PROYECTO FINAL AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MICROCERVECERÍA JORGE ENRIQUE GARCIA GARCIA CÓDIGO: 1098608614 GRUPO 299013_5 TUTOR: LEONARDO ANDRÉS PÉREZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA MAYO 2017
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Los dueños de un local comercial en Bogotá pretenden abrir un bar temático en la noche. El bar tiene como atractivo vender cerveza artesanal de muy buena calidad. Se tiene previsto una demanda de 50 litros de cerveza por semana. Los dueños del restaurante han contactado a un maestro cervecero para que desarrolle la fórmula para fabricar la cerveza. El maestro ya tiene la formula, y con el fin de hacer reproductible su receta, se ha contratado a un grupo de estudiantes (futuros ingenieros) de la UNAD para asignarles la tarea de automatizar una sección del proceso. Los estudiantes deben automatizar la siguiente sección: A la planta de microcervecería llega las siguientes materias primas: malta molida y agua potable con PH de 4.0 (a temperatura ambiente = 21°C). Para fabricar cerveza para una semana, primero se agrega 50 litros de agua potable al tanque A por medio de la válvula A (ver figura 1). Luego se adiciona 30 libras de malta molida al tanque A, previamente almacenadas en la tolva.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Posteriormente se revuelve y se eleva la temperatura del tanque A hasta 52 grados Celsius, partiendo de la temperatura ambiente. Mientras se eleva la temperatura, el agua con la malta se revuelven constantemente haciendo uso de una espátula giratoria. Cuando el tanque A alcanza los 52 grados Celsius, la temperatura debe permanecer constante por 8 minutos sin revolver el líquido. Cuando ha pasado los 8 minutos, se revuelve y al mismo tiempo se eleva la temperatura del tanque A hasta 62 grados Celsius. Cuando la mezcla alcanza los 62 grados Celsius, la temperatura debe permanecer por 15 minutos sin revolver el líquido. Luego de terminar los 15 minutos, se filtra el contenido. Para ello, las válvulas B y C son abiertas. El líquido del tanque A fluirá hacia el tanque C pasando por el tanque B. Al interior del tanque B existe un filtro (colador con perforaciones muy finas) el cual deja pasar únicamente el líquido (también llamado mosto) al tanque C por medio de la válvula C, y retiene el espeso de la malta. El mosto permanecerá finalmente en el tanque C para su posterior fermentación.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Para automatizar el proceso, se plantea los siguientes objetivos:
A través de un computador, se deberá observar, ajustar y modificar las variables a controlar en el proceso. Se abre la posibilidad que el estudiante presente propuestas innovadoras que busquen aumentar el número de cervezas vendidas por semana y/o generar un proceso industrial responsable con el medio ambiente.
Cuando se active la planta, el proceso de la cerveza debe llevarse a cabo paso a paso siguiendo la formula indicada por el maestro cervecero.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
DIAGRAMA DE FLUJO
DIAGRAMA DE FLUJO Cuando la materia prima ya está almacenada con las cantidades ideales en los tanques de agua y malta se procede a dar inicio al sistema (START), inmediatamente la válvula A se abre dejando ingresar el agua al Tanque A hasta activar el Switch de bajo nivel en el tanque de agua enviando la orden de cerrar a la válvula A. El proceso continua, se abre la válvula de la Tolva dejando ingresar la malta hacia el tanque A hasta que se activa el switch de bajo nivel en la tolva lo cual cierra la válvula de la Tolva. Inmediatamente se enciende el motor para agitar la mezcla y el Serpentín para calentarla, mediante un elemento sensor de temperatura se lleva hasta los 52°C utilizando un lazo de control entre la temperatura y el serpentín, cuando se alcanza esta se apaga el agitador y se esperan 8 minutos. Al terminar el tiempo se enciende el mezclador y se aumenta a 62 °C, al alcanzar el valor deseado el mezclador se apaga y se mantiene la temperatura por 15 minutos. Al cumplirse los 15 minutos las válvulas B y C se abren permitiendo pasar el producto por el filtro en el tanque B y se almacena finalmente en el tanque C. Cuando se activa el switch de bajo nivel del tanque A se cierra la válvula B y cuando se activa el switch de bajo nivel del tanque B se cierra la válvula C. El producto quedara almacenado en el Tanque C donde permanecerá mientras ocurre la fermentación.
DIAGRAMA DE TECNOLOGÍA
DIAGRAMA DE TECNOLOGÍA Para la automatización de la micro-cervecería es necesario contar con diferentes tipos de sensores y actuadores en cada una de las etapas como: Switches de nivel en cada uno de los tanques, de esta manera detectamos el momento en que se acaba el producto almacenado. Válvulas con actuador neumático ON/OFF. Sensor de Temperatura en el tanque A. Serpentín de Temperatura. Motor con espátulas para revolver el líquido.
LLUVIA DE IDEAS (BRAINSTORMING) Cambio de Combustible a Gas Natural: Disminución de pagos a la entidad por emisiones, aumento de la eficiencia de las calderas, disminución en costos por compra de combustible y disminución de carga contaminante. Recuperación de CO2 de la Fermentación: Ahorro de costos por compra de CO2, Disminución de emisiones y Aprovechamiento de CO2. Venta y Comercialización de Residuos Sólidos: Ingreso por comercialización de residuos, disminución de la disposición de residuos al relleno sanitario y mayor eficiencia en el proceso.
Instalación de Sensores y Ahorradores de Agua: Reducción de costos por consumo de energía y agua. Cambio Tecnológico en Cocinas: Optimización del Proceso y disminución de consumo de agua y materias primas.
Manejo de Inventarios: Diseño de un Software de manejo de inventario para el ingreso y salida de materia prima, garantizando movimiento y buen manejo del mismo.
LLUVIA DE IDEAS (BRAINSTORMING) Instalación de Sensores de Metal: En el área de embotellado se pueden mezclar los vidrios de rotura en ocasiones y las tapas, se puede tener aprovechamiento de residuos sólidos, comercialización a terceros y reducción en la disminución de residuos. Programa de Capacitación Virtual: Elaboración de una plataforma virtual para uso en computador o en Smartphone con módulos específicos acerca de la sensibilización del uso eficiente de agua y energía, así como el manejo adecuado de los residuos. Migración de Luminarias Fluorescentes a Led: Ahorro energético, disminución de generación de residuos sólidos. Uso de Energía Renovable: Instalación de Paneles Solares para minimizar el consumo de energía. Con las ideas anteriores se pretende optimizar el uso de los recursos naturales y materias primas, aumentar la eficiencia energética y usar energéticos más limpios, prevenir mitigar, corregir y compensar los impactos ambientales sobre la población y los ecosistemas.
CONTROLADOR PID Se plantearon dos diseños, uno para el control de temperatura y otro para el control de nivel: Diagrama del Controlador del Sensor de Nivel:
CONTROLADOR PID Diagrama del Controlador del Sensor de Temperatura:
SENSORES Y VÁLVULAS UTILIZADAS Sensor de temperatura TH18 (Sensor RTD): Principio de medida: Detector de Temperatura de Resistencia. Cabezal de terminal: TA20J - acero inoxidable - troquelado profundo con o sin pantalla. TMT162 : aluminio - carcasa de campo con o sin pantalla. TU401 : cubierta atornillada con cadena. PP plástico: cubierta atornillada con cadena - material enlistado en FDA Termopozo / tubo de protección. Inserto / sonda aislamiento, flexible. Diámetro exterior del tubo de protección 5/32'' (3.97 mm) Máx. longitud de inmersión bajo demanda hasta 4.877 mm (192,00'')
Protección de material tubo/termo pozo 1.4435 (316L)
SENSORES Y VÁLVULAS UTILIZADAS Sensor de nivel de líquido AKS 4100: Longitudes disponibles: Cable: 800-5000 mm Coaxial: 500-2200 mm. Conexión de proceso mecánico: G1” o NPT 3⁄4”. Rango de temperatura: –60 °C/100 °C (–76 °F/212 °F). Rango de presión: –1 barg/100 barg (–14,5 psig/1450 psig). Señal estándar: 4-20 mA. Alimentación con independiente.
lazo
de
2
cables;
no
se
requiere
Válvula de bola con actuador Genebre: ¼” de vuelta (90º) y reversibles. Alimentación eléctrica: Serie “ H “ : de 85 a 240 V AC o DC.
transformador
SENSORES Y VÁLVULAS UTILIZADAS Alimentación eléctrica: Serie “ H “ : de 85 a 240 V AC o DC. Resistente a la corrosión. Fijación ISO 5211 y Protección IP-65. Mando manual de emergencia. Indicador óptico de posición. Motorización 2, 3 y 4 vías. 2 contactos adicionales de final de carrera. Control térmico de la temperatura: Calefactor de 4 W para el mantenimiento de la temperatura interior entre 20º y 30º C y evitar daños por condensación. Control electrónico de par. LED indicador de funcionamiento.
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Utilizando Labview se realiza la Interfaz gráfica y la programación para dar solución a las necesidades de la Micro-cervecería.
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Para las imágenes se utilizó SymbolyFactory y se crearon animaciones para ser utilizadas en Labview
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Se inicia el programa cuando el operador pulsa el botón de START. Se enciende LED que indica que el proceso está en línea. El pulsador de STOP está disponible para abortar el proceso en cualquier momento. La Válvula A se abre desocupando su contenido hasta que se activa el switch de bajo nivel, el cual manda a cerrar la Válvula A. Al activarse el bajo nivel del tanque de Agua se abre la válvula de la Tolva dejando ingresar el producto hacia el tanque A, en el momento en que se activa el bajo nivel de la tolva, la válvula se cierra. Cuando el tanque A se llena de agua y malta, se activa el nivel de Alto del tanque y se envía el comando de encendido al motor y serpentín. Cuando la temperatura supera los 52 °C se apaga el motor y se inicia el temporizado de 8 minutos, en los cuales el motor está apagado y la temperatura debe permanecer en 52 °C.
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Al cabo de los 8 minutos se enciende nuevamente el motor y se sigue calentando. Cuando la temperatura supera los 62 °C se apaga el motor y se inicia el temporizado de 15 minutos, durante los cuales debe mantenerse la temperatura de 62 °C. Al terminar los 15 minutos apaga el motor y el serpentín y se abren las válvulas de B y C permitiendo que pase el producto por el filtro para finalmente depositarse el mosto en el tanque C. Las válvulas estarán abiertas hasta que el switch de alto nivel del tanque C se active indicando que el tanque llego a su nivel deseado y enviando el comando de cierre a las válvulas B y C.
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Simulación:
PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Simulación:
CONCLUSIONES A través de este trabajo se evidenció lo importante que es la automatización en la industria, la cual se deriva de las grandes ventajas competitivas que brinda a las empresas que emprenden tales procesos, asegurando su supervivencia en el mercado, en donde se tienen sistemas y mecanismos de todo tipo, desde una impresora, hasta salas de control de proceso de ensambladora de autos. No existe ningún límite más allá de la imaginación del hombre. Además, se reconocieron diversos aspectos del control análogo, así como la importancia de los modelos matemáticos haciéndose evidente ya que podemos predecir mediante estos el comportamiento futuro de una planta, teniendo en cuenta por ejemplo que la transformada de Laplace es una herramienta con un alto valor en el desarrollo de los sistemas de transferencia. En cuanto al aprendizaje virtual se reflejó la importancia que tuvo el área tutorial durante la ejecución del paso a paso de las actividades, debido a que fue fundamental el apoyo del tutor y la retroalimentación del mismo.
GRACIAS !!!
