspiración es demasiado baja.

·Presostato de aceite. Detiene el compresor cuando baja la presión del aceite del

circuito de refrigeración y lubricación de aceite.

·Termostato de descarga. Desactiva el compresor cuando la temperatura de

descarga es demasiado elevada.

‐Válvulas de 4 vías:

Invierten el ciclo. Son utilizadas en Bombas de Calor reversibles, y en funcionamiento para desescarche.


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‐Válvulas solenoides:

Cuando el compresor se detiene, impiden el paso del fluido al evaporador

evitando que se inunde.

‐Depósito:

A la salida del condensador y antes de la válvula de expansión se sitúa un depósito

(acumulador) donde queda el excedente de fluido refrigerante. Antes del acumulador

se dispone un filtro con el que se limpia el refrigerante de impurezas de tal manera

que no dañe el compresor.

‐Refrigerantes de la bomba de calor:

Los fluidos refrigerantes deben tener ciertas propiedades termodinámicas de tal

manera que condensen y evaporen a las temperaturas adecuadas, para lograr su

objetivo. Un fluido puede evaporar a mayor temperatura cuando se eleva su presión,

pero los compresores no pueden alcanzar cualquier presión y los evaporadores y

condensadores no deben trabajar a sobrepresiones ni depresiones elevadas

respectivamente.

Por otra parte, los fluidos refrigerantes no deben ser tóxicos, ni inflamables, ni

reaccionar con los materiales que constituyen la máquina.

Los fluidos halogenados presentan las mejores propiedades ya que trabajan en las

temperaturas y presiones adecuadas para esta aplicación y no son tóxicos ni

inflamables. No obstante, pueden contribuir a la destrucción de la capa de ozono. Si al

final de su vida útil se liberan en el ambiente, la incidencia de rayos ultravioleta sobre

estas sustancias hace que se foto‐disocien quedando libres radicales de cloro, que

acaban siendo transportados a la estratosfera donde reaccionan con el ozono

destruyéndolo. Por estas razones, la utilización de estos refrigerantes está restringida

por ley.


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1.9.2.3.7 Eficiencia o rendimiento:

La ventaja fundamental de la bomba de calor consiste en que es capaz de suministrar más energía de la que consume. Esta aparente contradicción con uno de los principios más sólidos de la termodinámica, se explica por el hecho de que el equipo recupera energía "gratuita" del ambiente exterior.

La eficiencia de esta bomba de calor vendría expresada por el cociente entre la energía entregada al local (efecto útil) y la energía absorbida de la red eléctrica

En consecuencia, la bomba de calor es potencialmente de gran interés para el usuario, dado que éste paga por una cantidad de energía menor que la aportada por el equipo para calentar el local.

Puede deducirse la conveniencia de utilizar equipos acondicionadores con

bomba de calor, para su funcionamiento tanto en verano como en invierno. Además, un equipo con bomba de calor sólo supone, aproximadamente, un 20% de incremento, frente a la inversión necesaria para un acondicionador convencional exclusivamente para el verano.

Las condiciones del foco caliente y del frío van variando a lo largo del año, y en

consecuencia las temperaturas a las que debe trabajar el fluido también deben variar. Por esta razón es posible que haya que aportar al sistema energías adicionales a la del compresor en los momentos más desfavorables. A la hora de estudiar la viabilidad e interés de una Bomba de Calor en una determinada aplicación es necesario determinar el valor de este coeficiente.

1.9.3 CONTROL DE CO2

Para el control de CO2 de la sala se colocarán los sensores necesarios capaces de detectarlo. Por medida de seguridad se colocará más de uno. Una vez que el sensor ha detectado una cantidad de CO2 más alta de lo normal se activarán los ventiladores de la sala con el fin de evacuar el CO2.


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1.10 Solución final. 1.10.1 DISEÑO

1.10.1.1 CONDUCCIONES

El material de los conductos que comunicarán las instalaciones diseñadas es el PVC, debido a que se trata de agua que discurre por un circuito cerrado, y que no está pensada para el consumo humano.

Además la opción del acero inoxidable encarece demasiado el proyecto sin justificación suficiente.

1.10.1.2 TEMPERATURA

1.10.1.2.1.1 SECADERO Ante las dos soluciones analizadas he decidido realizar el diseño del secadero con un sistema acondicionador del aire o bomba de calor. Las bombas de calor se utilizan extensivamente en la des‐humidificación industrial y secado a temperaturas bajas y moderadas. Para secar el producto se utiliza la propiedad que tiene el aire para cargarse de humedad. La cantidad de humedad absorbida por el aire es mayor, cuanto más alta sea la temperatura. El proceso consiste en impulsar aire caliente y seco al local, y así se robará humedad al producto a secar (a la uva). Posteriormente este aire húmedo pasa por el evaporador de la bomba de calor, en el que se enfría y deshumidifica. La bomba de calor está especialmente indicada para aquellos procesos que requieres un secado lento y sensible a altas temperaturas. Dentro de la clasificación de los tipos de bombas de calor, he utilizado una bomba tipo aire‐aire, lo que quiere decir que el sistema tiene tanto en el foco frio como en el foco caliente aire. Esta bomba recupera el calor del exterior de la bodega y lo transfiere a la sala de pasificación, donde se encuentran las uvas colgadas, con una temperatura más elevada en el aire ambiente del local. El rendimiento de la bomba de calor aire‐aire baja cuando la temperatura en el exterior baja y alcanza valores muy negativos. Esto ocurre principalmente porque el incremento de temperatura entre la del exterior y la de la sala de pasificación se hace mas grande por lo que hay que hacer un trabajo mayor. Para calcular la potencia mínima necesaria que ha de tener el sistema acondicionador de aire analizo las pérdidas y necesidades del secadero:

1.10.1.2.1.2 Necesidades de calor en el secadero:


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Para el cálculo de las cargas térmicas se tienen en cuenta tres variables principalmente:

1. Pérdidas a través de las paredes:

Las pérdidas a través de las paredes se deben principalmente a dos factores, al material del cual están formadas las paredes del secadero y el grosor que posean las paredes. A estos dos factores añadir también la variable temperatura, tanto la temperatura interior a la cual se realiza la pasificación, como la temperatura exterior que depende del mes en el que se vendimie, generalmente en Septiembre.

Calculo de la superficie total del secadero: teniendo en cuenta las cuatro caras

de la zona de pasificación, el suelo y el techo. Teniendo las medidas de largo y ancho de cada una de las caras se procederá fácilmente al cálculo de la superficie total, haciendo el cálculo de cada una de las 6 caras de la sala y sumando todas ellas.

Se deberá conocer el coeficiente de transmisión correspondiente al material que forme cada una de las caras del secadero, en este caso el material utilizado es la termo‐arcilla. El coeficiente de transmisión varía en relación a la temperatura y al grado de compresión de cada material, esta variación incrementa un 25% los valores obtenidos.

Para el cálculo de la temperatura exterior, se realiza la media de todas temperaturas del mes en el que nos encontremos y será esta temperatura media la que utilizaré para los cálculos.

Para la temperatura interior, se selecciona la temperatura a la cual la uva pasifica correctamente. Como la pasificación ha de ser lo mas parecido al procedimiento natural, teniendo en cuenta que la uva se vendimia y se cuelga en el secadero en Septiembre y se descuelga en Diciembre aproximadamente, se puede prever que la temperatura va decreciendo. Con la práctica en la elaboración del Supurado se ha podido comprobar que comienza la pasificación en unos 22ºC en la sala y que finaliza con una temperatura de 15ºC aproximadamente. Estos datos son medidos directamente en la sala cuando no se utiliza ningún tipo de refrigeración, únicamente utilizando lo que la naturaleza ofrece. Para utilizar una única temperatura interior en el secadero, realizo la media de las temperaturas obtenidas desde Septiembre hasta Diciembre, y será esta temperatura la que mantendré constante en la pasificación controlada automáticamente.

2. Pérdidas por el servicio:

Aunque se trata de un dato muy complicado de calcula de una manera exacta, a lo largo de los años con la experiencia adquirida a lo largo del tiempo se ha podido establecer una tabla donde se indican los porcentajes de pérdidas por abertura de puertas, alumbrado de la sala, cuerpo de las personas… que sirven perfectamente y dan idea muy aproximada de dicho valor.


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Estos porcentajes son calculados sobre la cantidad de frigorías/día, teniendo en cuenta de esta manera las 24 horas del día, por pérdidas en las paredes.

ESTABLECIMIENTO PORCENTAJE

Cámaras de secado 10%

Detallistas 25%

Restaurantes, bares, pastelerías 40%

3. Pérdidas por carga de género:

Para el cálculo de las frio‐calorías debidas a la carga tomaremos los kilos de género y el tipo de producto para el cual estemos realizando el diseño, en este caso kilos de uva, que entran diariamente en la cámara del secadero.

El diseño de este proyecto es algo particular respecto a las pérdidas por carga de género ya que la uva va a entrar toda prácticamente a la vez antes de comenzar el proceso de pasificación, y una vez estén colgados todos los kilos de uva se comenzará ya con el proceso de manera continuada sin introducción en los días posteriores de género.

Se puede deducir que el flujo de carga de género entrante y saliente es inexistente, por tanto para el cálculo de las pérdidas por carga de género se calcularan aplicando un margen de un 5% sobre el total de pérdidas que llevamos acumuladas hasta el momento.

En este caso los factores que influyen directamente son el material del cual están hechas las paredes, el suelo y el techo de la zona del secadero y del grosor que posean las paredes.

Los cálculos se añaden en el punto 8 del documento: El acondicionador de aire elegido para la sala de pasificación es del gripo

climatización y refrigeración HITOP, el modelo es RTO_X – 131y las principales características son:

·aire‐aire ·Compacta con ventiladores axiales ·Utiliza el refrigerante 410 A ·Utiliza un compresor tipo SCROLL ·Potencia generada 37,6Kw ·Potencia absorbida 14,2kw Se puede observar con las potencias el ahorro energético que supone la bomba

de calor aire‐aire para el sistema de pasificación.


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1.10.1.2.1.3 Sensor Para la pasificación como se ha comentado en este documento en

puntos anteriores voy a colocar dos sensores de temperatura y de humedad. Además he de tener en cuenta que para poder realizar su conexionado con el autómata ha de tener una salida de 4‐20mA.

El sensor utilizado es: EE16 series

Este sensor posee una salida de 4‐20mA. Esta formado por un sensor de humedad (HC101) y por un sensor de temperatura (PT100). Los rangos de medida se adaptan a los de la aplicación ya que no se necesitan temperaturas excesivamente extremas tanto bajas como altas. Respecto a la humedad, no dará mayor problema durante la pasificación ya que no se trata de un sistema de refrigeración en el cual circula aire frío, sino que se trata de mantener una temperatura mas o menos elevada. Al tener una temperatura en la sala el nivel de humedad desciende y no hace falta instalar deshumidificadores ya que el acondicionador de aire se encarga de controlar también la humedad.


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Además de la selección de los sensores hay que colocar también los difusores de aire de la sala. Estos difusores insuflan aire limpio procedente de la bomba de calor. El ventilador utilizado es:

En la sala he colocado 2 ventiladores de este tipo ya que la sala no es

excesivamente grande. La distancia entre ambos es de 5 metros y se colocarán en el centro para lograr un reparto de aire lo más homogéneo posible.

1.10.1.2.2 CONTROL DE FERMENTACIÓN. Una vez analizadas todas las posibles soluciones en el punto 6 del documento, la bomba de calor es la solución que he adoptado para este proyecto. Con la bomba de calor se logra evitar todos los inconvenientes asociados al control de la fermentación mediante el calentamiento de toda la sala. De este modo el rendimiento es muy alto y las pérdidas son escasas. Con la bomba de calor se puede generar tanto calor como frío por lo que permitirá un control completo del proceso de fermentación en los depósitos. El control de calor y frío a la vez no se da en la bodega, bastará con calentar o enfriar por lo que no se realiza el diseño de doble canalización para llevar agua a las camisas bastará con un único circuito capaz de llevar agua fría o agua caliente. Para determinar la potencia de la bomba he realizado los cálculos necesarios en el punto 7 de este documento. Una vez analizados los datos necesarios para que la fermentación sea correcta, me centro en el resultado:

Qtotal = 813,6 +171,5 +85,6=1170,7 Kcal/h

Así pues decido instalar una bomba de calor con una potencia total de 1500 kcal/h. Esta máquina producirá agua fría o caliente para el control de la temperatura de fermentación de los vinos, mediante camisas en los depósitos.

La bomba de calor elegida es de tipo aire‐agua y cuyo modelo es IC‐45. Sus principales características son:

· Regulación de la temperatura y completo control de la máquina con su


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cuadro electrónico ·Visualización digital de la temperatura del circuito ·Permite alcanzar los 8º C negativos ·Seguridad anti‐hielo. ·Funcionamiento a cualquier temperatura ambiente desde 5 a 45ºC ·Fácil y completa accesibilidad a todas las partes de la máquina, incluso en pleno funcionamiento. ·Compresor tipo Scroll con gas R 410A ·Intercambiador de placas en acero inoxidable con aislamiento de 9mm y resistencia anti‐hielo. ·Protección Anti‐hielo y flujo de agua. ·Filtro tipo "Y" para retener impurezas de la instalación. ·Electro‐ventiladores de tipo helicoidal con rotor externo y protección térmica interna, rejillas de protección contra accidentes.

Para que la bomba de calor proporcione calor o frio se colocan sondas de temperatura en el interior de los depósitos con el fin de conocer en todo momento a tiempo real la temperatura a la que se encuentra el mosto o vino. La temperatura detectada por la sonda se comparará con la temperatura de consigna (temperatura a la cual el usuario de la bodega quiere que se encuentren los depósitos) y se actuará de una manera diferente. La bomba se encenderá y funcionará generando frío o calor, pero no podrá trabajar al mismo tiempo generando calor y frío.

1.10.1.2.2.1 SENSOR: Para el control de temperatura en el interior de los depósitos y poder actuar

sobre la bomba de calor para generar agua caliente o agua fría procedo a la selección de un sensor de temperatura que pueda sumergirse en el interior del depósito y de ahí poder llevar la señal al autómata. Para que pueda llegar señal al autómata, el sensor ha de tener una salida de 4‐20mA.

Una vez analizados los diferentes modelos de sensores, he decidido colocar


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Un sensor PT100. Este sensor de temperatura basa su funcionamiento en la variación de resistencia a cambios de temperatura del medio. El elemento consiste en un arrollamiento muy fino de Platino bobinado entre capas de material aislante y protegido por un revestimiento cerámico. El platino posee un coeficiente de temperatura de resistencia α, el cual determina la variación de la resistencia del conducto por cada grado que cambia su temperatura según la siguiente ecuación:

Rt=Ro(1+αt) El platino es el elemento mas indicado para la fabricación de sensores de

temperatura por resistencia, ya que posee alto coeficiente de temperatura, alta resistividad, relación lineal resistencia‐temperatura, características estables.

Como la salida que da este sensor no es de 4‐20 mA he de seleccionar también un transmisor que transforme la señal de salida de la PT100 en una señal equivalente de 4‐20mA. El transmisor PT100 elegido cuyo modelo es SEM/1503. La entrada al transmisor es el sensor PT100 de 4 hilos y en la salida hay dos hilos con un rango de 4‐20mA.


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Además del control de temperatura voy a colocar dos sondas de nivel en cada uno de los depósitos para conocer cuando el depósito esta vacio y cuando está lleno.

El sensor de nivel elegido:

Pertenece a la serie LLF. Este sensor va conectado directamente al PLC y al detectar un nivel mínimo o máximo según donde se encuentre enviará una señal a nivel alto al PLC indicando de su estado.

El caudalímetro elegido:

Pertenece a la serie Bürkert 8025. Se coloca a la entrada del depósito y cuenta con un sensor de caudal de rodetes y un módulo electrónico. Lleva incorporado un transmisor que se encarga de proporcionar una señal de salida de 4‐20mA.

1.10.1.3 EQUIPO DE DETECCIÓN DE CO2

Se ubica en el mismo pabellón que acoge los depósitos y se encarga de detectar, medir y en algún caso expulsar el dióxido de carbono que se pueda forma en el proceso de fermentación. Un equipo recoge la medida de los sensores de gas, y que en caso de que esta se eleve por encima de los márgenes permitidos, activa los extractores y la alarma.

El sistema cuenta con 3 sensores de gas repartidos por toda la nave, 2 extractores que aseguran 5 renovaciones/h. y una alarma sonora.


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Cuando la concentración de CO2 supera un determinado valor previamente

fijado, se ponen en marcha los 4 extractores. Si esto no es suficiente y el nivel sigue aumentando, se activan las alarmas sonoras para que se produzca el desalojo del pabellón por parte de los trabajadores.

1.10.1.3.1 SENSOR DE CO2 El modelo del sensor de CO2 elegido es EE82 que cuenta con una salida de 4‐

20mA, de este modo no hay que colocar ningún transmisor. La medida de dióxido de carbono con este sensor se basa en el infrarrojo no dispersivo. Cuenta con un sistema patentado de auto‐calibración de la fuente de infrarrojos y garantiza una alta fiabilidad, estabilidad a largo plazo y elimina la necesidad de re‐calibración periódica en el campo. El complemento muy práctico brida de montaje y el conector para la tensión de alimentación y salidas permiten una instalación rápida y fácil de la EE82 sin tener que abrir la carcasa.

Además del sensor hay que colocar ventiladores que se encarguen de la renovación de aire en caso de encontrarse la zona con niveles de CO2 superiores a los niveles normales.

El ventilador seleccionado es:

Se colocarán dos ventiladores, uno en la parte superior de la bodega a la altura

de 1 metro del techo y otro entre la planta baja y la planta primera.


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1.10.2 AUTOMATIZACIÓN

1.10.2.1 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL La solución adoptada pretende monitorizar, mediante un software SCADA, la

totalidad de los depósitos y la pasificación de la uva, pudiendo actuar sobre la temperatura de los mismos mediante programas controlados bajo PLC. Esto puede implicar el diseño de redes de comunicación adecuadas y sistemas de entrada/salida de datos, además de una correcta programación del autómata.

Las sondas de temperatura se conectarán a sus correspondientes transmisores y estos se conectarán con las tarjetas de entrada del PLC.

Con esta propuesta, los sistemas de detección y extinción de CO2 pasan a ser

monitorizados desde el SCADA, lo que dota al control del proceso de mayor seguridad, al poder conocer los niveles de dióxido de carbono a distancia.

El último ámbito de actuación se refiere a la gestión de datos. Éstos serán recogidos por el PC en el cual corre el SCADA, para posteriormente, monitorizarlos por pantalla.

A continuación se describen todos los elementos, tanto hardware como

software, que hacen posible la consecución de los objetivos marcados. Se ha optado por una automatización bajo PLC frente a otras propuestas como

PCs industriales o sistemas con microprocesador por las siguientes razones:

Mayor robustez ante ambientes más o menos hostiles.

Estructuras modulares.

Muy adaptable a la planta sobre la que se debe actuar.

Aunque presenta mayor dificultad de interfaz con el usuario, la aplicación de un SCADA supera esta barrera.

Gran capacidad de trabajo a tiempo real, lo que conlleva un mejor manejo de las entradas/salidas.

El PC industrial está mas orientado a trabajar bajo periferia distribuida, en este proyecto será control centralizado.

Un autómata es un controlador lógico programable (PLC), dotado de un

hardware que le permite adaptarse a distintas plantas, y que ejecuta una serie de operaciones, previamente cargadas en la zona de programa de su CPU. El ciclo de funcionamiento del autómata es:

Lectura de entrada desde la memoria de entradas.


Memoria

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Realización del programa de control.

Activación de las salidas a partir de la memoria de salidas.

Figura 33. Ciclo del autómata.

Figura 34. Ciclo de funcionamiento del autómata. Para optimizar el ciclo, la lectura de las entradas y la escritura de las salidas se

realizan de forma simultánea, siendo necesario utilizar una memoria imagen de las entradas y salidas.

Otra de las tareas que realiza el PLC en su ciclo de funcionamiento es auto‐chequearse.

Y por último, la CPU debe ocuparse también de comunicarse con los periféricos externos como son: impresoras, otros PLC, PC…

Todas estas tareas exigen un tiempo mínimo de ciclo para ser ejecutadas, con lo cual el refresco de las entradas está vinculado al tiempo de ciclo utilizado en el equipo. Este tiempo va a ser determinante cuando el PLC pretenda controlar procesos rápidos, con señales de corta duración o alta frecuencia de conmutación.

Los modos de operación normales en los que se puede encontrar el PLC son:

RUN: El autómata ejecuta normalmente el programa de usuario.


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STOP: La ejecución del programa se detiene por orden del usuario. Las salidas pasan a OFF y las posiciones internas se mantienen. En el paso a Run se resetean todas aquellas posiciones internas no mantenidas.

ERROR: La ejecución del programa se detiene por error de funcionamiento. Las posiciones internas se mantienen y las salidas pasan a OFF.

En nuestro caso, en OMRON aparece otro modo: MONITOR. La diferencia entre

el modo MONITOR y RUN estriba en que el primero permite la modificación de los registros internos mediante dispositivos HMI y el segundo no. El cambio en el modo de operación puede realizarse desde conmutadores situados en la CPU o desde la unidad de programación.

En el arranque, el autómata se auto‐chequea y si no detecta ningún error va a

posición RUN, en caso de detectar error se pasa a STOP. El ciclo de funcionamiento normal del autómata consta principalmente de 4

fases:

Proceso inicial:

Comprobación del sistema: bus de conexión, nivel de batería, conexión de memorias…

Borrado de variables internas, contadores y temporizadores.

Proceso común.

Watchdog: fija el tiempo máximo de ejecución de un programa, evita fallos debidos a errores de sintaxis, bloqueos de comunicación por periféricos, avería en funcionamiento de CPU…

Chequeos de conexiones y memoria: comprueba niveles de tensión de alimentación, estado de batería, buses de conexión con E/S.

Errores de sintaxis: movimiento de datos, existencia de END, saltos y anidamientos, códigos,….

Ejecución de programa y E/S de datos.

Lectura interfaz entrada.

Escritura interfaz salida.

Ejecución programa usuario.

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Respecto a la unidad de control, existen dos configuraciones posibles:

Control centralizado: una única unidad de control en el proceso o varios procesadores agrupados. Control distribuido: distintas unidades de control por el proceso intercambiando

datos entre sí.

En cuanto a la configuración del sistema de E/S puede ser:

·E/S centralizadas: todas las interfaces de E/S se encuentran situadas en el bastidor central y están unidas a la unidad de control a través del bus interno.

·E/S distribuido: existen módulos de E/S distribuidos a lo largo del proceso y estos se comunican con la unidad central a través de buses de comunicación.

La unidad de control es la encargada de gestionar las informaciones

procedentes del proceso para establecer la secuencia de control que desea el usuario. Por ello la unidad de control debe:

· Ejecutar las instrucciones del programa.

· Ordenar las transferencias de información con el sistema de E/S.

· Establecer los lazos de control continuo.

· Comunicarse con el entorno informático y los operarios.

El sistema de E/S está compuesto principalmente por dos elementos: las tarjetas de E/S, para permitir el intercambio de información entre el autómata y la planta, y el bastidor soporte de las mismas.

Para dimensionar el equipo correctamente hay que adaptar el número de E/S conectadas a una misma CPU a las necesidades del proceso..

Las ventajas más sobresalientes del modelo de E/S distribuidas son:

· Permite el control a distancia de equipos y sistemas, manipulando las variables locales desde un único programa en la CPU principal.

· Disminuyen los costes de la instalación, al sustituir el cableado tradicional por un sistema basado en la transmisión serie de los datos.

· Disminuyen los costes de montaje y material.


Memoria

91

· Aumenta la seguridad en la transmisión. En estos procesadores se incluyen un diagnóstico de averías, por lo que se asegura que las señales recogidas en la planta están siendo leídas por la CPU y viceversa. Este diagnóstico se indica:

1. Mediante LED de señalización.

2. Mediante mensajes de error en la unidad de programación.

3. Cambiando variables internas del programa de control.

Dentro de las E/S descentralizadas existen varias posibilidades de realizar la configuración:

· Bus: un solo procesador de enlace en la unidad base se conecta mediante bus con los procesadores locales.

· Estrella: la unidad base contiene tantos procesadores de enlace como unidades de expansión se necesiten.

· Mixta o árbol: la unidad base contiene procesadores independientes para cada expansión y estas a su vez se conectan en bus con otras unidades.

La ventaja que tiene utilizar buses frente a soluciones particulares son:

·Son sistemas abiertos que permiten la conexión de otros equipos.

·Permite mayores velocidades de transmisión.

·Mayores distancias de interconexión.

1.10.2.3 SELECCIÓN DEL AUTÓMATA La solución propuesta consta de un PLC que se coloca en un bastidor principal

junto a tarjetas de E/S. El autómata elegido es el CJ1M de OMRON, que es un PLC modular de entradas

por nivel. Se ha optado por la familia de PLCs de la marca OMRON porque durante la carrera se trabaja con autómatas de la misma familia, pero esto no implica que se puedan utilizar autómatas equivalentes de otras marcas como por ejemplo SIEMENS, ALLEN‐BRADLEY o TELEMECANIQUE.

Esta familia de autómatas programables abarca desde potentes modelos de CPU que ofrecen un control total de las máquinas, hasta CPUs muy pequeñas que permiten modularizar o ‘dividir’ la máquina en secciones lógicas.

Las unidades de control especializadas para el control de movimiento y temperatura aligeran la carga de las tareas de la CPU, y permiten una programación estructurada y sencilla.


Memoria

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Las unidades de E/S del CJ1M, desde modelos básicos a modelos de alta gama y muy compactos, se pueden colocar en cualquier parte del sistema, lo que le permite distribuir, todas las funciones que necesite allí donde las necesite.

Los miembros más pequeños de la familia CJ1 son totalmente compatibles con la serie CJ1G/H y CS1 en lo que se refiere al conjunto de instrucciones, comandos de comunicaciones y organización de la memoria.

Los módulos CJ1M se conectan entre sí mediante conectores de bloqueo fiables y de alta calidad. De este modo no son necesarios bastidores de PLC voluminosos y se facilita y se acelera la configuración e instalación de CJ1M en paneles de control.

Las funciones de enrutamiento incorporadas permiten la comunicación transparente sobre múltiples capas de red. La programación y la transferencia de datos son totalmente transparentes a través de redes abiertas como Ethernet y DeviceNet. Las unidades de comunicación abierta de CJ1M permiten que los autómatas programables se comuniquen con prácticamente cualquier dispositivo de otros fabricantes.

Los PLCs OMRON son conformes con las normas EMC relacionadas y por tanto aquellos dispositivos y máquinas en las que se integren pueden cumplir más fácilmente con las normas EMC. Sin embargo debe ser el cliente quien verifique la conformidad del sistema global. La normativa aplicada y cumplida por los autómatas OMRON es:

Directivas EMC

·Normas aplicables ‐EMI: EN50082‐2 ‐EMS: EN61131‐2, EN50082‐2, EN61000‐6‐2

Directiva de Baja Tensión

·Norma aplicable ‐EN61131‐2

Las características más sobresalientes de este PLC son:

PLC modular básico, compatible con la serie CJ1G/H.

Número máximo de E/S digitales: 160‐640.


Memoria

93

Tiempo de ejecución (instrucciones de bit): 0.1us.

Memoria de programa: 10‐20 Ksteps.

Memoria de datos: 32Kwords.

Funciones especiales: Unidades dedicadas para control de posición y control de temperatura.

Dispone de 2 entradas de encoder (100kHz), 2 salidas tipo pulso (100kHz) y 4 salidas de contador/interrupción.

Comunicaciones: Ethernet, DeviceNet, Profibus‐DP, CAN, CompoBus/S y comunicación serie.

Ranura para tarjeta de memoria CompactFlash para el almacenamiento de datos y el intercambio de programas.

Programación en texto estructurado IEC 61131‐3, amplia biblioteca de bloques de función.

La CPU elegida es la CJ1M‐CPU23. La familia de CPUs CJ1 incluye desde CPUs

muy pequeñas para el control de máquinas o aplicaciones sencillas, hasta modelos potentes y rápidos que ofrecen un control total de la máquina o aplicación, capaces de gestionar hasta 2560 puntos de E/S.

Esta CPU admite texto estructurado IEC61131‐3 y lenguaje de diagrama de

relés. La extensa biblioteca de bloques de función de Omron ayuda a reducir el esfuerzo de programación, a la vez que puede crear sus propios bloques de función según las necesidades específicas. Las características de la CJIM‐CPU23 son:

Número de puntos de E/S: 640.

Número máximo de bastidores de expansión: 1.

Número máximo de unidades conectables: 10 unidades bastidor CPU. 10 unidades bastidor de expansión.

Capacidad de programa: 20 Kpasos.

Capacidad de memoria de datos: 32 Kpalabras.

Velocidad de proceso de la instrucción LD: 100ns.

Puertos integrados: Puerto de periféricos y puerto RS‐232C.

Opciones: Tarjeta de memoria (compact flash).

Consumo a 5 V: 0,64 A.


Memoria

94

1.10.2.4 SOLUCIÓN DE COMUNICACIÓN En nuestro caso la configuración del sistema de automatización elegida es de

tipo control centralizado frente a un control distribuido porque las distancias en las que nos movemos son cortas y con el control distribuido se encarecería el proyecto sin necesidad alguna.

En el bastidor principal se encontrará el autómata con su CPU y el resto de unidades de E/S.

Respecto a la comunicación del PLC con el PC utilizo la comunicación serie utilizando el cable RS232 frente al RS485 porque, como he dicho en puntos anteriores las distancias de la bodega son cortas, no superan los 15 metros permitidos por el cable RS232 y el proyecto continuaría incrementándose económicamente.

1.10.2.5 MÓDULOS

1.10.2.5.1 MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES: El módulo de entradas digitales seleccionado es CJ1W-ID211. Este módulo permite la conexión a 16 entradas y sus principales características son: ·Corriente de entrada: 7mA ·Tensión de entrada: 24Vcc El aspecto de la tarjeta es el siguiente:

1.10.2.5.2 MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES: El módulo de salidas digitales seleccionado es CJ1W-OC211. Este módulo tiene salida a relé y permite la conexión a 16 salidas como en el control necesito más de 16 salidas colocaré dos tarjetas. El aspecto de la tarjeta es el siguiente:


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95

Caracterisitcas: ·Corriente de entrada: 2 A

·Tensión de entrada: 250 Vac UNIDAD DE RELÉS G2RV Las salidas de la tarjeta del autómata irán conectadas a una unidad de relés. Para la conexión se utilizará el cable con el pineado correspondiente ofrecido por OMRON frente a otras propuestas como pueda ser el conexionado pin a pin o el conexionado con tornillo.

1.10.2.5.3 MÓDULO DE ENTRADAS ANALÓGICAS: El módulo seleccionado es el CJ1W-AD081-V1 y permite la conexión de 8 entradas. Sus principales características son: ·Corriente de entrada: 4-20mA ·Resolución: 1/8000 ·Velocidad de conversión: 250µs/pt ·Precisión: +/- 2% en tensión y +/- 4% en corriente. El aspecto de la tarjeta es el siguiente:

1.10.2.6 ELECTROVÁLVULAS

Además de los sensores seleccionados en los puntos anteriores hay que seleccionar también las electroválvulas.

Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería.


Memoria

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Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula. El solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es corriente que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la válvula deba estar abierta.

La electroválvula puede ser normalmente abierta o normalmente cerrada, la diferencia está en que una electroválvula normalmente cerrada solo se abre cuando se le alimenta y la normalmente abierta se cierra cuando se le da tensión. Para el circuito de acondicionamiento de aire para el proceso de pasificación he utilizado la siguiente válvula: La electroválvula seleccionada es normalmente cerrada, se activa con una tensión de 24v y tiene el siguiente aspecto:

Para el circuito de refrigeración de la fermentación, he utilizado electroválvulas del siguiente tipo:

Esta válvula necesita una alimentación de 12 voltios y es normalemnte cerrada, es decir, se abrirá cuando reciba alimentación.


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1.10.2.7 PROGRAMAS UTILIZADOS: Para el control automatizado del proceso de elaboración del vino dulce he utilizado dos programas que ofrece OMRON: CX‐Programmer y CX_Supervisor.

El CX‐Programmer es el programador de los autómatas programables de Omron. Permite programar todos los modelos, desde micro‐PLC hasta la nueva serie CS de gama alta. CX‐Programmer ofrece toda la potencia de programación necesaria para construir incluso complejos sistemas de múltiples dispositivos aplicando lenguajes en diagrama de relés y/o de listas de instrucciones. Además de un entorno de programación exhaustivo, CX‐Programmer proporciona todas las herramientas necesarias para proyectar, probar y depurar cualquier sistema de automatización.

Para más información ver Anexo 2.5 de este documento. Por otro lado está el CX‐Supervisor es un software dedicado a todos los procesos relacionados con el control de máquinas y PC. Enriquece el diseño de las aplicaciones más sofisticadas. CX‐Supervisor cuenta con potentes funciones destinadas a una amplia gama de requisitos de terminales programables basados en PC.

Para más información ver Anexo 2.4 de este documento

1.10.2.8 SOLUCIÓN:

1.10.2.8.1 E/S DEL SISTEMA ‐Entradas digitales: Número Variable Dirección de memoria 1 NivelMinimoD1 W3.8 2 NivelMinimoD2 W4.1 3 NivelMinimoD3 W4.3 4 NivelMaximoD1 W3.9 5 NivelMaximoD2 W4.2 6 NivelMaximoD3 W4.5 7 ManAuto W3.13 8 C_TempD2D3 W5.7 9 C_TempD1 W3.14 10 C_LlenadoD2D3 W3.15 11 C_LlenadoD1 W5.6 ‐Salidas digitales: Número Variable Dirección de memoria 1 ValvEntD1 W3.7 2 ValvEntD1D2 W4.15 3 ValvEntD2 W4.13 4 ValvEntD3 W4.14 5 CamisasD1 W3.6


Memoria

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6 CamisasD2 W5.2 7 CamisasD3 W5.4 8 BombaCalorFrio W3.11 9 BombaPasificación W3.12 10 VentiladorPasificado1 W5.7 11 VentiladorPasificado2 W5.8 12 VentiladorCO21 W5.9 12 VentiladorCO22 W5.10 13 AlarmaFermentación W3.4 14 AlarmaPasificación W5.11 15 AlarmaLlenadoD1 W4.0 16 AlarmaCO2 W5.12 17 AlarmaLlenadoD2 W5.13 18 AlarmaLlenadoD3 W5.14 ‐Entradas analógicas: Número Variable 1 T_ActualD1 2 T_ActualD2 3 T_ActualD3 4 NivelCO2 5 T_ActualPasificado 6 HumedadPasificado 7 NivelLlenadoD1 8 NivelLlenadoD2 9 NivelLlenadoD3 ‐Salidas analógicas: no existen

Una vez analizadas las salidas y entradas del sistema, tanto analógicas como digitales, puedo saber el número de tarjetas de E/S necesarias. Como voy a trabajar con tarjetas de 16 entradas/salidas, basta con colocar una de entradas digitales, 1 de salidas digitales y 1 de entradas analógicas.

1.10.2.8.2 DIAGRAMAS DE FLUJO DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA:

1.10.2.8.2.1 FERMENTACIÓN:

‐Aparecen dos modos de funcionamiento: modo manual o modo automático. ‐El llenado de los 3 depósitos se realiza de la misma manera para el modo

manual como para el modo automático. ‐El control de temperatura en modo manual consiste en introducir

manualmente la temperatura de consigna y el sistema de control de temperatura trabaja hasta conseguir dicha temperatura de consigna. Sin embargo en el control automático la temperatura de consigna se compara continuamente con la


Memoria

99

temperatura recibida por la sonda PT100, realizando el control de frío o el control de calor sobre los depósitos.

A continuación se muestra el diagrama de flujo del control de llenado y de fermentación:

Mem

CON

moria

TROL DE T

DISEÑO E

TEMPERAT

Y AUTOMELABORAC

TURA Y DE

MATIZACIÓCIÓN DEL

LLENADO

ÓN DEL PRL VINO DU

DEPÓSITO

ROCESO DLCE

1:

DE

100

Mem

CON

moria

TROL DE T

DISEÑO E

TEMPERAT

Y AUTOMELABORAC

TURA Y LLE

MATIZACIÓCIÓN DEL

ENADO DEP

ÓN DEL PRL VINO DU

PÓSITO 2:

ROCESO DLCE

DE

101

Mem

CON

moria

TROL TEM

DISEÑO E

MPERATURA

Y AUTOMELABORAC

A Y LLENA

MATIZACIÓCIÓN DEL

ADO DEPÓS

ÓN DEL PRL VINO DU

ITO 3:

ROCESO DLCE

DE

102

Mem

1.10

moria

0.2.8.2.2 PA

DISEÑO E

ASIFICACIÓN

Y AUTOMELABORAC

N:

MATIZACIÓCIÓN DEL

ÓN DEL PRL VINO DU

ROCESO DLCE

DE

103

Mem

1.10

moria

0.2.8.2.3 CO

DISEÑO E

ONTROL CO2

Y AUTOMELABORAC

2:

MATIZACIÓCIÓN DEL

ÓN DEL PRL VINO DU

ROCESO DLCE

DE

104


Memoria

105

1.10.2.8.3 SIMULACIÓN: Para comenzar la simulación, primero hay que configurar el autómata seleccionado CJ1M con el programa CX-Programmer. LA comunicación se realiza de la siguiente manera:

1. se abre el programa CX-Programmer 2. Se selecciona la ventana Archivo-> Nuevo y de esta manera aparecerá lo siguiente:

3.Nombre de dispositivo: poner el nombre del autómata que se desee. 4.Tipo de dispositivo: pinchar en la pestaña y seleccionar el autómata deseado. En este caso CJ1M.


Memoria

106

A continuación en el botón configuraciónes, al pinchar sale lo siguiente:


Memoria

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En tipo de CPU se selecciona la CPU que se vaya a utilizar en este caso, se puede observar que la CPU uutilizada en la 23. 5.Se pulsa el botón aceptar y regresamos a la pantalla anterior para configurar el tipo de red. En este caso se selecciona SISMAC WAY y se pulsa de nuevo el botón configuración, apareciendo una nueva ventana que ha de contener lo siguiente:

A continuación se configurarán las unidades de E/S del siguiente modo:


Memoria

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Una vez configurado el autómata y las unidades de E/S se puede proceder a la programación del sistema. PROGRAMACIÓN/SIMULACIÓN:

1.10.2.8.3.1 PANTALLA INICIAL

En la pantalla inicial se deberá pulsar el botón ENTRAR para poder acceder al control y a la visualización del sistema.

1.10.2.8.3.2 PANTALLA PASIFICACIÓN/FERMENTACIÓN/CO2


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En esta pantalla se puede seleccionar uno de los tres botones: Pasificación, fermentación y CO2. Cada uno de los botones genera una nueva pantalla:

1.10.2.8.3.2.1 BOTÓN PASIFICACIÓN:


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En esta pantalla se realiza el control de la temperatura y de la humedad. Para ello, se ha colocado un sensor que mide ambas variables. El sensor va conectado a la tarjeta de entradas analógicas situada en el bastidor del autómata.

A través de la variable temperatura de consigna, el usuario puede introducir la temperatura a la cual quiere que se encuentre la sala de pasificación.

Cuando la variable temperatura de consigna no coincida con la variable temperatura actual se activará el sistema de acondicionamiento de aire. Este sistema extrae el aire de la sala cargado de humedad e insufla aire limpio por los dos ventiladores situados en la sala.

En caso de que se produzca una situación de emergencia en la sala, se activará la variable de alarma y se enviará automáticamente un mensaje “gmail” al usuario avisándole de la situación de emergencia e indicándole por qué se ha dado esa situación.

1.10.2.8.3.2.2 BOTÓN FERMENTACIÓN:

Aparece la pantalla en la cual se puede seleccionar el DEPÓSITO1 o

DEPÓSITOS 2 Y 3.


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BOTÓN DEPÓSITO 1:

En esta pantalla se pueden observar las diferentes variables que hacen referencia al depósito 1 de la sala.

En la parte superior se encuentra el botón que permite la selección del modo de control: manual y automático.

A continuación se puede elegir entre realizar el control del llenado del depósito 1 o por otro lado el control de la fermentación.

Si el depósito se encuentra vacío, primero se activará el control de llenado. En esta fase, cuando la variable nivel mínimo se active comenzará el llenado del depósito. Consiste en activarse primero la bomba situada en la prensa y posteriormente se enviará una señal de activación a la electroválvula para permitir el paso del caudal. Este proceso finalizará o bien cuando lo desee el usuario y pare la bomba o bien cuando se activa la sonda de nivel máximo o se termine de bombear el vino procedente de la prensa. Para dar tranquilidad al usuario, una vez terminado el llenado el sistema avisará al usuario con un mensaje “gmail” indicando que el depósito se ha llenado correctamente.

Una vez finalizado el llenado del depósito 1 se procede al control de la temperatura que hará posible el proceso de fermentación. Si el modo seleccionado es el manual, se introducirá el valor de consigna para que la bomba de calor se encargue de que la temperatura del interior (temperatura actual) del depósito alcance la temperatura de consigna.

Durante la fermentación existe también la opción de que puedan generarse alarmas. Si existe alguna anomalía durante este proceso el sistema enviará un mensaje “gmail” al usuario indicando el motivo por el cual se ha generado la alarma.


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BOTÓN DEPÓSITOS 2 Y 3:

En esta pantalla se realizará el control de llenado y el control de

fermentación de los depósitos 2 y 3. He separado el proceso del depósito 1 porque el depósito 1 es de 4000 litros y esta colocado principalmente para que el vino haga su primera sedimentación. Sin embargo los depósitos de esta página son de 2000 litros cada uno, esto quiere decir que una vez que el vino a depositado la mayoría de los sedimentos, se lleva a esto dos depósitos 2000 litros a cada uno.

En la parte inferior de la pantalla la bomba situada a izquierda, es la bomba que se encuentra a la salida del depósito 1, encargada de bombear 2000 litros a cada


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uno de los depósitos. La electroválvula situada a continuación de la bomba es la que permite que el caudal salga del depósito 1 y pueda pasar tanto al depósito 2 como al depósito 3. A partir de aquí, cuando se desee comenzará el llenado de estos dos depósitos.

Se comenzará llenando el depósito 2, cuando el vino en el depósito 1 se encuentre preparado y la sonda de nivel mínimo del depósito 2 este activa, será en este momento cuando el autómata enviará la señal de activación a la electroválvula situada en la entrada del depósito 2 y que permitirá el paso de caudal y con ello, el llenado.

Una vez detectado el nivel máximo del depósito 2 la bomba se parará y las electroválvulas se cerrarán. A continuación el autómata leerá valores del depósito 3 y del depósito 1, si el nivel mínimo del 3 está activado y el 1 no está vacío, se enviará señal a la electroválvula del depósito 3 y a la electroválvula de la salida del depósito1 para que se abran y el caudal pueda pasar hacia el depósito 3.

Al igual que en la pantalla anterior se generarán alarmas por los mismos motivos.

1.10.2.8.3.2.3 BOTÓN CO2:

En esta pantalla se visualiza el nivel de CO2 contenido en el aire de la bodega. El sensor de CO2 se conecta a la tarjeta de entradas analógicas, de este modo cuando el autómata detecta un nivel superior al programado se activará el ventilador 1 y seguirá leyendo el nivel de CO2, si una vez encendido el primer ventilador el nivel de CO2 baja, el sistema seguirá funcionando con normalidad. Si por el contrario sigue subiendo, el autómata mandará la señal de activación al ventilador 2. Si estando en funcionamiento los dos ventiladores el nivel de gas sigue subiendo, se activará la alarma y se enviará un mensaje “gmail” al usuario avisándole del motivo por el cual se generó la señal de alarma.


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1.11 Planificación Los pasos seguidos para la realización del presente proyecto han sido:

1. Estudio del proceso de elaboración del vino dulce, tanto desde de una visión general, como desde el proceso especifico llevado a cabo en la bodega objeto de estudio.

2. Descripción exhaustiva de la planta y de sus distintos elementos. Toma de medidas y planificación de la ubicación de la maquinaria necesaria.

3. Presentación del problema, destacando los puntos críticos que se presentan a lo largo del proceso.

4. Desarrollo de la solución técnica, describiendo la tecnología a utilizar. Dimensionamiento y elección de equipos.

5. Desarrollo de sistema de automatización; elección de equipos y disposición de los mismos.

6. Implementación del software, tanto para la monitorización como para el control.


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2 ANEXOS


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2.1 COMUNICACIÓN SERIE 2.1.1 RS232

Este estándar fue diseñado en los 60 para comunicar un equipo terminal de datos o DTE (PC en este caso) y un equipo de comunicación de datos o DCE (habitualmente un módem).

El RS‐232C es un estándar que constituye la tercera revisión de la antigua norma RS‐232, propuesta por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas), realizándose posteriormente una versión internacional por el CCITT, conocida como V.24.

Características: • 25 pines de señal • Conectar DTE debe ser macho y el conector de DCE hembra • Los voltajes para un nivel lógico alto están entre +/‐3 y +/‐15. • Los voltajes más usados son +/‐12 y +/‐9. • Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, es posible tener

cables de hasta 15 metros. • Velocidad: 300,600,1200,2400, 4800 y 9800 bps

o Modo asíncrono: Bit Start (primera transición de 1 a 0) 1,1.5, 2 Bits Stop Paridad Par, Impar o sin paridad

o Modo síncrono: Frecuencia receptor es 16 o 64 mayor que la del emisor. Sincronización mediante circuitos UART.

• Señales del conector DB‐5 y DB‐9

2.2 RS485


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Se utiliza una conexión sin conector físico. Con lo que se consigue mejorar la velocidad y distancia máxima respecto al RS-232. Características:

• Velocidad máxima de 100Kbps hasta 1200m y de 10Mbps hasta 12m. • Señales de como máximo 6v y de como mínimo 200mV. • Amplificadores de triple estado, permiten interconectar hasta 64

dispositivos.

2.2.1 Comparación RS485 y RS232

• El uso de tensiones elevadas de hasta 15V en RS‐232 y hace que sea

más susceptible al ruido. En cambio, en el RS‐485 se utilizan voltajes de como máximo 6V por lo que se reduce el factor de ruido.

• Con RS‐485 se permiten conectar hasta 64 dispositivos.

2.2.2 Conversores RS232/RS485

• Permite pasar de una comunicación RS‐232 a una RS‐485 y viceversa. • El dispositivo al que se conecta el conversor debe realizar el control del

RTS. • Los puertos RS‐232 y RS‐485 están optoacoplados. • Es un dispositivo transparente al sistema.


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2.3 AUTÓMATA CJ1M

Características del controlador CJ1M:

‐Pueden agregarse funciones avanzadas con módulos E/S (entrada y salida) especiales: Control de posición y movimiento en 1, 2, 4, 16 y 30 ejes, contadores de alta velocidad, control de temperatura, entradas y salidas analógicas y control RFID.

‐Los PLCs CJ1 se comunican casi con cualquier dispositivo fabricado por terceros mediante comunicación en serie con los sistemas Modbus‐ASCII maestro y Modbus‐RTU maestro/esclavo.

‐En la programación orientada a tareas se emplean lenguajes con bloques de funciones, de texto estructurado y de lógica en escalera.

‐Un paquete de software (CX‐One) es todo lo que se necesita para la programación, la monitorización, la configuración de los controladores de movimiento, la configuración de la red y más.

‐Cumplimiento con la norma RoHS: no contiene plomo (Pb) ni materiales peligrosos.

‐Clasificación de seguridad: UL, cUL y CE; UL Clase I, División 2, Grupos A, B, C y D para uso en lugares peligrosos.

Especificaciones:


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-Capacidad de E/S:640 E/S.

-Capacidad para programación: de 5K a 20K pasos.

-Velocidad de procesamiento: 0,1 μs( instrucción “Load” ).

-Comunicaciones: Ethernet, Controller Link, DeviceNet, PROFIBUS-DP, en serie y CompoBus/S.

-Reloj de tiempo real: Sí.

-Tensión de suministro: de 100 a 240 Vc.a. ó 24 Vc.c.

-Dimensiones: 90 alt. x 65 prof.mm.

CONFIGURACIÓN TÍPICA Configuración básica: Una configuración básica de controladores de la serie CJ1M consta de una CPU, una unidad de fuente de alimentación y hasta 10 E/S básicas, unidades especiales de E/S y bus, así como una tapa de extremo. Hay que sumar el consumo de corriente de todos los módulos y la CPU, para escoger la unidad de fuente de alimentación adecuada para la aplicación deseada. CPU y bastidores de expansión: Si el número de módulos por bastidor se excede de 10, o el consumo de corriente es superior a la capacidad de las fuentes de alimentación, se utiliza la configuración de CPU y bastidor de expansión. De esta manera se divide la carga de los módulos en dos fuentes de alimentación. Para permitir la comunicación y la asignación automática de canal en la programación, se debe instalar un módulo de control de E/S para el bastidor de la CPU y un módulo de interfaz de E/S en cada bastidor de expansión.


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121

2.4 SCADA, CXSUPERVISOR

Los SCADA's son la interface Hombre ‐ Máquina (HMI) que permiten visualizar todos los procesos y señales implementadas en un sistema.

Este paquete de software de HMI basado en arquitectura Windows es muy fácil de usar y contiene características para el conteo de información de E/S para el interface con los PLCs CJ1 y CS1W de Omron. CX‐Supervisores lo suficientemente flexible para controlar y supervisar un sólo PLC o una entera red de comunicación de datos. La interface que tiene una visualización del estilo de Windows Explorer, hace que la construcción de las interfaces gráficas más sofisticadas sea una tarea fácil. Una extensa ayuda "en línea" aún lo simplifican más.

El software CX‐Supervisor incluye características de alarma, de entrada, de tendencias, de conexión de bases de datos y de opciones de órdenes avanzadas. CX‐Supervisor apoya tecnologías estándar de Microsoft COM / DCOM, DDE, OPC, OLE, ActiveX, y ADO / OLEDB. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES:

• Objectos, animación, simples dibujos o más complicados como del tipo OLE.

• Incluye muchos controles de ActiveX.

• Bibliotecas de más de 3.000 símbolos gráficos.

• Crea procesos para transferir datos desde/hasta los PLCs de Omron.

• Las funciones de Alarma ofrecen notificación de condiciones no deseadas de los puntos de E/S.

• Las características de seguridad limitan el acceso de individuos a determinados apartados del proceso.

• Se puede reutilizar/compartir datos con otros productos de CX‐Automation Suite.

• Contenedor de ActiveX.

• Se puede programar en tres lenguages diferentes: CX‐Supervisor script, VBA, y JAVA.

• Servidor de OLE.

• Cliente de OPC Client.

• Cliente/Servidor de DDE.

• Tendencia de Datos y de Entrada.

• Conexiones de Bases de Datos usando ADO / OLEDB.


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CX‐Supervisor proporciona toda la funcionalidad y flexibilidad que se necesita para construir y ejecutar aplicaciones SCADA pequeñas y medianas. Contiene una amplia gama de objetos gráficos que se pueden usar para presentar información del proceso a un operador de una forma clara, concisa y no ambigua.

Al mismo tiempo, CX Supervisor incluye todas las funciones para el control de la supervisión y para enlazar los sistemas de fabricación con los de ofimática. Una gama completa de herramientas intuitivas facilita las tareas de desarrollo a los usuarios noveles y permite al diseñador experto concentrarse en tareas más complejas.

Aplicando COM, ActiveX, OLE, ADO y OPC, CX‐Supervisor presenta las tecnologías más avanzadas en un entorno Windows fácil de usar.


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2.5 CXPROGRAMMER CX‐Programmer es el programador de los autómatas programables de Omron.

Permite programar todos los modelos, desde micro‐PLC hasta la nueva serie CS de gama alta. CX‐Programmer ofrece toda la potencia de programación necesaria para construir incluso complejos sistemas de múltiples dispositivos aplicando lenguajes en diagrama de relés y/o de listas de instrucciones. Además de un entorno de programación exhaustivo, CX‐Programmer proporciona todas las herramientas necesarias para proyectar, probar y depurar cualquier sistema de automatización.

Se incluyen otras funciones en línea como telecarga y teledescarga, monitorización y edición multipunto, con una profundidad de hasta tres niveles en la red. CX‐Programmer mantiene una compatibilidad hacia atrás con otros paquetes de soporte de programación de Omron, como LSS, SSS, CVSS, SYSMAC‐CPT y SYSWIN. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES:

• Aplicación de 32‐Bits de Microsoft Windows.

• Estructura de gerencia de proyecto para la combinación efectiva de programas y tareas.

• La capacidad de editar, maximiza la eficiencia en el diseño y en la programación.

• Las funciones avanzadas de supervisión, visualización y depuración de software reducen el tiempo de ingeniería y los costes de implementación.

• La supervisión avanzada de datos y tiempos reduce el tiempo de corrección de fallos y de mantenimiento.

• Extenso sistema de ayuda, sensitivo al contexto.

• Se pueden importar archivos de programación desde previos paquetes de programación de Omron, incluyendo los siguientes: CPT, SSS, CVSS, LSS.

• Abre, directamente, los programas de SYSWIN.

• Importa / exporta datos de Entrada/Salida de Microsoft Excel.

• Se puede reutilizar/compartir datos con otros productos de CX‐Automation Suite.

En este proyecto se utiliza la versión 7.2, que presenta las siguientes novedades con respecto a versiones anteriores:

• Incrementa la gama de PLCs soportados.

• SoporteparaFunctionBlocks (FB) y Structured Text(ST)


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124

• Inclusión de OMRON FB Library que aporta más de 200 FB listos para ser usados.

• Posibilidad de creación de librerías definidas por el usuario.

• Soporte para la nueva área de comentarios que incluyen las CPU.

• Posibilidad de filtrado de símbolos e introducción de comentarios en los Temporizadores y Contadores.


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125

2.6 Cálculos 2.6.1 SECADERO

2.6.1.1 PERDIDAS POR LAS PAREDES: Superficie total de la sala de pasificación:

S=Scara norte + Scara sur+ Scara este + Scara oeste+ Stecho+ Ssuelo

Donde:

Scara norte =Scara sur Scara este = Scara oeste Stecho=Ssuelo

Superficie total de la sala de pasificación:

2 8 3 2 10 3 2 10 8

Coeficiente de transmisión de termo‐arcilla: De la siguiente tabla obtenemos el coeficiente de transmisión de la termo‐

arcilla en las unidades indicadas en el eje Y de la gráfica, para un espesor de 29cm:

268 m2


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0,79 º Paso los W a Frigoría/hora de la siguiente manera:

0,79 º 0,79 º 36001

11000

0,239 í1

0,67íº

‐Temperatura exterior= 22ºC ‐Temperatura interior= 17ºC ‐ Conocidos todos los datos necesarios para el cálculo de las pérdidas de calor por las paredes, sustituyo en la ecuación correspondiente al cálculo de las pérdidas:

é ª ª

é 268 0,67íº 0º 17º

é 3052 í

é 3052 í

24 1 í

é 73258í

í

2.6.1.2 PÉRDIDAS POR SERVICIO:

Basándonos en la tabla explicada anteriormente sobre las pérdidas por servicio en diferentes sectores, aplico un 10%.

é 10% é


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127

é 0,10 73248 í

í

é 7324í

í

2.6.1.3 PÉRDIDAS POR CARGA DE GÉNERO:

Aplicando un coeficiente de 5% por los motivos que se han detallado anteriormente, las pérdidas por carga de género quedan de la siguiente manera:

é é 5% é é

é é 0,05 73248 í

í 7324 í

í

é é 427,2í

í

2.6.1.4 PÉRDIDAS TOTALES:

Para el cálculo de las pérdidas totales basta con sumar los tres tipos de pérdidas debidas a las paredes, al servicio y a la carga de género. Calculadas en los tres puntos anteriores:

é 73248 7324 427,2

é 80999í

í 81000í

í


Memoria

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é 81000í

í

81000í

í1 í

24 1

1 í1,16

1

11000 4,08

Pérdidas totales= 4,1Kw

Una vez se han calculado las pérdidas totales procedo al cálculo del volumen de aire a calentar en la sala:

Superficie total= 268m2

Hay una fórmula muy utilizada por los expertos para calcular el número total de frigorías que se necesita para un espacio determinado: 100frigorias por metro cuadrado, por tanto:

Necesidades friforíficas=268*100=26800Frigorías

Convierto las frigorías a KW: 26800Frigorías=31162w=31,162Kw

Aproximando por exceso, las necesidades ascienden a 32 Kw

La potencia de la bomba de calor para el secadero ha de tener una potencia mínima de:

í ,

Buscaré una bomba de calor que proporcione una potencia superior a 36,1Kw.


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129

2.6.2 FERMENTACIÓN:

Suponemos una temperatura de fermentación del vino de unos 15ºC. y un período de trabajo de Enero‐Febrero:

Temperatura exterior base = (0,6 * Tmax) + (0,4* Tmedia) Temperatura exterior base = (0,6 * 20) + (0,4* 15)= 18ºC.

Para el pre‐enfriamiento del mosto tenemos unas necesidades frigoríficas. El

mosto a la salida de la prensa se espera a una temperatura de 20ºC. La temperatura de entrada en el depósito será 15ºC.

Qe=Mm * Ce *(Ta‐Tf)

Donde:

• Qe = Potencia de enfriamiento que requiere el mosto (Kcal/h).

• Mm = Caudal masico del mosto (Kg/h) = 200 Kg/h.

• Ce = Calor especifico del mosto (Kcal/kg) = 0,8736 Kcal/KgºC.

• Ta = Temperatura del mosto a la salida de la prensa = 20ºC.

• Tf = Temperatura a la que se desea que entre la uva al depósito = 15ºC.

Qe=Mm * Ce *(Ta‐Tf) = 200 * 0,8736 * (20‐15)=813,6 Kcal/h

Las necesidades frigoríficas durante la fermentación se mantendrán por

medio de camisas refrigerantes. Serán un 20% de la pared del depósito dando el intercambio de calor. La formula de cálculo de este calor será:

fQ fv g c Dd

⋅ ⋅ ⋅=

Donde:

• V = Volumen del mosto = 4000 L.

• g = Concentración media de azucares = 200 grazucar/ Lmosto.

• cf= Calor de fermentación = 0,14 Kcal/grazucar.

• D = Densidad del mosto = 1,1 Kg/ L.


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130

• d = Dias que dura la fermentación, (en horas) = 30 diasx24horas.

Qf= 3024

1,114,02004000⋅

⋅⋅⋅ =171,5 Kcal/h

El Calor transmitido por las paredes del depósito, podemos calcularlo en base

a la teoría de la transferencia de calor, calculamos la entrada‐salida de calor:

Qtransmisión = U * S * (Te‐Ti)

Donde:

• U = Coeficiente global de transmisión = 4 Kcal/hm2ºC (para el acero).

• S = Superficie exterior en m2, descontando la superficie de la camisa por la que consideramos que no tiene pérdidas de calor = 4,28m2.

• Te = Temperatura exterior base = 20ºC.

• Ti = Temperatura de fermentación vino = 15ºC.

Qtransmisión = 4 * 4,28 * (20‐15) = 85,6 Kcal /h

Por lo tanto el balance de calor de la fermentación es:

Qtotal = Qe + Qf + Qtransmisión

Qtotal = 813,6 +171,5 +85,6=1170,7 Kcal/h


Memoria

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3 PLANOS


Memoria

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3.1 ENTRADAS DIGITALES TARJETA 1


Memoria

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3.2 SALIDAS DIGITALES (07) TARJETA 1


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3.3 SALIDAS DIGITALES (815) TARJETA 1


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3.4 SALIDAS DIGITALES TARJETA 2


Memoria

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3.5 ENTRADASANALÓGICAS


Memoria

137

4 PLIEGO DE CONDICIONES


Memoria

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4.1 DISPOSICIONES GENERALES. 4.1.1 Objeto.

La realización del presente Proyecto titulado “Control y automatización del

proceso de elaboración del vino dulce” se enmarca bajo la designación de Proyecto Fin de Carrera y tiene como propósito culminar con éxito los estudios de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial.

El autor del presente proyecto ha cursado estos estudios en la Universidad de la Rioja, cumpliendo en su elaboración las directrices especificadas por dicho centro en la normativa del proyecto fin de carrera con entrada en vigor en el curso 2004‐2005.

4.1.2 Propiedad intelectual.

Según el artículo 13 de la normativa vigente en el centro, la propiedad intelectual

del autor y director del Proyecto o Trabajo Fin de Carrera se regirá por el Real Decreto Legislativo 1/1996, de 12 de abril, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Propiedad Intelectual, y por la normativa vigente en la Universidad de La Rioja.


Memoria

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4.2 DEFINICIÓN Y ALCANCE DEL PLIEGO. 4.2.1 Objeto del pliego.

El presente pliego regirá en unión de las disposiciones que con carácter general y

particular se indican, y tiene por objeto la ordenación de las condiciones técnico‐facultativas que han de regir en la ejecución de las obras del presente Proyecto.

Se considerarán sujetas a las condiciones de este Pliego, todas las obras y trabajos cuyas características, planos y presupuestos, se adjuntan en las partes correspondientes del Proyecto. Se incluyen por tanto en este concepto los trabajos de programación para la automatización de la bodega situada en Sojuela.

Se entiende por obras accesorias aquellas que, por su naturaleza, no pueden ser previstas en todos sus detalles, sino a medida que avanza la ejecución de los trabajos.

Las obras accesorias se construirán según se va conociendo su necesidad. Cuando su importancia lo exija se construirán en base a los proyectos adicionales que redacten. En los casos de menor importancia se llevarán a cabo conforme a la propuesta que formule el Ingeniero Industrial Director de Obra.

Si en el transcurso de los trabajos se hiciera necesario ejecutar cualquier clase de obras o instalaciones que no se encuentren descritas en este Pliego de Condiciones, el Adjudicatario estará obligado a realizarlas con estricta sujeción a las órdenes que, al efecto, reciba del Ingeniero Industrial Director de Obra y, en cualquier caso, con arreglo a las reglas del buen arte constructivo.

Es obligación de la empresa encargada de la instalación nombrar un técnico cualificado que bajo el rango de Director de Obra supervise la correcta realización de la misma en consecuencia con el documento del proyecto.

Para este fin, el Director de obra deberá conocer a fondo tanto el contenido del proyecto como el presente Pliego de condiciones a fin de ser consejero y certificador de la obra durante el montaje y puesta en marcha de la instalación.

El Ingeniero Industrial Director de Obra tendrá plenas atribuciones para sancionar la idoneidad de los sistemas empleados, los cuales estarán expuestos para su aprobación de forma que, a su juicio, las obras o instalaciones que resulten defectuosas total o parcialmente, deberán ser desmontadas ó recibidas en su totalidad ó en parte, sin que ello dé derecho a ningún tipo de reclamación por parte del Adjudicatario.

4.2.2 Documentos que definen las obras.

El presente Pliego, conjuntamente con la Memoria, estado de mediciones y

presupuesto, forman el proyecto que servirá de base para la ejecución de las obras. El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares establece la definición de las obras en cuanto a su naturaleza intrínseca.

Los planos de este proyecto constituyen para la empresa instaladora un referente que indica cómo se debe realizar la instalación de los distintos equipos electrónicos y cómo se deben realizar las conexiones de las tarjetas.

Los documentos que definen las obras y que la propiedad entregue al Contratista, pueden tener carácter contractual o meramente informativo.


Memoria

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Son documentos contractuales los Planos, Pliego de Condiciones, Cuadros de Precios y Presupuestos Parcial y Total, que se incluyen en el presente Proyecto.

Los datos incluidos en la memoria y Anexos, así como la justificación de precios tienen carácter meramente Informativo.

Cualquier cambio en el planteamiento de la obra que implique un cambio sustancial respecto de lo proyectado deberá ponerse en conocimiento de la Dirección Técnica para que lo apruebe, si procede, y redacte el oportuno proyecto reformado.

Las órdenes a instrucciones de la Dirección facultativa de las obras se incorporan al Proyecto como interpretación, complemento o precisión de sus determinaciones.

En cada documento, las especificaciones literales prevalecen sobre las gráficas y en los planos, la cota prevalece sobre la medida a escala.

4.2.3 Compatibilidad y relación entre documentos.

En caso de incompatibilidad o contradicción entre los Planos y el Pliego,

prevalecerá lo escrito en este último documento. Lo mencionado en el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares y omitido en los planos o viceversa, habrá de ser considerado como si estuviese expuesto en ambos documentos, siempre que la unidad de obra está definida en uno u otro documento y figure en el Presupuesto.


Memoria

141

4.3 DISPOSICIONES LEGALES Y NORMATIVA APLICABLE.

Se incluye a continuación un listado de la normativa aplicable al presente proyecto de automatización:

4.3.1 Normativa referente a máquinas.

• CONVENIO 119 DE LA OIT, relativo a la protección de la maquinaria. • Real Decreto 1644/2008, de 10 de octubre, por el que se establecen las

normas para la comercialización y puesta en servicio de las máquinas • DIRECTIVA 2006/42/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 17

de mayo de 2006 relativa a las máquinas y por la que se modifica la Directiva 95/16/CE.

• Real Decreto 1644/2008, de 10 de octubre, por el que se establecen las normas para la comercialización y puesta en servicio de las máquinas.

• REAL DECRETO 734/1985, de 20 de febrero de 1985, que modifica el REAL DECRETO 2584/1981, de 18 de Septiembre de 1981 por el que se aprueba el Reglamento General de las Actuaciones del Ministerio de Industria y Energía en el campo de la normalización y homologación.

• REAL DECRETO 105/1988, de 12 de Febrero de 1988, que modifica el REAL DECRETO 2584/1981, de 18 de Septiembre de 1981; por el que se aprueba el Reglamento General de las actuaciones del Ministerio de Industria y Energía en el campo de la normalización y homologación.

• REAL DECRETO 2200/1995, de 28 de Diciembre de 1995, que aprueba el Reglamento de la Infraestructura para la Calidad y la Seguridad Industrial, que complementa al REAL DECRETO 2584/1981, de 18 de Septiembre de 1981.

Reglamento (CEE) nº 1836/93 del Consejo, de 29 de junio de 1993, por el que se permite que las empresas del sector industrial se adhieran con carácter voluntario a un sistema comunitario de gestión y auditoría medioambientales.

4.3.2 Normativa relativa a electricidad.

• REAL DECRETO 842/2002, DE 2 DE AGOSTO, por el que se aprueba el

reglamento electrotécnico para baja tensión. incluye el suplemento aparte con el reglamento electrotécnico para baja tensión y sus instrucciones técnicas complementarias (itc) bt 01 a bt 51.

• ORDEN DE 6 DE JULIO DE 1984, por la que se aprueban las instrucciones técnicas complementarias del reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en centrales eléctricas, subestaciones y centros de transformación.

• Real Decreto 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueban el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC‐LAT 01 a 09.


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• REGLAMENTO DE LAS VERIFICACIONES ELÉCTRICAS Y REGULARIDAD EN EL SUMINISTRO.

• NORMAS DE LA EMPRESA SUMINISTRADORA DE ENERGÍA. • LEY DE INDUSTRIA Y OTRAS DEL MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGÍA. • LEY 31/1995 DE PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES, EN LO REFERENTE

A RIESGOS ELÉCTRICOS.

4.3.3 Normativa relativa a los lenguajes de programación.

• NORMA IEC 1131‐3. normalización de los lenguajes usados en automatización

industrial.

4.3.4 Normativa sobre elaboración de proyectos.

• UNE 157001‐ FEBRERO 2002. Criterios generales para la elaboración de

proyectos.

4.3.5 Normativa sobre seguridad.

• REAL DECRETO 1338/1994 DEL 4 DE JULIO SOBRE MEDIDAS DE SEGURIDAD

Y ESTABLECIMIENTOS PUBLICOS Y PRIVADOS. • ORDENANZA DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL TRABAJO (APROBADA POR

O.M. DEL 9 DE MARZO DE 1971). • Real Decreto 486/1997, de 14 de abril, por el que se establecen las

disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo. (Deroga: con la excepción indicada los capítulos I a V y VII del título II de la ORDENANZA aprobada por orden de 9 DE MARZO DE 1971).

4.3.6 Normativa del autómata.

• La normativa de la instalación del autómata estará en conformidad con las

normas NFC63‐850, IEC1131‐2, UL746C, UL94, CSA22‐2nº142 y normativas IEC68‐2‐27 para pruebas EA.


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143

4.3.7 Normativa sobre materiales y equipos.

Los materiales y equipos utilizados en este proyecto deberán cumplir normas

UNE o estándares internacionales en vigor y de obligado cumplimiento. La normativa de obligatorio cumplimiento se describe a continuación:

• UNE 20.324. Grados de protección de los envolventes del material eléctrico de baja tensión.

• UNE 20.111. Máquinas eléctricas rotativas. Grado de protección proporcionado por envolventes.

• UNE 20.113. Máquinas eléctricas rotativas. Valores nominales y características de funcionamiento.

• UNE 20.333. Diámetros de roscas y conductos y sus accesorios para instalaciones eléctricas.

• UNE 20.334. Conductos para instalaciones eléctricas. • UNE 21.401. Conductores eléctricos aislados. • UNE 21.402. Conductores eléctricos aislados y desnudos.

La normativa de obligatorio cumplimiento para la directiva de baja tensión será la señalada a continuación:

• Interruptores automáticos de baja tensión para circuitos de distribución, según código PNE 20.103.

• Paramenta de maniobra de baja tensión. Contactores Según código PNE 20.109.

• Auxiliares de mando de baja tensión. Pulsadores y auxiliares de mando análogos. Según código PNE 20.119/2.

• Auxiliares de mando de baja tensión. Contactores auxiliares automáticos de mando. Según código PNE 20.119/4.

• Conductos para instalaciones eléctricas. Condiciones generales. Según código PNE 20.334/1.

• Equipo eléctrico para las máquinas industriales. Reglas generales. Según norma ONE 20416/1

Existe, además, normativa de cumplimiento no obligatorio, como por ejemplo los

requisitos que incluyen algunos fabricantes y que deben ser tenidos en cuenta igualmente.


Memoria

144

4.4 CONDICIONES FACULTATIVAS. 4.4.1 Dirección.

La dirección del montaje estará realizada en su totalidad por el ingeniero o

proyectista o por otra persona que esta delegue atendiendo a la capacidad de dicha persona para realizar este trabajo.

Una vez realizado el montaje, su utilización podrá ser realizada por cualquier persona con conocimientos suficientes demostrables sobre el proyecto, la tecnología en él implicada y su funcionamiento. En caso de avería o pérdida de datos por incorrecta utilización, el proyectista queda exento de culpa.

4.4.2 Libro de órdenes.

En el emplazamiento de la instalación tendrá el contratista el libro de órdenes, en el que se anotan las que el Ingeniero Director de la instalación precise dar en el transcurso de la misma.

El cumplimiento de las órdenes expresadas en dicho Libro es tan obligatorio para el Contratista como las que figuran en el Pliego de Condiciones.

El montaje de los elementos del proyecto se realizará atendiendo a los documentos y planos del mismo.

Este libro de órdenes y asistencia debe estar conforme con el Decreto 462/1.971 de 11 de Marzo, y la Orden de 9 de Junio de 1.971 (Ref. BOE‐A‐1971‐380).

4.4.3 Modificaciones.

Las modificaciones de que requiera el presente proyecto deben ser

comunicadas con anterioridad a su realización a la Dirección Técnica y será objeto de esta Dirección Técnica la autorización de las mismas.

En el caso de la realización de modificaciones en la instalación que no hayan sido comunicadas y autorizadas por la Dirección de obra, las consecuencias que dichos cambios puedan acontecer serán responsabilidad total de la contrata que las realice.

En lo referente a cambios en la instalación por iniciativa de la propiedad, estos no serán tratados de forma especial y en ningún caso quedan eximidos de la autorización de la Dirección de Obra.

La dirección técnica queda autorizada a realizar las modificaciones que crea oportunas para el mejor desarrollo del proyecto siempre que estas sean advertidas previamente y no supongan un incremento del presupuesto. Estos cambios deberán quedar anotados en el libro de órdenes y asistencia y autorizados por el encargado o personal autorizado.

Si el ingeniero técnico encuentra razones que hagan pensar que le proyecto consta de errores o fallos deberá efectuar las correcciones oportunas antes de la recepción final de la obra. Los gastos ocasionados por este motivo correrán por


Memoria

145

cuenta del contratista, siempre que los fallos existan realmente y por cuenta del cliente o propietario en caso contrario.

Errores en el cálculo de cantidades de obra podrán ser corregidos en cualquier momento y esto no repercutirá en los efectos de la rescisión del contrato mientras el plazo de notificación, por parte del contratista o la dirección, no exceda de cuatro meses desde la adjudicación.

Salvo que la dirección disponga lo contrario y por escrito no se permitirán mejoras en la obra que conlleven nuevos trabajos o mejoras en los contratados.

No se admitirá un aumento de las unidades de obra si no son justificables debido a errores de medición.

4.4.4 Comienzo de los trabajos y plazo de ejecución.

Obligatoriamente y por escrito, deberá el Contratista dar cuenta al Ingeniero

Director del comienzo de las obras, antes de transcurrir 24 horas de su iniciación. El adjudicatario comenzará las obras dentro del plazo de 15 días desde la fecha

de adjudicación de la obra, dará cuenta al Ingeniero Director, mediante oficio, del día que se propone iniciar los trabajos, debiendo éste dar acuse de recibo.

Un acuerdo redactado por escrito entre el propietario, el contratista y la dirección técnica será la forma de pactar la duración de la obra.

El contratista está obligado al cumplimiento de todo cuanto se dispone en las Reglamentación Oficial del Trabajo.

Si las obras no se finalizan dentro del plazo acordado, el contratista podrá ser sancionado económicamente por el propietario en concepto de los días de demora.

El director de obra no se responsabiliza, frente a la propiedad, de posibles demoras provocadas por los organismos encargados de la tramitación del proyecto o en la aprobación del mismo. La tramitación del proyecto se considera ajena al director de obra.

El propietario deberá disponer de los permisos necesarios o responder de ello al dar la orden de inicio de las obras.

4.4.5 Personal.

La empresa encargada de la instalación asegura que el personal empleado en

esta labor está lo suficientemente especializado para realizar este proyecto. Cada contrata nombrará un encargado que deberá atender y entender las

órdenes de la dirección facultativa de obra, conocer el contenido de este pliego de condiciones y comprobar constantemente a pie de obra que la instalación se desarrolla acorde con el contenido de este proyecto.

La normativa jurídica relativa al contrato de trabajo y a los accidentes será de obligado cumplimiento por el instalador y a tal efecto se podrán solicitar, para su verificación, las credenciales que se consideren oportunas.

El director facultativo de la instalación debe estar en disposición como mínimo del título de Ingeniero Técnico Industrial en Electrónica Industrial.


Memoria

146

Los técnicos encargados del montaje y puesta en funcionamiento de la instalación serán suficientemente especialistas para tal efecto.

El instalador está obligado a cumplir con lo estipulado en el contrato de trabajo, por lo que se le podrán solicitar suficientes acreditaciones que justifiquen su cualidad.

4.4.6 Materiales.

La dirección será la encargada de examinar los materiales y equipos para su

colocación según expresa el pliego de condiciones. A tal efecto el contratista presentara las muestras y modelos necesarios para

efectuar las comprobaciones, ensayos y pruebas que exige el pliego de condiciones. Responderá el contratista de los gastos que ocasionen estos ensayos y pruebas. El director técnico de la obra o su representante serán responsables de

comprobar y dar orden al contratista del remplazo de los materiales que no cumplan con las condiciones del pliego de condiciones.

El contratista deberá proveer a la instalación de los medios auxiliares de que requiera y será responsabilidad del propietario ninguna avería o accidente que surgiera por la falta de estos.

4.4.7 Ejecución del proyecto.

La ejecución del proyecto conlleva la realización acorde se explica en el propio documento por lo que otros trabajos adicionales que tuviera que realizar la empresa instaladora no serán tenidos en cuenta.

La instalación no se dará por concluida mientras que no queden corregidos todos los errores y defectos que puedan presentar los elementos instalados y el funcionamiento de todos ellos sea correcto y adecuadamente comprobado.

Para la realización de trabajos adicionales que supongan un coste extra, el contratista deberá contar con la autorización de la dirección de obra.

La dirección de obra será la responsable de que la ejecución del proyecto se realice en óptimas condiciones y que el personal contratado a su cargo trabaje en un ambiente de plena seguridad.

La contrata para este proyecto queda encargada de la instalación y en su caso cableado de todos los equipos, elementos y sistema de control de que consta y así lo expresan los documentos de este proyecto.

La contrata queda encargada de la instalación necesaria para el control y automatización de los procesos a controlar en la bodega.

El contratista, o en su defecto un sustituto autorizado, debe estar perfectamente localizado por el director de obra durante la duración de esta.

Si por algún motivo se produce una ausencia sin una previa notificación y asignación de sustituto, se considerará automáticamente como sustituto al empleado con categoría técnica superior.

El contratista deberá contratar los seguros para obra y obreros que la legislación vigente marque.


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La dirección técnica podrá realizar visitas de inspección en los lugares de trabajo para el reconocimiento del estado de la instalación, esto no implicara en ningún caso aprobaciones de las instalaciones o proveedores.

4.4.8 Responsabilidad.

El ingeniero técnico que firma el proyecto no reconoce como propia la o las

averías que no se produzcan por errores de cálculo. El fabricante y la dirección de obra no reconocen como propios errores

acaecidos por el uso de elementos distintos a los proyectados. La dirección técnica no reconoce como propias pérdidas causadas directa o

indirectamente al propietario debido a faltas en los materiales o defectos de fabricación.

En estos casos ninguno de los nombrados reconoce derecho de indemnización.

4.4.9 Recepción de la obra.

La recepción de la instalación se realizará mediante la comprobación de que

cumple con la reglamentación vigente y las especificaciones de las instrucciones técnicas y mediante la realización de la correcta puesta en marcha y comprobación de prestaciones de contabilidad, uso de energía, contaminación ambiental, seguridad y calidad.

Las pruebas se realizarán bajo la supervisión del director de obra de la instalación y hará constar por escrito su conformidad. Será el director de obra quien indicará las pruebas y controles que se deben realizar durante la ejecución de la obra. Finalmente el acto de recepción de la instalación debe dar por terminada la instalación una vez que la dirección de obra ha dado por buenas las pruebas realizadas y los resultados obtenidos.

La recepción provisional de obra pasa a ser definitiva cuando se ha vencido el plazo contractual de garantía en el que las posibles averías han sido satisfactoriamente subsanadas.

Para la realización de las pruebas finales es necesario que la instalación esté terminada según marca el proyecto y que las exigencias en materia de ensayos, puesta a punto, limpieza, etc. establecidas por la dirección sean cumplidas.

El plazo de garantía será de seis meses tras la finalización de la instalación. Será el contratista quien deberá hacerse cargo de las reparaciones, defectos y

gastos de conservación durante este periodo. La dirección técnica, el propietario y el instalador serán los encargados de la

confirmación de la recepción y así lo harán poniéndolo por escrito en el documento de conformidad.

4.4.10 Reclamaciones.


Memoria

148

Las reclamaciones contra las órdenes realizadas por la dirección de obra que el

contratista considere oportuno realizar deberán ser presentadas a título personal ante la propiedad siempre que sean de tipo económico avaladas por las condiciones que marca el pliego de condiciones. No se admitirán las reclamaciones de tipo técnico o facultativo, quedando para ellas la responsabilidad del contratista salvado si lo estima oportuno, mediante una exposición razonada, dirigida al director técnico, el cual podrá limitar su contestación al acuse de recibo que, en todo caso, será obligatorio para este tipo de reclamaciones.

No se considerará ninguna reclamación que haga el contratista sobre los precios fijados en el presupuesto, si esta se realiza después de la firma del contrato.

No se considerará ninguna reclamación basada en indicaciones en la memoria por ser este un documento no contractual.

4.4.11 Recisión del contrato.

Las siguientes causas son suficientes para aplicarse la rescisión del contrato: • Que el Ingeniero director de la obra recaiga en incapacidad o muerte. • Que la firma que ejecuta la obra o el propietario incurra o caiga en quiebra. • Las modificaciones del contrato debidas a modificaciones en el proyecto,

siempre en el caso que la alteración del presupuesto represente más de 25% del total.

• Incumplimientos en las condiciones del contrato por implicar descuido o mala fe, con perjuicio de la ejecución del proyecto.

• La realización de trabajos bajo mala fe.


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4.5 CONDICIONES ECONÓMICAS. 4.5.1 Errores en el proyecto.

En el caso de existir errores materiales o de cualquier índole en el proyecto, se

dará cuenta de ello lo más rápidamente posible al proyectista. De no realizar este protocolo de seguimiento del desarrollo, el proyectista quedará libre de culpa o sanción por los posibles errores.

4.5.2 Jornadas y salarios.

Las jornadas y salarios correrán a cargo de la empresa instaladora del sistema

de telecontrol, así como los gastos que se produzcan durante el proceso de montaje hasta que se finalice el trabajo.

El firmante de la ejecución de la obra será el encargado del pago de impuestos y arbitrios en general, estos se deberán realizar mientras dure el montaje y serán inherentes a los propios trabajos. Ante la conclusión y entrega del proyecto el firmante deberá recibir el importe íntegro.

Correrá a cargo de la empresa los derechos de alta del proyecto en la delegación provincial del Ministerio de Industria y organismo competente en el lugar donde se desarrolle el proyecto.

Para llevar a cabo la ejecución del proyecto deberán estar abonados los honorarios del proyectista, pudiendo recaer cargos sobre ello si esta parte no es cumplimentada para su desarrollo.

El contratista no podrá alegar retraso en pagos ni en ejecución de trabajos en relación a los plazos marcados.

4.5.3 Precios de materiales.

Los precios de unidades de obra, materiales y mano de obra que no figuren en

el contrato se fijarán entre la dirección de obra y el contratista o su representante. Estos precios quedarán representados en actas firmadas por la dirección técnica, el contratista y el propietario.

Los precios serán presentados desglosados por el contratista y será deber de la dirección aprobarlos antes de proceder a su ejecución.

La variación de precios en las tarifas de los proveedores posteriores a quince días de la firma del contrato no afectará al cliente.

No se realizara ningún arbitraje de precios después de ejecutada la obra si los precios base contratados no fuesen presentados a la dirección técnica entes de la ejecución de la obra.

4.5.4 Liquidación.


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150

Terminada la instalación de la automatización se procederá a la liquidación

final en la que se incluye el coste de realización, así como las posibles modificaciones del proyecto que hayan sido aprobadas por la dirección técnica.

Al suscribir el contrato, el contratante habrá de abonar al adjudicatario el 80% del total del presupuesto. El 20 % quedará como garantía durante los seis primeros meses a partir de la fecha de puesta en marcha o de ejecución del mismo.

Si transcurrido ese plazo no se ha puesto en evidencia ningún defecto, se abonará la cantidad que faltaba por entregar, y a partir de ese momento, se considera completamente concluidos los compromisos entre las dos partes, a excepción del periodo de garantía que cubre lo citado anteriormente.

4.6 CONDICIONES TÉCNICAS REFERENTES AL CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VINO DULCE.

4.6.1 Condiciones generales.

El presente apartado tiene como finalidad fijar las condiciones de ejecución del

control y automatización del proceso de elaboración del vino dulce en Rioja. En concreto incluye trata de fijar las condiciones referentes a:

• Autómata programable de control de proceso, características y programación. • Aplicación CX Supervisor para el control y supervisión del proceso. • Ordenador sobre el que correrá software de gestión del SCADA • Comunicaciones.

Actualmente no existe una normativa específica para la elaboración de programas por ordenador, así que resulta imposible referirse a condiciones legales o administrativas.

4.6.1.1 Condiciones de desarrollo.

Este apartado presenta muchas de las características de las aplicaciones software, con el desarrollo de un entorno de monitorización y control para una aplicación SCADA.

No existe una normativa específica para la elaboración de programas por ordenador, así que resulta imposible referirse a condiciones legales o administrativas.

Sin embargo, todo software puede ofrecer al usuario las condiciones mínimas que se expondrán a continuación:

• La instalación del software no debe alterar el normal funcionamiento del sistema operativo ni del resto de programas instalados. Durante la programación se ha de prestar especial atención a no modificar, ni durante la instalación ni durante la ejecución, ningún aspecto de la configuración del sistema.


Memoria

151

• Siempre se debe buscar la máxima compatibilidad posible: el software ha de poder ser utilizado por el mayor número de usuarios posibles. Los requerimientos mínimos del sistema para el software desarrollado se detallarán en el apartado 7.4 del presente pliego de condiciones.

En el momento en el que el usuario abandone la aplicación el programa debe

liberar automáticamente todos los recursos de memoria utilizada durante su ejecución.

4.6.1.2 Autómata y programa de control. 4.6.2 Condiciones hardware.

El equipo de control para el proceso de control del proceso de elaboración del

vino dulce en Rioja, deberá ajustarse a las especificaciones técnicas fijadas en el documento Memoria. Se emplearán unidades Omron de tecnología actual.

4.6.3 Condiciones software.

Para la programación del autómata programable se empleará el entorno de programación CX Programmer V 7.2. Será de obligado cumplimiento poseer un PC con dicho software, ya que el control se realizara mediante PC.

Al tener en cuenta las medidas de seguridad de la instalación en las cuales se trabaje con autómatas se necesario observar las normas en vigor (VDE 0100 ó VDE 0160‐EN 60204), de las cuales destacamos los siguientes puntos más importantes:

• Se evitarán los estados que puedan poner en peligro a las personas o bienes materiales.

• En caso de avería en el autómata, no deberán entorpecerse en ningún caso las órdenes procedentes de dispositivos de Parada de Emergencia, ni interrumpir los dispositivos de seguridad.

• Si se accionan los dispositivos de Parada de Emergencia, no deberá alcanzarse un estado peligroso ni para las personas ni para los materiales.

• La actuación del dispositivo de Parada de Emergencia debe ser detectada por el autómata y evaluada por el programa de mando.

Para el correcto funcionamiento de la planta se transferirá el programa de control desarrollado en diagrama de contactos que se entrega con el presente Proyecto.

4.7 Aplicaciones de monitorización y control. 4.7.1 Condiciones hardware.

Para que el operario conozca el estado de funcionamiento de toda maquinaria que debe controlar el proceso, utilizará un ordenador, que trabaje con sistema operativo Windows.

4.7.2 Condiciones software.


Memoria

152

Para el desarrollo de la aplicación de monitorización se empleara el programa CX‐Supervisor.

4.8 Comunicaciones.

Las comunicaciones entre los diversos elementos de control se han de realizar tal y como se especifica en la Memoria. De esta manera el PLC se comunicará con el PC vía serie con el cable RS‐232.

4.9 Mantenimiento.

Se deberá realizar un mantenimiento periódico de la instalación para su correcto funcionamiento según indique el fabricante de los equipos.

Los equipos eléctricos o eléctrico‐electrónicos deben ser sustituidos, si se diese el caso de sufrir averías o roturas, por equipos de similares características.

El cambio de elementos dañados por elementos de inferior calidad o de prestaciones inferiores o diferentes hace peligrar la instalación y la seguridad e integridad física de los operarios que en ella trabajen.

4.10 Disposición final.

Las partes contratantes, dirección técnica y empresa, se ratifican en el contenido del siguiente pliego de condiciones, en el cual tiene igual validez, a todos los efectos, que una escritura pública, prometiendo fiel cumplimiento.

Logroño, a 03 de Junio de 2012.

Fdo: Ana Olarte García.


Memoria

153

5 PRESUPUESTO


Memoria

154

5.1 ESTADO DE MEDICIONES

5.1.1 VÁLVULAS

5.1.2 EQUIPOS DE CONTROL


Memoria

155

5.1.3 SOFTWARE DE PROGRACACIÓN

5.1.4 SENSORES

5.1.5 BOMBA DE CALOR


Memoria

156

5.1.6 MANO DE OBRA


Memoria

157

5.2 PRESUPUESTO 5.2.1 PRECIOS UNITARIOS

5.2.1.1 VÁLVULAS

5.2.1.2 EQUIPOS DE CONTROL


Memoria

158

5.2.1.3 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN

5.2.1.4 SENSORES

5.2.1.5 BOMBAS DE CALOR


Memoria

159

5.2.1.6 MANO DE OBRA


Memoria

160

5.2.2 PRECIOS PARTIDAS

5.2.2.1 VÁLVULAS

5.2.2.2 EQUIPOS DE CONTROL


Memoria

161

5.2.2.3 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN

5.2.2.4 SENSORES


Memoria

162

5.2.2.5 BOMBAS DE CALOR

5.2.2.6 MANO DE OBRA


Memoria

163

5.2.3 RESÚMEN DEL PRESUPUESTO

TRABAJO FIN DE ESTUDIOS · Diseño y automatización del proceso de elaboración del vino dulce,...

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