Implementación de un sistema de supervisión, control y adquisición de datos a distancia en el secador de bandejas para determinar la influencia de la temperatura en el tiempo de secado de la papa

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. ica. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ría. Q. uí m. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. ca. AUTORES:. de. In g. en. ie. “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SUPERVISION, CONTROL Y ADQUISICION DE DATOS A DISTANCIA EN EL SECADOR DE BANDEJAS PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL TIEMPO DE SECADO DE LA PAPA”.. lio te. Br. OMAR SANTIAGO ANTICONA BUENO Br. JULIA MARÍA CRISTINA RAMOS ALIAGA CASTRO. Bi b. ASESOR: ING. ANSELMO CASTILLO VALDIVIESO. TRUJILLO - 2005. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. AGRADECIMIENTO. Q. A los docentes de la Facultad de Ingeniería Química, en especial. ría. deseamos expresar nuestro más sincero agradecimiento al Ms. Ing. ANCELMO CASTILLO VALDIVIEZO, asesor del presente trabajo, por su orientación y por. ie. guiarnos hasta la culminación de nuestros objetivos.. en. A su vez, a todas aquellas personas que de una u otra manera. de. In g. contribuyeron con la realización de nuestro trabajo.. Bi b. lio te. ca. LOS AUTORES.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. PRESENTACIÓN. uí m. Señores Miembros el Jurado:. En cumplimiento con las disposiciones vigentes en el reglamento de grados y títulos de la Facultad de Ingeniería Química, ponemos a vuestra consideración el. Q. desarrollo de la tesis titulada: “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN, CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS A DISTANCIA EN. ría. EL SECADOR DE BANDEJAS PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA DE LA. en. de obtener el Título de Ingeniero Químico.. ie. TEMPERATURA EN EL TIEMPO DE SECADO DE LA PAPA”, con la finalidad. El presente estudio fue realizado en forma gradual y dosificada en las instalaciones pertenecientes al Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad de Ingeniería. Trujillo, 10 de Octubre del 2005.. Bi b. lio te. ca. de. formalidades necesarias.. In g. Química de la Universidad Nacional de Trujillo, esperamos reúna los requisitos y. Br. Anticona Bueno Omar. Br. Ramos Aliaga Castro Julia. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE. ica. Página i. AGRADECIMIENTO ............................................................................................ iii. PRESENTACIÓN .................................................................................................. iv. RESUMEN ............................................................................................................. v. I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1. II. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 5. SISTEMA DE CONTROL ............................................................................... 5. . Control Manual en lazo cerrado .................................................................. 5. . Control Automático en lazo cerrado ........................................................... 6. . Etapas del Control Automático en lazo cerrado .......................................... 7. . Álgebra de Bloques ..................................................................................... 8. . Elementos del Sistema de Control Automático ........................................... 9. . CONTROLADORES .. ......................................................................... 9. -. Control ON – OFF ................................................................................. 10. -. Control Proporcional ………………………………………….............. 11. -. Control Integral ……………………………………………….............. 12. -. Acción de Control Proporcional – Integral ……………………............ 12. -. Acción de Control Proporcional – Integral – Derivativa ........................ 13. . VÁLVULA DE CONTROL ................................................................... 14. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. DEDICATORIAS ................................................................................................... ELEMENTO TIEMPO MUERTO ......................................................... 15. . ELEMENTO DE MEDICIÓN O SENSOR ............................................. 17. lio te.  . ELEMENTO DEL PROCESO ............................................................... 17. III. MATERIAL Y MÉTODOS ................................................................................ 19 3.1. MATERIAL DE ESTUDIO ....................................................................... . 19 20. 3.2. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO ............................................................... 20. 3.3. MÉTODO ................................................................................................... 22. 3.3.1. Método de Adquisición y Control de Temperatura .......................... 22. 3.3.2. Principios Fundamentales ............................................. ................... 26. Bi b. Composición Química .......................................................................... Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.3.2.1. Secado de un Material ............................................................ 26. 3.3.2.2. Condiciones Generales para el Secado ................................... 27 3.3.2.3. Periodos de Secado ................... ............................................. 28 Periodo de Velocidad Constante .............................................. 30. . Periodo de Velocidad Decreciente ..... ..................................... 31. ica. . uí m. 3.3.2.4. Transferencia de Calor ............................................................ 32. Transferencia de Calor por Convección ................................... 32. . Transferencia de Calor por Conducción ................................... 33. . Transferencia de Calor por Radiación ...................................... 34. Q. . 3.3.3. Método Experimental ........................................................................ 35. ría. 3.3.3.1. Condiciones de Operación ....................................................... 35 3.3.3.2. Procedimiento .......................................................................... 36. ie. IV. RESULTADOS ................................................................................................... 39 V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ...................................................................... 76. en. VI. CONCLUSIONES .............................................................................................. 80 VII. RECOMENDACIONES ..................................................................................... 81. In g. VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 82 APÉNDICE ......................................................................................................... 85. Bi b. lio te. ca. de. ANEXOS ............................................................................................................. 97. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE TABLAS Y GRAFICOS. ica. Página TABLA Nº 01: Humedad Libre y Velocidad de Secado (T= 50ºC) ................. 41. . TABLA Nº 02: Temperaturas y Set Point (50ºC) ............................................. 47. . TABLA Nº 03: Humedad Libre y Velocidad de Secado (T= 55ºC) ................. 53. . TABLA Nº 04: Temperaturas y Set Point (55ºC) ............................................. 59. . TABLA Nº 05: Humedad Libre y Velocidad de Secado (T= 60ºC) ................. 65. . TABLA Nº 06: Temperaturas y Set Point (60ºC) ............................................. 71. . GRAFICA Nº 01: Humedad libre vs Tiempo (T= 50ºC) .................................. 45. . GRAFICA Nº 02: Velocidad de secado vs Humedad (T= 50ºC) ...................... 46. . GRAFICA Nº 03: Set Point y Temperatura del Aire vs Tiempo (T= 50ºC) ...... 51. . GRAFICA Nº 04: Humedad libre vs Tiempo (T= 55ºC) .................................. 57. . GRAFICA Nº 05: Velocidad de secado vs Humedad (T= 55ºC) ...................... 58. . GRAFICA Nº 06: Set Point y Temperatura del Aire vs Tiempo (T= 55ºC) ...... 63. . GRAFICA Nº 07: Humedad libre vs Tiempo (T= 60ºC) .................................. 69. . GRAFICA Nº 08: Velocidad de secado vs Humedad (T= 60ºC) ...................... 70. . GRAFICA Nº 09: Set Point y Temperatura del Aire vs Tiempo (T= 60ºC) ...... 75. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. . Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. RESÚMEN. uí m. En el presente trabajo de investigación se presenta un sistema de control y adquisición de data experimental, que opera a través de un microcontrolador que permite fijar la temperatura de operación en la cámara de secado.. Q. Con el equipo instalado y la instrumentación adecuada se fijaron los parámetros macroscópicos para el secado de sólidos como son la velocidad, temperatura y. ría. humedad relativa del aire o flujo de proceso que influyen en el tiempo de secado produciendo su variación o cambio en la humedad del producto a secar. Se obtuvieron las curvas características de secado para la papa; la humedad libre. ie. vs tiempo y velocidad de secado vs humedad libre y de ésta última se sacaron. en. los valores experimentales para determinar los coeficientes de calor y transferencia de masa, así como las difusividades tanto para el periodo constante. In g. como para el variable.. Se realizó la selección de las variables de control: la variable de entrada o manipulada (flujo de aire caliente), la variable de salida (temperatura del flujo de. de flujo).. de. proceso), las perturbaciones en el sistema (temperatura ambiente y la variación. A partir del software se obtuvieron las curvas de comportamiento de la. ca. temperatura del flujo de proceso y se compararon con el Set Point fijado por el microcontrolador.. lio te. Para tal fin se elaboró un software de control y adquisición de datos experimentales donde se muestra las variables en estudio, mostrando en tiempo. Bi b. real algún cambio o perturbación en estas.. 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. ica. ABSTRACT. In the present work of investigation a system of control and acquisition of experimental data is presented, that operates through a microcontroller that allows to fix the temperature of operation in the drying chamber.. Q. With the equipment installed and the appropriate instrumentation, the macroscopic parameters for the drying of solids were fixed, such as the speed,. ría. temperature and relative humidity of the air or process flow that influence the drying time, producing its variation or change in the humidity of the product. to. ie. dry. en. The characteristic drying curves for the potato were obtained; the free humidity vs time and speed of drying vs free humidity and from the latter the. In g. experimental values were taken to determine the heat and mass transfer coefficients, as well as the diffusivities for both the constant and variable periods.. The selection of the control variables was made: the input variable or. de. manipulated (hot air flow), the output variable (process flow temperature), the disturbances in the system (ambient temperature and flow variation).. ca. From the software, the behavior curves of the temperature of the process flow were obtained and compared with the Set Point fixed by the microcontroller.. lio te. To this end, a software for the control and acquisition of experimental data was prepared, showing the variables under study, showing in real time any change or. Bi b. disturbance in these.. 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. I. INTRODUCCIÓN. Actualmente en la producción agrícola del país, la papa (Solanum tuberosum), es uno de los tubérculos que más se producen generando una gran sobreproducción,. uí m. lo cual conlleva a una baja en su precio, perjudicando de esta manera a sus. productores debido a que no existe una institución encargada de la exportación masiva de este producto. Es por ello que surge la necesidad de realizar estudios. Q. para poder almacenarlo y aumentar el tiempo de duración sin que presente indicios de su degradación por ser un producto perecible.. ría. Una de las técnicas para el almacenamiento de esta clase de productos es someterlos a procesos de deshidratación, con el cual se elimina su contenido de. en. ie. agua y permite aumentar el tiempo para el inicio de su degradación.. En el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad de Ingeniería. In g. Química de la Universidad Nacional de Trujillo, se han realizado estudios acerca de estos temas, utilizando un equipo de secado discontinuo que posee un sistema de adquisición de datos por computadora, para lo cual se utiliza una PC que contiene una tarjeta de interfase con un ADC de solo 8 bits de resolución, y por. de. ello se requiere que la PC se encuentre ubicada a muy pocos metros del equipo de secado, lo cual representa un gran inconveniente por tener que realizar un. ca. constante transporte e instalación de la PC, y a la vez, dificulta poder efectuar un. lio te. adecuado control de la temperatura del sistema.. Ahora los sistemas electrónicos de adquisición y distribución de señales. se han convertido en una herramienta fundamental en los modernos equipos de. Bi b. control automático industrial. Las tareas que lleva a cabo un sistema de adquisición y distribución de datos son todas las relativas a obtener información (en forma de señales analógicas o digitales), procesarla y presentarla y, si se trata de un sistema de control habrá que actuar sobre el sistema físico para modificar el parámetro seleccionado (1).. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Actualmente en los estudios de investigación y en la producción industrial se caracteriza principalmente por la optimización de los procesos,. ica. empleando para ello los avances tecnológicos y el control con el fin de lograr obtener alta calidad a bajos costos, y así poder cumplir con los estándares exigidos por el mercado.. uí m. El control automático se ha vuelto parte importante de los procesos industriales modernos, ya que en algunos de estos, es necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la. Q. temperatura, el pH, etc.. Las diversas formas de automatizar los procesos y servicios se realizan a través. ría. del uso de sensores, controladores y actuadores facilitando la producción y minimizando los recursos humanos. Hoy en día la tecnología permite supervisar. equipos. de. control. como. son. las. COMPUTADORAS,. PLC. y. en. MICROCONTROLADORES (2).. ie. y controlar diversos procesos productivos en tiempo real usando para ello. In g. En el mercado existen una amplia gama de tarjetas de adquisición de datos y control para ser usadas con dichos equipos, las que permiten integrar servers de adquisición de datos en sistemas de control de la producción, calidad. de. y medición, acompañados con sus sistemas operativos corriendo una aplicación desarrollada en Cyber Tools (herramientas de programación orientada a objetos), lo cual posibilita al diseñador implementar fácilmente sistemas que cumplan. ca. todas las premisas para procesamiento paralelo, permitiendo integrar sistemas de. lio te. interfaces de usuario medición y control (3).. Los microcontroladores reducen el costo de sistemas electrónicos de uso. Bi b. masivos. Pese a los últimos modelos muy simples de utilizar, todavía requieren de algunos detalles para su puesta en marcha y su funcionamiento estable. Afortunadamente, la tediosa tarea de su programación ya es más amena gracias a la aparición de software de programación de alto nivel como Basic y C. En especial podemos destacar el PICBasic Pro para microcontroladores PIC, el cual no sólo resuelve problemas de lógica y matemática sino también de interfase con. 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. displays, botoneras, memorias, serie, etc. permitiendo al usuario una gran flexibilidad y rapidez para crear diferentes variantes de un mismo producto o. ica. diferentes productos basados en un mismo hardware (4).. El alcance de la aplicación de los microcontroladores es posible gracias a. uí m. su pequeño tamaño y bajo costo permitiendo importantes implicaciones para la calidad de vida del mundo.. Los microcontroladores ayudan a mejorar la productividad y reducir costos. Más. Q. importante aún, los microcontroladores con frecuencia permiten ahorrar materia. ría. prima escasa y conservar energía que de otra manera se desperdiciaría (5).. Los microcontroladores también se hacen cargo del tratamiento y. ie. vigilancia de los datos, el control digital directo, el control supervisor y el. en. control del programa así como del control de optimización de la instalación.. El presente trabajo de investigación se realizó con la finalidad de. In g. aprovechar las múltiples ventajas que proporciona la implementación de la tecnología de los microcontroladores, la cual fue empleada para estudiar experimentalmente la influencia de la temperatura en el tiempo de secado de la. de. papa empleando un secador discontinuo, con un sistema de supervisión, control y adquisición de datos a distancia lo cual permitirá obtener los siguientes. ca. beneficios:. lio te. . Bi b. . La lectura de las variables de peso y temperatura serán de mayor precisión debido a que se utilizará un ADC de 10 bits. Se podrá tener un control de la temperatura del sistema ya sea desde la programación del microcontrolador o desde una PC.. . La PC podrá estar instalada hasta una distancia de 20 m.. . Se podrá supervisar el peso del producto y las temperaturas del sistema en una pantalla de cristal líquido sin necesidad de una computadora.. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . El costo de equipar este sistema a partir de un microcontrolador es. ica. mucho menor a la de un PLC.. La implementación de este sistema permitirá un desarrollo cabal de las prácticas permitiendo que el estudiante desarrolle su experimento en un equipo que cuente. uí m. con una tecnología más acorde a estos tiempos.. Los objetivos que se alcanzaron en el siguiente trabajo de tesis fueron:. Q. a. Implementar un Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de datos a distancia en el Secador Discontinuo del Laboratorio de Operaciones. ría. Unitarias.. b. Implementar un Sistema Automático para la lectura de datos de. ie. temperatura en el Secador Discontinuo del Laboratorio de Operaciones Unitarias.. en. c. Evaluar la influencia de la temperatura en el tiempo de secado de la papa. Bi b. lio te. ca. de. Unitarias.. In g. en el equipo de Secado Discontinuo del Laboratorio de Operaciones. 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II. MARCO TEÓRICO. ica. SISTEMA DE CONTROL. Un proceso es un conjunto de equipos o dispositivos ya sean mecánicos,. uí m. eléctricos, físicos, químicos, térmicos o de cualquier índole, dispuestos de tal manera que puedan realizar las operaciones necesarias con el fin de lograr un determinado objetivo (6). Q. Para el presente estudio en el secador de bandejas, se tratará el calentamiento del aire que actúa como agente secante, en el que el objetivo final sería conseguir. ría. mantener constante la temperatura en un valor prefijado del gas de proceso a la entrada. Pero para conseguir ese objetivo es evidente que son precisos una serie. ie. de dispositivos adicionales, que de alguna manera lleven a cabo el control o. control.. en. regulación del proceso. Estos dispositivos reciben el nombre de sistema de. A su vez, se denomina sistema controlado al conjunto formado por el proceso y. In g. el sistema de control.. En nuestro caso, será necesario, como mínimo, disponer de una información continua de la temperatura que se está controlando y de un dispositivo capaz de. de. modificar o ajustar el encendido o apagado del sistema de calentamiento.. ca. CONTROL MANUAL EN LAZO CERRADO. lio te. Con el montaje descrito se podría intentar efectuar un control manual del proceso, operando del modo siguiente: Según que la temperatura del aire de secado o de calentamiento indicada por el. Bi b. sensor esté por debajo o por encima del valor deseado, se abriría o cerraría respectivamente (en mayor o menor medida, según la diferencia observada), el actuador. A continuación se espera a ver el efecto que produce tal corrección y se variaría en consecuencia, ajustando nuevamente la posición del actuador, hasta conseguir mantener la temperatura en el valor deseado.. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Vemos que el flujo de información que se efectúa en el control de este proceso circula cerrándose sobre sí mismo a través del ser humano siguiendo una. ica. secuencia cerrada sin que pueda decirse cual de estos componentes está en primer lugar, formando un anillo o control en lazo cerrado, sin principio ni fin.. Proceso. Hombre. Válvula. Q. Medidor. uí m. (6). ría. Figura 1: Flujo de Información del Control Manual. modo. de. regulación. manual. en. El. ie. CONTROL AUTOMÁTICO EN LAZO CERRADO. descrito. anteriormente. tiene,. evidentemente, numerosos inconvenientes. El principal es que precisa la. In g. permanente atención humana, otros inconvenientes, en general, derivados del ya citado, es que es costoso, inseguro y poco preciso. Es de destacar el riesgo que. de. pueda comportar una eventual distracción humana. (7). La regulación o control automático en lazo cerrado consiste en sustituir la acción del hombre por un dispositivo llamado controlador o regulador.. ca. El conjunto que forman los componentes que llevarán a cabo el control. Bi b. lio te. automático de un proceso se llama sistema de control automático. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ETAPAS DEL CONTROL AUTOMÁTICO EN LAZO CERRADO. E.. Ps. Fv. Gc. Gp. -. Tp. uí m. +. GV. ica. S.P.. Tpm. Q. Gm. ría. Figura 2: Diagrama de Control Automático en Lazo Cerrado. Donde:. ie. S.P. : Set point o temperatura de referencia GC : Función de transferencia del controlador. en. GV : Función de transferencia del elemento de control final GP : Función de transferencia del proceso. In g. Gm : Función de transferencia del medidor. En el control automático en lazo cerrado, las diferentes etapas de que se. de. compone una acción correctora pueden enumerarse como sigue: a) Medición de la variable controlada y transmisión de la señal de medida al controlador. Esta misión es llevada a cabo por el transmisor, el cual. ca. incluye o está asociado al elemento primario o sensor del proceso.. b) Comparación entre el valor del punto de consigna prefijado y la señal de. lio te. medida, efectuando la diferencia entre ambos para establecer la denominada señal de error o desviación. Sería el dispositivo comparador,. Bi b. y suele estar contenido en el propio controlador.. c) Partiendo de la señal de error, el controlador elabora su señal de salida o señal de control, de acuerdo con determinado algoritmo o ecuación. El controlador analiza la señal de error, teniendo en cuenta su signo, magnitud, duración y tendencia o velocidad de cambio.. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. d) La señal de salida del conductor es conducida al elemento final de regulación, por lo general una válvula de control, que efectuará la. ica. correspondiente corrección en la variable manipulada de entrada al proceso.. e) Reacción del proceso, con la consiguiente modificación del valor de la. uí m. variable controlada.. f) Nueva señal de medida, según la etapa, con lo que se cierra el circuito.. Q. Cualquier perturbación que se introduzca en algún punto del circuito (lo que sucede principalmente en el proceso), acabará afectando a la variable controlada. ría. y, por lo tanto, será detectada por el medidor (transmisor), entrando en la secuencia de corrector. (1). ie. Esta secuencia se ejecuta simultáneamente en todo el circuito y su acción es continua en el tiempo, tendiendo a restablecer las condiciones de regulación. en. deseadas, esto es, a igualar la medida con la consigna. Es importante notar que en esta serie de acciones concatenadas, hay un flujo de. In g. señales que están circulando constantemente desde la salida hacia la entrada del proceso, a través del sistema de medida, del controlador y del elemento final de control. A este fenómeno de “circulación hacia atrás” del flujo de información se. de. le llama retroalimentación; denominado “feedback” en inglés. Los efectos de esta realimentación fluyen hacia delante, vía proceso, para cerrar el circuito del flujo de señales con lo que se establece un anillo o lazo cerrado de causas y. lio te. ca. efectos. Otras posibles denominaciones son retroalimentación y retroacción. (8). ÁLGEBRA DE BLOQUES. Bi b. Dada la importancia que tiene, se plantea el sistema de control mediante. diagramas de bloques, a continuación damos las reglas que rigen la manipulación y transformación de estos diagramas. Es importante señalar que los bloques pueden conectarse en serie, sólo si la entrada de un bloque no se ve afectada por el bloque siguiente. Si hay efectos de carga entre los componentes, es necesario combinarlos en un bloque único.. 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cualquier cantidad de bloques en cascada que representen componentes sin carga puede sustituirse con un solo bloque, cuya función de transferencia sea. ica. principalmente el producto de las funciones de transferencia individuales. Un diagrama de bloques mediante reordenamientos y sustituciones reduce de. manera considerable la labor necesaria para el análisis matemático subsecuente.. uí m. Sin embargo, debe señalarse que conforme se simplifica el diagrama de bloques, las funciones de transferencia de los bloques nuevos se vuelven más complejas, debido a que se generan polos y ceros nuevos.. Q. Las reglas aquí indicadas son válidas siempre que se trate de elementos lineales. Si la transmitancia de un bloque no es lineal, es posible en general, linealizar su. ría. función en el punto de trabajo, lo que resulta una buena aproximación a efectos. ie. de llevar a cabo cualquier análisis del sistema.. CONTROLADORES. In g. . en. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO. Como ya se ha dicho, el controlador es el dispositivo responsable de elaborar la señal correctora que constantemente es enviada al elemento. de. final de regulación del proceso, con el fin último de alcanzar restablecer o mantener las condiciones de regulación deseadas; es decir, hacer que la. ca. medida se mantenga en un valor lo más próximo posible al punto de consigna. La señal correctora, o salida del controlador, es función de la. lio te. señal de error llamada desviación (la diferencia entre consigna y medida) y tiene o puede tener en cuenta su signo, magnitud, duración y tendencia. (9) Los diversos modos de actuación que determinan la salida del controlador. Bi b. se llaman modos de regulación y son debidos, a su vez, a la incorporación combinada de diferentes acciones de control. Para nuestro estudio analizaremos exclusivamente aquellos modos de recopilación que contienen acciones de control basadas en funciones lineales y consideraremos equivalentes la salida del controlador y la posición de la válvula.. 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Un controlador automático compara el valor real de la salida de un proceso con la entrada de referencia (valor deseado), determina el error, y produce. ica. una señal de control que reducirá el error a cero, o un valor muy pequeño, esta señal de control se llama acción de control. (1). Algunos controladores trabajan en acción inversa, es decir, cuando hay un. uí m. incremento en señal que entra al controlador, se presenta un decremento en. señal de salida de él. Cuando un controlador trabaja en acción directa, se presenta un incremento en su señal de entrada.. Q. Para determinar la acción del controlador, el ingeniero debe conocer:. Los requerimientos del control de proceso. -. La acción del elemento final de control (el actuador). ría. -. ie. Los controladores industriales analógicos se pueden clasificar de acuerdo. en. con sus acciones de control (10) de la siguiente forma:. Controladores de dos posiciones, o encendido-apagado (on-off);. -. Controladores proporcionales (P);. -. Controladores integrales (I);. -. Controladores proporcionales-integrales (PI);. -. Controladores proporcionales-derivativos (PD). -. Controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID).. de. In g. -. ca. CONTROL ON – OFF. lio te. Acción de control de dos posiciones: la señal de salida u(t) permanece en un valor máximo o mínimo, dependiendo de la entrada e(t) al controlador,. Bi b. de modo que para un control de acción directa:. U(t) =. UL, e(t) > –E/2 UH, e(t) < E/2. 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Donde E se le conoce como la brecha diferencial; UH y UL son, respectivamente, los niveles alto y bajo de u(t).. ica. ¿Qué ocurre entre –E/2 < e(t) < E/2? Si el nivel es alto se mantiene alto hasta llegar al límite E/2, y si es bajo se mantiene bajo hasta llegar al límite –E/2.. uí m. En algunos casos la brecha diferencial es el resultado de una fricción no. intencional o un desajuste; pero a veces se provoca deliberadamente para evitar el accionamiento frecuente del actuador.. Q. La oscilación de la salida u(t) puede reducirse si se disminuye la brecha. ie. CONTROL PROPORCIONAL. ría. diferencial, pero esto acorta la vida útil de los componentes.. en. Cuando la salida es proporcional al error, entonces: u(t) = u + KP e(t). In g. U (s)  KP E (s). Donde ū es el valor de u(t) cuando el error es cero, y KP es la ganancia del. de. controlador.. Ventajas: Cuentan con un solo parámetro de ajuste.. ca. Desventajas: Operan con una desviación permanente (error en estado estacionario). No son satisfactorios en procesos que el control debe estar. lio te. en el punto (e(t) = 0). A mayor KP, menor es el error estacionario, pero mayor es el riesgo a la inestabilidad. Muchos fabricantes de controladores no utilizan el término ganancia para. Bi b. designar la sensibilidad del controlador, sino el término Banda Proporcional, (BP): BP . 13. 100 KP. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CONTROL INTEGRAL. ica. La acción de cambio de la salida en el tiempo es proporcional a la señal de. du(t )  Ki e(t ) dt. t. u (t )  K i  e(t ) dt. Q. 0. uí m. entrada:. el tiempo de integración, Ti = 1/Ki. ría. donde Ki es la constante de integración. La mayoría de los ingenieros usan. ie. ACCIÓN DE CONTROL PROPORCIONAL – INTEGRAL. In g. en. La salida u(t) es la suma de los efectos proporcional e integral:. Kp Ti. t.  e(t )dt 0.  U ( s) 1   K p 1   E (s)  sTi . ca. de. u (t )  K p e(t ) . Aquí, Ti se mide en unidades de tiempo por repetición, porque representa. lio te. el tiempo que toma al controlador repetir la acción proporcional. Ventajas: Mientras esté presente el error, el controlador se mantiene. cambiando su salida (integrando el error) para disminuir el error hasta. Bi b. hacerlo cero. Elimina la desviación de un control sólo proporcional. Desventajas: Amplifica las señales de ruido, opera con una desviación (error estacionario) en la variable que controla. El control sólo derivativo no es práctico, ya que sólo funciona cuando el error varía en el tiempo. La ecuación para el control PD es ideal, ya que la. 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. parte derivativa resulta muy inestable en la vida real. La función de. ica. transferencia resulta ser:. uí m.  T s 1  U (s)  Kp  D  E (s) TD s  1 . donde  es un valor pequeño, generalmente 0.01 o menor.. Q. ACCIÓN DE CONTROL PROPORCIONAL-INTEGRAL-. ría. DERIVATIVA. en. integral y derivativa:. ie. La salida es la suma de las contribuciones de las partes proporcional,. t. In g. K de(t ) u (t )  K P e(t )  P  e(t ) dt  K PTD Ti 0 d (t ). de.   U (s) 1  K P 1   TD s  E (s)  sTi . Ventajas: Disminuye los sobre impulsos y bajos impulsos, y oscilaciones. ca. alrededor del punto de control. La parte integral proporciona la capacidad de “ver” hacia donde se dirige el proceso, o sea, responde al ritmo que la. lio te. variación del error se vuelva excesivamente grande. Desventajas: La parte derivativa hace que el controlador tome más tiempo para llegar al punto de control. Además la parte de control es susceptible al. Bi b. ruido.. Estos circuitos son útiles en sistemas con constante de tiempo grande, sin ruidos.. 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . VÁLVULA DE CONTROL. ica. Es el elemento final de control más común en los procesos industriales. Su misión, es la de permitir un mayor o menor paso de un fluido regulador. (variable manipulada), a efectos de modificar la aportación de energía o. uí m. material al proceso con el fin último de mantener la regulación deseada (variable regulada). (11) Se aplican dos tipos de operación:. Q. Normalmente cerrada, estas válvulas solenoides tienen una entrada y una salida, y son usadas para permitir y detener el flujo de fluido. El fluido es. cuando la bobina es energizada.. ría. detenido cuando la bobina es desenergizada y fluye a través de la válvula. ie. Normalmente abierta, estas válvulas solenoides tienen una entrada y una salida, y son usadas para permitir y detener el flujo del fluido. El fluido. en. fluye a través de la válvula cuando la bobina es desenergizada, se detiene cuando la bobina es energizada.. In g. Se aplican dos tipos de construcción:. Acción directa, cuando el solenoide es energizado, el núcleo directamente se abre el orificio de una válvula normalmente cerrada o cierra el orificio. de. en una válvula normalmente abierta. La válvula operará a presiones desde 0 psi hasta su máximo valor. La fuerza necesitada para abrir la válvula es. ca. proporcional al tamaño del orificio y presión del fluido. Cuando el tamaño del orificio incrementa, también aumenta la fuerza requerida. Para abrir. lio te. orificios más grandes sin incrementar el tamaño del solenoide, se usan pilotos internos. Internamente piloteado, estas válvulas usan líneas de presión para asistir la. Bi b. operación. Cuando la bobina es desenergizada (en una válvula normalmente cerrada), el orificio del piloto es cerrado y la línea de presión es aplicada a la cabeza del pistón o diafragma a través del orificio por donde pasa el fluido, cerrando la válvula. Cuando la bobina es energizada, el núcleo abre el orificio del piloto, haciendo presión desde el diafragma o. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. pistón. La línea de presión abre la válvula levantando el diafragma o pistón. . ica. del orificio principal.. ELEMENTO TIEMPO MUERTO. uí m. El tiempo muerto es un característica de aquellos procesos físicos en donde existe un transporte de materia a lo largo de un determinado trayecto y a una velocidad finita. Cualquier cualidad de la materia transportada,. Q. expresada por alguna variable (como temperatura, concentración, densidad, pH, etc) se irá desplazando a lo largo del trayecto, invirtiendo un. ría. tiempo entre dos puntos cualesquiera del mismo. Este tiempo no dependerá ni de la naturaleza ni de la magnitud de la variable, sino exclusivamente de. ie. la velocidad de transporte y de la distancia entre los dos puntos del recorrido.. en. Así, para el caso del secador de bandejas, se produce un determinado cambio de temperatura que tiene que ver con la situación del sensor. In g. (termómetro) a cierta distancia, en la tubería de salida del fluido de proceso. Dicho cambio no podrá ser detectado hasta un tiempo más tarde, cuando el fluido de proceso, con las nuevas condiciones de temperatura,. de. haya alcanzado realmente el punto de medición. (12) Si la temperatura del aire caliente  evoluciona según una función (t) =. ca. f(t), la temperatura en el punto de medición será m = f(t – Tm), siendo Tm el tiempo muerto, es decir, el tiempo que tarda una partícula del fluido en. lio te. trasladarse desde el secador al punto de medida. Este tiempo es fácilmente calculable si se conocen el caudal q, el diámetro interno de la tubería D y la distancia implicada d.. Bi b. Un tiempo muerto es representado en un sistema mediante un bloque con la función de transferencia eTm S (1). En efecto, si la señal de entrada (t) satisface, según se ha dicho, una función cualquiera f(t), esto es, (t) = f(t), tendremos, tomando Laplacianas (s) = F(s) y entonces la señal de salida, m (s), será: m (s) = eTm S F(s). 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. y efectuando la transformación inversa, se tiene:. ica. m (t) = f( t – Tm). Así pues, los tiempos muertos suelen dificultar la controlabilidad de los. uí m. sistemas, debido precisamente al retardo puro que ocasionan en el flujo de señales. Cualquier reacción no es percibida en absoluto (no causa ningún. tiempo el sistema sigue evolucionando.. Q. efecto) en el siguiente bloque hasta pasado un tiempo; pero durante este. En simulación de procesos mediante dispositivos analógicos, resulta. ría. prácticamente imposible simular con cierta precisión un bloque tiempo muerto, a menos que se recurra a un engorroso dispositivo de grabación y. ie. reproducción en cinta magnética. (13). Por el contrario, la simulación de un tiempo muerto en un ordenador. en. resulta sencilla y precisa. Dado que todas las señales son digitalizadas, es fácil introducirlas en una memoria circular, y recuperar su valor un tiempo. In g. más tarde. El único inconveniente es que será preciso reservar memoria suficiente para almacenar el valor de cada variable implicada, tantas veces como unidades elementales de tiempo (intervalos de discretización) estén. de. comprendidas en el tiempo muerto que se trate de simular. Si este es grande y el intervalo de discretización de tiempo es pequeño, la cantidad. ca. de memoria puede ser importante. Por ejemplo, dada una variable sometida a un tiempo muerto de 60 segundos y operando a cuatro muestreos por. lio te. segundo, se tiene 240 valores retenidos constantemente, que a razón de 6 bytes por cada valor resulta un total de 1440 bytes, solamente para los datos. Sin embargo, con los ordenadores y las técnicas de programación. Bi b. modernas, este inconveniente se salva sin dificultad.. 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . ELEMENTO DE MEDICIÓN O SENSOR. ica. El sensor o elemento de medición es un dispositivo que convierte la variable de salida en otra variable adecuada, que se utilizan para comparar. la variable de salida con la señal de entrada de referencia. Este elemento es. uí m. el camino de retroalimentación en el sistema de lazo cerrado.. Los sensores proporcionan interpretación cuantitativa del estado del proceso generando una señal eléctrica en respuesta a un estímulo externo.. ría. eléctrica con el uso de un transductor.. Nivel. In g. Flujo. en. Temperatura. SEÑAL ELÉCTRICA. ie. FENÓMENO FÍSICO. Presión. PH. Q. Los sensores realizan la transición de un fenómeno físico hacia una señal. Transductor. Fuerza. Corriente Carga Resistencia Capacitancia. de. Desplazamiento. Voltaje. Velocidad. ca. Intensidad de luz. Bi b. lio te. Humedad. . Fig. 3: Un Transductor entre lo Físico y lo Eléctrico. ELEMENTO DEL PROCESO. Cada proceso relaciona entre sí cierto número de variables, siendo la variable de salida, generalmente la variable a controlar en el sistema de control. Se debe definir la función de transferencia del elemento del. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. proceso a controlar, si el sistema es perfectamente conocido, se puede establecer la ecuación diferencial que relaciona las señales de entrada y. ica. salida mediante balances energéticos, de materia, de fuerzas, etc. de acuerdo al proceso definido.. uí m. Otro método de obtención de funciones de transferencia son puramente experimentales, y en ellos se precisa la existencia física del sistema para. realizar la experimentación necesaria o por lo menos, la de todos sus. Q. componentes. Son ejemplos de procesos elementales en ingeniería química: un tanque de proceso, un secador de bandejas, un intercambiador. ría. de calor, etc. Así como una línea de tubería si se desea controlar el flujo en. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ella.. 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. MATERIAL Y MÉTODOS. ica. III.. 2.1. MATERIAL DE ESTUDIO. Género: solanum. -. Familia: solanáceas. -. Especie: solanum tuberosum. Q. -. uí m. Solanum tuberusum (papa). ría. Actualmente en el Perú, es el principal cultivo del país en superficie sembrada y representa el 25% del PBI agropecuario. Es la base de la alimentación de la zona. ie. andina y es producido por 600 mil pequeñas unidades agrarias.. en. La papa es un cultivo competitivo del trigo y arroz en la dieta alimenticia. En el mundo se cultivan 5000 variedades de papa. En el Perú se encuentran alrededor de. In g. 3000. Las variedades de mayor calidad se producen sobre los 3 000 m.s.n.m. Actualmente contamos con variedades nativas y modernas por su origen. Por su color son blancas y de color y por el uso son amargas, amarillas e industriales.. de. Es un tubérculo de consumo popular, adaptado a diferentes condiciones climáticas y de suelos de nuestro territorio. Sin embargo, los mejores rendimientos se logran. Bi b. lio te. ca. en suelos franco arenosos, profundos, bien drenados y con un pH de 5,5 a 8,0.. Fig. 4: Solanum tuberosum. 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Agua. 75 - 80 %. Almidón. 11 - 20 % 1,50%. Proteínas. 2-3%. uí m. Sales Minerales. ica. COMPOSICIÓN QUÍMICA. 0,3 - 1 %. Q. Azúcares. ría. 2.2. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO. Para el experimento se empleó el Secador de Bandejas con las siguientes características:. Una cámara de secado de 43 x 43 x 40 cm.. . Una zona de calentamiento, la cual contiene a su vez 4 resistencias. en. ie. . eléctricas de 80 watts cada una.. Un ventilador para el flujo de aire y un regulador de tres velocidades:. In g. . 3000, 2600 y 2200 rpm respectivamente. . Una tarjeta (actuador) con un octoacoplador que recibe la señal del equipo. de. de supervisión, control y adquisición de datos, la cual indica si debe encender o apagar las resistencias. Una celda de carga suspendida en la parte superior de la cámara de secado.. . Cuatro sensores de temperatura situados en la parte interna de la cámara de. ca. . secado, los mismos que nos reportarán las temperaturas de gas, sólido,. lio te. rejilla y pared.. EQUIPO DE CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS. Bi b. Se implementó en el secador, un Sistema de Control y Adquisición de Datos a Distancia el cual está constituido por: . 4 Sensores de Temperatura LM35 de la National Semiconductor que poseen las siguientes características: -. Precisión a 25°C : +/- 0,5C normal.. 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Salida lineal de tensión : 10 mV/ C. -. Rango de operación : -55C a 150C. -. Voltaje de funcionamiento : 4 a 30 V. ica. -. cada uno con su debido amplificador y swich de encendido y apagado. . 1 Celda de Carga de la marca MINIGRAM BEAM. Esta celda se ajusta a. uí m. nuestras necesidades y está diseñada para sensar cargas de 0 a 150 g, con. una precisión de +/- 0.001 g, lo que nos permitirá obtener datos mas precisos de peso en tiempo real.. Rango de carga :. 0 – 150 g. -. Precisión. +/- 0,001 g. -. Temperatura ambiente de operación : -10°C a 75°C. -. Tipo de medida de tensión : semiconductor garantizado. -. Excitación. -. Resistencia del puente : 120 ohm. -. Carga excesiva : 1,2 encima de su capacidad. en. : 9V DC. ie. :. ría. -. Un microcontrolador PIC – 16F877 – 20 que realiza la tarea principal del. In g. . Q. Posee las siguientes características:. equipo, funciona como el corazón del equipo y permite la comunicación serial, es decir la comunicación a distancia, con un ADC de 10 bits que . de. posee 4 entradas analógicas y 4 salidas digitales para realizar el control. Una pantalla de cristal de líquido, la cual reporta secuencialmente las. ca. cuatro temperaturas, la masa del producto, el SET POINT, es decir el ajuste de la temperatura a controlar y finalmente muestra el logo:. lio te. SECADOR DE BANDEJAS.. . EL SET POINT, que es un potenciómetro que regula la temperatura a el valor deseado que se desea controlar.. Bi b. El microcontrolador está programado para comparar la temperatura del aire (T1) con la temperatura ajustada en el SET POINT (Tsp), cuando T1>Tsp el equipo envía una señal a través de un cable que sale hacia el actuador del secador de bandejas, que hace que las resistencias se apaguen. Y si la T1<Tsp el equipo envía una señal hacia el actuador que hace que las. 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. resistencias se enciendan, así es como se realiza el control (Control ONOFF) Posee dos transformadores para ajustar el voltaje a las necesidades del. ica. . mismo. . Un cable de 20 metros que permite el intercambio de información entre el. uí m. equipo de CAD y la PC. Un drive de transmisión y recepción serial.. . Un drive para el control de potencia de las resistencias eléctricas.. . Un software de supervisión y control del equipo en lenguaje LabVIEW que. Q. . sirve de enlace entre la PC y la información que llega a la misma, así como. ría. también permite el almacenamiento de los datos experimentales obtenidos.. ie. 2.3. MÉTODOS.. en. 2.3.1. MÉTODO DE ADQUISICIÓN Y CONTROL DE TEMPERATURA. In g. Desde la invención del circuito integrado, el desarrollo constante de la electrónica digital ha dado lugar a dispositivos cada vez más complejos. Entre ellos los microprocesadores y los microcontroladores, los cuales son. de. básicos en las carreras de ingeniería electrónica. El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ciencia y la ingeniería. Además de su extrema importancia en diversas áreas, el. ca. control automático se ha vuelto parte integral e importante de los procesos industriales y de manufactura modernos. (15). lio te. Mediante la aplicación del control automático, los procesos se controlan con mayor precisión para dar productos más uniformes y de más alta. Bi b. calidad, lo cual con frecuencia representa mayores ganancias. El control automático resulta esencial en operaciones industriales como el control de presión, temperatura, humedad y viscosidad, y flujo en las industrias de transformación. El control automático tiene grandes ventajas en ciertas operaciones remotas, peligrosas o rutinarias.. 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Ahora que las computadoras digitales se han abaratado y reducido en tamaño, éstas pueden utilizarse como parte integral de estos sistemas de. ica. control. Las computadoras se están utilizando para operar y controlar en forma automática sistemas de procesamiento, muchos de los cuales son. eficaz por medio del control humano. (16) Los. modernos sistemas. de. automatización. uí m. demasiado grandes o complejos para que se puedan regular de un modo. han. reemplazado. la. instrumentación neumática y analógica por controladores basados en. Q. microprocesadores que incorporan puertas de comunicación digital y satisfacen los requerimientos actuales. En la actualidad, se utilizan para el. ría. control de los procesos, con carácter general, tres tipos de configuraciones de control: sistemas de control distribuidos (SCD), controladores digitales. computadoras personales (PC).. ie. independientes; controladores de lógica programable (PLC) y las. en. Los sistemas de control basados en PC, están siendo restringidos en aplicaciones a nivel de laboratorio o pequeños automatismos, dando lugar. In g. a grandes sistemas basados en PLCs y configuraciones SCADA. Los sistemas electrónicos de adquisición y distribución de señales se han convertido en una herramienta fundamental en los modernos equipos de. de. control automático industrial. Las funciones que realizan normalmente estos sistemas se refieren a la medida y el control, empleando señales de entrada en forma de variables físicas y generando señales de salida también. ca. en forma de variables físicas. Las tareas que lleva a cabo un sistema de adquisición de datos son relativas a obtener información (en forma de. lio te. señales analógicas o digitales), procesarla y presentarla; y si se trata de un sistema de control, habrá que actuar sobre el sistema físico para modificar. Bi b. el parámetro seleccionado. (17) El diseño de un sistema de adquisición de datos y control soportado por una tarjeta sobre PC comienza por la selección de la más apropiada para la aplicación que se pretenda realizar. Esto hace necesario un conocimiento del significado de cada uno de los parámetros característicos que definen. 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. las prestaciones de estas tarjetas. Posteriormente habrá que saber programarla de forma que realice las tareas que le sean requeridas.. ica. Un sistema de adquisición de datos y control maneja únicamente señales eléctricas (analógicas y digitales), por tanto, para poder adquirir señales que no sean de este tipo (mecánicas, térmicas, químicas, etc) es. uí m. imprescindible disponer de un elemento que convierta este tipo de energía. en una tensión o una corriente eléctrica. Estos dispositivos se denominan transductores y es preciso disponer de unos conocimientos básicos sobre. Q. sus características y modos de operación para poder seleccionar el más apropiado a una determinada aplicación. Los dispositivos conversores de. ría. energía eléctrica en otro tipo de energía se denominan actuadores y se emplean para reforzar o transformar las señales eléctricas de salida del. ie. sistema de adquisición y control. Los transductores y actuadores juegan un papel esencial en el diseño de un sistema de medida y control basado en un. en. microcomputador (PC).(18). siguiente:. In g. La importancia de la adquisición de datos por computadora, radica en lo  Recolección de datos de un proceso con exactitud, precisión y en tiempo real.. de.  Supervisión de procesos, generando alarmas cuando se detectan condiciones anormales de operación..  Almacenamiento de datos históricos con el fin de desarrollar un. ca. análisis estadístico del proceso.. lio te.  Reduce el tiempo requerido de mano de obra inútil para la recolección de datos, demandando de una mayor calificación del operador.. Bi b.  Se evita el riesgo del operador para el registro de variables de proceso en condiciones rigurosas y peligrosas.. Son muchas las aplicaciones donde se hace indispensable el tratamiento de señales que nos proporcionan información sobre fenómenos físicos. Comúnmente, los dispositivos usados para la adquisición de señales son las tarjetas de adquisición de datos, que son las que proporcionan a la. 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. computadora (PC) la capacidad de adquirir y generar señales, ya sean analógicas y digitales. Sin embargo, éstas no son las únicas funciones de. ica. las tarjetas de adquisición; entre otras, también disponen de contadores y temporizadores.. Cuando se desea obtener información sobre fenómenos físicos es necesario. uí m. introducir un nuevo elemento en el sistema que nos suministre un parámetro eléctrico a partir de un parámetro físico, dicho elemento es el transductor. El transductor es el primer elemento que forma un sistema. Q. general de adquisición de datos. Generalmente, las señales eléctricas generadas por los transductores no son adecuadas o no son compatibles. ría. con las características de entrada de una tarjeta de adquisición de datos. En estos casos se hace necesario el uso de dispositivos de acondicionamiento. ie. de señal que realizan el pre-tratamiento de la señal. Otras funciones usuales del acondicionamiento de señal son: amplificación, filtrado,. en. aislamiento eléctrico, incluso linealización y multiplexado. (19) Entre los fabricantes de microcontroladores hay dos tendencias para. In g. resolver las demandas de los usuarios..  Microcontroladores de arquitectura cerrada, cada modelo se construye con un determinado CPU, cierta capacidad de memoria. de. de datos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones , un número de E/S y un conjunto de recursos auxiliares muy concreto. El modelo no admite variaciones ni ampliaciones.. ca. La aplicación a la que se destina debe encontrar en su estructura. lio te. todo lo que precisa y en caso contrario, hay que desecharlo. Microchip ha elegido principalmente este tipo de arquitectura.. Bi b.  Microcontroladores de arquitectura abierta, se caracterizan porque, además de disponer de una estructura interna determinada, pueden emplear sus líneas de E/S para sacar al exterior los buses de datos, direcciones y control, con lo que se posibilita la ampliación de la memoria y las E/S con circuitos integrados externos. Microchip dispone de modelos PIC con arquitectura abierta, sin embargo, esta alternativa se escapa de la idea de un microcontrolador incrustado y. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. se. asemeja. a. la. solución. que. emplean. los. clásicos. ica. microprocesadores.. 2.3.2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES. uí m. 2.3.2.1. SECADO DE UN MATERIAL. El secado desempeña un importante papel en casi todas las ramas. Q. de la industria del consumo. La característica esencial del proceso de secado es la eliminación de pequeñas cantidades de un líquido. ría. por conversión en vapor que se separa del sólido. En la práctica la energía necesaria para evaporar el líquido es suministrada en. ie. forma de calor.. En una acepción más amplia del término, puede considerarse. en. como métodos del secado aquellos en que el agua, sin cambiar de estado se extrae por medios mecánicos: presión, filtrado o. In g. centrifugación. Sin embargo se acostumbra a reservar la noción de secado a los procedimientos técnicos indicados en primer lugar. Los otros métodos se designan con el nombre de. de. “deshidratación mecánica” pues, en la mayoría de los casos, consiste en la eliminación del agua. Las posibilidades de la deshidratación mecánica se ven limitadas por la humedad residual. ca. que siempre queda en el producto. Esta consideración es en. Bi b. lio te. particular válida para materias de poros finos o las materias hinchadas en las que los bajos porcentajes de humedad que se desean conseguir, mientras sea posible, solo se obtiene mediante la intervención del calor. Tampoco se emplea la deshidratación mecánica cuando elementos precisos, tales como sales, productos alimenticios o vitaminas, están disueltos en un líquido y no deben separarse de la sustancia. Para la elección de un método de secado es preciso tener en cuenta la naturaleza de la sustancia y su estado: sólido, pastoso,. 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. en caldo (papilla) o líquido. Así, los alimentos se ven desfavorablemente influenciados por una temperatura elevada o. ica. por la presencia de oxígeno. Desde el punto de vista de la economía y de la explotación, un producto solo debe tratarse en función de las características exigidas.. uí m. Para satisfacer todas las exigencias, se ha establecido numerosos procedimientos de secado y aparatos que se distinguen esencialmente unos de otros por el modo de aportación de calor. Q. La trasferencia de calor se produce predominantemente por convección o por convección - conducción, pues aunque es cierto. ría. que en todos los secadores se transfiere calor por radiación, es. ie. raro que sea este el mecanismo que predomine. (20). en. 2.3.2.2. CONDICIONES GENERALES PARA EL SECADO. El secado de sólidos incluye dos procesos fundamentales y. In g. simultáneos:. a. Se trasmite calor para evaporar el líquido.. de. b. Se trasmite masa en forma de líquido o vapor dentro del sólido y como vapor desde la superficie.. Los factores que regulan las velocidades de estos procesos. ca. determinan la rapidez o el índice de desecación. Los desecadores. Bi b. lio te. comerciales difieren fundamentalmente en los métodos de transferencia de calor utilizados. Estas operaciones de secado industrial podrán utilizar transferencia de calor por convección, conducción, radiación, o una combinación de estos. Sin embargo en cada caso el calor debe fluir hacia la superficie externa y luego al interior del sólido. La masa se transfiere durante la desecación en forma de líquido o vapor dentro del sólido, y como vapor que se desprende de las superficies expuestas. El movimiento dentro del sólido se debe a. 29. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. un gradiente de concentración que depende de las características del mismo. Un sólido a desecar puede ser poroso o no poroso.. ica. También puede ser higroscópico, o no higroscópico. Muchos sólidos caen entre estos dos extremos, pero comúnmente se. uí m. considera que el sólido puede ser lo uno o lo otro. (20). 2.3.2.3. PERIODOS DE SECADO. humedad. fijas,. siempre. Q. Al secar un sólido húmedo con un gas a una temperatura y aparece. un. patrón. general. de. ría. comportamiento. Inmediatamente después del contacto entre la muestra y el medio de secado, la temperatura del sólido y la. ie. velocidad de secado pueden aumentar y disminuir para alcanzar esa condición de estado estable.. en. Cuando un sólido se deseca experimentalmente, casi siempre se obtienen datos que asocian el contenido de humedad con el. In g. tiempo. A continuación estos datos se representan gráficamente como el contenido de humedad (base seca) X en función del tiempo , como se ilustra en la Fig.1-a. Esta curva representa el. de. caso general. en que los sólidos mojados pierden humedad,. primero por evaporación desde una superficie saturada del sólido,. ca. a lo cual sigue un periodo de evaporación de la superficie saturada que tiene un área gradualmente decreciente, y, por. Bi b. lio te. último cuando el agua se evapora en el interior del sólido. La Fig.1-a indica que la velocidad de desecación está sujeta a variación en función del tiempo o el contenido de humedad. Esta variación se ilustra con mayor claridad diferenciando gráfica o numéricamente la curva y haciendo una representación gráfica de dX/d en función de X como se muestra en la Fig.1-b.. 30. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) contenido de humedad ( X` ), masa del liquido/masa de solido seco. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A. ica. B. C D. uí m. X`E tiempo (),h. B. en. ie. A. D. X`E contenido de humedad ( X` ), masa de liquido/masa de sσlido seco. In g. velocidad de secado. ría. C A. N aM a. ,lb/h.pie2 o kg/h.m2. Q. Fig.5: Gráfica del contenido de humedad frente al tiempo. de. Fig.6: Gráfica de la velocidad de secado frente al contenido de humedad. La sección AB de cada curva representa un periodo de calentamiento de los sólidos. La sección BC de cada curva. ca. representa el periodo de velocidad constante. El punto C, en. Bi b. lio te. donde concluye la velocidad constante y comienza a descender el índice de desecación, se conoce como contenido crítico de humedad. La porción curvada CD de la Fig.1-a se denomina. periodo de velocidad decreciente y, se señala en la Fig.1-b, se caracteriza por ser una velocidad constantemente variable a lo largo del resto del ciclo de desecación. El punto E de la Fig.1-b, representa el punto en que toda la superficie puesta se hace completamente insaturada y marca el principio de la porción del ciclo de desecado durante el cual la velocidad del movimiento de la humedad interna controla la. 31. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.