Sistema de Control y Alarma en Silos de Almacenamiento

SISTEMA DE CONTROL Y ALARMA EN SILOS DE ALMACENAMIENTO

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INTRODUCCIÓN

I.

La tendencia actual es construir silos de almacenamiento altos, de hormigón armado o acero, con una estructura contigua conocida como cuarto de máquinas a través de la cual el cereal se eleva lo suficiente como para luego pasar por gravedad a través de las distintas etapas como muestreo, compensadora, cribas y distribuidores hasta los contenedores. La estructura debe ser de material incombustible. Los lugares cerrados como los silos, depósitos, carcasas de los elevadores de cangilones y estructuras auxiliares, se deben diseñar de modo que absorban lo más posible la presión de cualquier explosión, si se produjera. Esto no siempre es físicamente posible dada la naturaleza y configuración del recinto. La Norma NFPA 61B es la norma general utilizada para el proyecto de edificación de edificios para la manipulación de cereales teniendo en cuenta su estructura física. La NFPA 68 ha desarrollado un numeroso método para calcular la zona de evacuación de un recinto cerrado. Algunos modelos utilizan la superficie del recinto como base para establecer la superficie de ventilación. La instalación de puertas, ventanas, paneles múltiples para absorber explosiones y cubiertas delgadas sobre estructuras de acero, es una solución práctica y aceptable. Los huecos de escaleras y pozos de elevadores, si están cerrados, deben estar protegidos con puertas contrafuego homologadas, para separar las zonas de manipulación del cereal de las operaciones de tratamiento, como la molienda, preparación para la extracción de aceite, molienda de pienso o trituración. Cuando se puedan evitar los túneles, sótanos u otras estructuras subterráneas, el uso de estructuras a nivel de suelo o por encima debe aprovecharse para construir el mayor número de aberturas a la atmósfera. Cuando haya espacio suficiente, las instalaciones de pesaje, limpieza y otras deben estar alejadas del si lo y conectadas con él a través de sistemas de correas transportadoras transportadoras inclinadas. Todas las superficies, fondo de los contenedores e inclinación de los tubos de carga y descarga deben diseñarse de modo que se auto limpien cuando pasan los cereales o sus productos. Las vigas, pisos u otras superficies horizontales estructurales se deben proyectar, siempre que sea posible, con una inclinación mínima de 60 º respecto a la horizontal para evitar que se acumule el polvo. Si es posible, al proyectar el edificio hay que hacer posible la limpieza del polvo acumulado en las paredes verticales y estructuras del techo con agua. No debe haber conexión directa entre los silos o zonas de almacenaje. Hay que instalar otros dispositivos para regular el aire que se desplaza al llenar o vaciar el silo. Los elevadores de cangilones deben estar al aire libre, independientes del edificio. Además, las 1

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oficinas, vestuarios de empleados, talleres, laboratorios y cuartos de control deben estar alejados de los edificios de hormigón cuando se construyan nuevos elevadores.

II.

SISTEMA DE SUPERVISIÓN, GESTIÓN Y EXPORTACIÓN DE DATOS

Todo el sistema está controlado por un PLC (controlador logico programable). Además, es posible la conexión a Smart System que Alimatic ha desarrollado para sus instalaciones. Smart System es un software modular de supervisión que permite visualizar, gestionar y exportar información relativa a cada uno de los elementos de la instalación. En el techo de los silos se han instalado una serie de accesorios tales como filtros, válvulas de seguridad y colectores de intercomunicación. Dichos filtros preservan tanto el producto como el medio ambiente y disponen de un sistema de limpieza automático, así como de alarmas de filtro sucio o roto. Se han equipado cada uno de los silos con un sistema de nivel. Puede optarse por tres tipos de dispositivos, mecánico, microondas y pesaje. En todos los casos se dispone de alarmas de máximo y mínimo. Tanto el nivel de máximo como de filtro accionan una a alarma para evitar la sobrepresión en el silo correspondiente.

III.

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALERTA PARA FALLOS MECÁNICOS EN LOS SILOS

Existen muchos aparatos para detectar, controlar y dar la alarma en caso de fallo en el funcionamiento de los equipos mecánicos o sus componentes. Los sensores de calentamiento de los rodamientos, indicadores de velocidad, sensores de alineación, sensores de nivel, detectores de realentización, alarmas por rozamiento y manómetros sirven para indicar si el motor funciona mal o para reaccionar ante este hecho. Tiene especial importancia los indicadores de velocidad y los sensores de alineamiento para los elevadores de cangilones. Todos los aparatos, si están bien diseñados, instalados y mantenidos, pueden evitar un fuego por causa de una correa que patina. Una combinación de cribas, rejillas, descascarilladores o imanes puede evitar que penetren en las máquinas materiales extrañas y metálicas. Según sea el sitio, se pueden instalar imanes permanentes o electroimanes, grandes cribas, rejillas o separadores por gravedad. Su uso es particularmente importante sobre todo antes de que el grano entre en los molinos o cualquier tipo de trituradores.

IV.

CONTROLADORES PRESENTES EN LOS SILOS DE ALMACENAMIENTO 4.1. Controladores de polvos: 2



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Es necesario controlar el polvo en los silos. Deben existir sistemas que limiten la cantidad de polvo liberado del cereal: Sistemas mecánicos de recogida en los puntos de transporte de grano donde se produce el polvo. Contención del polvo en determinados puntos donde pueda hacerse eficazmente por medios mecánicos. Reducción de su concentración en los equipos. Mantenimiento de los equipos de recogida de polvo. Control manual completando el control mecánico.

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El diseño de los sistemas colectores de polvo debe hacer que funcionen a velocidad suficiente en el punto de emisión, sobre todo en los puntos de carga y descarga de las cintas transportadoras. Hay que procurar también que el aire circule dentro de los conductores a velocidad suficiente para evitar que se depositen las partículas, con las consiguientes obstrucciones. Es necesario instalar puertas anti explosiones y entradas de aire para que éste circule por todos los puntos del sistema, evitando que el polvo escape por otros puntos más alejados. Se debe conocer los sistemas colectores de polvo para vigilarlos diariamente, con el fin de que conserven su eficacia. Si se utilizan filtros de tipo saco o de tela, hay que mantener su porosidad para evitar que disminuya la corriente de aire. Si hay humedad, las partículas finas de polvo pueden formar una costra en el saco, evitando el paso de aire. La reducción de polvo en determinados puntos no sólo aumenta la eficacia de los colectores mecánicos, sino que limita la cantidad de mantenimiento necesario para conseguir que el polvo se acumule lo menos posible. Algunos métodos típicos para reducir la liberación de polvo de los cereales consisten en reducir la distancia y velocidad a las que el grano cae libremente en las cintas transportadoras o desde las tolvas (la mejor manera de hacerlo suele ser controlar la velocidad de descarga). La reducción de la velocidad de las cintas transportadoras y su tensión adecuada suelen ser métodos eficaces para controlar el polvo en las cintas transportadoras horizontales. Como método adicional se ha propuesto la utilización de aditivos con agua aceite de soja o aceite mineral. La limpieza y el orden son de gran importancia en los silos. Hay que adoptar programas en todas las instalaciones para mantener dichos niveles al mínimo posible. Estos programas se deben centrar no sólo en el polvo, sino también en cualquier tipo de combustible, para reducir la posibilidad de que sirvan de fuente de ignición para explosiones de polvo. 4.2. Control en la calidad de los granos almacenados Es fundamental el control y monitoreo permanente y cuidadoso del estado de los granos en su interior durante todo el proceso. Además, se debe mantener la limpieza del lugar y, en lo posible.

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En cuanto al monitoreo de la calidad del grano almacenado, el INTA cuenta con un novedoso sistema que mide concentraciones de Dióxido de Carbono (CO2) y, en base a diferentes valores para cada tipo de grano, estima su calidad y tiempo de almacenamiento seguro. La ventaja de este tipo de monitoreo es que se trata de una metodología preventiva. Realiza un pronóstico, de acuerdo a los valores medidos, y determina si el grano ingresa a una escala de riesgo de calidad debido a la presencia de actividad biológica en su interior; el gas (CO2) se difunde de manera vertical en la zona específica donde se detecta el problema. "Actualmente, en el mercado existen diferentes tipos de productos para el monitoreo de la calidad de los granos almacenados con mayores o menores prestaciones (medición de oxígeno, humedad y otros) y todos cuentan con un soft que grafica cuál es la evolución en la concentración del CO2 en cada ambiente, transformándose en un sistema de alarma para la toma de decisiones" 4.3. Sistemas de Control que nos evitan pérdidas en silos de almacenamiento de granos En los últimos años, debido a diferentes factores, se fue incrementando considerablemente tanto la cantidad de grano cosechado como la necesidad de almacenarlo por largos períodos con el agregado de la aparición de granos que cada vez distan más de estar en las condiciones ideales para este prolongado almacenaje. Debido a estas condiciones, se hace cada vez más necesario hacer un correcto uso de toda la tecnología a disposición para evitar riesgos de pérdidas catastróficas debido a algún siniestro grave o, las que se ocasionan por estar distribuidas en varios rubros las cuales si se consideran individualmente no se notan, y no se les da la importancia necesaria. La suma de estas “pequeñas pérdidas” al final de la campaña tiene una incidencia importantísima en el resultado económico de la misma. Al enumerar algunas de estas pérdidas podemos citar: Pérdidas por consumo innecesario de energía. Pérdidas por deterioro o mala condición del grano almacenado. Faltante de mercadería en kilos por sobresecado del grano producto del mal uso de la aireación. Pérdidas por ataque de insectos, hongos o microorganismos no detectados a tiempo. Otros.

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4.4. Sistema de control de aireación

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La aireación es una importante herramienta para ayudarnos a conservar el grano, con un mínimo de deterioro y por períodos prolongados, siempre y cuando la utilicemos correctamente. Pero, si la utilizamos indiscriminadamente “por las dudas”, o la dejamos encendida cuando las condiciones del aire externo dejan de ser favorables para ese silo en particular, en el momento de sacar el grano, notaremos que nos faltan, en el mejor de los casos, entre 10 y 20 toneladas de grano por cada silo, debido a que lo secamos en demasía y todo esto, sin tomar en cuenta el gasto inútil de energía eléctrica, la que se utilizó para perder peso y dinero Tengamos presente que en nuestra pampa húmeda, en los meses posteriores a la cosecha, existen únicamente, en promedio, una a dos horas diarias de aire exterior favorable, (por lo general durante la noche) las cuales debemos tratar de aprovechar íntegramente. Es un error bastante común el pensar que la aireación “enfría” el cereal, o que podemos conocer como está el grano dentro del silo, simplemente “midiendo” el aire que sale de los aireadores. También es un mito creer que, si el aire exterior tiene más del 80% de humedad, estamos humedeciendo el grano. Por ejemplo, si el aire exterior está más frío que el cereal, por más que tenga una humedad relativa alta, al entrar en contacto con el grano y calentarse, baja dramáticamente su tenor de humedad relativa, por lo que dependiendo de la humedad de equilibrio del aire intergranario, lo más probable es que este aire en realidad esté secando el grano. Calculan el punto de equilibrio higroscópico y deciden de forma inteligente el momento en que airear. Las principales ventajas del sistema están dadas por: Seguridad en la realización de la aireación. Ahorro al optimizar la cantidad y el momento en el que se realiza. Ahorro al evitar mermas en el grano por sobre secado.

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Cómo trabaja la aireación dentro del silo Para una mejor comprensión, veamos qué ocurre realmente dentro del silo cuando usamos la aireación. Por ejemplo, si tenemos una capa más caliente dentro del cereal y aplicamos aireación, lo que en realidad estamos haciendo es desplazar la zona caliente en el sentido en que circula el aire. Vamos a explicarlo con un caso sencillo: supongamos que tenemos un silo lleno de Maíz con 20 °C de temperatura y 14,5 % de humedad, y en el medio de este silo, tenemos una zona de una o dos chapas de Maíz a 30 °C de temperatura con 15,5 % de humedad. (fig. A)

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Para simplificar el caso, vamos a situar la temperatura del aire exterior siempre constante a través de los días con 20 °C y 70 % de humedad relativa. Supongamos también que nuestra aireación está extrayendo, es decir, el aire ambiente ingresa por el techo del silo y es forzado a través del cereal para salir por el ventilador inferior. En resumen, lo que vemos es que la zona caliente se desplaza lentamente hacia abajo (Fig. B), hasta que finalmente, luego de varios días de airea ción “conseguimos sacar” la temperatura por el aireador (Fig. C). Si únicamente hubiéramos analizado condiciones del aire que ingresa al silo y del aire que sale por el ventilador, durante varios días (Fig. A y Fig. B) “parecería” que el aire no hubiese estado haciendo ningún trabajo. Recién luego de varios días de aireación, y debido al proceso descrito, el aire comienza a salir más caliente por el ventilador. Como el objetivo es poder enfriar y homogeneizar la masa de grano ensilado, sin perder peso por secar de más y, como a medida que la aireación va realizando su trabajo, se van alterando constantemente las condiciones iniciales del grano ensilado y por ello, para poder airear coherentemente, es imprescindible, además de conocer las condiciones atmosféricas, contar con la información permanentemente actualizada de la evolución y migración de las temperaturas dentro del silo. Esto permitirá ir calculando la cantidad de agua “evaporada” del cereal (debido al “trabajo” de la aireación) y determinar para cada momento en particular, cuales son las condiciones que debe tener el aire ambiente, para llevar el grano a lo más cercano posible del ideal que las condiciones climáticas de la zona lo permitan. Análisis de un caso real Veamos cómo se ven estos desplazamientos, producto de la aireación en un caso de la vida real, registrado con el Sistema de Control de Temperatura TESMA:

Control Automático de la Aireación CAA (opcional) El Control Automático de la Aireación (CAA) se anexa al BUS digital del sistema principal de control de temperatura, y permite automatizar el encendido de los aireadores, para que arranquen sólo en los momentos en que resulte conveniente de acuerdo a las curvas de equilibrio de cada grano.

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Para ello, el sistema utiliza la temperatura y humedad del aire exterior obtenidos de la estación meteorológica, la humedad de ingreso del grano ensilado, la humedad deseada, y la temperatura del grano (con los promedios de cada silo obtenidos mediante el sistema de control de temperatura). 4.5. sistema de Control de Temperatura: Como dijimos anteriormente, debemos recordar que el grano, en sí mismo, es un muy mal conductor térmico, (por esto, entre otras cosas, cuando está ensilado a granel, se calienta ya que no llega a disipar la propia temperatura que genera al respirar). Dentro del silo, cuando hay una zona más caliente que el resto, provoca que el calor que genera se propague a través del grano de dos formas: Por conducción térmica a través del grano: Debido a que el coeficiente de conducción térmica del grano es muy bajo, este tipo de propagación es muy lenta. A través del aire intersticial que existe entre grano y grano: Debido a que este aire está a la misma temperatura del grano que lo circunda, provoca corrientes de convección que hacen que el aire intersticial de la zona más caliente tienda a subir y se propague a las zonas aledañas. Como es imposible conocer la temperatura de todo el cereal, se distribuyen sensores con una densidad razonable que permitan detectar a tiempo los problemas de la masa del cereal. Esta distribución por lo general se hace colocando cables colgando del techo, con sensores de temperatura dentro del cable cada 2 metros, y estos cables se distribuyen dentro del grano en una retícula típica de 5 m x 5 m. De esta forma, mediante un seguimiento de las temperaturas tomadas por los sensores y un análisis adecuado de las tendencias de estas temperaturas, es posible detectar los problemas que se pudieren generar en el grano y de este modo tomar medidas a tiempo para corregirlos. Lógicamente es necesario también tomar en cuenta otros factores externos como transile de la masa de cereal, funcionamiento de la aireación, tipo de grano, humedad, limpieza, etc. •

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Avanzados algoritmos de control recogen datos desde la termometría, tomando en cuenta: Las condiciones actuales del tiempo. Las probables condiciones dependiendo de los días anteriores. Las horas del día en que la energía es de menor costo. La humedad al ingreso. La humedad deseada.

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El tipo de grano.

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Tipos de controladores de temperatura en los silos a) Termometrías para Plantas de Silos

b) Termometría Al Pie Del Silo: Este modelo permite la lectura de cada péndulo mediante una central manual. El operario conecta la central al péndulo a medir y mediante una llave selectora se selecciona el punto. La central de medición es digital alimentada a batería.

c) Termometría Manual Con Sinóptico: Este modelo permite la lectura desde, la oficina de control. Mediante llaves se selecciona el silo, péndulo y punto a medir. El silo, péndulo y punto seleccionado aparece seleccionado en el sinóptico del frente de la central.

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d) Termometría Automática Con PC:

Este modelo es completamente automático, las medidas se realizan a períodos configurables por el operario. La visualización a través de gráficos dinámicos y el uso de colores permite una rápida determinación de focos de alta temperatura dentro del silo. La generación de reportes diarios y el almacenamiento de datos históricos aseguran el control del grano durante todo el período de permanencia en el silo. Las opciones de AIREACIÓN AUTOMÁTICA Y CONTROL DE CONSUMO DE ENERGIA pueden ser incluidas en esta central.

4.6. Sistema de Control de energía Este sistema realiza un monitoreo continuo de las condiciones de la red. Esto permitirá obtener la información necesaria para un correcto cálculo de sus costos.

Seguridad en el manejo de datos. Alarmas de temperatura por punto. Alarmas de temperatura por tendencia. Aireación automática . Acceso remoto a los datos en línea. Control de consumo de energía. La nueva generación de termometrías Secoin S.A. incluyen una amplia gama de funciones que no solo permiten un seguro almacenamiento del grano sino también un importante ahorro económico. •

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El sistema está basado en una central de medición automática compuesta por un PLC de última generación, que junto con un medidor de temperatura electrónico de alta exactitud, forman un conjunto muy seguro para la medición de temperatura. Los datos adquiridos por este conjunto son enviados a un PC donde son procesados por un programa especializado en el trabajo con granos, que permite la visualización de las temperaturas, generación de alarmas, estudio de tendencias, generación de reportes, almacenamiento de históricos y opcionalmente el control de la aireación y control de consumos de energía.

V. ALARMAS PRESENTES EN LOS SILOS DE ALMACENAMIENTO Tres tipos de alarmas son analizados: Alarma Absoluta: Permite detectar puntos fuera del rango. 9



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Alarma de Tendencia: Permite prevenir la llegada de puntos a valores absolutos de alarma (Muchas veces cuando el grano llegó a altas temperaturas es tarde para poder salvarlo) Alarma de Rotura: Detecta los puntos defectuosos, son tomados en cuenta solamente para marcarlos en los reportes. Alarma de reportes: Diariamente se generan reportes que reflejan el comportamiento de la planta el día anterior. En particular quedan registradas todas las alarmas y las acciones correctivas que fueron tomadas por los operadores. Cada punto posee un archivo histórico donde se puede estudiar el comportamiento de este durante el periodo de tiempo que se desee. (Muy útil a la hora de discusiones sobre cómo se trató el grano durante el ensilado)

VI. CONCLUSIÓN Como hemos podido observar el control de temperatura es sólo una herramienta de diagnóstico, y únicamente mediante un adecuado análisis de los valores obtenidos, incorporando al mismo la incidencia de todos los otros factores, se podrá determinar la condición del grano almacenado. También podemos recalcar algo muy importante que de nada sirve un sistema que simplemente de aviso al superar algún valor de temperatura definida como máxima. A menos que el foco de temperatura esté exactamente al lado de un sensor, este aviso siempre llegará tarde. La aireación innecesaria o insuficiente provoca pérdida de peso y pesos ($$$). Usando los sistemas de temperatura y aireación racionalmente, obtendremos óptimos resultados en la conservación del grano y los máximos rendimientos económicos en su comercialización.

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