Integrantes:
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  1. 1. Integrantes: TAPIA CADILLO, Romel Alcides UGARTE RAMIREZ, Carol Andrea URIBE RODRIGUEZ, Jonathan Alexis Ingeniería Química IX Ciclo AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  2. 2. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 2 DEDICATORIA A nuestros queridos padres que día a día nos apoyan y se esfuerzan para poder salir adelante, y a nuestros maestros que nos dan sabios consejos y nos brindan sus conocimientos para ser cada día mejor y poder alcanzar nuestras metas trazadas. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  3. 3. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 3 ÍNDICE Pag. I. ASPECTOS GENERALES………………………………………….……………………….4 1.1. Titulo del informe……………………………………………….……………………...4 1.2. Resumen………………………………………………………………………………..4 1.3. Introducción………………………………………………………………....................5 1.4. Objetivo………………………………………………………….……………………...5 1.4.1. Objetivo general…………………………………………….………………………...5 1.4.2. Objetivo especifico…………………………………………….……….....................6 II. CUERPO DEL INFORME……………………………………………….………......................6 2.1. Fundamento teórico………………………………………………………………….....6 2.1.1. PLC…………………………………………………………….……………………….6 2.1.2. Programa Ladder……………………....…………………………….………………..8 2.1.3. Sistema de control…………………………………………….……………………...10 2.1.4. Sistema de control de lazo cerrado (closed loop)……..…….………………...….10 2.1.5. Sistema de control de lazo cerrado vs lazo abierto……………………………….11 2.2. Proceso………….……………………………………………….…………………….12 2.2.1. Componentes de un Secador de bandejas…………………..……………………12 2.2.2. Variables operacionales…..……………………………….…………………………13 2.2.3. Procedimiento Practico………………………………………………………………13 2.2.3.1. Materiales y equipos………………………………...…………………….13 2.2.3.2. Descripción del proceso…………………………………………………..14 2.3. Modelado Matemático del Sistema de Secado………………..……………………15 2.4. Programación………………………………………………………………………….20 2.4.1. Programación en PLC tipo Versamax…………………….……………………….20 2.4.2. Programación en LabView 8.0…...…………………….………………………...…30 III. CONCLUSIÓNES...……………………………….…………………………………….…….31 IV. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………..31 V. ANEXOS…………………………………………………………………………………………32 5.1 Ficha Técnica………………………………………………………………………………32 5.2 Manual de Operaciones…………………………………………………………………...37 5.3 Diagrama PI & D…………………………………………………………………………..38 5.4 Diagrama del Secador de Bandejas (lado frontal)……………………………………...39 5.5 Diagrama del Secador de Bandejas (lado posterior)…………………………………...40 5.6 Datos y resultados de la corrida experimental…………………………………......40 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  4. 4. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 4 AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS I. ASPECTOS GENERALES: 1.1. TITULO DEL INFORME AUTOMATIZACION DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS 1.2. RESUMEN El objetivo de este trabajo es la automatización de la operación de secado lo cual debe permitir un seguimiento y control riguroso de los parámetros de operación en un secador de bandejas El control e instrumentación de procesos químicos se ocupa de las técnicas y de los instrumentos que se requieren para operar de forma segura y eficiente en las plantas químicas. En los planes de estudio de Ingeniería Química se incluye esta disciplina, la cual podrá capacitar a los estudiantes e ingenieros para analizar, diseñar e implementar estrategias sencillas de control de procesos, al mismo tiempo permitirá adquirir una formación básica a partir de la cual se podrán extender conocimientos para hacerse un especialista en la materia. Se pretende cubrir los objetivos antes señalados con un enfoque práctico de la disciplina, pero también con el soporte teórico necesario para fundamentar las técnicas de control. A continuación algunos detalles sobre lo señalado: LabVIEW es hoy un sistema de prueba y control de instrumentación, en el campo de la automatización industrial para la adquisición de datos, análisis, monitorización y registro, así como para el control y monitorización de procesos, en el área de visión artificial para el desarrollo de sistemas de inspección en producción o laboratorio. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  5. 5. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 5 Además permite reconocer las principales características de los Controladores Programables (PLCs) y su relación con los diversos componentes electrónicos y hardware (VersaPro) asociados a la automatización de máquinas y procesos. 1.3. INTRODUCCION Todo estudiante de Ingeniería Química debe tener conocimientos mínimos de control automático de procesos y es por eso que en los planes de estudio del Ingeniero Químico se estudia esta disciplina. En el presente informe detalla el proceso de control automático de la operación de secado la cual es una de operación unitaria de trascendental importancia en Ingeniería Química, debido a que es una operación básica, para el manejo de productos sólidos. El proceso de secado consiste en la remoción de humedad de una sustancia, involucrando los fenómenos de transferencia de calor, transferencia de masa y cantidad de movimiento, en forma simultánea. La transferencia de masa ocurre cuando el sólido pierde humedad, la transferencia de calor se aprecia cuando el medio de secado (aire caliente) entrega calor al sólido, lo que da como consecuencia la evaporación del agua que se va incorporando al aire a medida que transcurre la operación de secado. El mecanismo de cantidad de movimiento se observa en la difusión del agua, del solido al aire caliente, es decir la velocidad del secado. El secador de bandejas, o también llamado secador de anaqueles, consiste en un gabinete, de tamaño suficientemente grande apara alojar las muestras a secar, en el cual se hace correr suficiente cantidad de aire caliente y seco. En general, el aire es calentado por vapor, pero no saturado, de modo que pueda arrastrar suficiente agua para un secado eficiente. 1.4. OBJETIVOS: 1.4.1. Objetivo general  Realizar la automatización de la operación de secado en un secador de bandejas o anaqueles. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  6. 6. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 6 1.4.2. Objetivos específicos  Conocer los conceptos básicos de la operación de secado.  Conocer y evaluar las variables operacionales controladas y no controladas en la operación de secado.  Determinar los diferentes parámetros de secado como son: flujo de aire, caída de presión, temperatura de bulbo húmedo, temperatura de bulbo seco y humedad relativa; correspondiente a las muestras a secar.  Verificar experimentalmente la influencia de la temperatura y la humedad del aire en la intensidad del secado.  Monitorear automáticamente las variaciones de temperaturas usando la tarjeta de adquisición de datos de LabVIEW.  Automatizar la operación de secado utilizando el controlador lógico programable PLC. II. CUERPO DEL INFORME 2.1. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1.1.PLC (Programable Logic Controller) Un PLC (controlador lógico programable), es la unidad de control mínima en un proceso automatizado; con el cual trabajan en base a la información recibida por los sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los actuadores de la instalación. De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos”. Un PLC consta de las siguientes partes: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  7. 7. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 7 1. CPU – UNIDAD CENTRAL DE PROCESO: Es el cerebro del sistema, usualmente es un microcontrolador, antiguamente se usaban microcontroladores de 8bits, hoy en día, son mas usados en aplicaciones robustas microcontroladores de 16 y 32 bits. Bueno, como es un microcontrolador, ya se imaginaran todas las ventajas que se pueden tener, como temporizadores, interrupciones, conversiones ADC y DAC, comunicaciones seriales sincrónicas y asincrónicas, etc. 2. MEMORIA: Usualmente se incluye una memoria externa al microcontrolador que puede ser EEPROM y/o FLASH, que hace las veces de banco de datos para la lecto/escritura de datos. En esta memoria, se utiliza para almacenar el programa (funciones, variables, estados, tiempos) desarrollado que se encargará de controlar las entradas y las salidas del PLC. Ojo, en esta memoria no se almacena la programación del microcontrolador. Es decir, el microcontrolador viene programado de fábrica, pero con un programa que permite administrar las entradas, las salidas y los temporizadores del PLC. 3. FUENTE DE ALIMENTACION: No podía faltar el poder, porque sin esto, no funciona nada. El PLC tiene una entrada análoga de 220VAC o 110VAC eso es si estamos en Europa o en América. Adicionalmente tiene salidas de 24VAC o DC para alimentar sensores. 4. RELOJ EN TIEMPO REAL: Para todo proceso automatizado, es necesario establecer la variable tiempo ya que es indispensable para poner en marcha TEMPORIZADORES Y CONTADORES. 5. PUERTO DE ENTRADAS: Las entradas de un PLC son optó asiladas, para proteger al microcontrolador de altos voltajes y algunas marcas permiten ajustar la intensidad de la entrada. Es decir, la corriente de entrada varía gracias a un potenciómetro que se posee en el lado izquierdo del siguiente circuito. Adicionalmente, las entradas de un PLC ser análogas o digitales y esto se debe en gran medida a la cantidad impresionante de instrumentos que se pueden integrar con los PLC. En la siguiente figura el circuito para cada uno de esos tipos de entradas. 6. PUERTO DE SALIDAS: Como en las entradas, las salidas pueden ser análogas o digitales, y pueden ser de cualquiera de los siguientes tipos: • 120 VAC • 24 VDC • 12 – 48 VAC Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  8. 8. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 8 • 12 – 48 VDC • 5V DC (TTL) • 230 VAC Esto se debe a que sus circuitos internos permiten convertir niveles lógicos TTL a niveles de voltaje externos, y efectivamente, también suelen utilizarse optó acopladores para proteger el micro. 7. COMUNICACIONES: El PLC, es un sistema autónomo, sin embargo, no puede programarse solito. Para ello es necesaria una interfaz con el humano, y esa la provee el puerto RS232, un cable serial y un computador o un programador portátil. En un proceso industrial, muchas veces es necesario utilizar más de un PLC o establecer comunicación con diferentes dispositivos inteligentes como termostatos, captadores de radiación solar, sistemas de control de fluidos (agua, gas, aire), motores, detectores de intrusión, cámaras frigoríficas, sistemas de ascensores, calefacción, etc. Para ello se inventaron el Bus de campo o de terreno dedicado a la GTB (gestión técnica del edificio) lo cual ofrece la posibilidad de cablear o precablear números equipos inteligentes a bajo costo. Protocolos, hay como fabricantes de dispositivos, muchos. 8. SOFTWARE: Indispensable tanto para programarlo, como para monitorearlo. Aquí es el punto cuando se unen la informática, las redes y los PLC. Sistemas SCADA. Los PLC le ahorran el tiempo y costos de diseño y montaje de sistemas de control a empresas. Y a empresas que desean sistematizar sus plantas de producción, ya que la transferencia de tecnología va a ser más factible que si se desarrollara un sistema propietario. Un autómata programable industrial (API) o Programable Logic Controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. 2.1.2.PROGRAMA LADDER. El nombre de este método de programación (que significa escalera en inglés) proviene de su semejanza con el diagrama del mismo nombre que se utiliza para la documentación de circuitos eléctricos de máquinas. Cabe mencionar que en estos diagramas la línea vertical a la izquierda representa un conductor con tensión, y la línea vertical a la derecha representa tierra. Los contactos y bobinas básicas que se utilizan son: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  9. 9. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 9 Tabla 1: Contactos típicos de Ladder Tipo de Contacto Visualización Pasa corriente cuando... Normalmente abierto La referencia está ON Normalmente cerrado La referencia está OFF Tabla 2: Bobinas típicas de Ladder Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación eléctrica de distinto tipo de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control y, con las herramientas de software adecuadas, realizar la programación del PLC. Se debe recordar que mientras que en el diagrama eléctrico todas las acciones ocurren simultáneamente, en el programa se realizan en forma secuencial, siguiendo el orden en el que los rungs (escalones) fueron escritos, y que a diferencia de los relés y contactos reales (cuyo número está determinado por la implementación física de estos elementos), en el PLC podemos considerar que existen infinitos contactos auxiliares para cada entrada, salida, relé auxiliar o interno, etc. Además, todo PLC cumple con un determinado ciclo de operaciones que consiste en leer las entradas, ejecutar todo el programa una vez, y actualizar las salidas tal como hayan resultado de la ejecución del programa. Como consecuencia, si una determinada salida toma dos valores diferentes durante una pasada por el programa, solo aparecerá a la salida el último de los valores calculados. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  10. 10. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 10 2.1.3.SISTEMA DE CONTROL El objetivo principal de cualquier sistema de control para un proceso es la estabilidad. Cuando la estabilidad se relaciona a un sistema de bombeo, se hace referencia la capacidad que el sistema tiene para prevenir perturbaciones que pueden resultar del cambio de variables independientes ala sujeta en la operación. 2.1.4.SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO (CLOSEP LOOP) Con frecuencia se llama así a los sistemas de control retroalimentado. En la práctica, se utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado (“feedback”) o control de lazo cerrado (“closed loop”). La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación (que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus derivadas), entra al controlador para reducir el error y llevar la salida a un valor deseado. Esta retroalimentación se logra a través de la acción de un operador (control manual) o por medio de instrumentos (control automático). En el caso de control manual, para el ejemplo mostrado en la figura operador mide previamente la temperatura de salida; si esta es por ejemplo, inferior al valor deseado, aumenta la circulación de vapor abriendo levemente la válvula. Cuando se trata de control automático, se emplea un dispositivo sensible a la temperatura para producir una señal (eléctrica o neumática) proporcional a la temperatura medida. Esta señal se alimenta a un controlador que la compara con un valor deseado preestablecido o punto de ajuste (“set point”). Si existe una diferencia, el controlador cambia la abertura de la válvula de control de vapor para corregir la temperatura. T Controlador Válvula Proceso de transferencia de calor TanqueSerpentín Punto de mediciónTR o SP Controlador Comparador E Elemento de control final T. media Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  11. 11. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 11 2.1.5. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO VERSUS LAZO ABIERTO Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la retroalimentación hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema. De este modo, es posible utilizar componentes relativamente imprecisos y económicos, y lograr la exactitud de control requerida en determinada planta, cosa que sería imposible en un control de lazo abierto. Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto la estabilidad es más fácil de lograr puesto que no constituye un problema importante. En cambio en los sistemas de lazo cerrado, la estabilidad si es un problema importante, por su tendencia a sobre corregir errores que pueden producir oscilaciones de amplitud constante o variable. Hay que puntualizar que para sistemas cuyas entradas son conocidas previamente y en los que no hay la presencia de perturbaciones, es recomendable utilizar el control de lazo abierto. Los sistemas de control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan perturbaciones no previsibles o variaciones de componentes del sistema. Nótese que la potencia de salida determina parcialmente el costo, peso y tamaño de un sistema de control. La cantidad de componentes utilizados en un sistema de control de lazo cerrado es mayor a la correspondiente a un sistema de control de lazo abierto. Así, entonces, un sistema de control de lazo cerrado es generalmente de mayor costo y potencia. Para reducir la potencia requerida por un sistema, es conveniente usar sistema de lazo abierto. Por lo común resulta menos costosa una combinación adecuada de controles de retroalimentación y alimentación directa, lográndose un comportamiento general satisfactorio. 2.2. PROCESO 2.2.1.COMPONENTES DE UN SECADOR DE BANDEJA La configuración básica de un secador consiste de un sistema que genere aire caliente; el cual puede estar compuesto de un ventilador y de una serie de hilo de resistencias eléctricas de Nicrom (Níquel-Cromo) para generar calor, también debe de contar con un colector y un alimentador. Sin embargo para propósitos Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  12. 12. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 12 educacionales son comunes los secadores sin alimentador ya que las cantidades de alimento a deshidratar son menores. Generador de Aire: Los secadores de aire deben de contar con un sistema que permita la entrada de aire a diferentes velocidades de flujo, por eso se utilizan ventiladores o motores que se utilizan en los sistemas de refrigeración y también extractores de aire los cuales son polarizados de manera inversa para trabajar como generadores de aire. Calefactor: En calefactores directos el aire es calentado cuando se combina con gases de combustión de escape. En calefactores indirectos en aire o producto es calentado a través de placas de resistencias eléctricas. El costo de los calentadores directos es más bajo que los indirectos, pero algunos productos se llegan a dañar o contaminar debido a los gases. Otros componentes que son utilizados en los secadores para verificar el estado dentro del mismo son: termómetros tipo J, medidores de presión y humedad, una balanza digital y básculas que censan la pérdida de agua del alimento. Por lo general los secadores que se utilizan en los laboratorios de investigación no cuentan con todos estos elementos con el propósito de hacer pruebas y de monitorear el comportamiento del secador y del alimento a deshidratar. 2.2.2.VARIABLES  Variables independientes:  Variables no controladas.  El contenido de humedad de la alimentación.  Temperatura de bulbo seco a la entrada.  Temperatura de bulbo húmedo a la entrada.  Variables reguladas.  Calor aplicado.  Flujo de entrada de aire.  Variables dependientes:  Variables no controladas.  El contenido de humedad de la salida de los productos. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  13. 13. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 13 variables reguladas.  Presión de entrada del aire.  Temperatura del aire en la cámara de secado.  Temperatura de bulbo húmedo del aire de salida.  Temperatura de bulbo seco del aire de salida. 2.2.3.PROCEDIMIENTO PRACTICO 2.2.3.1. MATERIALES Y EQUIPOS  Herramientas y Equipos:  Secador de Bandejas.  4 Resistencias de 12 ohmios c/u.  5 sensores de temperatura LM35.  Una termocupla tipo J.  Manómetro de tubo en forma de U.  Medios Naturales a emplear:  Aire. 2.2.3.2. DESCRIPCION DEL PROCESO Diagrama de bloques del sistema de control. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  14. 14. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 14 En un sistema de intercambio de calor, generalmente se tiene como objetivo calentar el aire que entra al secador hasta una temperatura determinada Tp (de salida), posterior en el proceso, para cumplir con este objetivo se debe usar una corriente de fluido de calentamiento el cual debe operar en un rango de Temperaturas entre la entrada Tco y la salida Tc y a una velocidad de flujo Fc, la cual depende de los requerimientos del proceso. Si el objetivo del proceso de transferencia de calor es el calentamiento de la corriente de aire que entra al secador, el objetivo del sistema de control es mantener la temperatura de salida de la corriente de proceso en un valor especificado o en estado estacionario ante cualquier perturbación que pueda alterar el proceso. Con lo expuesto anteriormente podemos establecer que la variable controlada es la temperatura de salida del fluido del intercambiador (Tp), y la variable manipulada es la velocidad de flujo del fluido de calentamiento (Fc). Las perturbaciones pueden presentarse debido a cambios en la temperatura de entrada (Tpo), la velocidad de flujo (Fp) del fluido de proceso, variación de temperatura del medio ambiente, resistencias a las incrustaciones, etc. 2.3. MODELADO MATEMATICO DEL SISTEMA DE SECADO  Diagrama Representativo:  Restricciones del Sistema:  Sistema no isotérmico.  Flujo de aire constante: ≈  No existe reacción química.  Modelado: RESISTENCIA CAMARA DE SECADO VENTILADOR Ts Q* T Qout Hout Tin Qin Hin Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  15. 15. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 15 2.4. PROGRAMACION 2.4.1.PROCESO GENERAL DE AUTOMATIZACION PARA UN SISTEMA DE SECADO CON PLC-TIPO VERSAMAX Para empezar a automatizar cualquier proceso, el Ing. Químico o experto en dicho proceso, debe elegir correctamente el tipo de software y hardware a aplicar para automatizar dicho proceso. Siendo el presente secador de bandejas, un equipo pequeño, utilizado solo en laboratorios, consideramos utilizar el Controlador Lógico Programable o también llamado comúnmente PLC. El PLC es un equipo electrónico inteligente diseñado a base de microprocesadores, que consta de unidades y modelos que cumplen funciones especificas, tales como:  Unidad Central de Procesamiento que se encarga de casi todo el sistema.  Módulos que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema.  Además es posible agregarle otros módulos inteligentes para funciones de pre- procesamiento y comunicación. Una vez que se tiene la planta, con la instalación completa, es decir con los sensores de temperatura (termocuplas) adecuados en determinadas partes de la planta, principalmente en la entrada, cámara de secado y salida, se realiza la conexión de estos sensores al PLC, a través de un conjunto de relays donde mediante la conexión PLC-Computadora se obtendrá los datos necesarios para así dar una respuesta al sistema, ordenándole o no que siga funcionando. Ahora bien, se tiene el equipo listo, solo faltaría realizar la conexión PLC- Computadora, lo cual se detallara a continuación: Paso Nº1: Una ves que hemos instalado el programa VeraPro en el PC, hacemos doble clic en el icono respectivo (VersaPro) y nos saldrá el siguiente mensaje: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  16. 16. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 16 Esto nos quiere decir que en cuatro días se caducará la licencia de prueba. Aceptar. Paso Nº2 En la barra de menú: Clic en File  New Folder Paso Nº3 Poner el nombre respectivo de la carpeta (Folder Name) y la ubicación de la carpeta Finalizar. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  17. 17. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 17 Paso Nº4 Doble en Hardware Configuration. Paso Nº5 Convertir a Versamax. En la barra de menú: FileConvert ToVersamax. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  18. 18. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 18 Paso Nº6 Clic derecho en PWRReplace Module Paso Nº7 Seleccionar IC200PWR101OK Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  19. 19. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 19 Paso Nº8 Clic derecho en PWR 101  Replace CPUIC200CPU001OK Paso Nº9 Clic derecho en PWR 101Add Carrier/Base IC200CHS001OK Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  20. 20. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 20 Paso Nº10 En la nueva base:Clic derecho  Add module  clic en Analog Mixed IC200ALG430OK Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  21. 21. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 21 Paso Nº11 En la base anterior: clic derecho Replace CPUIC200CPU001OK Paso Nº12 En la misma base: clic derechoAdd Carrier/BaseIC200CHS001OK Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  22. 22. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 22 Paso Nº13 En la nueva base y la ultima: clic derechoAdd ModuleSeleccionar Discrete MixedSeleccionar IC200MDD847OK Paso Nº14 Guardar la configuración y cerrar la ventana. Ahora solo nos quedaremos con el VersaPro. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  23. 23. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 23 PASO Nº15: Luego desde VersaPro: En la barra de menú ir a PLC y pulsar Connect para Conectar PLC-PC. Paso Nº16a: Diagrama sin condiciones lógicas: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  24. 24. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 24 2.4.2.PROCESO GENERAL DE AUTOMATIZACION PARA UN SISTEMA DE SECADO CON LabView 8.0 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  25. 25. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 25 III. CONCLUSIONES  Se ha cumplido con el objetivo de automatizar y controlar el proceso de secado a través de una programación en PLC (Controlador Lógico Programable) y la lectura de datos a través de una tarjeta de adquisición de datos DAQ. IV. BIBLIOGRAFIA  Katsuhiko Ogata, “Ingeniería de Control Moderna” Segunda Edición, Prentice Hall, 1996.  Robert H. Perry – Don W. Green, “Manual del Ingeniero Químico Perry” (sexta edición 1992), Tomo VI – Control de procesos. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  26. 26. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 26 V. ANEXOS ANEXO N°1. FICHA TECNICA SECADOR DE BANDEJAS Características Generales: Equipo Secador de Bandejas o Anaqueles Tipo de operación (Secado) Operación discontinua por contacto directo Tipo de calentamiento Convección forzada Números de zonas de control 1 Tipo de control Lazo cerrado Voltaje de operación 220 VAC Temperatura de operación Temperatura Ambiente Presión de operación 760 mmHg. o 1 atm La columna de humidificación consta de los siguientes componentes: Cámara de secado Número de unidades 1 Material de construcción Acero inoxidable- AISI 310 Numero de separaciones 3 Dimensiones (Longitud – Altura – Ancho) 54.1 – 34.9 – 25.6 cm Numero de charolas 4 Cerrado Abierto Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  27. 27. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 27 Tubo de entrada de aire Número de unidades 1 Material de construcción Acero inoxidable- AISI 310 Diámetro 3 pulg. Longitud 110.12 cm. Generador de aire: Ventilador Centrifuga Número de unidades 1 Tipo de conexión Trifásica Voltaje de operación 380 VAC Potencia 250 watts Tipo de aspas Axial Velocidad máxima de operación 1970 rpm Calefactor: Resistencias Número de unidades 4 Tipo de conexión Monofásica Resistencia 12 Ohmios (c/u) Voltaje de operación 220 VAC Potencia Ubicación En paralelo (a la entrada de la cámara de secado) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  28. 28. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 28 Caja de seguridad  Material de construcción: Metal  Dimensiones (Longitud – Altura – Ancho): 25.2 - 41.8 - 14.8 cm  Consta de:  1 Controlador Digital De temperaturas XMTG – 2501  1 piloto que indica el encendido de la resistencia eléctrica  1 piloto que indica el encendido del ventilador  2 llaves térmicas: - 1 trifásica para el encendido del ventilador centrifuga modelo IEC898. - 1 monofásica para encendido de la resistencia modelo IEC898. Trifásica Monofásica Controlador digital de temperatura: Modelo XMTG – 2501 Numero de terminales 8 Tipo de entrada J Rango 0 – 399°C Precisión ≤0.1 F.S Fuente de alimentación 85 – 242 VAC Dimensiones (Longitud – Altura – Ancho) 4.8 – 4.8 – 11.0 cm Ambiente de trabajo: Temperatura HR 0 – 50°C <85% Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  29. 29. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 29 INSTRUMENTACION ACOPLADA Termocupla:  Características: - 1 termocupla Tipo: J (Fe - CuNi) - Escala de medida: 0 – 500 ºC - Limitaciones: • No se deben usar en atmósferas sulfurosas por encima de 540º C. • A causa de la oxidación y fragilidad potencial, no se las recomienda para temperaturas inferiores a 0º C. • No deben someterse a ciclos por encima de 760º C, aún durante cortos períodos de tiempo, si en algún momento posterior llegaran a necesitarse lecturas exactas por debajo de esa temperatura. Está ubicada en la cámara de secado, es controlada por el controlador digital de temperatura y su función es medir la temperatura de entrada del aire a la cámara. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  30. 30. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 30 Manómetro:  Características: - 1 manómetro: Glicerina - Forma: U Está ubicada al costado del ventilador, debajo de un tubo en el cual va a medir la variación de presión de entrada producida por una placa de orificio. Sensores Características:  Marca: LM35DZ  Precisión calibrada: 1ºC  Escala de medida: 0 a 100ºC.  Alimentación: 0.35 – 0.2 voltios.  Encapsulado: to-92 tipo transistor con 3 patas  Ganancia: lineal equivale a 10mV/ºC  Se utilizan: 5 sensores - 1 que mide la temperatura de bulbo seco de ingreso del aire al secador. - 1 que mide la temperatura de bulbo húmedo de ingreso del aire al secador. - 1 que mide la temperatura de bulbo seco de salida del aire del secador. - 1 que mide la temperatura de bulbo húmedo de salida del aire del secador. - 1 que mide la temperatura de la muestra a secar en la cámara de secado. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  31. 31. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 31 ANEXO N°2. MANUAL DE OPERACIÓN Para la correcta utilización del equipo se sigue el procedimiento siguiente: Encender el ventilador (soplador de aire) a continuación, determinar en el manómetro la caída de presión máxima del sistema, cerrando el dámper de tubería principal y abriendo el dámper en tubo secundario. Con esta información establecer le flujo de aire necesario que debe permaneces constante, regulando la posición de los dámper primario y secundario. Encender el sistema de calefactor de aire, utilizando el controlador fijar a una temperatura establecida. Determinar las temperaturas de entrada y salida de la cámara de secado, hasta llegar a condiciones de estado estacionario (aproximadamente 20 -30) alcanzada la temperatura de equilibrio recién se procederá a cargar el material a secar. Preparar el material a secar. Pesar una cantidad significativa del material, limpio y tamizado. La capacidad máxima de la balanza digital es de 1.00kg si el material está completamente seco, debe humedecerse con agua en una proporción 15-20% del peso total (por ejemplo 0.400 kg de material seco+100 ml de agua) y mezclar hasta homogenización, posteriormente se esparce uniformemente en la bandeja experimental. Finalmente debe introducir la bandeja con el material húmedo al secador, previamente calentado. Registrar experimentales. Con intervalo definido cada 3 ó 5 minutos procederá a pesar la muestra, anotar valores de tiempo transcurrido y masa húmeda (el equilibrio se alcanzara en 4 horas aprox. Si se utiliza arena fina) simultáneamente registrar temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire, a la entrada y salida del secador. También variación del manómetro para calcular la velocidad de aire ingresado. La temperatura dentro de la cámara de secado deberá mantenerse constante(es función del controlador). Se recomienda trabajar con bastante cuidado para obtener precisión de los datos experimentales a recopilarse durante la prueba. Por tanto, debe tenerse preparado toda la instrumentación (cronometro, termómetro, hoja de datos, etc.). Terminado el trabajo experimental, apagar primero el sistema de calefacción eléctrica, después de 3minutos apagar el ventilador. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  32. 32. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 32 ANEXO N°3. DIAGRAMA PI&D Succión de aire Flujo de aire Flujo de aire caliente Aire húmedo caliente CONTACTOR CONTROLADOR VENTILADOR RESISTENCIA BADEJAS DEL SECADOR TRANSMISOR DE TEMPERATURA TTTC Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  33. 33. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 33 ANEXO N°4. DIAGRAMA DEL SECADOR DE BANDEJAS (LADO FRONTAL) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  34. 34. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 34 ANEXO N°5. DIAGRAMA DEL SECADOR DE BANDEJAS (LADO POSTERIOR). ANEXO N°6. DATOS Y RESULTADOS DE LA CORRIDA EXPERIMENTAL Pesada Inicial Muestra sola (gr.) 61,2 Gancho (gr.) 1,6 Bandeja usada (gr.) 58,4 Madera (gr.) 66,8 Peso total de la muestra (gr.) 188 Pesada Final Muestra sola inicial(gr.) 61,2 Muestra seca sola fina (gr.) 9,8 Cantidad de humedad perdida (gr.) 51,4 Cantidad de muestra despues del secado (gr.) 15 Caja de Control Ventilador Caida de Presión (mm de Glicerina) Válvulas Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  35. 35. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 35 Dato Tiempo W total con acc. y muestra W sin accesorios Temperatura de Cámara Temperatura del aire Presión Nº (min) (g) (g) (ºC) Tbs(in) Tbh(in) Tbs(out) Tbh(out) (cm) 0 0 188 61,2 50 22 19 48 28 14,8 1 6 185 58,2 49 22 21 46 27 14,8 2 12 182,6 55,8 48 22 20 45 28 14,8 3 18 180,2 53,4 48 22 19 47 28 14,8 4 24 177,8 51 49 22 21 47 28 14,8 5 30 175,4 48,6 50 23 21 47 28 14,8 6 36 173 46,2 51 23 20 48 28 14,8 7 42 170,6 43,8 49 22 21 46 28 14,8 8 48 168,2 41,4 51 22 19 46,2 27,6 14,8 9 54 165,8 39 50 21 19 46 28 14,8 10 60 163,8 37 50 21 19 46 27 14,8 11 66 161,8 35 50 23 19,5 48 27 14,8 12 72 160 33,2 51 23 20 48 27 14,8 13 78 158,2 31,4 49 22 20 48 27 14,8 14 84 156,4 29,6 49 22 19,5 48 28 14,8 15 90 154,8 28 50 22 20 48 27 14,8 16 96 153,4 26,6 50 22 20 48 27 14,8 17 102 152 25,2 50 22 20,4 48 28 14,8 18 108 150,8 24 49 22 19 47 28 14,8 19 114 149,6 22,8 49 23 20 47 27 14,8 20 120 148,6 21,8 49 23 20 47 27 14,8 21 126 147,6 20,8 49 23 19,5 48 27 14,8 22 132 146,8 20 48 23 19 46 27 14,8 23 138 146,2 19,4 50 23,5 20 47 26 14,8 24 144 145,6 18,8 50 23 19 46 28 14,8 25 150 145 18,2 50 22,5 19,5 48 28 14,8 26 156 144,4 17,6 50 22 20 46 27 14,8 27 162 144 17,2 49 22 20 47 28 14,8 28 168 143,6 16,8 50 22 19,5 47 28 14,8 29 174 143,2 16,4 50 21 19 47 26 14,8 30 180 142,8 16 48 22 19 46 27 14,8 31 186 142,6 15,8 48 23 20 48 29 14,8 32 192 142,4 15,6 50 22 19 48 28 14,8 33 198 142,2 15,4 50 23 20 46 28 14,8 34 204 142 15,2 48 23 19,5 46 27 14,8 35 210 141,8 15 50 23 20 47 27 14,8 36 216 141,8 15 50 23 21 46 27 14,8 37 222 141,8 15 49 21 19 48 27 14,8 38 228 141,8 15 50 22 20 46 28 14,8 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  36. 36. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 36 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 X(KgH2O/Kgdemuestraseca) T (hrs) X vs T X vs T Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
  37. 37. AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE SECADO EN UN SECADOR DE BANDEJAS Control & Instrumentación de Procesos Químicos 37 Dato Tbs(in) Tbh(in) Tbs(out) Tbh(out) T sat T húmeda Q precalefacción Q recalentamiento Q total Nº (ºC) (ºC) (ºC) (ºC) (ºC) (ºC) KJ/s KJ/s KJ/s 0 22 19 48 28 22,8 21,2 0,00837704 0,232739409 0,24111645 1 22 21 46 27 24,2 20,6 0,023052329 0,211250234 0,23430256 2 22 20 45 28 25,8 22,7 0,039804063 0,18674339 0,22654745 3 22 19 47 28 24,6 22 0,027225381 0,216463661 0,24368904 4 22 21 47 28 24,5 22 0,026195828 0,217430017 0,24362585 5 23 21 47 28 24,6 21,6 0,016707075 0,216463661 0,23317074 6 23 20 48 28 24,2 21,4 0,012526023 0,229253887 0,24177991 7 22 21 46 28 24,4 21,6 0,025147995 0,209407457 0,23455545 8 22 19 46,2 27,6 26,4 21,6 0,046073721 0,19179755 0,23787127 9 21 19 46 28 26 22 0,052539694 0,193895794 0,24643549 10 21 19 46 27 24,2 20,2 0,033625404 0,211250234 0,24487564 11 23 19,5 48 27 23,2 19,8 0,002087323 0,238777445 0,24086477 12 23 20 48 27 23,2 19,6 0,002087671 0,238777445 0,24086512 13 22 20 48 27 22,2 19,8 0,002094951 0,238405568 0,24050052 14 22 19,5 48 28 22,1 21,4 0,001047301 0,239453217 0,24050052 15 22 20 48 27 22,1 19,8 0,001047475 0,239453217 0,24050069 16 22 20 48 27 23,2 19,8 0,012569704 0,228777445 0,24134715 17 22 20,4 48 28 22,8 21,2 0,008380935 0,232735514 0,24111645 18 22 19 47 28 24,5 22 0,026178251 0,217430017 0,24360827 19 23 20 47 27 23,2 22 0,002087671 0,229887856 0,23197553 20 23 20 47 27 23,2 22 0,002087671 0,229887856 0,23197553 21 23 19,5 48 27 23,2 19,8 0,002087323 0,238777445 0,24086477 22 23 19 46 27 23,1 20,4 0,001043491 0,221909649 0,22295314 23 23,5 20 47 26 24,6 18,3 0,011462268 0,216270109 0,22773238 24 23 19 46 28 26 22 0,031304724 0,193895794 0,22520052 25 22,5 19,5 48 28 22,8 21,2 0,003136435 0,242739409 0,24587584 26 22 20 46 27 23,8 20,6 0,018854556 0,215126385 0,23398094 27 22 20 47 28 24,5 22 0,026186884 0,217430017 0,2436169 28 22 19,5 47 28 24,5 22 0,026182529 0,217430017 0,24361255 29 21 19 47 26 24,6 18,3 0,037828579 0,216270109 0,25409869 30 22 19 46 27 22,1 20,4 0,00104713 0,231600027 0,23264716 31 23 20 48 29 24,4 22 0,014613694 0,227435538 0,24204923 32 22 19 48 28 22,4 21,2 0,00418852 0,245592416 0,24978094 33 23 20 46 28 23,2 22,4 0,002087671 0,221041205 0,22312888 34 23 19,5 46 27 26 22 0,031309845 0,193807554 0,2251174 35 23 20 47 27 23,5 20,2 0,005219176 0,22699011 0,23220929 36 23 21 46 27 24,2 20,2 0,012530306 0,211250234 0,22378054 37 21 19 48 27 22,2 19,8 0,012609526 0,234405568 0,24701509 38 22 20 46 28 26 22 0,041899014 0,193895794 0,23579481 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

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