'. "(%E) %AR*+!E), -//0123 #. 4ORA4O, -105025 4. 6#7ARE), -//3282
PROF. !". Ana #uc$a %orera Bar&uero Actividad 2
Control eléctrico Grupo 01 Escuela de Ingeniería Electromecánica Carrera de Ingeniería en Mantenimiento Industrial.
Canadian Engineering Accreditation Board Carrera Bureau canadien d’accréditation des programmes d’ingénierie
evaluada y acreditada por:
CEAB
Actividad #3
Tabla de Contenidos Tabla Tabla de Contenidos.................. Contenidos........................... .................. ................. ................. .................. .................. .........................................I ................................I Índice de Tablas..........................................................................................................II Índice de Figuras.................. Figuras........................... ................. ................. .................. .................. .................. ..........................................II .................................II 1. Reseña de la Empresa................... Empresa............................ .................. .................. ................. ................. .................. .............................4 ....................4 1.1. Misión................ Misión......................... .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. .................. ................. ................4 ........4 1.2. isión............. isión...................... .................. .................. .................. ................. ................. .................. ..................... .....................................4 .........................4 1.!. "cti#idad "cti#idad $ue reali%a reali%a la Empresa........ Empresa............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ........... ........4 ...4 1.4. &bicación................. &bicación.......................... .................. .................. ................. ................. .................. .................. ....................................' ...........................' 1.'. (r)genes (r)genes *(rigen+ *(rigen+ Fundación,.. Fundación,...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... .......' .' 1.-. roductos roducidos.................... roducidos............................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ....................2. /ombre del ro0ecto................... ro0ecto............................ ................. ................. .................. .................. .................. ................. ......................................2.1. escripción del ro0ecto.................. ro0ecto........................... .................. ................. ................. .................. .................................................2.2. ene3iciarios................. ene3iciarios.......................... .................. ................. ................. .................. .................. ........................................ ............................... 2.!. "ntecedentes "ntecedentes 5 (rigen del roblema... roblema....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ........... .......... ..... !. "lternati#a "lternati#ass de 6olución al roblema roblema lanteado...... lanteado.......... ........ ........ ........ ....... ....... ........ .......... ........... ........... ........7 ..7 !.1. "lternati#a "lternati#a 6eleccionada. 6eleccionada..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ......... ........... ............ ........... ........... ..........11 ....11 4. (b8eti#os................ (b8eti#os......................... ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................12 ........12 4.1. (b8eti#o 9eneral.................. 9eneral........................... .................. .................. .................. .................. ................. ....................... ......................12 .......12 4.2. (b8eti#os (b8eti#os Espec)3icos. Espec)3icos..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... .......... ........... ............ ........... ..........12 .....12 '. :usti3icación............... :usti3icación........................ .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ..............................12 .....................12 -. esarrollo del ro0ecto.................. ro0ecto........................... ................. ................. .................. .................. .................... ...........................14 ................14 -.1. Marco Teórico.......... eórico................... .................. ................. ................. .................. .................. ...........................................14 ..................................14 -.1.1. roceso roducti#o.. roducti#o...... ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............1 ......14 4 -.1.2. etalle etalle del proceso de Inter;s+ Inter;s+ 6ecado....... 6ecado........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ......1.1-.1.!. Interpretaci Interpretación ón del problema... problema....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ...........1< .....1< -.1.4. E$uipo 6eleccionad 6eleccionado.... o........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ........... ............ ...........17 .....17 -.1.'. rogramación rogramación 0 so3t=are... so3t=are...... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ............ .........21 ...21 -.1.-. ropuesta ropuesta de "utomati% "utomati%ación. ación..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ .......... ............ ............ ..........24 ....24
1
Actividad #3
Tabla de Contenidos Tabla Tabla de Contenidos.................. Contenidos........................... .................. ................. ................. .................. .................. .........................................I ................................I Índice de Tablas..........................................................................................................II Índice de Figuras.................. Figuras........................... ................. ................. .................. .................. .................. ..........................................II .................................II 1. Reseña de la Empresa................... Empresa............................ .................. .................. ................. ................. .................. .............................4 ....................4 1.1. Misión................ Misión......................... .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. .................. ................. ................4 ........4 1.2. isión............. isión...................... .................. .................. .................. ................. ................. .................. ..................... .....................................4 .........................4 1.!. "cti#idad "cti#idad $ue reali%a reali%a la Empresa........ Empresa............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ........... ........4 ...4 1.4. &bicación................. &bicación.......................... .................. .................. ................. ................. .................. .................. ....................................' ...........................' 1.'. (r)genes (r)genes *(rigen+ *(rigen+ Fundación,.. Fundación,...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... .......' .' 1.-. roductos roducidos.................... roducidos............................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ....................2. /ombre del ro0ecto................... ro0ecto............................ ................. ................. .................. .................. .................. ................. ......................................2.1. escripción del ro0ecto.................. ro0ecto........................... .................. ................. ................. .................. .................................................2.2. ene3iciarios................. ene3iciarios.......................... .................. ................. ................. .................. .................. ........................................ ............................... 2.!. "ntecedentes "ntecedentes 5 (rigen del roblema... roblema....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ........... .......... ..... !. "lternati#a "lternati#ass de 6olución al roblema roblema lanteado...... lanteado.......... ........ ........ ........ ....... ....... ........ .......... ........... ........... ........7 ..7 !.1. "lternati#a "lternati#a 6eleccionada. 6eleccionada..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ......... ........... ............ ........... ........... ..........11 ....11 4. (b8eti#os................ (b8eti#os......................... ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................12 ........12 4.1. (b8eti#o 9eneral.................. 9eneral........................... .................. .................. .................. .................. ................. ....................... ......................12 .......12 4.2. (b8eti#os (b8eti#os Espec)3icos. Espec)3icos..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... .......... ........... ............ ........... ..........12 .....12 '. :usti3icación............... :usti3icación........................ .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ..............................12 .....................12 -. esarrollo del ro0ecto.................. ro0ecto........................... ................. ................. .................. .................. .................... ...........................14 ................14 -.1. Marco Teórico.......... eórico................... .................. ................. ................. .................. .................. ...........................................14 ..................................14 -.1.1. roceso roducti#o.. roducti#o...... ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............1 ......14 4 -.1.2. etalle etalle del proceso de Inter;s+ Inter;s+ 6ecado....... 6ecado........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ......1.1-.1.!. Interpretaci Interpretación ón del problema... problema....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ...........1< .....1< -.1.4. E$uipo 6eleccionad 6eleccionado.... o........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ........... ............ ...........17 .....17 -.1.'. rogramación rogramación 0 so3t=are... so3t=are...... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ............ .........21 ...21 -.1.-. ropuesta ropuesta de "utomati% "utomati%ación. ación..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ .......... ............ ............ ..........24 ....24
1
Actividad #3 <. "n>lisis "n>lisis Financiero Financiero de la 6olución 6olución ropuesta....... ropuesta........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ......27 .27 . Conclusiones Conclusiones 0 Recomendacio Recomendaciones... nes....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ......... ........... ............ ..........!1 ....!1 .1. Conclusiones.................. Conclusiones.......................... ................. .................. .................. .................. .......................... ....................................!1 ...................!1 .2. Recomendaciones................... Recomendaciones............................ ................. ................. .................. .................. .................... ...........................!1 ................!1 7. ibliogra3)a............... ibliogra3)a........................ .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. .................. ................. ..............!2 ......!2 1?. "ne@os.... "ne@os....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ........... ............ ............ ........... .........!! ....!! 1?.1. 1?.2.
laneación laneación de las las "cti#i "cti#idades dades del ro0ecto.... ro0ecto........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....!! !! Tabla de Fortale Fortale%as %as 0 Carencia Carenciass del ro0ecto.. ro0ecto...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ..........! ......!-
1?.!. 1?.!.
Ilustr Ilustraci aciones ones dent dentro ro de las insta instalac lacion iones es de E6" E6" C"FA C"FA 6."... 6."...... ...... ...... ...... ...... ....!< .!<
11. 11. "p;ndices.................. "p;ndices.......................... ................. .................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ...................! ..........!7 7 11.1. 11.1. Coti%aciones Coti%aciones.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ......... ........... ............! ......!7 7
Índice de Tablas Tabla Tabla !.1. ! .1. Tabla Tabla comparati#a de Tecnolog)as Tecnolog)as posibles a utili%ar................................ u tili%ar.................................11 .11 Tabla Tabla -.1. 6imbolog)a de d e Entradas 0 6alidas.................... 6alidas............................. .................. .................................1 ........................1 Tabla Tabla -.2. atos de la Tableta "rduino &/(......... &/( .................. ................. ................. .....................................2? ............................2? Tabla Tabla -.!. alor de los componentes 0 total de la aplicación........ aplicación .............................. ..............................2 ........2 Tabla Tabla <.1. alores alores calculados de "/ para estimar el TIR.........................................!? TIR.........................................!?
Índice de Figuras Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
1.1. (rganigrama de E6" C"FA 6."......... 6." .................. ................. ................. .................. .................. ..................' .........' -.1. roceso comBn de roducción de Ca3; ................. .......................... ................. .........................1' .................1' -.2. lano de iseño del d el 6istema a resol#er.................... resol#er............................. .................. ................. .............1< .....1< -.!. 6ubproceso de 6ecado.................... 6ecado............................. ................. ................. .......................................1< ..............................1< -.4. iagrama de Entradas 0 6alidas...................... 6alidas............................... .................. ...............................17 ......................17 -.'. "rduino &/( 8unto con un 9enuino................. 9enuino.......................... .................. ...............................2? ......................2? -.-. 6ensor de temperatura M!'........................ M!'................................ ................. .................. ..........................22 .................22 -.<. Resistencias el;ctricas aleteadas................. aleteadas.......................... .......................................... ..................................22 .22 -.. Módulo rel;s '# de 2 canales......................... canales.................................. ................. ................. .........................2! ................2! -.7. iagrama de Cone@ión........ Cone@ión ................. .................. .................. .................. ................. ................. .........................24 ................24 -.1?. ispla0 comBn para la tableta "rduino................. "rduino.......................... ................. .........................2' .................2' .1. Recursos Iniciales para la elaboración del ro0ecto...............................!!
2
Actividad #3 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
.2. istribución de Tareas Tareas por 3ecDa 0 recurso...................... recurso..............................................!4 ........................!4 .!. iagrama de 9antt mostrando los datos de la 3igura 3igura .2...................... .2.........................!' ...!' .4. Misión 0 isión #isibles dentro de la empresa........................ empresa................................. ..................!< .........!< .'. E@terior de la guardiola....................... guardiola................................ ................. ...........................................! ...................................! 7.1. Coti%ación de Rela0s en crcibernetica.com............ crcibernetica.com.............................................!7 .................................!7 7.2. Coti%ación de #entiladores en eba0.com............ eba0.com..................... .................. .............................4? ....................4? 7.!. Coti%ación de resistencia aleteada........................ aleteada................................. .................. .................. .................4? ........4? 7.4. Coti%ación de "rduino &/( en crcibernetica.com............. crcibernetica.com...................................41 ......................41 7.'. Coti%ación de Termistor en crcibernetica.com...................... crcibernetica.com............................... ....................41 ...........41 7.-. Coti%ación de Modulo C en crcibernetica.com....................................42 crcibernetica.com....................................42
!
Actividad #3
1. Reseña de la Empresa 1.1.
Misin
esarrollar tecnolog)a para la industriali%ación del ca3;+ 3ri8ol+ ma)% 0 arro%+ as) como otras >reas a3ines a la Metalmec>nica en general+ brindando un producto de e@celente calidad+ promo#iendo la inno#ación como recurso de e@celencia+ 0 3omentar los #alores ;ticos en cada uno de nuestros colaboradores+ siempre comprometidos con 3abricar ma$uinaria $ue cuente con las regulaciones ambientales 0 ecológicas+ 0 #elar por la responsabilidad social de nuestros traba8adores.
1.!.
"isin
6er la empresa l)der en la 3abricación de ma$uinaria agroindustrial+ $ue piensa+ desarrolla 0 entrega productos 0 ser#icios de alta calidad+ con un absoluto compromiso con sus clientes+ aportando talento+ alta tecnolog)a+ calidad Dumana+ con3ian%a 0 seguridad.
1.3.
Actividad ue reali$a la Empresa
a empresa se llama E6" C"FA 6.".+ la empresa se dedica al diseño+ 3abricación 0 mantenimiento de e$uipo agroindustrial del ca3;+ 3ri8ol+ ma)%+ 0 arro% El mercado de esta empresa creció debido a la di#ersi3icación de sus productos+ comen%ando solo con e$uipo para la %ona ca3etalera+ en la actualidad se #ende e$uipo para procesar a%Bcar+ arro%+ 3ri8ol 0 ma)%. En su inicio el mercado era nacional
4
Actividad #3 pero 0a sobrepasado las 3ronteras #endiendo e$uipo en - continentes+ e@ceptuando "nt>rtida.
1.%.
&bicacin
E6" C"FA 6.". $ueda ubicada en la pro#incia de 6an :os; en el cantón central+ de la entrada de emergencias de la Cl)nica )blica 2?? metros oeste+ '? metros norte entre a#enida 14 0 1-.
1.'.
(r)genes *(rigen+ Fundacin,
a idea de 3ormar una empresa de este tipo+ se dio al #er la necesidad $ue ten)a el mercado con respecto al e$uipo para procesar ca3; 0a $ue esta ma$uinaria era importada de rasil 0 de Colombia. Fue en ese momento $ue se #io la oportunidad de incursionar en el mercado del ca3;+ en 1774 se 3undó la empresa con el capital de tres socios costarricenses.
'
Actividad #3 TR"G( 5 C(RTE " I C / E R E 9
.RE6ICI(/ ."/T" E/6"M2E 1I6EH( .I/T&R" E/T"6
Figura 1.1. (rganigrama de -EA CAF/ .A
Fuente: DESA CAFÉ S.A.
1.0.
roductos roducidos
Como productos+ la empresa E6" C"FA+ o3rece soluciones para el bene3iciado en DBmedo 0 seco del ca3;+ selección 0 pelado del ca3; pergamino+ e$uipo para la e@tracción de aceite de palma a3ricana+ plantas empacadoras de a%Bcar+ piña+ 0uca+ mango 0 e@tractores de pulpa de 3ruta. ara e$uipos como 3ri8ol+ arro% 0 ma)%+ se Dan implementado Dornos de secado+ clasi3icadoras de grano+ e$uipo de limpie%a del grano 0 e$uipo para pulido del mismo.
-
Actividad #3
!. 2ombre del roecto El proceso en inter;s es el del secado de los granos de ca3;+ por tanto+ el nombre del pro0ecto ser> Control de la temperatura en el horno y en las tuberías de aire en la etapa de secado en la producción del café.
!.1.
-escripcin del roecto
El pro0ecto consiste en desarrollar un sistema de control para el mane8o e3ecti#o de la temperatura del aire en el proceso de secado+ puesto $ue+ Do0 en d)a se reali%a de manera manual+ no e@iste ninguna normali%ación respecto a este 3actor tan importante como lo es la temperatura de secado. "ntes del proceso de secado del ca3;+ est> el proceso DBmedo el cual consiste en la e@tracción de la pulpa 0 la miel del grano+ de8ando la semilla desnuda 0 DBmeda por lo cual se necesita de la etapa de secado+ en donde la temperatura m>@ima son 4? grados cent)grados *0a $ue a ma0or temperatura el ca3; pierde propiedades 3)sicas en dónde a3ecta la calidad de su aroma 0 sabor,+ el 3lu8o #olum;trico necesario para el e$uipo industrial anali%ado son de 1?+??? m!JD a una presión de ' libras por pulgada. El aire se calienta por medio de resistencias+ la temperatura del aire en la guardiola tiene $ue estar en un rango de '? a -? grados Celsius+ con el 3in de asegurarnos $ue el ca3; no se su3ra un estr;s+ 0a $ue podr)a perder propiedades de sabor 0 de aroma. a 3inalidad de secar el ca3;+ se debe a $ue este debe de tener
<
Actividad #3 una Dumedad entre 7K 0 12K+ 0a $ue por deba8o de 7K el ca3; pierde el aroma 0 el sabor 0 por encima de los 12K el ca3; es un ser #i#o 0 este se 3ermenta. ara el pro0ecto se #a a implementar un sistema de control de la temperatura en la guardiola. En la actualidad la temperatura en las tuber)as se mide por medio de un termómetro con car>tula 0 dependiendo de la temperatura de ;ste+ se mue#e de manera manual unas compuertas $ue regulan la entrada de aire. El sistema de control a implementar+ tendr> la 3unción de medir la temperatura del aire en la guardiola+ 0 dependiendo de ;sta nos accionar> un abanico. Estos 3uncionar>n de la siguiente manera L
6i la temperatura es in3erior a la m)nima+ se encender> la resistencia el;ctrica
del Dorno 0 se apagar> el #entilador. L
Cuando la temperatura alcance el #alor m>@imo programado *$ue en este
caso es de -? grados Celsius,+ se encender> el #entilador 0 se apagar> la resistencia el;ctrica.
!.!.
4ene5iciarios
El bene3iciado directo+ es el dueño del bene3icio de ca3;+ 0a $ue con un buen control de la temperatura se puede optimi%ar la calidad del producto 3inal+ adem>s de un aDorro energ;tico.
Actividad #3 !.3.
Antecedentes 6 (rigen del roblema
"ctualmente+ todo este proceso se reali%a de manera manual+ por tanto+ la implementación de este pro0ecto garanti%a una e3ecti#idad 0 calidad del proceso ma0or. El control de temperatura es un 3actor primordial en la calidad de del ca3;+ por lo cual se desea me8orar 0 a0udar en este proceso. a calidad del ca3; nos la da el grano en s) si se da un mal proceso de secado la calidad del mismo disminu0e por lo $ue al tener un buen sistema de secado con la temperatura controlada+ la calidad del grano se #a a mantener+ 0 garanti%amos las caracter)sticas $ue el consumidor 3inal determina como primordiales. El proceso de secado ronda en lapsos de tiempo $ue #an de las 1 a las !? Doras+ en donde se debe de mantener la temperatura del aire $ue ingresa a la secadora en un rango de temperatura entre los '? 0 -? grados Celsius para conser#ar las propiedades del ca3;. 6i se e@cede la temperatura el ca3; su3re un estr;s t;rmico 0 pierde sus propiedades de aroma 0 sabor. En el caso de una menor temperatura+ el ca3; #a a prolongar su tiempo de secado lo cual conlle#a a p;rdida económicas por costos de operación de los abanicos por m>s tiempo. En la actualidad en la industria ca3etalera nacional este control de la temperatura se reali%a por medio de un termómetro en el ducto de aire a la entrada de la secadora+ donde un operario obser#a la temperatura en el ducto 0 acciona un abanico $ue suministra aire a temperatura ambiente cuando la temperatura a la entrada del ducto
7
Actividad #3 supera los -? grados Celsius+ 0 cuando la temperatura alcance los '? grados Celsius el operario apaga el abanico de alimentación de aire a temperatura ambiente. el problema es $ue los operarios al traba8ar en 8ornadas de 24 Doras diarios en una 8ornada de 1?? d)as continuos+ por el cansancio de los operarios 0 3actores como lo son alimentación 0 otras 3unciones dentro del bene3icio+ Da0 periodos de tiempo $ue la temperatura del aire en el ducto no es la adecuada. "l tener este problema surge la necesidad de tener un sistema de control el;ctrico para asegurar $ue la temperatura del aire en el ducto se mantenga entre los '? 0 -? grados Celsius+ asegurando $ue el ca3; no su3ra de estr;s t;rmico 0 $ue el abanico de alimentación de aire a temperatura ambiente no pase siempre encendido.
3. Alternativas de olucin al roblema lanteado Entre las posibles soluciones se establecen las siguientes a. Control de temperatura en la tuber)a de aire en la etapa de secado por medio de la apertura 0 cierre de una compuerta 0 una resistencia para controlar el ingreso de aire a temperatura ambiente en la producción del ca3;+ por medio de controladores de temperatura. b. Control de temperatura en la tuber)a de aire en la etapa de secado por medio del accionamiento de un abanico 0 una resistencia $ue alimente la tuber)a con aire a temperatura ambiente por medio de controladores de temperatura.
1?
Actividad #3 e las opciones anteriores+ por 3acilidad del control+ 0 e#itar un cDo$ue t;rmico real a los granos+ se selecciona la opción b por otro lado+ tener una compuerta $ue permita el ingreso de aire dentro de la c>mara se #e in3luenciado por la #elocidad del aire en el ambiente+ imposibilitando incluso un control real de la situación. entro de las posibles tecnolog)as a utili%ar se contemplan tres "rduino+ Rel;s Inteligentes 0 controladores lógicos programables. &na tabla comparati#a donde se dicta caracter)sticas de cada uno de estos+ se presenta siguientemente
11
Actividad #3 Tabla 3.1. Tabla comparativa de Tecnolog)as posibles a utili$ar
Tecnología
Arduino
Relé Inteligente
Precio Entre los tres+ m>s Medianamente barato. caro Aplicaci9n entro del >rea del control digital. osibilidad de Relati#amente utili%ar módulos amplia. para e@pandir aplicaciones.
%anteniilidad 6usceptible a
mantenimiento correcti#o
ele#ada.
Conocimiento Re&uerido para /ula. utili
M>s caro
Mu0 amplia.
distribuidor.
6usceptible a Mantenimiento re#enti#o+ 0 predicti#o. ependiendo del 3abricante o distribuidor.
Ele#ada.
Ele#ada.
>sica. 6e 3acilita con el uso de pantallas.
>sica. 6e 3acilita con el uso de pantallas.
6usceptible a Mantenimiento re#enti#o
4isponiilidad "mplia *6o3t=are 0 ependiendo del 3abricante o de Repuestos ard=are libre, E;ciencia Medianamente
Control Lógico Programable
Fuente: Autores
3.1.
Alternativa eleccionada
En conclusión+ se establece 0 selecciona la siguiente alternati#a Control de temperatura en la tubería de aire en la etapa de secado por medio del accionamiento de un abanico y una resistencia ue alimente la tubería con aire a temperatura ambiente por medio de controladores de temperatura.
12
Actividad #3
%. (b7etivos %.1.
(b7etivo 8eneral
a. Reali%ar un sistema autom>tico de control de temperatura para el proceso de secado de ca3;.
%.!.
(b7etivos Espec)5icos
a. In#estigar sobre el procesado del ca3; en bene3icios. b. (ptimi%ar el proceso de secado del ca3; mediante control el;ctrico+ por medio de par>metros 3ormulados en el proceso industrial del mismo. c. Mediante un sistema de control e#itar desperdicios energ;ticos. d. or medio de sensores de temperatura 0 controladores de temperatura+ mantener estables 0 dentro de los par>metros de operación las temperaturas.
'. 9usti5icacin a industria $ue se encarga del proceso del grano de ca3;+ en este caso en espec)3ico el secado del grano del ca3;+ debe contemplar un est>ndar de calidad 0 de secado+ los cuales podr>n garanti%ar $ue el producto cumple con los re$uerimientos m)nimos para el secado del grano del ca3;. as p0mes son un sector de la industria mu0 #ulnerable a los cambios mundiales 0 a las aperturas de nue#os mercados+ esto por los pocos recursos con los $ue se
1!
Actividad #3 cuentan. Es por esto $ue es indispensable $ue en todo 5ME se traten de optimi%ar al m>@imo los recursos con los $ue se cuenta. En la empresa E6" C"FA 6."+ el proceso producti#o se e8ecuta en su ma0or)a de manera manual+ es por esto $ue los tiempos de operación de la empresa son altos 0 la calidad 3inal del producto no es la me8or+ pues el operario debe depositar de 3orma manual del grano de ca3; en las guardiolas 0 luego accionar la resistencia la cual solo lo puede mantener un #alor de temperatura 0 con el #entilador reali%ar el 3lu8o de aire caliente a tra#;s de la guardiola. ebido al poco control sobre la temperatura es $ue se busca con este pro0ecto+ plantear una propuesta para automati%ar la parte del proceso de secado $ue se pueda+ disminu0endo as) los tiempos de producción 0 aumentando la e3iciencia de la empresa. Este pro0ecto tendr> como 3in diseñar una alternati#a para me8orar la calidad del secado del grano del ca3; 0 disminuir el tiempo de producción+ tener control de los ni#eles de temperatura en todas las guardiolas 0 asegurar $ue el grano tiene la temperatura correspondiente para el secado.
14
Actividad #3
0. -esarrollo del roecto 0.1.
Marco Terico
0.1.1. roceso roductivo Tomando como re3erencia el proceso $ue se lle#a a cabo en un bene3icio de ca3;+ el proceso comBn de este ser)a1
1 E6" C"FA 6.". #ende 3acilidades para este proceso. Entre las opciones est> la #enta de toda la l)nea de producción re3erente al tratado del ca3;. 1'
Actividad #3
Figura 0.!. roceso com:n de roduccin de Ca5;
Fuente: Autores !Dia"ram Desi"ner#
1-
Actividad #3 0.1.!. -etalle del proceso de en un elemento propio dentro del subproceso de N6ecadoO los dem>s $uedan a criterio del lector el de indagar por conocimiento general de $ue es cada uno de estos. " la guardiola Dace ingreso de los granos del ca3; 0a la#ados+ sin pulpa. E@isten secados mec>nicos+ por in#ernaderos o por camas solares+ $ue suelen ser los m>s conocidos+ los secados mec>nicos+ 0 en los $ue se centra este pro0ecto+ se recomienda a empresas cu0o 3lu8o de producto es ele#ado+ 0 se necesita un proceso m>s >gil 0 #ers>til. Como se mencionaba+ el producto Dace el ingreso dentro de la guardiola+ donde deben ser calentados en un rango de temperaturas de '? a -? grados cent)grados. os lapsos de secado pueden ser de Dasta !? Doras+ para lograr un producto de calidad. a inspección del producto si debe ser #isual. " la salida+ 0 cuando el grano est> listo+ parte para el punto de empa$uetado 0 seguir con el proceso.
1<
Actividad #3
Figura 0.3. lano de -iseño del istema a resolver.
Fuente: Autores !dra$.io#
Figura 0.%. ubproceso de ecado
Fuente: Autores !Dia"ram Desi"ner#
0.1.3.
1
Actividad #3 operario introduce cierta cantidad del grano del ca3; en la guardiola+ una #e% $ue se tiene la cantidad necesaria se procede a encender la resistencia la cual se acti#a desde el panel de control esta se #a regular por medio del sensor de temperatura $ue se encuentra en la guardiola+ 0a $ue si se alcan%a un ni#el m>@imo *Ta1, de -?PC se desacti#a la resistencia Dasta $ue la temperatura alcan%ada en el interior de la guardiola alcance un #alor de ni#el m)nimo *Tb1, de 4'PC. 6i se alcan%a el ni#el alto *Ta1, se procede a la acti#ación del motor $ue controla el #entilador para poder as) aumentar el 3lu8o de aire en el interior 0 as) generar un 3lu8o de calor necesario para el secado del grano. a desacti#ación del motor del #entilador se da cuanto el sensor de temperatura alcance el ni#el ba8o *Tb1, el cual ser)a al alcan%ar el #alor de 4'PC &na #e% pasado 2? minutos tiempo el operario se encarga de sacar los granos 0a secos de la guardiola 0 pasarlos al siguiente proceso para obtener el producto 3inal. " continuación+ se muestra una tabla resumen de las entradas 0 salidas $ue se in#olucran en este pro0ecto con su respecti#a codi3icación. "dem>s+ se muestra de manera gr>3ica las entradas 0 salidas en la siguiente 3igura. Tabla 0.!. imbolog)a de Entradas alidas
Entradas Simbología Sensor de nivel Tb1 bajo de temperatura Sensor de nivel Ta2 alto de temperatura
Salidas
Simbología
Motor del #entilador
M1
Resistencia
R1
17
Actividad #3 Fuente: Autores
Figura 0.'. -iagrama de Entradas alidas
Fuente: Autores !dra$.io#
0.1.%. Euipo eleccionado Arduino "rduino &no es una placa electrónica basada en el "Tmega!2. Cuenta con 14 pines digitales de entrada J salida *de los cuales - se podr>n utili%ar como salidas QM,+ - entradas analógicas+ un cristal de cuar%o de 1- M%+ una cone@ión &6+ un conector de alimentación+ una cabecera IC6 0 un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apo0ar el microcontrolador basta con conectarlo a un ordenador con un cable &6 o la corriente con un adaptador de C" a CC o una bater)a para empe%ar.
2?
Actividad #3 Tabla 0.3. -atos de la Tableta Arduino &2(
Tensión de alimentación 5V Número de entradas/salidas 14 *de los cuales - proporcionan salida, Número de entradas analógicas Número de salidas "Tmega!2 Microcontrolador !2 *"Tmega!2, Memoria fash de los cuales ?+' utili%ado por el gestor de arran$ue longitud ancho
-+- mm '!+4 mm
Figura 0.0. Arduino &2( 7unto con un 8enuino.!
2 "mbas tabletas son iguales+ solo $ue distinto 3abricante. 21
Actividad #3
0.1.'. rogramacin so5t=are "l seleccionarse el "rduino como el microcontrolador cla#e en nuestra automati%ación del proceso de secado del ca3; se reali%a el código de programación en el so3t=are "rduino a tra#;s de un computador por medio de la comunicación serial mediante un con#ertidor de ni#eles R62!2 a TT serial. El lengua8e utili%ado en dicDa plata3orma es basado en el NrocessingO $ue es similar a CSS. 6oporta todas las 3unciones est>ndar del C 0 algunas de CSS. Este so3t=are presenta la #enta8a de poder utili%arse librer)as anteriormente elaboradas de libre ad$uisición 0 $ue simpli3ican el código. Sensor de temperatura ara el control de la temperatura se utili%a un sensor de temperatura llamado M!'C+ el cual es de 3>cil ad$uisición 0 es 3>cil su programación. Cuenta con una precisión calibrada de 1PC. ebido a su ba8a corriente de alimentación *-? ", el e3ecto de auto calentamiento es despreciable *?+?PC,. a salida es lineal 0 cada grado e$ui#ale a 1?m. "lgunos datos t;cnicos de este módulo son •
olta8e de alimentación 42?
•
Consumo de corriente en operación 1 m"
•
Rango de temperatura 4?P11?PC
22
Actividad #3
Figura 0.>. ensor de temperatura ?M3'
%esistencia térmica ara el calentamiento de este Dorno se emplea una resistencia el;ctrica aleteada la cual est> 3abricada con blinda8e o tubo de acero ino@idable. El aleteado puede ser rectangular o Delicoidal 0 recorre la totalidad de la resistencia como un radiador+ as) aumenta la super3icie de contacto 0 la super3icie de trans3erencia de calor. 6on utili%adas para cale3acción de aire 3or%ado+ Dornos de secado+ Dornos industriales+ bater)as de cale3acción+ etc.
Figura 0.@. Resistencias el;ctricas aleteadas.
2!
Actividad #3 &ódulo %elés ara el control del #entilador 0 la resistencia se necesita un módulo de rel;s ' de 2 canales compatible con "rduino. Este recibe la señal de ' del "rduino 0 cierra o abre el circuito de potencia del #entilador 0 la resistencia.
Figura 0.. Mdulo rel;s 'v de ! canales.
24
Actividad #3 0.1.0. ropuesta de Automati$acin Circuito a implementar
Figura 0.1B. -iagrama de Conein Fuente: !Soft$are 'rotheus#
Dise(o del 'anel de Control El diseño del anel del control solo tiene un botón de arran$ue 0 otro de pare+ para esto+ se apro#ecDar>n los presentes en el displa0 del "rduino+ como se puede obser#ar en la 3igura siguiente
2'
Actividad #3
Figura 0.11. -ispla com:n para la tableta Arduino
a pantalla desplegar> la in3ormación de temperatura+ adem>s de seleccionar cuando $uiere se arran$ue o pare la secuencia+ gracias a las ' botoneras de entrada analógica.
2-
Actividad #3 'ro"ramación del Arduino " continuación+ se muestra el código propuesto para el control de temperatura con el "rduino &/( int sensorin U ?
JJ out del M!' es conectada al pin ?.
const int motorin U 7
JJ Motor conectado al pin 7.
const int resistenciaU
JJ Resistencia conectada al pin
Vinclude Wi$uidCr0stal.DX i$uidCr0stal lcd*12+ 11+ '+ 4+ !+ 2,
#oid setup*, Y 6erial.begin*7-??,
JJ Cone@ión serial
lcd.begin*1-+2,
pinMode*motorin+ (&T&T,
JJ e3inimos como salida el pin del motor.
pinMode*resistencia+ (&T&T,
JJ e3inimos como salida el pin de la resistencia.
Z
#oid loop*, Y
int reading U analogRead*sensorin,
JJ ectura del sensor usando pin "?
3loat #oltage U reading ['.?
JJ Con#ertidor del dato a #olta8e
#oltage JU1?24.? 6erial.print*#olta8e,
2<
Actividad #3
6erial.println*N#oltiosO,
JJ ectura de #olta8e
3loat temperaturaCU**1??[1.1[#olta8e,J1?24,[1?? 3loat temperaturaFU*temperaturaC[*7.?J'.?,,S!2
JJ Con#ertidor de #olta8e a Celsius
6erial.print*temperaturaC, 6erial.println*O PCO,
JJ isuali%a temperatura en Celsius JJ Con3iguración de inter3a% en ispla0 C.
lcd.setCursor*?+?, lcd.print*NTemperaturaUO, lcd.setCursor*?+1, lcd.print*temperaturaC,
lcd.println*N\!!
JJ Encender la Resistencia 0 apagar el motor.
digitalQrite*resistencia+I9, Z else Y digitalQrite*motorin+ I9,
JJ Encender motor 0 apagar la Resistencia.
digitalQrite*resistencia+ (Q, Z dela0*1?,
JJ ectura de temperatura cada 1?ms
Z
Coti)ación de euipo
2
Actividad #3 Tabla 0.%. "alor de los componentes total de la aplicacin
Artículo
Descripción
Costo
Microcontrolador antalla digital para "rduino Rel;s Resistencia aleteada
aproximado 12+??? colones '+??? colones !+??? colones 12+??? colones
el&ctrica $M(5% 6ensor de temperatura Ventilador entilador de una 3ase 12?
2+??? colones 1?+??? colones
Arduino N! "ispla# $%" Módulo de rel&s 'esistencia
e)tractor
Total
!1%+BBB colones
27
Actividad #3
>. AnDlisis Financiero de la olucin ropuesta a empresa donde se desarrolló la propuesta+ 3ue mu0 reser#ada en sus temas económicos+ llegando al punto donde esta in3ormación no se 3acilitó al cien por ciento a los elaboradores de este pro0ecto. El criterio para no 3acilitar esta in3ormación se basó en $ue la aplicación $ue se sugerir)a por los estudiantes #endr)a a ser un agregado del producto 3inal #endido+ 0 la base de establecer dicDo sistema+ m>s $ue un a3>n de ganancia económica para la empresa+ #endr)a a ser un plan de me8ora para el propio utili%ador del sistema 0 los bene3icios $ue podr)a obtener a la Dora de secar ca3;. "unado en esto+ los an>lisis de "/ *#alor actual neto, 0 TIR *tasa interna de retorno, se suponen para esta aplicación+ como un bene3icio de la empresa para el usuario 3inal. 6e les preguntó a los estudiantes cuanto ser)a el costo total de la unidad automati%able dentro del producto 3inal+ como estimado+ se brindó el dato presente en la tabla -.!+ a lo $ue+ en consideración con la empresa+ se sugirió $ue como ganancia propia de ella+ este precio se sumara al precio total de la unidad+ m>s un !'K tomando en cuenta este aspecto+ as) como los gastos operati#os 0 producción. or tanto+ adem>s del precio inicial+ el comprador 3inal estar> in#irtiendo un monto de ₡27??
m>s el precio de la l)nea! $ue puede ondear el ₡- '?? ???+ un total de ₡-
< 7??. Tomando este dato como in#ersión inicial+ para una empresa de ca3;+ cu0os ingresos comunes rodean los ₡! '?? ???. El c>lculo del "/ a tres años+ ser)a ! 6e toma como unidad al secador+ aun$ue E6"C"FE puede #ender e$uipos por unidad o toda una l)nea de secado+ esto 0a #ar)a mucDo de la solicitud del usuario. !?
Actividad #3
VAN ( millones )=−6,8 +
3,5
( 1 + 0,3 )
1
+
3,5
(1 + 0,3 )
2
+
3,5
( 1+ 0,3 )3
VAN ( millones ) =3,07
El bene3icio de un sistema de estos+ m>s all> del tiempo de in#ersión 0 si es rentable+ es garanti%ar la con3iabilidad 0 disminución de p;rdidas dentro del proceso. ara el c>lculo del TIR+ se escogen dos #alores de datos de ^+ de donde se genera la siguiente tabla Tabla >.'. "alores calculados de "A2 para estimar el T
n 1 2 Rangos
"alor de dato 1?K 1'K '
"alor de dato "A2 '+41'1 4+1!> Fuente: Autores* +,-
Tomando en cuenta una relación simple+ 0 aunados en la bibliogra3)a+ se establece una regla de seme8an%a para obtener el dato donde el "/ se Dace cero+ es decir+ el punto TIR 5 0,7127
=
x
5,4151
e esto+ se sugiere $ue el TIR es de !K+ lo cual aprueba el pro0ecto.
@. Conclusiones Recomendaciones @.1.
Conclusiones
!1
Actividad #3 a. 6e logró automati%ar el control de la temperatura en el proceso de secado del grano del ca3;+ en la empresa E6" C"FE 6". b. se obtu#o una me8ora en el proceso e@istente en el secado del ca3; mediante un sistema de control+ utili%ando un "rduino 0 #arios componentes para el 3uncionamiento de la automati%ación. c. se comprobó la 3uncionalidad del sistema de control 0 la #iabilidad de la propuesta de automati%ación del proceso de secado 0 su 3utura implementación en la empresa E6" C"FE 6.". d. 6e #eri3icó la 3actibilidad de la ad$uisición de los elementos para el sistema de control 0 anali%o la recuperación de la in#ersión inicial.
@.!.
Recomendaciones
a. ara la implementación del sistema de control de temperatura se debe reali%ar con la seguridad adecuada para la instalación entre ellas el uso de protección corporal+ tales como casco de seguridad 0 utili%ar una #estimenta. b. ara el monta8e+ es crucial reali%arlo de 3orma correcta+ en especial el circuito de control por lo tanto se debe #eri3icar continuidad 0 #olta8es en todos los componentes de control el;ctrico+ para garanti%ar su correcta cone@ión. c. Fundamental la adecuada capacitación del personal+ tanto para el monta8e como para la marcDa del proceso. e este modo se pueden tomar las medidas especi3icadas por los 3abricantes de todos los componentes 0 e$uipo
!2
Actividad #3 d. uego de la implementación del sistema de control autom>tico+ es recomendable adem>s reali%ar todas las pruebas pertinentes en #ac)o+ para #eri3icar el correcto 3uncionamiento de los componentes+ sensores+ #entilador 0 dem>s componentes de control.
. 4ibliogra5)a Ebro"rmaturen. *s.3.,. Direct/ndustry. Recuperado el 1 de "bril de 2?1-+ de DttpJJ===.directindustr0.esJprodJebroarmaturengebrbroergmbDJproduct <41?44-4<.Dtml Fernande% Espino%a+ 6. *2?1?,. 0os 'royectos de /n1ersi2n* E1aluaci2n Financiera *6egunda ed.,. Cartago+ Costa Rica Editorial Tecnológica. Recuperado el (ctubre de 2?19astronos3era. *?< de "bril de 2?1-,. El 'roceso de 'roducción del Café en 3cho pasos. (btenido de 9astronos3era+ donde comer+ beber 0 di#ertirse ===.gastronos3era.comJesJtendenciasJelprocesodeproducciondelca3een pasos
!!
Actividad #3
1B. Aneos 1B.1.
laneacin de las Actividades del roecto
ara la planeación de este pro0ecto es necesario la calendari%ación de todas las acti#idades necesarias para su completa reali%ación+ para esto se optó por reali%ar el diagrama de 9antt. 6e reali%ó a partir del so3t=are ro8ectibre. os recursos son los di3erentes integrantes del grupo de traba8o el cual se pueden #er asignados en la siguiente 3igura
Figura @.1!. Recursos
Fuente: Autores !'ro4ect 0ibre# ara la asignación de las acti#idades 0 su ordenamiento lineal durante todo el semestre+ se procedió a enlistar en el so3t=are todas estas acti#idades 0 se establecieron las 3ecDas de entrega principales. "lgunas acti#idades dependen de la 3inali%ación de otras lo cual se especi3ica en la columna respecti#a de la siguiente 3igura.
!4
Actividad #3
Figura @.13. -istribucin de Tareas por 5ecGa recurso.
Fuente: Autores !'ro4ect 0ibre# El diagrama de 9antt de nuestro pro0ecto se muestra a continuación
!'
Actividad #3
Figura @.1%. -iagrama de 8antt mostrando los datos de la 5igura @.!.
Fuente: Autores !'ro4ect 0ibre#
!-
Actividad #3
1B.!.
Tabla de Fortale$as Carencias del roecto
Metas para alcan$ar la solucin 5inal del problema Comprender el proceso de secado ue se desea controlar para el grano del ca5; otros tipos de grano
•
Fortale$as •
•
•
•
•
•
Carencias
abilidades de pensamiento cr)tico. 6olución de problemas Traba8o en e$uipo. Conocimiento necesario sobre el proceso de la empresa Conocimientos ad$uiridos en el curso de control el;ctrico.
•
oco tiempo para desarrollar e in#estigar di3erentes soluciones.
Mecanismo de solucin
•
Traba8o de e$uipo e in#estigación.
!<
Actividad #3
1B.3. .A.
Actividad #3
1B.3.
.A.
Figura @.1'. Misin "isin visibles dentro de la empresa.
!
Actividad #3
Figura @.10. Eterior de la guardiolaH
!7
Actividad #3
11. Ap;ndices 11.1.
Coti$aciones
Figura .1>. Coti$acin de Relas en crcibernetica.com
4?
Actividad #3
Figura .1@. Coti$acin de ventiladores en eba.com
Figura .1. Coti$acin de resistencia aleteada.
41
Actividad #3
Figura .!B. Coti$acin de Arduino &2( en crcibernetica.com
Figura .!1. Coti$acin de Termistor en crcibernetica.com
42
