UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA
“ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE
MOLIENDA DEL PROCESO DE ELABORACION DE AZUCAR EN LA EMPRESA
AGROINDUSTRIAL CARTAVIO S.A.A”
TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL PARA OBTENER EL TITULO
PROFESIONAL DE INGERNIERO ELECTRONICO MEDIANTE LA
MODALIDAD DE TITULACION PROFESIONAL EXTRAORDINARIA
AUTORES:
Br. Castillo Gil Marco Antonio
Br. Vásquez Fukumoto Manuel Alejandro Jiroshi
ASESOR:
Ing. Vargas Díaz Luís
TRUJILLO-PERU
2008
“ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE
MOLIENDA DEL PROCESO DE ELABORACION DE AZUCAR EN LA EMPRESA
AGROINDUSTRIAL CARTAVIO S.A.A”
Autores:
CASTILLO GIL MARCO ANTONIO
VASQUEZ FUKUMOTO MANUEL ALEJANDRO JIROSHI.
Aprobado por:
ING. LUIS IPARRAGUIRRE VASQUEZ
PRESIDENTE
ING. FILIBERTO AZABACHE FERNANDEZ
SECRETARIO
ING. EDDY VERA RENGIFO
VOCAL
ING. LUIS VARGAS DIAZ
ASESOR
2
DEDICATORIA
Mi tesis la dedico con todo mi amor y cariño.
A Dios por darme la oportunidad de poder culminar este proyecto y de regalarme una
familia unida y en verdad maravillosa.
A mis Padres
Con mucho cariño, que me dieron la vida y han estado conmigo en todo momento. Gracias
por darme una carrera para futuro y por creer en mi, y agradecerles por todo su apoyo
incondicional brindándome todo su amor y comprensión, a ti madre, quien depositaste
toda la confianza y de creer en mi, a ti padre por tus concejos y valores que siempre los
llevare por toda la vida gracias a los dos por su sacrificio y amor por todo esto les
agradezco de todo corazón el que estén conmigo siempre.
A mis Tías
Gracias por estar conmigo y apoyarme
siempre, a mis tías Rosa y Luisa
Fukumoto por su cariño y el sacrificio que
hicieron por mí en todo momento, gracias
por
darme
el
apoyo
que
espero
merecérmelo y que nunca olvidare todo
su sacrificio.
Manuel Alejandro Jiroshi Vásquez Fukumoto
3
DEDICATORIA
Gracias a Dios por darme la
oportunidad de vivir y la fortaleza
necesaria para permitirme realizar
parte de mis sueños.
Gracias a mi familia:
a mis padres Segundo y Adela,
mis hermanos Natalia y Daniel
por el apoyo brindado durante toda mi vida,
un apoyo incondicional que no tiene precio.
MARCO CASTILLO GIL
4
RESUMEN
El presente trabajo lleva por titulo: “ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE
AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE MOLIENDA DEL PROCESO DE ELABORACION
DE AZUCAR EN LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL CARTAVIO S.A.A” , y tiene como
propósito primordial mejorar el proceso de molienda que consiste en la obtención de jugo de la
caña de azúcar.
Para tal fin se hizo el estudio de automatización a la etapa de molienda teniendo en cuenta las
condiciones de la empresa.
Se realizó el diseño del diagrama de instrumentación del proceso.
Se hizo el estudio sobre los componentes a usar en el proceso así como la instalación de los
tales.
Se detallo las especificaciones técnicas.
Finalmente, el cronograma de avance de obra se hizo mediante el método del diagrama de
Gant.
5
ABSTRACT
The present work goes for title: " ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE
AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE MOLIENDA DEL PROCESO DE ELABORACION
DE AZUCAR EN LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL CARTAVIO S.A.A” ", and has as its
primary purpose to improve the milling process that consists in obtaining juice of sugar cane.
For such an end was the study of automation to the stage milling taking into account the
conditions of the company.
We performed the design of instrumentation diagram of the process.
It was the study on the components used in the process as well as the installation of such.
It detailed technical specifications.
Finally, the chronogram of advance of work was done by means of the method of the
GANT
6
AGRADECIMIENTO
Agradecer a nuestra familia, que con su cariño, amor y colaboración, hacen
posible la realización de este trabajo, gracias por estar con nosotros en
todo momento.
También quisiéramos agradecer a la Universidad Privada Antenor Orrego
por darnos una Formación Profesional, a la Facultad de Ingeniería
Electrónica y profesores que inculcaron valores y todas sus enseñanzas,
que aportaron enormemente en nuestra Formación Profesional, al Ing. Luis
Vargas Díaz quien aceptó ser el nuestro asesor y con sus conocimientos
supo guiarnos y orientarnos en todo momento. Para él un cordial
agradecimiento.
7
PRESENTACIÓN
Señores Miembros del Jurado:
De conformidad con lo estipulado en el reglamento de Grados y Títulos de la
Universidad Privada Antenor Orrego, para optar el Título Profesional de Ingeniero
Electrónico, se somete a vuestra consideración la presente Tesis titulada: “ESTUDIO Y
DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE MOLIENDA DEL
PROCESO DE ELABORACION DE AZUCAR EN LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL
CARTAVIO S.A.A”
Es nuestro anhelo señores miembros del jurado que el presente trabajo contribuya al
conocimiento de aquellos alumnos con deseos de investigar en el campo de control y
automatización, en general al conocimiento de todos alumnos y así mismo de manera muy
especial incremente el desarrollo del área de Control de la Escuela Profesional de Ingeniería
Electrónica de nuestra alma Mater.
En el presente estudio no pretendemos abarcar en toda su extensión y profundidad el
tópico abordado, pero que no quede duda que hemos hecho todo lo posible por conceptualizar
los conocimientos adquiridos. Por tanto solicito a ustedes, señores miembros del jurado,
dispensar los posibles errores en los cuales hubiese incurrido.
Trujillo, 12 Julio de 2008
8
INDICE
INDICE DE CONTENIDOS
Pág.
DEDICATORIA ...............................................................................................................3
RESUMEN ....................................................................................................................... 5
ABSTRACT ...................................................................................................................... 6
AGRADECIMIENTO .......................................................................................................7
PRESENTACION .............................................................................................................8
INDICE .............................................................................................................................. 9
INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................10
OBJETIVOS .................................................................................................................... 12
OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 12
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..............................................................................12
CAPITULO I
FUNDAMENTO TEORICO
1.1
PRODUCCION DE AZUCAR .................................................................................
13
1.1.1
LA CAÑA DE AZÚCAR ..................................................................................... 13
1.1.2
DESCRIPCION DE PROCESOS PRODUCTIVOS .......................................... 14
1.2
SISTEMA DE CONTROL ........................................................................................ 25
1.3
CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES .................................................. 23
9
CAPITULO II
ETAPAS DE DESARROLLO DEL TRABAJO
2.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LA ETAPA DE MOLIENDA DE CAÑA ............... 41
2.2
SITUACIONES PROBLEMÁTICAS ......................................................................... 42
2.3
ESTRATEGIA DE AUTOMATIZACIÓN .................................................................... 42
2.3.1 CONTROL N°1: CONTROL DE VELOCIDAD DEL CONDUCTOR N°7 ............ 42
2.3.2 CONTROL N°2: CONTROL DE NIVEL TANQUE PULMON ........................... 44
2.3.3 CONTROL N°3: CONTROL DE AGUA DE INBIBICION .................................46
2.4
INSTRUMENTACION ....................................................................................... 48
2.4.1 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION ......................................................... 48
2.4.2 SELECCIÓN DE INSTRUMENTACION ......................................................... 49
RESULTADOS ...............................................................................................................57
CONCLUSIONES ..........................................................................................................58
RECOMENDACIOES ....................................................................................................59
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................60
ANEXOS ......................................................................................................................... 61
10
INTRODUCCIÓN
En la empresa Agroindustrial Cartavio S.A.A. es una empresa azucarera que cuenta con un
sistema de molienda no muy automatizada, en mucho de los casos la calidad de molienda
depende mucho de la destreza del operador, ante esta necesidad de tener una molienda
constante y uniforme nosotros realizamos un estudio para poder mejorar la calidad de
molienda sin depender del operador.
En la actualidad los trabajadores de la empresa tienen dificultad al momento de
presentarse un problema en los molinos, al no dar respuesta inmediata a dicho problema,
parando la molienda innecesariamente.
A fin de revertir esta realidad, los autores interesados, asumen la tarea de realizar un
trabajo de automatización factible. Para tal sentido la tesis denominada: “ESTUDIO Y
DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA LA ETAPA DE MOLIENDA
DEL PROCESO DE ELABORACION DE AZUCAR EN LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL
CARTAVIO S.A.A”, se constituye en un trabajo tratando de mejorar el proceso en la
empresa AGROINDUSTRIAL CARTAVIO S.A.A.
LOS AUTORES
11
OBJETIVOS.
OBJETIVOS GENERALES.
 Diseñar un sistema de automatización para la etapa de molienda del proceso de
elaboración de azúcar en la empresa agroindustrial Cartavio S.A.A.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
 Analizar el proceso de molienda de acuerdo a sus necesidades.
 Proponer una estrategia de automatización.
 Proponer la instrumentación necesaria para la instrumentación.
12
CAPITULO I
1. FUNDAMENTO TEÒRICO
1.1. PRODUCCION DE AZUCAR
Sin querer entrar en detalles técnicos sobre su proceso de fabricación, debemos decir que
el azúcar se prepara mediante el tratamiento que se le da a la caña de azúcar.
1.1.1 LA CAÑA DE AZÚCAR:
Esta planta está adaptada a distintos tipos de suelos, aunque prefiere los climas cálidos y
húmedos, con temperaturas no inferiores a los 18 grados C. Las heladas marchitan sus
hojas, descomponen una savia y disminuyen su rendimiento en azúcar. Una vez plantada
requiere pocos cuidados y al año aparecen los brotes.
La caña de azúcar (Saccharum officinarum L) es una gramínea tropical, un pasto gigante
emparentado con el sorgo y el maíz en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en
sacarosa, compuesto que al ser extraído y cristalizado en el ingenio forma el azúcar.
La sacarosa es sintetizada por la caña gracias a la energía tomada del sol durante la
fotosíntesis.
El tronco de la caña de azúcar está compuesto por una parte sólida llamada fibra y una
parte líquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se
encuentran otras sustancias en cantidades muy pequeñas.
Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la
caña, edad, madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc. Sin
embargo, unos valores de referencia general pueden ser: agua (73 - 76 %), sacarosa (8 15 %), fibra (11 - 16 %).
La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el
bagazo una vez molida la caña.
13
1.1.2 DESCRIPCION DE PROCESOS PRODUCTIVOS.
En la Figura.-1, se observa los diferentes procesos que pasa la caña para obtener el
azúcar, desde que la caña llega a los patios hasta cuando es embolsada, también se podrá
observar que el bagazo obtenido después del último molino es usado como combustible en
las calderas
Figura 1.- Descripción del proceso de elaboración de azúcar
14
PREPARACIÒN DE LA CAÑA.
Figura 2.- Preparación de la caña
La caña que llega del campo en canastas y vagones, remolcados por tractomulas y tractores
respectivamente, se muestrea con una sonda mecánica oblicua o coresampler para determinar
sus características de calidad como contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas.
A continuación, la caña se pesa con básculas electrónicas y se conduce a los patios donde
empleando un sistema de grúas se almacena a granel o se dispone directamente en las mesas
lavadoras para dirigirla al conductor que alimenta las picadoras. Las mesas lavadoras cuentan
con un sistema de boquillas aspersoras de agua que lavan la caña y remueven las impurezas
evitando su entrada al proceso.
Figura 3.- Lavado y ordenamiento de la caña de azúcar
15
La caña lavada se transporta por un sistema de conductores hacia los macheteros que son,
ejes colocados sobre los conductores, accionados por turbinas, provistos de cuchillas, luego es
pasado por un desfibrador que se encarga de abrir la caña picada para ayudar a la extracción
de jugo, estos ejes giran a una velocidad de 650 r.p.m., bajo las cuales se hace pasar el
colchón de caña, que se fracciona abriendo las celdas para facilitar la extracción del jugo que
contiene, por ultimo, antes de pasar por los molinos la caña es pasada por un nivelador con el
objetivo de tener una molienda uniforme y ordenada
MOLIENDA
Figura 4.- Proceso de Molienda, compuesta por 6 molinos
La caña antes de pasar al primer molino pasa por un electroimán, para que no pasen residuos
metálicos, la caña ya preparada es transportada a un tandem de 6 molinos, cada uno
compuesto de cuatro masas y con su respectivo rodillo alimentador, cada molino tiene
conductor intermedio de tipo Donelly, con el objetivo de buscar grados de libertad en caso de
fallas que se presenten en algunos de los molinos, por un lado y por el otro para buscar una
alimentación más uniforme al molino y mejorar la extracción, cada molino tiene una charola de
jugo, el sistema de manejo de jugo es de tipo imbibición compuesta en ambos tándems. El jugo
de los molinos 1 y 2 es colectado por su charola tipo individual, a la entrada del molino 6 se
agrega agua caliente, misma que es captada con el jugo extraído del molino 6, su charola lo
descarga a un tanque de succión de bomba, misma que envía el jugo a la entrada del molino 5
que a su vez es bombeada a la entrada del molino 4. Del 4º al 3º y del 3º al 2º, se cuenta con
sistema de captación y de bombeo similares al anteriormente descrito, el jugo de los molinos es
bombeado y filtrado en un colador rotatorio Tromell, el bagacillo es descargado la entrada del
molino 1 y el jugo mezclado es bombeado a básculas de jugo.
16
Figura 5.- Área de molienda de la Empresa Agroindustrial Cartavio S.A.A.
GENERACION DE VAPOR Y ELECTRICIDAD.
Figura 6.- Proceso de Generación de Vapor
El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a las calderas para que sirva
como combustible y produzca el vapor de alta presión que se emplea en las
turbinas
del
desfibrador y de los molinos para lograr su movimiento y en los turbogeneradores para producir
la energía eléctrica requerida por el ingenio. El vapor de escape de las turbinas se emplea en
las operaciones de evaporación y cocimiento de los jugos azucaradoPs. El bagazo es usado
puede emplear adicionalmente para las fábricas de papel o de tableros aglomerados.
17
CALENTAMIENTO.
Figura 7.- Neutralización y Calentamiento del jugo
El jugo que se extrae en la molienda es de carácter ácido, se trata con lechada de cal con el
objetivo de neutralizar el acidez presente, realizadas las operaciones anteriores se procede a
sulfitar para el caso del azúcar blanca, en caso que fuera rubia el jugo no será sulfatado, luego
es es calentado con vapor en intercambiadores de tubo y coraza hasta una temperatura de
102-105ºC., antes de su ingreso a los clarificadores el jugo calentado pasa por los tanques
Flash que tienen el propósito de eliminar la presión, la alta velocidad y la energía en exceso
que adquiere el jugo en el proceso de calentamiento
18
CLARIFICACION.
Figura 8.- Decantación y clarificación del jugo de caña
Los tanques clarificadores tienen 65000 galones de volumen cada uno y tres horas de
retención, con la ayuda de un poli electrolito mediante decantación, los sólidos no azúcares
floculados por la alcalización y calentamiento se precipitan por gravedad en forma de un lodo
llamado cachaza. El jugo clarificado sobre nadante se pasa por tamices finos para remover
partículas y se envía hacia los evaporadores.
La característica principal de la etapa de clarificación, es la de separar sustancias insolubles o
lodo, del jugo de caña, ya que el jugo obtenido en la parte de molienda es sucio, lo que se logra
en esta parte del proceso es de obtener un jugo claro, tenemos que tener en cuenta que hasta
el momento el juego solo es tratado para eliminar sustancias sobrantes.
19
FILTRACIÒN.
Figura 9.- Separación de sólidos
Los Iodos o cachaza contienen azúcar y para retirársela se someten a un proceso de filtración
al vació. Inicialmente a los Iodos se les agrega bagacillo, cal y floculante para aumentar su
filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al vacío donde se separan los
sólidos del jugo resultante. En el filtro se aplica agua caliente con boquillas aspersoras para
minimizar la cantidad de sacarosa residual en la cachaza. La materia sólida se conduce por
bandas transportadoras a tolvas para recogerla en vagones o volquetas, pesarla y disponerla
en el campo como estabilizador de suelos pobres en materia orgánica.
El jugo turbio resultante se clarifica por flotación con ácido fosfórico, cal, floculante y aire de tal
manera que el jugo filtrado clarificado se mezcla con el jugo claro de jugo para enviarlo a los
evaporadores y los Iodos sólidos no azúcares se retornan a la operación de filtración y se
desalojan con la cachaza.
Figura 10.- Filtros rotatorios al vacío
20
EVAPORACION.
Figura 11.- Generación de Meladura
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de sólidos de 15 % (ºbrix),
se concentra por evaporación de múltiple efecto y se entrega con 60 ºbrix. Este jugo
concentrado se denomina jarabe o meladura. La estación de evaporación consta de cuatro
líneas de evaporadores tipo Roberts en arreglo de cuádruple efecto con un área de
evaporación total de 243.000 pies cuadrados.
Cada línea de evaporación está provista de instrumentación y equipos de control de la más
moderna tecnología disponible como es el sistema inteligente de control distribuido I/A.
Figura 12.- Vista de las cuatro líneas de evaporadores
21
CRISTALIZACION Y CENTRIFUGACION.
Figura 13.- Sistema de tres cocimientos
La sacarosa contenida en la meladura se cristaliza llevándola hasta el nivel metaestable de
sobresaturación por evaporación al vació en evaporadores de simple efecto (tachos). El
material resultante que contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida. El
trabajo de cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de tres cocimientos o templas
para lograr una mayor recuperación de sacarosa.
CENTRIFUGACION
Los cristales se separan del licor madre mediante fuerza centrífuga en tambores rotatorios que
contienen mallas interiores.
Durante el proceso de centrifugado, el azúcar se lava con agua caliente para eliminar la
película de miel que recubre los cristales y se descarga para conducirla a las secadoras.
La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques de almacenamiento para someterla a
posteriores evaporaciones y cristalizaciones en los tachos. Al cabo de tres cristalizaciones
sucesivas se obtiene una miel agotada o miel de purga que se retira del proceso, la sustancia
que queda o sobra es llamada melaza la cual es utilizada en la planta de alcohol donde se
llega a adquirir el etanol.
En el proceso para adquirir el etanol la melaza no es utilizada en totalidad ya que lo restante es
utilizado como abono para fortalecer los campos de caña
22
SECADO.
Figura 16.- Descripción del proceso de elaboración de azúcar
La azúcar húmeda que sale de las centrífugas, (1% de humedad) se transporta por elevadores
y bandas para alimentar a las secadoras que son tambores rotatorios inclinados en los cuales
el azúcar se coloca en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El aire se
calienta con vapor en intercambiadores tipo radiador y se introduce a la secadora con
ventiladores. El azúcar seco sale por el extremo opuesto de la secadora, donde se instala una
malla clasificadora para remover los terrones de azúcar.
Figura 17.- Tambores rotatorios de azúcar
23
ENFRIAMIENTO y ENVASE
El azúcar seca (0.035 % de humedad) con temperatura cercana a 60ºC se pasa por las
enfriadoras rotatorias inclinadas que llevan aire frío en contracorriente, en donde se disminuye
su temperatura hasta 40 - 45 ºC para conducirla a las tolvas de envase.
ENVASE
El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo
del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta al
comercio.
Figura 18.- Envasado de azúcar
24
1.2. SISTEMA DE CONTROL
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL.
Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y a lazo cerrado. La
distinción la determina la acción de control, que es la que activa al sistema para
producir la salida.
Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es
independiente de la salida.
Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es en
cierto modo dependiente de la salida.
Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:

La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud está
determinada por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer una
relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la
exactitud deseada.

Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad, que presentan los
de lazo cerrado.

Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas de
control por realimentación (o retroacción)
EL LAZO REALIMENTADO
El lazo de control realimentado simple sirve para ilustrar los cuatro elementos
principales de cualquier lazo de control como se ve en la figura.
Figura 19.- Lazo de control realimentado
25
La medición debe ser hecha para indicar el valor actual de la variable controlada por
el lazo. Mediciones corrientes usadas en la industria incluyen caudal, presión,
temperatura, mediciones analíticas tales como pH, ORP, conductividad y muchas
otras particulares específicas de cada industria.
REALIMENTACION.
Es la propiedad de una sistema de lazo cerrado que permite que la salida (o cualquier
otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema ( o con
una entrada a cualquier componente interno del mismo con un subsistema ) de
manera tal que se pueda establecer una acción de control apropiada como función de
la diferencia entre la entrada y la salida .
Más generalmente se dice que existe realimentación en un sistema cuando existe una
secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto ente las variables del sistema.
El concepto de realimentación está claramente ilustrado en el mecanismo del piloto
automático del ejemplo dado.
La entrada es la dirección especificada, que se fija en el tablero de control del avión y
la salida es la dirección instantánea determinada por los instrumentos de navegación
automática. Un dispositivo de comparación explora continuamente la entrada y la
salida.
Cuando los dos coinciden, no se requiere acción de control. Cuando existe una
diferencia entre ambas, el dispositivo de comparación suministra una señal de acción
de control al controlador, o sea al mecanismo de piloto automático. El controlador
suministra las señales apropiadas a las superficies de control del avión, con el fin de
reducir la diferencia entre la entrada y la salida. La realimentación se puede efectuar
por medio de una conexión eléctrica o mecánica que vaya desde los instrumentos de
navegación que miden la dirección hasta el dispositivo de comparación.
CARACTERISTICAS DE LA REALIMENTACION.
Los rasgos más importantes que la presencia de realimentación imparte a un sistema
son:

Aumento de la exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entrada
fielmente.

Reducción de la sensibilidad de la salida, correspondiente a una determinada
entrada, ante variaciones en las características del sistema.

Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión.

Aumento del intervalo de frecuencias (de la entrada) en el cual el sistema
responde satisfactoriamente (aumento del ancho de banda).

Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.
26
LAZO DE CONTROL CERRADO.
En un sistema de lazo de control cerrado, la variable ha ser controlada (Variable
controlada x) es continuamente medida y así comparada con un valor predeterminado
(Variable de referencia w). Si existe una diferencia entre estas dos variables (error e o
desviación del sistema xw), ajustes son realizados hasta que la diferencia cuantificada
es eliminada y la variable controlada iguala la variable de referencia.
Con frecuencia se llama así a los sistemas de control retroalimentado. En la práctica,
se utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado o control de lazo
cerrado. 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 la controlador para reducir el error y llevar la salida des
sistema a un valor deseado. El término lazo cerrado implica siempre el uso de la
acción de control retroalimentado para reducir el error del sistema.
Figura 20.- Lazo de control cerrado
El bosquejo del operador de la ilustración 2 monitorea la presión p 2 en una tubería
para la cual diferentes consumidores están conectados. Cuando se incrementa el
consumo, la presión en la tubería decrece. El operador reconoce que la presión cae y
cambia la presión de control de la válvula de control neumática hasta que la presión
deseada p2 es alcanzada de nuevo. A través del monitoreo de la presión y la
inmediata reacción, el operador asegura que la presión es mantenida al nivel
deseado.
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
27
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,
esta es más fácil de lograr, ya que en él la estabilidad no constituye un problema
importante. En cambio, en los sistemas de lazo de control 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 perturbaciones, es preferible utilizar el control de lazo abierto. Los
sistemas de control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan
perturbaciones no previsibles y/o variaciones imprevisibles 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.
ABREVIACIONES DE LAS VARIABLES RELACIONADAS CON UN LAZO DE
CONTROL CERRADO.
La abreviación de las variables permite la determinación de símbolos estandarizados.
Los símbolos empleados según la norma DIN 19221 son:

Variable controlada x (actual valor).
En un lazo de control, la variable ha ser controlada es representada por la letra x.
En procesos de ingeniería, usualmente una física (Temperatura, presión, flujo) o
química (pH, dureza) cantidad es controlada.

Variable referencia w
Esta variable determina el valor que debe ser alcanzado (set point) por la variable
de proceso para ser controlado. El valor físico de la variable de referencia – esta
puede se mecánica o eléctrica (fuerza, presión, corriente, voltaje, etc.) es
comparado con la variable controlada x en un lazo de control cerrado.
28

Variable de retroalimentación r
Esta variable resulta de la medida de la variable controlada y es retroalimentada
por el computador.

Error e=w-x
La variable de entrada e del elemento de control es la diferencia entre la variable
de referencia y la variable controlada.

Variable manipulada
La variable manipulada es la variable de salida del equipo controlado y la variable
de entrada del sistema controlado.
1.3
CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES.
ESTRUCTURA DEL PLC.
La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente:

Fuente de alimentación

CPU

Módulo de entrada

Módulo de salida

Terminal de programación

Periféricos.
Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas
secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes
módulos. Así se pueden distinguir autómatas Compactos y Modulares.

Fuente De alimentación.
Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220v c.a., a baja tensión de
c.c, normalmente 24 v. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos
electrónicos que forma el Autómata.
29

CPU
La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga
de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el
modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al
módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado
a controlar el proceso.

MODULO DE ENTRADAS.
A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de
carrera, pulsadores,...).
La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de
acuerdo la programación residente.
Figura 21.- Captadores pasivos
Figura 22.- Captadores activos
Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas:
los Pasivos y los Activos.
Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado - no
activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores,
finales de carrera, etc.
Los Captadores
Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser
alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los
diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de
estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del
autómata.
El que conoce circuitos de automatismos industriales realizados por contactores,
sabrá que puede utilizar, como captadores, contactos eléctricamente abiertos o
30
eléctricamente cerrados dependiendo de su función en el circuito. Como ejemplo
podemos ver un simple arrancador paro/marcha (Fig 5). En él se distingue el
contacto usado como pulsador de marcha que es normalmente abierto y el usado
como pulsador de parada que es normalmente cerrado.
Sin embargo en circuitos automatizados por autómatas, los captadores son
generalmente abiertos.
El mismo arrancador paro/marcha realizado con un autómata es el de la figura 23. En
él se ve que ambos pulsadores y el relé térmico auxiliar son abiertos.
Figura 23.- Contactos eléctricamente abiertos o eléctricamente cerrados

Modulo de salidas.
El modulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los
actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores peque os, etc.).
31
La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía
al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que
en ellas están conectados.
Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes
módulos de salidas.
Existen tres tipos bien diferenciados:
- A relés.
- A triac.
- A transistores.

Módulos de salidas a relés.
Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la
conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico
normalmente abierto.
.
Figura 24.- Salidas discretas tipo relé
32

Módulos de salidas a Triacs.
Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten
maniobras de conmutación muy rápidas.
Figura 25 Salidas discretas tipo Triac

Módulos de salidas a Transistores a colector abierto.
El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de c.c. Igualmente
que en los de Triacs, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de
conexión/desconexión muy rápidas.
Figura 26 Salidas discretas tipo transistor colector abierto
33
La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del
tipo de módulo utilizado. Estos son algunos ejemplos:
Figura 27.- Tipo de conexión de los actuadotes a los módulos de salida
Figura 28.- Tipo de conexión de los actuadotes a los módulos de salida
Figura 29.- Tipo de conexión de los actuadotes a los módulos de salida
 Terminal De Programación.
El Terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario
con el sistema.
Las funciones básicas de éste son las siguientes:
- Transferencia y modificación de programas.
- Verificación de la programación.
- Información del funcionamiento de los procesos.
34
Como consolas de programación pueden ser utilizadas las construidas
específicamente para el autómata, tipo calculadora o bien un ordenador personal,
PC, que soporte un software especialmente diseñado para resolver los problemas
de programación y control.
(Figura 30).

Terminal de programación
(Figura31).
portátil
Terminal de programación compatible PC
Periféricos
Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata,
pero sin embargo facilitan la labor del operario.
Los más utilizados son:
- Grabadoras a cassettes.
- Impresoras.
- Cartuchos de memoria EEPROM.
- Visualizadores y paneles de operación OP
(Figura 33).
(Figura 32).
Panel de Operación
Conexión de un visualizador a un autómata
35
LENGUAJE DE PROGRAMACION
Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de
sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por
lo tanto, la comunicación hombre-maquina debería ser similar a la utilizada hasta ese
momento. El lenguaje usado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos
técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos
lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos
ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés.
Los lenguajes más significativos son:
Lenguaje a contactos. (LD)
Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar
cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de
software para poder programar gráficamente de esta forma.
Lenguaje por Lista de Instrucciones. (IL)
En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en
elaborar una lista de instrucciones o neumónicos que se asocian a los símbolos
y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. También decir, que este
tipo de lenguaje es, en algunos los casos, la forma más rápida de programación
e incluso la más potente.
36
GRAFCET. (SFC)
Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialmente
diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones
son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este
lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin
conocimientos de automatismos eléctricos.
Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación
en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones.
También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma
teórica y posteriormente convertirlo a plano de contactos.
37
PLANO DE FUNCIONES. (FBD)
El plano de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a
técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la
simbología usada en ambos es equivalente.
Ventajas e inconvenientes de los PLC's
Entre las ventajas tenemos:

Menor tiempo de elaboración de proyectos.

Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros
componentes.

Mínimo espacio de ocupación.

Menor costo de mano de obra.

Mantenimiento económico.

Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.

Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir
siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
Y entre los inconvenientes:

Adiestramiento de técnicos.

Costo.
38
A día de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas la carreras de
ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al
costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades
y a precios ajustados.
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960
aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar
el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control
basado en relés y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado
Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran
fabricante de coches. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados
en ordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084
resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.
El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción
cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar
bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son
dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta
manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones
entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y
mantenimiento.
Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros
de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los
cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se
imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La
solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los
relés mecánicos por relés de estado sólido.
A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de
estado secuencial y CPU basadas en desplazamiento de bit. Los AMD 2901 y
2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's A-B. Los microprocesadores
convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y
completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador
había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fue de los
más utilizados.
39
Las
habilidades
de
comunicación
comenzaron
a
aparecer
en
1973
aproximadamente. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía
ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las
máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión
variables, entrando en el mundo analógico.
Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo
cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un
maremagnum de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre si. No
obstante fue una gran década para los PLC's.
En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el
protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's.
También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se
pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores
personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC
más pequeño es del tamaño de un simple relé.
Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos,
y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que
sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema
de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora
disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques,
lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo.
Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones,
incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado
en PC. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC
desaparezca frente al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que
los ordenadores pueden proporcionar.
Figura 34.- Modelo de PLC
40
CAPITULO II
ETAPAS DE DESARROLLO DEL TRABAJO
2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LA ETAPA DE MOLIENDA DE CAÑA
La empresa Agroindustrial Cartavio tiene un sistema de molienda llamado trapiche,
luego que la caña se lava, es transportada por medio de conductores hacia los
macheteros y al desfibrador, donde la caña es triturada para una mejor extracción,
la caña picada es pasada por un nivelador, el cual se encarga de ordenar la caña,
para que se pueda moler uniformemente, antes de pasar al primer molino la caña
pasa por un electroimán, para que no pasen residuos metálicos, la caña ya
preparada es transportada a un tandem de 6 molinos, cada uno compuesto de
cuatro masas y con su respectivo rodillo alimentador, cada molino tiene conductor
intermedio de tipo Donelly, con el objetivo de buscar grados de libertad en caso de
fallas que se presenten en algunos de los molinos, por un lado y por el otro para
buscar una alimentación más uniforme al molino y mejorar la extracción, cada
molino tiene una charola de jugo, el sistema de manejo de jugo es de tipo
imbibición compuesta en ambos tándems. El jugo de los molinos 1 y 2 es colectado
por su charola tipo individual, a la entrada del molino 6 se agrega agua caliente,
misma que es captada con el jugo extraído del molino 6, su charola lo descarga a
un tanque de succión de bomba, misma que envía el jugo a la entrada del molino 5
que a su vez es bombeada a la entrada del molino 4. Del 4º al 3º y del 3º al 2º, se
cuenta con sistema de captación y de bombeo similares al anteriormente descrito,
el jugo de los molinos es bombeado y filtrado en un colador rotatorio Tromell, el
bagacillo es descargado la entrada del molino 1 y el jugo mezclado es bombeado
a básculas de jugo, el bagazo obtenido en el molino 6 es usado como combustible
el cual es transportado hacia las calderas, estas calderas tienen una salida de 600
psi, el vapor que se obtiene de las calderas es mandado hacia turbogeneradores
para producir energía, también es usado por las turbinas que se encargan de
mover los molinos y el desfibrador.
41
2.2 SITUACIONES PROBLEMÁTICAS

En la etapa de molienda se observa algunas deficiencias tales que la calidad o
el volumen de molienda depende mucho de la destreza del operador, teniendo una
molienda inconstante

El tiempo de respuesta cuando se presenta una falla o trabamiento en los
molinos es mayor del necesario debido a que el procedimiento de respuesta es
realizado por los operarios
2.3 ESTRATEGIA DE AUTOMATIZACIÓN
Es importante definir una adecuada estrategia de automatización, en este trabajo
solo hemos tomado tres lazos de control importantes en el proceso de molienda.
2.3.1 CONTROL N°1: CONTROL DE VELOCIDAD DEL CONDUCTOR N°7
El objetivo del siguiente sistema de control es mantener el nivel de bagazo
dentro de los límites físicos, para que cualquier variación de la alimentación
pueda suavizarse, regular y suministrar una alimentación uniforme a las
masas.
Proponemos controlar la velocidad de la faja del conductor, sensando la
altura de la tolva, usando para ello una serie de sensores capacitivos de
proximidad espaciados uniformemente a lo largo de la longitud de la tolva.
La salida de estos sensores son eléctricamente combinados para generar
un valor promedio de altura, que genera una función continua cuantizada en
amplitud, cada sensor está espaciado h/5, donde h es la altura total de la
tolva.
La señal medida de altura de la tolva h, se compara con la referencia en el
PLC, el cual varía la velocidad del conductor de caña preparada que
alimenta a la tolva.
En los molinos del segundo al último, el sensor de altura h, mide el nivel de
bagazo y se compara con la referencia en el PLC, para variar la velocidad
de la turbina y mantener el nivel de bagazo en la referencia deseada h.
42
Figura 36.- Diagrama del proceso a controlar
SC: Sensor Capacitivo
XS110: Conversor / Sumador de señales
SY: Variador de velocidad
M: Motor
Esquema eléctrico
Figura 37.- Esquema Eléctrico de Control de Velocidad del Conductor Nª7
43
Esquema de control:
Figura 38.- Esquema de Control de Velocidad del Conductor Nª7
2.3.2
CONTROL N°2: CONTROL DE NIVEL TANQUE PULMON
En la siguiente propuesta de control, el objetivo es evitar la parada del
proceso de molienda; ya que no existía un control adecuado del tanque,
dicho control se realizaba en función a la velocidad de los molinos.
Se propone realizar un control indirecto del nivel de Tanque Pulmón,
tomando como variable controlada el nivel y flujo; variable manipulada la
velocidad angular del motor, evitando desbordamientos del tanque o que la
bomba se descebe y mantener el caudal del jugo colado uniforme para
optimizar la operación en
los
calentadores y mejorar el proceso de
encalado, y con esto lograr una buena clarificación.
Diagrama del proceso controlar:
Figura 39.- Proceso de control del nivel del tanque pulmón
44
Tabla de relación de Flujo vs. Altura del tanque (%)
Punto de consigna: h1 (valor mínimo permitido para el nivel)
Si el nivel está por encima del mínimo, es decir 0 < h(t) < 20, el controlador
solicita un caudal de 0 a 200 m3/h, regulando la velocidad del motor, es
decir manipulando el variador de velocidad.
Si el nivel se encuentra en este rango, 20 < h(t) < 80, el controlador
mantiene un caudal de constante 200 m3/h.
Si el nivel está en el rango de 80< h(t) < 100, el controlador regula la
velocidad del motor incrementando el flujo hasta 300 m3/h., evitando el
desbordamiento del tanque.
Esquema Eléctrico
Figura 40.- Esquema electrico del control de nivel del tanque pulmón
45
Esquema de control
Figura 41.- Esquema de control de nivel del tanque pulmón
2.3.3 CONTROL N°3: CONTROL DE AGUA DE INBIBICION
En el proceso de molienda de caña de azúcar, se puede observar un flujo
sostenido de jugo de caña, a la cual se adiciona agua de maceración para
ayudar a la extracción, y energía para mover las trasmisiones mecánicas y
los molinos, lo que sale es jugo de caña diluido en agua que va hacia
evaporadores y bagazo con alto contenido de agua, que se utiliza en
calderas como combustible para la generación de energía. Se debe tener en
cuenta que el agua que se adiciona se debe retirar en un proceso posterior
para producir azúcar, y el bagazo de salida debe contener la menor cantidad
de agua para ser utilizado como combustible.
El objetivo del proceso de molienda es maximizar la extracción,
minimizando las pérdidas de sacarosa en bagazo (usualmente se pierde
entre el 1 - 2% sacarosa en bagazo), y a la vez, que el proceso se pueda
realizar con bajo consumo de energía, que el bagazo de salida contenga la
menor cantidad de agua (usualmente se observa humedades de bagazo de
salida hasta del 54 %) para que pueda desarrollar buena combustión en las
calderas y que el agua adicionada para ayudar a la extracción sea la
mínima.
El objetivo del siguiente trabajo es realizar un control automático de relación
entre el agua de imbibición y el jugo colado, esto quiere decir que la
cantidad de agua que debe de entrar al trapiche es entre 20 a 30 % del
caudal del jugo colado.
46
FE
FLUJO DE
JUGO
VALVULA DE
CONTROL
PLC
FE
FLUJO DE
AGUA
Figura 42.- Esquema de control del agua de imbibición
ESQUEMA DE CONTROL
Figura 43.- Esquema eléctrico del proceso del agua de imbibición
47
2.4
INSTRUMENTACION
2.4.1
DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION
48
2.4.2
SELECCIÓN DE INSTRUMENTACION
SENSOR CAPACITIVO DE PROXIMIDAD SC 500
Figura 44.-Sensor SC 500
Para nuestro proceso la materia que vamos a sensar será el vagazo, por lo que
se eligió a trabajar con sensores de proximidad capacitivos, es el más materia
diferentes al metal.
El sensor capacitivo SC-500 es especialmente diseñado para la operación con
la caña de azúcar desfibrada, con la fin de detectar los niveles de vagazo.
Construido en polipropileno encapsulados en resina a base de poliuretano, el
CS-500 es un sensor totalmente a prueba de agua para trabajar en ambientes
húmedos y severos.
En la construcción de polipropileno cubierta, encapsulados en resina a base de
poliuretano, a prueba de agua.
49
Especificaciones Técnicas
Sensibilidad
ajustable de 0 a 50 mm
Señales
Tipo "LED"
Salida
NPN (CC) y PNP (NV)
Consumo
0,7 VA
Alimentación
de 12 a 30 DC
Temp. Operación
0 º C a 85 grados
Grado de protección
IP-65
Peso
aprox. 0,3 kg
50
CONVERSOR-SUMADOR DE SEÑALES XS-100
Figura 45.- Conversor XS-100
El XS-110 establece en su salida, señal normalizada, con valor proporcional al
número de sensores activos, conectados a sus entradas digitales.
Tiene hasta 10 entradas con aislamiento óptico de salida digital, lo que puede
estar conectado con sensores de apertura de colector de salida, contacto seco,
el nivel de tensión, SC-100, SC-500 y otros.
También hay protección contra corto circuito la potencia de los sensores.
Entre las posibles aplicaciones, hay un nivel de medición y control de diversos
materiales, dependiendo del tipo de sensor utilizado.
Entre las posibles aplicaciones, hay un nivel de medición y control de diversos
materiales, dependiendo del tipo de sensor utilizado, en colaboración con el
SC-100 o SC-500, permite una amplia gama de aplicaciones en el nivel de
detección en aplicaciones tales como:
Medir el nivel de caña en los alimentadores tipo tolva Donnelly, ampliamente
empleadas en moliendas de la caña de azúcar.
51
Medición de nivel en silos para almacenar granos y cereales.
La medición del nivel de nutrición en los silos de las industrias de productos
químicos sólidos en el proceso de alimentos, piensos, pinturas y barnices,
papel y pasta de papel, etc
Especificaciones Tecnicas
Tipo
Parámetro
Min
Max
Características
Unidad
Salida
Tensión
0
10
Max.20m
DC
Corriente
0
20
Max.800Ohms
mAcc
Entrada
Tipo
Colector abierto, de contacto seco y el nivel de tensión.
Digital
Corriente
2 mA (NPN) y 7 mA (PNP)
Span
1 a 10 entradas digitales permitido
Error
0,5% de la banda
Tipo
Condiciones en Test
Consumo
10W
Aislamiento
Galvanica input-output - 1500 RMS
Temp.
Operación min. 0 º C - max. 50 ° C
Alimentación
85 a 264 AC, 100 a 350 DC.
Construcción
En caja de plástico ABS
Fijación
En el interior los paneles, para la fijación de un rieles DIN de 35
mm
52
VARIADOR DE VELOCIDAD: MICROMASTER MM430 2200/3 22
kW - 30 HP
Figura 46 .- Variador MICROMASTER MM430
Especificaciones Técnicas

Puesta en servicio simple, guiada por diálogo.

Configuración especialmente flexible gracias a la estructura modular

6 entradas digitales libremente parametrizables y aisladas galvánicamente

2 entradas analógicas (0 V a 10 V, 0 – 4 mA a 20 mA, escalable) a elección aplicable
como séptima/ octava entrada digital.

2 salidas analógicas parametrizables (0 – 4 mA a 20 mA).

3 salidas por relé parametrizables (DC 30 V/5 A de carga óhmica; AC 250 V/ 2 A de
carga inductiva).

Funcionamiento del motor silencioso gracias a frecuencias de pulsación elevadas,
ajustable (obsérvense en su caso los datos de reducción de potencia (derating)).

Protección para motor y convertidor.

Puesta en funcionamiento de hasta tres accionamientos adicionales en la base a la
regulación PID (control de motores en cascada).

Funcionamiento del accionamiento directamente en la red (con conexión bypass
externa).

Modo de ahorro de energía.

Detección de marcha en seco en accionamientos de bombas (belt failure detection).
53
SENSOR DE NIVEL SMART – LD301
Figura 47.- Sensor SMART – LD301
Para la selección del sensor de nivel de Tanque Pulmón, es necesario saber que el
tanque en cuestión es abierto y que el jugo de caña, en el proceso de llenado, genera
espuma, anteriormente el sensado se realizaba usando un sensor ultrasónico; dicha
medición muchas veces era imprecisa y poco confiable, generando lecturas erróneas
debido a la espuma existente.
Para el control de nivel de tanque pulmón se utilizara un transmisor de presión
diferencial, en realidad este envía una señal normalizada proporcional ala diferencia de
dos presiones, una debida al liquido cuyo nivel se desea medir (entrada alta) y otra
debido a la presión atmosférica (entrada baja).
Especificaciones Tecnicas
Process Fluid:
Output Signal:
Liquid, gas or vapor.
Two-wire, 4-20 mA controlled according to NAMUR NE43
Specification,
with
(HART® Protocol).
Power Suply:
12 to 45 Vdc
54
superimposed
digital
communication
Load Limitation:
Indicador:
Optional 4½-digit numerical and 5-character alphanumerical
Overpressure and Static Pressure Limits:
Configuration:

From 3.45 kPa abs. (0.5 psia)* to:

8 MPa (1150 psi) for range 1.

16 MPa (2300 psi) for ranges 2, 3 & 4.

32 MPa (4600 psi) for models H & A5.

40 MPa (5800 psi) for model M5.

52 MPa (7500 psi) for model M6.
Can be done through digital communication using the Hart
Protocol or, partially, through local adjustment.
Volumetric Displacement:
Less than 0.15 cm3 (0.01 in3).
55
MEDIDOR DE FLUJO: KRONHE – OPTIFLUX 4040C
Figura 48,. Medidor de flujo KRONHE – OPTIFLUX 4040C
OPTIFLUX 4040 C es un caudalímetro electromagnético de 2 hilos con la tecnología,
fiabilidad y la precisión de uno de 4 hilos EMF
Especificaciones Técnicas:

2 cables de conexión sin cables adicionales

No hay pérdida de presión adicional

Conductividad Mínima 5 μS/cm

Conexión intrínsecamente seguridad

Salida de corriente (2 cables de conexión) 4 -20 mA.

Potencia de refuerzo (2 x 2 hilos de conexión), opcionalmente disponible, para
aplicaciones exigentes

Power supply 22 mA, 14..36 Vdc or to 24 V DC, máx. 1 W
56
RESULTADOS
En la etapa de molienda se observa algunas deficiencias tales como, la calidad o el
volumen de molienda depende mucho de la destreza del operador, teniendo una
molienda inconstante; para resolver este problema hemos diseñado un primer lazo de
control que consiste en sensar el nivel de vagazo en las tolvas, las cuales se encargan
de alimentar a las masas para que el vagazo sea molido, luego las señales son
comparadas por un PLC el cual controla el conductor de caña para tener una molienda
uniforme.
En el segundo lazo de control se propone un control adecuado del tanque pulmón,
dicho control se realizaba en función a la velocidad de los molinos se propone realizar
un control indirecto del nivel del Tanque Pulmón, tomando como variable controlada el
nivel y flujo; variable manipulada la velocidad angular del motor, evitando
desbordamientos del tanque o que la bomba se descebe y mantener el caudal del jugo
colado uniforme para optimizar la operación en los calentadores y mejorar el proceso
de encalado, y con esto lograr una buena clarificación.
En el tercer lazo de control es realizar un control automático de relación entre el agua
de imbibición y el jugo colado, esto quiere decir que la cantidad de agua que debe
de entrar al trapiche es entre 20 a 30 % del caudal del jugo colado.
57
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES

Con el estudio realizado se llego a proponer tres sistemas de control, cada uno con
sus instrumentos y equipos a utilizar, el cual nos ayudara a optimizar la molienda
de la caña de azúcar.

Con el sistema de control de velocidad del conductor n°7 se llega a mantener el
nivel de bagazo dentro de los límites físicos, para que cualquier variación de la
alimentación pueda suavizarse, regular y suministrar una alimentación uniforme a
las masas.

Con el sistema de control de nivel tanque pulmón se llega a evitar la parada del
proceso de molienda; ya que no existía un control adecuado del tanque, dicho
control se realizaba en función a la velocidad de los molinos.

Con el sistema de control de agua de imbibición se llega a maximizar la extracción
del jugo de caña, minimizando las pérdidas de sacarosa en el bagazo.
58
RECOMENDACIONES
 Para poder mejorar este diseño se recomienda tener datos aproximado de cuanta
caña se produce al día para ser molida y saber cual es la capacidad aproximada que
pueden trabajar o tratar el jugo después de ser pasado a los calentadores para
poder tener una molienda uniforme sin tener que parar la molienda o la
productividad.
 Capacitar al personal para el uso adecuado del sistema propuesto en caso sea
llevado a cabo su instalación.
 Desarrollar un sistema de supervisión basado en PC para el proceso de molienda de
manera que genere una presentación y almacenamiento de datos adecuada.
59
BIBLIOGRAFIA

Katsuhiko Ogata (2003), Ingeniería de control moderna, Prentice Hall.

Címbranos Nistal, Florencio. automatismos Eléctricos, neumáticos e hidráulicos.
editorial paraninfo, Madrid, España, 1999.

Ramírez Quiroz Elmer. Controladores Lógicos Programables. Una alternativa a la
automatización moderna. Concytec – Ofopcyte, Lima, Perú, 1997.

Creus, Antonio. Instrumentación Instrumentación Industrial. Alfa omega Grupo
Editor, SA de CV, México, 1998.
SITIOS WEB

Empresa siemens: www.siemens.com/automation.

Autómatas. Disponible en http://www.automatas.org.

Grupo de desarrollo Arian S.A. Notas técnicas. http://www.arian.cl.
.

Agroindustrial San Carlos http://www.ingeniosancarlos.com.co
60
Anexos
61