04 Diseno construccion dosificadores

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Edwin Marcelo García Torres
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO CON SISTEMA SCADA APLICADO AL CONTROL DEL MICRO CLIMA Y DOSIFICACIÓN DEL PRODUCTO ALMACENADO EN SILOS
CAPÍTULO IV
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN
DOSIFICADORES
INTRODUCCIÓN
El principio de una dosificación es controlar la concentración de los productos
agregados y asegurar la mezcla homogénea en un producto final.1
Los dosificadores son dispositivos utilizados para regular el despacho del producto
en las diferentes etapas de un proceso, están compuestos por servomotores, motores
eléctricos, electroimanes, cilindros neumáticos y reguladores.
4.1 TIPOS DE DOSIFICADORES
Para seleccionar el dosificador adecuado se deben tener en cuenta las siguientes
características:

Naturaleza y características de la sustancia a manipular

Precisión deseada.

Despacho de los componentes.

Cantidad de dosis necesaria o dinámica del despacho.

Modo de servicio.
Se distinguen tres clases de dosificadores:

De sólidos secos y sólidos en polvo

De líquido

De gas
1
BSATA, Abadía, instrumenation et automation des procedes industriéis, Editorial Le
Griffon d'arglle. Saint- Laurent.
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4.1.1 DOSIFICADORES
POLVO
DE
SÓLIDOS
SECOS
Y
SÓLIDOS
EN
2
Existen dos tipos de dosificadores:
1. dosificadores volumétricos
2. dosificadores gravimétricos.
4.1.2 LOS DOSIFICADORES VOLUMÉTRICOS
Estos sistemas son alimentados por tolvas dotadas con un agitador de paleta para
asegurar una alimentación uniforme e impedir que el producto se aglomere o se
formen cúmulos y vacíos.
Los mecanismos de dosificación más conocidos y utilizados son los siguientes:

Dosificadores de tornillo.

Dosificadores de compuerta rotativa.

Dosificadores de banda rodante.
La elección de un tipo de dosificador volumétrico está en función de la naturaleza de
la sustancia, de su fluidez y del rango de la dosis necesaria.
La calibración de estos mecanismos deberá ser verificada periódicamente en
particular si la masa volumétrica está sujeta a variaciones.
4.1.3 DOSIFICADORES DE TORNILLO
La Figura Nº.4.1 es un esquema simplificado de un dosificador, el elemento principal
es un tornillo situado en la parte inferior de la tolva de alimentación y que libera un
volumen determinado de producto en cada vuelta.
2
http://www.acrison.com/jet-s.htm
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Figura Nº.4.1. Dosificador de tornillo
La velocidad de giro del tornillo está dada por un sistema de reducción de velocidad
(por engranajes o bandas) agregado a un motor eléctrico o por el acoplamiento del
motor a un variador de velocidad.
El requerimiento en la dosificación de la sustancia es directamente proporcional a la
velocidad del motor. Este mecanismo puede estar en funcionamiento de manera
intermitente o continua.
Este tipo de dosificador es el más utilizado dentro de su clase ya sea por la naturaleza
de un producto o por las necesidades en la dosificación y no por la exactitud en el
ingreso de la sustancia.
4.1.4 DOSIFICADOR DE COMPUERTA ROTATIVA.
Como se muestra en la Figura Nº.4.2 la compuerta rotativa que constituye el
elemento principal de este dosificador de construcción simple y robusta, es sin
embargo menos preciso que el mecanismo de tornillo.
Figura Nº.4.2 Dosificador De Paletas
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Para controlar la velocidad del motor este está equipado con una caja reductora o con
un variador de velocidad, que permite controlar el movimiento de la compuerta el
despacho del producto.
4.1.5 DOSIFICADORES DE BANDA RODANTE
El principio de funcionamiento del dosificador de banda o tapiz rodante se muestra
en la Figura Nº.4.3, su despacho es determinado por dos parámetros:
Primer parámetro: Variar la velocidad de la banda.
Segundo parámetro: modificando la cantidad de producto que pasa a la banda por la
regulación de la compuerta a la salida de la tolva.
4.1.6 BANDA O TAPIZ RODANTE
Figura Nº.4.3 Dosificador de banda rodante
Este dosificador relativamente simple no conviene para los sólidos de carácter
fundible como el carbón activo que puede traer problemas de estancamiento.
4.1.7 DOSIFICADOR GRAVIMÉTRICO
Estos sistemas de dosificadores gravimétricos son más precisos que los volumétricos,
puesto que la variación de masa volumétrica aparentemente no influye en la dosis de
despacho; los más utilizados son:
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
Dosificadores de banda

Dosificadores por pérdida de peso.
4.1.8 DOSIFICADORES GRAVIMÉTRICOS DE BANDA.
En la Figura Nº.4.4 se presenta el funcionamiento que es semejante a un dosificador
volumétrico de banda rodante sin embargo hay un control continuo del despacho de
la masa del producto, por la ponderación de la cinta transportadora al mismo tiempo.
Figura Nº.4.4 Dosificador de banda rodante con balanza
Mediante el control de la velocidad de la banda y de la posición de la compuerta a la
salida de la tolva determinan la cantidad del producto sobre la banda, el controlador
maneja estos parámetros de acuerdo a la cantidad de producto a dosificar.
La compuerta puede ser reemplazada por un dosificador extractor de tornillo y el
sistema de ponderación por un sistema de rayos gama.
4.1.9 DOSIFICADOR DE PÉRDIDA DE PESO.
En estos sistemas de dosificación la mayoría de los dosificadores volumétricos
pueden ser adaptados y transformados en dosificadores gravimétricos por pérdida de
peso como se muestra en la Figura Nº.4.5
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Figura Nº.4.5Dosificador Gravimétrico, formado por la combinación de un dosificador volumétrico de
compuerta rotativa, un dosificador volumétrico de tornillo y el pesado de la tolva.
4.2 SENSOR DE PRESIÓN.
En la determinación del peso de un objeto para propósitos analíticos se emplean
diversos tipos de balanzas que operan en base a diferentes principios. Las variaciones
de diseño son considerables y la selección del tipo más adecuado dependerá del
tamaño y de la masa del material, de la exactitud necesaria, de las condiciones de
operación, de la rapidez deseada y del costo del instrumento.
Cuando se utiliza la medición del peso en un análisis cuantitativo, generalmente se
incurre en una serie de errores, algunos de los más frecuentes son los siguientes: el
uso de balanzas defectuosas o descalibradas, el empuje ascendente del aire, la
temperatura, la electrización, la humedad y los errores del operador.
Para determinar el peso del producto almacenado disminuyendo el mayor número de
errores (balanzas defectuosas, mal calibradas, error de operadores, etc.) se utiliza una
celda de carga, sus características se encuentra en el Anexo Nº. 4.1.
4.2.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DE ACOPLAMIENTO PARA LA GALGA
La galga utilizada tiene las siguientes características: una resistencia nominal de
120Ω y un factor de galga de 2.3, lo que implica que depende de la presión ejercida
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sobre la galga, su resistencia nominal se incrementará en 2.3Ω, variando el voltaje de
salida del puente de resistencias. Como se indican en la Figura Nº. 4.6
Figura Nº. 4.6 Puente de resistencias para la Galga
Si no hay presión en la galga RG = 120Ω.
5 *120
 2.5V
120  120
5 *120
V2 
 2.5V
120  120
V1 
V1 V2  0
Si existe presencia de una fuerza en la galga: RG = 122.3Ω
Entonces:
5 *120
 2.5V
120  120
5 *122.3
V2 
 2.537V
120  122.3
V1 
V1  V2  2.5  2.537
V1  V2  0.0237V  23.73mV
Este valor debe subir a 5 voltios para que lo pueda leer el PLC. Por lo tanto, se
utilizará un amplificador AD620, este es un amplificador de instrumentación de alta
ganancia y de excelentes especificaciones para acondicionar señales pequeñas.
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Su salida puede ser RAIL to RAIL, esto significa que su salida puede ser simple o
dual; y puede ir de un valor negativo a un valor positivo si se polariza al amplificador
con dos fuentes.
El diagrama de pines y su configuración esquemática interna se presentan en la
Figura Nº. 4.7 y la Figura Nº. 4.8 respectivamente.
Figura Nº. 4.7 Diagrama de pines del AD620
Figura Nº. 4.8 Configuración interna del AD620
Este amplificador de instrumentación viene con una ganancia dada por:
G  5
1000 K
, donde RG es la resistencia que se coloca entre los pines 1 y 8 los
RG
cuales regula la ganancia.
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Para acondicionar la señal para la báscula se tiene:
VIN = 23.77mV
V0 = 5V
Por lo tanto: G  5 
5
 210.69
0.0237
G  5
1000 K
RG
Despejamos de la ecuación el valor de RG.
1000 K
G 5
1000 K
Rg 
 480
210.69  5
Rg 
RG -> Potenciómetro de 1KΩ
La máxima ganancia que puede tener el amplificador AD620 es de 10000. Por su alto
rechazo al ruido, para este caso no es necesario implementar filtros.
Se implemento además dos filtros inversores adicionales para nivelar la ganancia de
cada galga.
El circuito de acondicionamiento implementado se muestra en la Figura Nº. 4.9
+5
R4
120
4
-5
RG
IN-
V+
IN+
OUT
V-
REF
R9
10K
+5
R7
8
10K
7
4
2
RG
R6
6
2
10K
5
3
U2A
1
U2B
1
R8
6
10K
5
AD620
+5
R5
120
R?
RPot
1K
7
2
TL084ACJ
TL084ACJ
11
1
4
R3
GALGA
120
3
R2
120
R?
RPot
1K
U1
11
R1
120
-5
Figura Nº 4.9 Circuito para el condicionamiento de señal de la galga
103
OUT
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4.3 DISEÑO DEL DOSIFICADOR
Para lograr la dosificación precisa y confiable de materiales sólidos, se requiere
además la implementación de tecnología avanzada e innovadora.
El diseño a utilizar para la dosificación es un Dosificadores de Tornillo, el cual se
muestra en la Figura Nº. 4.10.
Funcionamiento: este sistema depende de un elemento principal que es un tornillo
situado en la parte inferior de la tolva de alimentación y que libera un volumen
determinado de producto en cada vuelta.
Figura Nº. 4.10. Dosificador de tornillo
Para determinar el peso del producto entregado por el tornillo utiliza un sistema de
medición por medio de celdas de presión llamada báscula, la cual se muestra en la
Figura Nº. 4.11.
Esta báscula esta diseñada para pesar una cantidad máxima de 500 g.
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Figura Nº. 4.11 Báscula
Para completar el sistema de dosificación y para homogenizar el producto se utiliza
un sistema de mezclador el contiene un tornillo y aletas la cual giran,
homogenizando el producto, la mezcladora que se muestra en la Figura Nº. 4.12
Esta máquina esta diseñada para mezclar una cantidad máxima de 1000 g.
Figura Nº. 4.12 Mezclador
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4.4 CONTROL EN DOSIFICACIÓN
Para realizar la dosificación el sistema tiene que cumplir la siguiente subrutina
Dosificación Figura Nº. 4.13
DOSIFICACIÓN
SILO A
NO
PRODUCTO A
DOSIFICAR
SET POINT
SILO B
SILO A CON
PRODUCTO
NO
SILO B CON
PRODUCTO
SI
SI
DEJAR PASAR EL PRODUCTO
DEJAR PASAR EL PRODUCTO
CONTROL DE
VELOCIDAD DEL
TORNILLO
CONTROL DE
VELOCIDAD DEL
TORNILLO
PESAR EL PRODUCTO
PESAR EL PRODUCTO
NO
PESO <
SETPOIN?
PESO <
SETPOIN?
SI
SI
MEZCLADOR
FIN
Flujograma Nº. 4.1 Dosificación.
106
NO
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
Al ingresar a esta subrutina de dosificación se empieza desfogando el material
hacia el tornillo y este hacia la balanza desde el silo indicado o seteado.

El procedimiento de desfogue consiste en desplazar la paleta de distribución a la
posición de desfogue y abrir la compuerta de la tolva de pesaje.

El procedimiento de pesado empieza abriendo la compuerta de paso del producto
para que caiga en la tolva de ponderación, se pesa el grano y se compara con el
peso seteado si el resultado está dentro de un rango permitido se procede a hacia
la siguiente etapa que es la mezcla.

Este mismo procedimiento se realiza con el producto del otro silo.

Al determinar el volumen requerido por el sistema y medido en la báscula se
procese a desalojar el producto hacia el mezclador.

En el mezclador si se encuentran los dos productos este realiza la mezcla
correspondiente.

El producto mezclado esta listo para que el cliente utilice para su requerimiento.
4.5 SISTEMA DE CONTROL DE VÁLVULAS PROPORCIONALES
El sistema de control de válvulas proporcionales no es más que el control de la
velocidad del tornillo que alimenta el producto hacia la báscula.
Este tornillo debe cumplir la siguiente subrutina Tornillo Figura Nº. 4.14
INGRESO DEL
PRODUCTO
+
DEJAR PASAR EL
PRODUCTO
VELOCIDAD DEL
TORNILLO
PESO
Flujograma Nº 4.2 Control de velocidad del tornillo
107
PRODUCTO
FINAL