Propuesta de automatización del proceso para la elaboración de café gourmet en las etapas de majado, tostado y molido

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

“PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO PARA LA

ELABORACIÓN DE CAFÉ GOURMET EN LAS ETAPAS DE

MAJADO, TOSTADO Y MOLIDO”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTA:

JAIME REYES MÁRQUEZ

ASESORES:

M. EN C. OMAR NAVA RODRÍGUEZ

M. EN C. SERGIOSALDAÑA SÁNCHEZ

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AGRADECIMIENTOS

A mis padres y hermanos por todo el apoyo y amor

brindado a lo largo de toda mi vida, cada uno de mis logros

es pensado e inspirado en ustedes. Gracias por ayudarme a

cumplir una de mis grandes metas.

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ÍNDICE

CAPÍTULO I Introducción_………... 6

1.1 Objetivo………...…. 8

1.2 Justificación……….. 9

1.3 Planteamiento general del problema……….. 10

1.4 Hipótesis……….….. 10

1.5 Alcance del tema……… 11

1.6 Análisis de viabilidad del proyecto……….….. 11

CAPÍTULO II Desarrollo teórico………. 12

2.1 Teoría general del proceso………. 12

2.1.2 El cafeto y sus elementos……….. 12

2.1.3 Producir buenos granos de café……….….. 12

2.1.4 Recolección de las cerezas de café………..….. 13

2.1.5 Procesamiento del café………. 14

2.1.6 Tueste……….….. 15

2.1.7 Grado de molienda………. 16

2.2 Herramientas para la automatización industrial_……….. 17

2.2.1 Autómatas programables……….….. 17

2.2.2 Funciones del autómata programable………. 18

2.2.3 Configuración física de los autómatas programables………..…. 19

2.2.4 Módulos de entradas digitales……….…. 20

2.2.4.1 Etapas para la adquisición de señales digitales……… 20

2.2.5 Módulo de salidas digitales………..…. 21

2.2.6 Módulo entradas analógicas……… 22

2.2.7 Módulo salidas analógicas………...… 23

2.2.8 Lenguajes de programación……….…. 23

2.3 Sensores………. 25

2.3.1 Detectores de proximidad ………….………..…. 27

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2.3.2.1 Termopar……….……… 29

2.3.2.2 RTD……….……….… 30

2.3.3 Sensores de nivel para sólidos……….…… 31

2.4 Actuadores lineales_………. 33

CAPÍTULO III Planteamiento del problema_………. 36

3.1 Grafcet del proceso de elaboración del café……….. 37

3.2 Proceso actual……….……… 38

CAPÍTULO IV Solución……….………. 42

4.1 Selección de equipos……… 47

4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 Programación del PLC……….. Análisis económico……… Presupuesto de equipo………. Presupuesto de mano de obra……… Beneficios………... 55 60 60 61 62 CONCLUSIONES………... 63

BIBLIOGRAFÍA………. 64

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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

Alrededor del origen del café existen diversas historias, entre las más

populares se dice que en el año, 1140 en Absinia, unos pastores se dieron cuenta

que sus cabras se ponían muy inquietas. Por lo tanto, se dieron a la tarea de

investigar el por qué, descubriendo que era porque comían unos frutos rojos los

cuales se daban en unas matas. Aquellos pastores utilizaron estos frutos rojos

para preparar una bebida caliente, la cual los refugiara del intenso frio.

Posteriormente esta bebida, se propago a diversos países y es a la que ahora se

le conoce con el nombre de café.

Actualmente, existen diversos países alrededor del mundo en los que se

produce café, donde México es uno de ellos y ocupa el quinto lugar de entre

países como Brasil, Colombia, Indonesia y Vietnam.

En México el café se cultiva en diferentes estados de la república, entre

ellos se encuentra: Chiapas, Veracruz, Puebla, Oaxaca, Guerrero, entre otros,

donde la altura adecuada para la siembra es de 600 msnm y hasta los 1400

msnm, con una época de recolección que inicia en el mes de septiembre y

concluye aproximadamente en el mes de marzo. La producción de café mexicano

es de nivel mundial, comparable con el colombiano.

Como ya se mencionó anteriormente, México es un productor de café de

calidad; sin embargo, aún se pueden encontrar deficiencias en el proceso de

transformación del producto. Es por esto que se desarrolla esta tesina con el fin

de generar un proceso continuo en la elaboración de café gourmet entre las

etapas de majado, tostado molido, con el cual se reducirán los tiempos muertos,

aumentará la calidad del producto así como reducirán los riesgos de los

operadores dentro de la planta.

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El presente trabajo implementa equipos de control y automatización como lo

son Controladores Lógicos Programables (PLC), actuadores eléctricos y además

de la integración de sensores para medir variables del proceso, tal como

temperatura.

El proyecto se desarrolla en un total de cuatro capítulos, donde el primer

capítulo está destinado a mostrar el objetivo, justificación, así como al

planteamiento del problema, la hipótesis y la viabilidad del proyecto. En el

segundo capítulo se muestra la descripción del proceso de elaboración de café

gourmet, además de la tecnología que dará la solución al problema. Así, el tercer

capítulo se enfoca al planteamiento general del problema dentro de la planta, para

llegar al cuarto capítulo donde se plantea el desarrollo de ingeniería que da

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1.1 Objetivo

Desarrollar una alternativa automática en la obtención de café gourmet,

mediante la integración de tecnología como controladores lógicos programables,

sensores de temperatura, sensores inductivos y actuadores eléctricos lineales,a fin

de incrementar la capacidad de producción en la planta, reducir tiempo muerto y

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1.2 Justificación

Las condiciones de la maquinaria empleada por las pequeñas empresas en

el proceso de la elaboración de café gourmet no permiten un proceso continuo en

sus diferentes etapas, generando con esto tiempos muertos y limitando la

producción a la capacidad de trabajo del operador, ya que si este se cansa

disminuirá su ritmo de trabajo el cual se convierte en un factor importante que

evitan la producción a gran escala. Sin embargo con un sistema automático el

proceso podrá ser continuo en sus etapas de majado, tostado y molido, sin

depender completamente del operador. Lo anterior beneficiara a una mayor

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1.3 Planteamiento del problema

Actualmente en México, la comercialización del café en su mayoría se

realiza por grandes empresas; estas se dedican a la compra de dicho producto

cuando se encuentra en la etapa de cereza, donde la compra se realiza

directamente a los cafeticultores, para que posteriormente ellos lo procesen y

coloquen en el mercado como café gourmet. Estas empresas cuentan con

tecnología importada de muy alto costo, donde se les permite una producción

continua, siendo un factor que marca una gran diferencia con los pequeños

productores, los cuales no cuentan con estos recursos.

La maquinaria empleada en la mayoría de pequeñas empresas para

procesar el café en sus etapas de majado, tostado y molido es rústica, por lo que

requieren demasiada ayuda para su operación, omitiendo así un proceso continuo.

Aunado a esto, las actividades, en donde interviene el factor humano, son

desgastantes, exigentes de total atención y tiempo, ya que el operario está

encargado de alimentar manualmente la majadora y, después de esto, trasladar el

café oro a la tostadora. Por lo anterior, se puede notar la necesidad de las

pequeñas empresas de contar con un sistema automático capaz de cubrir con los

requerimientos y así efectuar un proceso eficiente.

1.4 Hipótesis

Contar con un sistema automático para la realización de café gourmet en

las pequeñas empresas será de gran beneficio dado que se va a reducir el tiempo

de producción en la planta, la intervención humana y con ello los riesgos del

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1.5 Alcance del tema

La automatización del proceso en la elaboración de café gourmet será

elaborada para una empresa ubicada en la zona centro del estado de Veracruz.

Las etapas a automatizar en el proceso son el majado, tostado y molido con el

objetivo de lograr una producción continua.

1.6 Análisis de viabilidad del proyecto

Resulta factible la elaboración de la automatización en este tipo de

procesos, ya que se cuenta con ingenieros y especialistas en el área de

automatización y control dentro del país, por lo cual no es necesario la

integración de personal extranjero en la elaboración del proyecto, con quienes

resulta difícil programar una visita a la planta por motivos de mantenimiento o

mejora. Esto ocasiona un proceso complicado y costoso. Para evitar la falta de

comunicación se eliminara agendar citas en caso de que se necesite

mantenimiento, o alguna modificación en el proceso, puesto que al realizarse

con manos mexicanas el contacto va a ser mucho más simple y económico.

La tecnología a utilizar en la realización de este proyecto se puede

encontrar sin mayor dificultad en México, porque afortunadamente empresas de

renombre en el área de la automatización se encuentran alojadas en nuestro país,

con lo cual se elimina un costo extra por el envió; además, se reduce el tiempo

de entrega del material. Si existieran algunos casos, en los cuales no se

encuentren las empresas en México, existen distribuidores oficiales, que pueden

facilitar la mercancía que existente en el almacén o de lo contrario pueden

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CAPÍTULO II DESARROLLO

2.1 Teoría general del proceso

En el capítulo anterior, se planteó la introducción y algunos aspectos

básicos sobre la elaboración del café. En este capítulo se hablara más a fondo

sobre el proceso de elaboración de café gourmet.

2.1.2 El cafeto y sus elementos

Cafeto es el nombre dado a la planta de café, parte izquierda de la figura

2.1, los frutos que entrega este árbol se llaman cerezas de café, su forma se

puede observar en la parte central de la figura 1.1. Cada cereza de café se

encuentra formada por dos semillas, llamadas también granos de café estos

granos están cubiertas por una pulpa y encapsuladas dentro de la piel de la

cereza estas partes del grano de café se pueden ver en la parte derecha de la

figura 2.1.

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2.1.3 Producción de los granos de café

Para producir buenos granos de café, el agricultor debe considerar cuatro

factores importantes:

1.- Elegir las semillas y cultivar las plantitas con mucho cuidado

2.- Elegir un buen terreno para su cafetal, y prepararlo bien.

3.- Cuidar bien su cafetal y podar los cafetos.

4.- Recoger las cerezas y elaborar los granos debidamente.

2.1.4 Recolección de las cerezas de café

Si los agricultores quieren obtener mejores ganancias, deben recolectar

sólo las mejores cerezas, porque son las que valen mucho dinero en el mercado,

mientras que las cerezas de baja calidad tienen un precio muy bajo.

Los pasos a seguir para una buena recolección se muestran a continuación:

- No recoger todas las semillas al mismo tiempo.

- Recoger solamente las cerezas rojas, que son las que ya están bien

maduras.

- Dejar en las ramas del cafeto, aquellas cerezas que aun se encuentren

verdes.

- Las cerezas omitidas sólo serán retiradas hasta el momento en que estén

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2.1.5 Procesamiento del café

Existen dos métodos principales para la elaboración de café, cada uno de

ellos se describe a continuación:

Método seco: Consiste en dejar las cerezas de café al sol por varios días,

con el fin de deshidratarlas. Una vez que están completamente secas se llevan a

un molino para quitarles toda la cascara exterior. Una vez retirada esta capa,

queda una más delgada (en este paso al grano del café se le llama pergamino,

figura 2.2), la cual se quita mediante la morteadora (figura 2.3), con la cual se

obtiene un grano llamado oro, el cual ya está listo para ser llevado al horno.

Método húmedo: En este método, se limpian con agua las cerezas y se

utiliza un método de selección por medio de flotación, donde se eliminan los

granos que quedan en la superficie del agua. Posteriormente, las cerezas son

llevadas a una etapa de fermentación y despulpado. Después los granos son

puestos al sol para ser secados y por último son llevados a la morteadora (figura

2.3) donde se les retira la última capa, así se obtiene un café oro (figura 2.2) que

está listo para ser llevado al horno.

Figura 2.2 Café pergamino (izquierda) y café oro (derecha)

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2.1.6 Tueste

Esta es una fase clave para obtener finalmente un café exquisito (figura

2.5). El proceso de tueste es el que le brinda a los granos de café su color

característico y el aroma que degusta. El objetivo de tostar los granos es hacerlos

perder su humedad y liberar los aceites distintivos que proporcionan el sabor y el

aroma al café. Con el calor, estas sustancias aceitosas se hacen presentes en la

superficie del grano.

Para realizar el tueste, se someten los granos a una fuente de calor (figura

2.4), lo cual produce que estos cambien de color, pasando del verde al amarillo y

luego al marrón en todas sus gamas. Además, al tostar café los granos se agrietan

por la mitad, adquiriendo su forma característica. Existen diversas formas de

tueste, según las temperaturas a que se exponen los granos y el tiempo de

exposición.

El sabor del café está directamente relacionado con esta etapa del proceso

y existe una conexión estrecha entre el color de los granos y el gusto de la bebida.

Cuanto más tiempo se tuestan los granos o a más temperatura, más oscuros

quedan, y cuanto más oscuros sean los granos, el sabor será cada vez más fuerte

y agridulce. Cuando los granos se vuelven casi negros, el café adquiere un sabor

a quemado.

Los niveles o grados de tueste son varios y se pueden identificar por el

color de los granos: rubio, canela, marrón claro, marrón, marrón oscuro, marrón

muy oscuro, marrón casi negro. Cada nivel de tueste es especificado por el cliente

dependiendo su gusto o el lugar al que vayan a ser trasladados para su venta.

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2.1.7 Molienda

El grado de molienda, es decir el tamaño de las partículas obtenidas,

depende del tipo de preparación posterior y oscila desde un polvo muy fino para

expreso, pasando por una textura arenosa para preparación de café colado

estándar, hasta simplemente partir el grano en pocas piezas para la extracción a

nivel industrial. Las moliendas más finas permiten obtener una bebida más fuerte,

pero requieren de un filtro especial para obtener una taza libre de partículas

insolubles.

El café tostado y molido, descafeinado o sin descafeinar se clasifica en:

-Molido muy fino (1): Presenta el tamaño de partícula que generalmente se utiliza

para preparar café expreso.

-Molido fino (2): Presenta el tamaño de partícula generalmente se utiliza para

preparar café en filtro cafetera.

-Molido medio (3): Presenta el tamaño de partícula generalmente se utiliza para

preparar café en pre coladora.

-Molido grueso (4): Presenta el tamaño de partícula generalmente se utiliza para la

industrialización de café soluble.

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2.2 Herramientas para la automatización industrial

Existen diferentes herramientas para la automatización industrial de

procesos, entre ellas se encuentran los autómatas programables con módulos de

entradas/salidas, ya sean analógicas o digitales, además de una gran variedad de

sensores para poder medir temperatura, nivel, etc.

2.2.1 Autómatas programables

Los Controladores Lógicos Programables (PLC) o también llamados

autómatas programables (figura 2.7) son los elementos de mando de los sistemas

automatizados encargados de calcular y controlar el proceso.

En los sistemas automatizados, el autómata programable es el centro del

sistema, ya que es capaz de comunicarse con cada uno de los elementos que

constituyen al sistema automático.

Realiza las acciones de control con base en el programa que ha sido

descargado en su memoria, en los sensores que se encuentran conectados y las

órdenes del operador.

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2.2.2 Funciones del autómata programable

Los Controladores Lógicos Programables (PLC) o autómatas programables

son capases de realizar diferentes funciones, muchas de ellas simultáneamente.

Entre estas funciones se encuentran:

*Detección: Capta las señales provenientes de los sensores ubicados en el

proceso (figura 2.8), como pueden ser, finales de carrera, sensores de

temperatura, entre otros.

*Mando: Elabora y envía las señales necearías para activar los elementos

finales que actuaran en el sistema (figura 2.9).

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2.2.3 Configuración física de los autómatas programables.

De acuerdo a su configuración física los autómatas programables pueden

dividirse en: compactos, semimodulares y modulares.

*Compactos: Son los autómatas de gama baja, Su potencia de proceso

suele ser muy limitada dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o

cuadros de mando. Este tipo de autómatas (figura 2.10) se distingue por

presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentación,

CPU, memorias, entradas/salidas.

*Semimodulares: Son los autómatas de gama media, siendo superior a los

compactos. Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma

que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de

programa y fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S.

*Modular: Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una

estructura modular (figura 2.11), su característica principal es la de que existe un

módulo para cada uno de los diferentes elementos que componen el autómata

como puede ser una fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.

Figura 2.10 Autómata compacto

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2.2.4 Módulos de entradas digitales

Los captadores de tipo todo o nada son los utilizados en este tipo de

módulos. Este tipo de módulos se encarga de convertir la señal de entrada a un

cero o a un uno lógico.

Existen diferentes tipos de módulos de acuerdo al voltaje que interpretan

como un uno lógico: por ejemplo, si es un módulo de 24 VCD, va a reconocer los

24 volts como un uno lógico y 0 volts como un cero lógico.

Los niveles de tensión estándar para entradas digitales son: 24 VCD, 100

VCA, 220 VCA.

2.2.4.1 Etapas para la adquisición de señales digitales

El primer paso que conforma a la adquisición es una protección contra

sobre corrientes, en la segunda etapa se encuentra un filtro para evitar los ruidos

que pudieran entrar por el captador y de este modo asegurar que el voltaje de

entrada sea interpretado como un uno lógico. Enseguida, se encuentra la etapa

de puesta en forma la cual, la cual genera la onda necesaria para poder ser

interpretada por el autómata y finalmente un aislamiento por optoacoplador.

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2.2.5 Módulo de salidas digitales

Los módulos de salidas digitales están diseñados para actuar sobre

elementos que funciones bajo acciones todo o nada. El valor binario que el

autómata realiza en la salida se traduce a la apertura o cierre de un contacto

interno, en caso de que el modulo de salida sea a relevador. También puede darse

el caso en que la salida entregada sea un voltaje de cero o de 24 volts si es que

se trata de un modulo de salidas estáticas, aunque existen diferentes voltajes de

salida.

En los módulos de salidas estáticas, el elemento que conmuta es un

componente electrónico que puede tratarse de un transistor o de un triac, mientras

que en los módulos electromecánicos (figura 2.13) actúan los relevadores

internos.

Los niveles de tensión estándar que se obtienen con los módulos de salida

digital basados en transistores y triacs son: 24 VCD y 110 VCA. Por otro lado los

módulos con salida a relevador son libres de tensión, ya que la alimentación se

suministra de una fuente externa al autómata. Se debe de tener cuidado de no

sobrepasar la alimentación de cada contacto del relé, ya que si se realiza, el

contacto podría quedarse soldado, aunque el programa no se encuentre en

ejecución.

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La limitante sobre las salidas a transistor es que sólo funcionan para

elementos que trabajen a la misma tensión, mientras con las salidas a relevador

pueden combinarse diferentes tensiones para diferentes elementos

2.2.6 Módulo entradas analógicas

Como su nombre lo indica este tipo de módulos nos permite leer entradas

analógicas, mismas que después serán convertidas en un número el cual se

depositará en una variable interna de tipo palabra.

Este tipo de entradas permite monitorear y controlar variables tales como

temperatura, presión, caudal, entre otros. En la figura 2.14 se muestra el

tratamiento que se realiza para poder utilizar un modulo de entradas analógicas

cuando se está midiendo temperatura:

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Los rangos más comunes de señal que ofrecen los sensores analógicos son:

*± 10 volts

*0-10 volts

*0-20 mA

4-20 mA

2.2.7 Módulo salidas analógicas

Este tipo de módulos permiten que un valor interno se convierta a una

salida de tensión o de corriente. Este tipo de salidas sirve para actuar sobre

elementos como variadores de velocidad (figura 2.15), o válvulas reguladoras.

Los rangos más comunes de señal que ofrecen las salidas analógicas son:

*± 10 volts

*0-10 volts

*0-20 mA

4-20 mA

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2.2.8 Lenguajes de programación

Paralelamente a la evolución del hardware, ha surgido una evolución en los

lenguajes de programación; anteriormente, sólo se contaba con el método de

listas de instrucciones y lenguaje de contactos. Ahora puede realizarse la

programación también por el lenguaje de grafcet.

Lenguaje de lista de instrucciones

Este es el lenguaje más antiguo de todos, ya que surgió como una

evolución del lenguaje ensamblador. Es un lenguaje de bajo nivel, el cual solo nos

permite una instrucción por cada línea. Es adecuado para pequeñas aplicaciones.

A pesar de todo, no es un lenguaje en extensión, ya que varios fabricantes aun lo

manejan.

Lenguaje de contactos.

Debido a la similitud con los diagramas de cableado eléctrico, éste es uno

de los lenguajes más utilizados. Se considera el lenguaje más universal de todos,

ya que la mayoría de los fabricantes de autómatas incorporan en sus equipos esta

opción.

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Lenguaje Grafcet.

El lenguaje Grafcet ofrece una programación grafica secuencial, el cual está

definido por etapas y transiciones como se observa en la figura 2.17. Este tipo de

lenguaje se encuentra inspirado en las redes de Petri.

El lenguaje Grafcet presenta símbolos con los cuales se identifican las

etapas, transiciones y las líneas que las unen (figura 2.18), lo cual lo diferencia de

otros tipos de lenguaje.

Figura 2.17 Ejemplo Grafcet

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2.3 Sensores

Para poder realizar la automatización de cualquier proceso u operación es

necesario conocer las variables que lo conforman, puede ser la presión, nivel,

temperatura de algún proceso o la posición de algún objeto.

Se puede encontrar una gran gama de sensores en el mercado los cuales

incluyen finales de carrera, detectores de proximidad inductivos y capacitivos,

ultrasónicos, etc. Pero una primera clasificación es: sensores analógicos y

sensores “todo o nada”

Sensores analógicos

Se encargan de suministrar una señal proporcional a una variable

analógica, como puede ser velocidad, presión, etc.

Sensores

_“todo

_{o nada”}

Son dispositivos los cuales generan la apertura o cierre de un contacto, o el

corte o saturación de un elemento electrónico como un transistor o un tiristor. Son

los sensores más utilizados para la detección de movimiento (figura 2.20) y

pueden ser ocupados como detectores de proximidad o finales de carrera.

Figura 2.19 Sensor analógico de temperatura

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Finales de carrera

Los finales de carrera (figura 2.21) son elementos electromecánicos los

cuales funcionan a base de un interruptor que se cierra cuando se hace contacto

con el extremo del elemento. Una de sus terminales se conecta a la fuente de

alimentación mientras que la otra se conecta a una terminal de entrada digital del

autómata. La distancia de detección de estos elementos es cero, ya que necesitan

contacto físico para garantizar un cero o uno a la entrada del autómata.

Dada su necesidad de contacto físico están limitadas a un número máximo

de maniobras, debido al desgaste que se genera en las piezas.

2.3.1 Detectores de proximidad

INDUCTIVOS

Este tipo de detectores se utilizan para detectar piezas metálicas o

elementos metálicos a una distancia que va desde cero hasta los treinta

milímetros (figura 2.21).

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Entre sus principales características se encuentra que su conmutación se

realiza sin algún esfuerzo mecánico, de tal modo que no existe desgaste, siendo

así equipos de larga duración. Adicionalmente cuentan con una gran precisión y

con frecuencias de conmutación elevadas.

CAPACITIVOS

Los detectores de proximidad capacitivos permiten la detección de

materiales ya sean conductores o no, sin la necesidad de tener contacto directo

con ellos. Estos materiales pueden ser: madera, vidrio, cartón, etc.

Figura 2.21 Sensores inductivos

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2.3.2 Sensores de temperatura

La temperatura es una variable de gran importancia en la industria, es

empleada para detectar los cambios del estado físico, que tienen las sustancias

que intervienen en un proceso. Este cambio se logra mediante la aplicación o

perdida de calor, se mide, registra y principalmente se controla para obtener un

máximo resultado en los productos de un proceso. La temperatura es una

indicación de que tanta agitación tiene las moléculas o átomos que constituyen un

cuerpo.

Las aplicaciones de medición y control de temperatura pueden ser de lo

más variado que se pueden imaginar, van desde casas, oficinas, plantas químicas,

hidroeléctricas etc. Por esto, la temperatura es probablemente la variable más

medida y controlada, ya que casi todos los fenómenos físicos están afectados por

ella y se utiliza frecuentemente para inferir otras variables del proceso. En general

la medición de la temperatura es usada básicamente para un propósito, lograr que

el valor de la variable llegue al valor deseado, para lograr este objetivo se tendrán

una serie de premisas donde la más importante es tener entradas continuas a un

control manual o automático, lo que ayudara al monitoreo y control de la variable.

Clasificación de instrumentos para la medición de temperatura

Generalmente, los sensores de temperatura se clasifican por el método de

detección mediante el cual funciona. Esto puede ser conducción, convección y la

radiación. Los termómetros se emplean en la convección y conducción de Calor,

mientras que los pirómetros son empleados en la medición de la radiación del

calor. En otras palabras, si el instrumento está en contacto directo con la variable,

es llamando termómetro y si el instrumento se localiza a cierta distancia de la

variable, es llamado pirómetro.

Para lograr medir la temperatura son utilizados diversos fenómenos que se

ven influidos por esta, algunos fenómenos y los instrumentos detectores de los

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 Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos: Termómetro con líquido encapsulado de vidrio.

 Variación de la resistencia eléctrica: Termómetros de resistencia, termistores

 f.e.m creada en la unión de dos metales distintos: Termopares

 Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo: Pirómetros

Normalmente los equipos que se emplean en la medición de temperatura

son: termómetros de resistencia de platino (RTD por sus siglas en ingles de

Resistence Temperature Detector), Termopares de platino-rodio.

2.3.2.1 Termopar

El termopar es un dispositivo que funciona produciendo un voltaje en

función de la diferencia de temperatura entre sus extremos. Esto es por la unión

de dos metales diferentes en sus extremos los cuales se mantienen a diferentes

temperaturas de manera que se establece un corriente que fluye por el circuito

termoeléctrico. Existen diferentes tipos de termopar dependiendo de su

composición, de esto mismo depende su rango de operación.

Los tipos de termopares y su rango se muestran en la tabla 2.1:

TIPO

RANGO TEMPERATURA °C

B 0 a 1820 °C

E -270 a 1000°C

J -270 a 760 °C

K -270 a 760 °C

R -50 a 1768 °C

S -50 a 1768 °C

T -270 a 400 °C

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2.3.2.2 RTD

Los RTD están basados en la propiedad de ciertos metales en los cuales

su resistencia cambia con las variaciones de temperatura, son en principio

bobinas de alambre enrolladas dentro o alrededor de soportes de material aislante

capaz de soportar la temperatura, los metales más comúnmente utilizados son

iridio, rodio, plata, y hierro con Tántalo. El elemento sensor es colocado dentro de

un tubo cerrado al que se le llama funda (figura 2.23), protegiéndolo en contra de

la humedad y el medio ambiente. Y de esta manera un RTD obtiene una

apariencia como la mostrada en la siguiente figura.

La mayoría de los RTD industriales caen en un rango de exactitud de

además son muy estables, es decir no presentan un mayor corrimiento o un cambio indeseable en la resistencia durante un periodo determinado.

Los factores que se deben considerar para una adecuada selección de

cualquier sensor son: el rango, la sensibilidad, exactitud, velocidad de respuesta,

vida útil entre otros.

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2.3.3 Sensores de nivel para sólidos

En la industria ha sido necesario poder conocer el nivel que tienen silos y

tanques cuando la materia prima que contienen son sólidos. Esta medida puede

ser continua o solamente para conocer nivel máximo y mínimo entro del silo o

tanque. La materia prima que se puede medir es: semillas, cemento, arena, etc.

Sensores de nivel de punto fijo

Los sensores de nivel de punto fijo sirven para conocer en qué punto se

encuentra la materia prima dentro del contenedor, estos puntos fijos pueden ser el

nivel máximo o nivel mínimo de un silo o tanque.

Existen diversos tipos de sensores de punto fijo, entre los más comunes se

encuentra el de tipo diafragma y el detector de vibración. Los cuales se explican a

continuación:

*Interruptor tipo diafragma: Como su nombre lo indica se compone

principalmente de un diafragma flexible y de un interruptor (figura 2.24). El

diafragma se coloca dentro del tanque y cuando la materia prima lo comprime

cierra el interruptor. La señal se utiliza comúnmente para accionar o parar

motores, activar lámparas indicadoras, entre otros componentes.

*Detector de vibración: Consiste en una sonda de vibración (figura 2.25) la

cual, cuando entra en contacto con el material, es amortiguada y detectado por el

circuito eléctrico, el cual acciona un relevador y activa una alarma. Este tipo de

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dispositivo es adecuado para gran variedad de polvos, azúcar, grano, cemento y

arena.

Medición continua de nivel de sólidos

Los sensores de nivel continuos permiten conocer la cantidad de materia

que se encuentra dentro del contenedor desde su punto más bajo hasta su punto

máximo. Entre los sensores más comunes se encuentran los sensores

ultrasónicos, el cual se explica a continuación:

*Sensor de nivel ultrasónico: Se compone de un emisor y un receptor de

ultrasonido Cuando no hay materia que se interponga entre ellos un relevador que

forma parte del circuito se encuentre en su posición original, pero cuando hay

materia que se interpone el relevador cambia de posición. Si el haz de ultra sonido

se coloca de forma vertical entonces puede medirse el tiempo que tarda en

regresar la señal emitida y de este modo tener una señal continua del nivel en el

contenedor.

Figura 2.25 Detector de vibración

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2.4 Actuadores lineales

Un actuador es un dispositivo el cual a través de un movimiento giratoria

generado por un motor de CD (figura 2.27), lo convierte a un movimiento lineal, el

cual puede utilizarse para jalar o empujar.

Los actuadores lineales generan un movimiento recto, tal cual lo haría un pistón

2.5 Detectores de llama

La detección de llama es de suma importancia dentro de las industrias debido a la

seguridad. Ante cualquier falla en la llama los detectores deben de ser capases de

mandar el sistema a un punto de seguridad, activando principalmente el cierre de

la válvula que suministra el combustible y activando alarmas de seguridad. Los

detectores de llama se clasifican en tres tipos: calor, ionización y radiación.

*Detectores de calor: Son adecuados para instalaciones domesticas y utilizan

bimetales, termopares o varillas de dilatación como detectores térmicos.

*Detectores de ionización: En este tipo de detectores se colocan dos electrodos

dentro de la llama y seles aplica una tensión alterna, debido a que los gases en la

llama están ionizados se hace pasar una corriente alterna. La resistencia de la

llama se encuentra entre 250 000 a 150 millones de ohmios y la corriente que

pasa es de unos cuantos microamperios. La principal desventaja de este tipo de

detector es que un cortocircuito entre los electrodos simula la existencia de llama.

Página 35

*Detectores de radiación: Se basan en que la energía que iradia la llama produce

luz y calor. Los principales tipos son por radiación infrarroja y por radiación

ultravioleta.

-Detector por radiación ultravioleta: Su elemento principal es una célula de

sulfuro de plomo cuya resistencia eléctrica decrece al aumentar la

radiación.

- Detector de radiación ultravioleta: Elaborado a base de dos electrodos

hechos generalmente de tungsteno y contenidos en un tubo de material

permeable a la radiación ultravioleta por ejemplo cuarzo, y se encuentra

lleno con un gas inerte.

Al penetrar la radiación ultravioleta el tubo, incide sobre un cátodo el cual

emite electrones que son atraídos por el ánodo. Lo anterior ioniza el gas

dentro del tubo con lo cual se conduce una corriente.

Este tipo de equipo es ideal para llamas de gas y de fuel-oil , lo cual

Página 36

CAPÍTULO III PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En una fábrica de café gourmet ubicada en la zona centro del estado de

Veracruz, se tiene la necesidad de aumentar su capacidad de producción, calidad

del producto y reducir los riesgos para las personas que laboran en la planta

mediante la automatización del proceso.

En este planta se tienen diferentes necesidades a cubrir entre ellas se

encuentra contar con un sistema en el cual se pueda seleccionar el tiempo que

debe permanecer el café en el horno, y de esta manera poder obtener diferentes

tipos de tostado, en la actualidad esta operación se hace de un modo manual, lo

cual es inconveniente, debido a que se pueden presentar situaciones como que el

encargado del horno por algún motivo no saque el café a tiempo, y con esto el

café puede obtener un sabor diferente al deseado o en el peor de los casos se

puede quemar, lo cual genera pérdidas para la empresa. Otra necesidad a cubrir

es el hacer que el café previamente tostado sea enviando a los diferentes tipos

de molido de acuerdo a las peticiones del cliente.

Esta empresa tiene diferentes niveles de molidos, aunque se encuentra

limitada porque sólo pueden hacer uno a la vez, lo cual conlleva a un aumento

en el tiempo de la elaboración del producto, porque se debe esperar a terminar

un lote de café con cierto molido para poder empezar el otro.

La elaboración de café gourmet se realiza por diferentes etapas las cuales

se encuentran separadas, esto conlleva a una gran pérdida de tiempo y en el

intermedio de una etapa con otra hay intervención humana la cual después de

largas horas de trabajo es agotadora y peligrosa. Con la realización de esta tesis

se pretende llegar a obtener un proceso continuo en las diferentes etapas de

manera que dejen de ser independientes. Esto mediante la integración del equipo

con el que ellos cuentan y la adición de equipo nuevo con el fin de obtener

diferentes presentaciones de café gourmet con una mayor calidad en un menor

Página 37

3.1 Grafcet del proceso de elaboración del café

A continuación en la figura 3.1 se muestra el diagrama grafcet para la

elaboración del café, inicia desde la selección de los granos, pasando por el

despulpado, tostado, molido y por último el empaquetado del producto.

Página 38

De todas las etapas que conllevan al proceso de elaboración de café

gourmet, se van a integrar a un sistema de producción continuo solo las etapas de

majado, tostado y molido.

3.2 Proceso actual

Una vez que el cliente ha llevado su café pergamino a la planta para ser

transformado en un café tostado y molido, lo primero que se debe efectuar es el

precalentado del horno, el cual dura 10 minutos hasta alcanzar una temperatura

de 150 °C , a fin de tostar el café se requiere una carga de 15 kg ya que si fuera

menor se tendría un desperdicio de combustible; por este motivo, en la planta sólo

se procesan lotes de 15 kg, la cual es la capacidad para la que está diseñado el

horno. Para encender el horno, se debe abrir de manera manual una válvula que

es la que permite el paso del gas hacia el horno. Una vez que está abierta se

introduce un encendedor al horno para generar la flama. Las partes mencionadas

del horno son indicadas en la figura 3.2.

Horno con capacidad para

15kg

Entrada por la cual se introduce el encendedor para

generar la flama

Página 39

Mientras el horno es precalentado, se inicia el proceso de morteado; para

esto, la maquina morteadora se alimenta con una carga total de 15 kg de café

pergamino, la cual es colocada en el silo. Una vez hecho esto se enciende

manualmente la morteadora, y se abre la compuerta 1 para permitir el paso de

una porción de café pergamino del total que encuentra en el silo. Cuando se tiene

la porción deseada, se cierra la compuerta 1 al mismo tiempo que se abre la

compuerta 2 para permitir la salida del café hacia el contenedor ubicado en el piso.

Cuando el producto ha salido por completo, se repiten los mismos pasos hasta

agotar el café contenido en el silo. Pero como un ciclo en la morteadora no es

suficiente para dejar el café completamente limpio, el café del contenedor es

introducido nuevamente al silo y se repite el mismo procedimiento por lo menos

una vez más. Todas estas partes de la morteadora son indicadas en la figura 3.3

Entrada para el material

Motor Salida de material

Contenedor Compuerta 1

Compuerta 2

Página 40

Si el café ya está completamente limpio, el contenedor es cargado por un

empleado para depositarlo en la parte superior del horno, donde se encuentra la

compuerta que da la entrada al material. Una vez que el café se encuentra en el

horno, permanecerá ahí a una temperatura de 150°C durante una hora, si se

quiere un tostado ligero, o 1 hora y 30 minutos si se desea un tostado más fuerte.

Un operario es encargado de monitorear el tiempo, si este se excede, se corre el

riesgo de modificar el sabor del producto.

Tras haber trascurrido el tiempo necesario, el operador abre la compuerta

de salida para permitir que el café tostado pase a la etapa de enfriamiento, la cual

dura 10 minutos. Posteriormente, el encargado abre la última compuerta para dar

salida al material frio y dejarlo caer en un contenedor. Las parte mencionadas del

horno son indicadas en la figura 3.4

Entrada de café oro

Compuerta de entrada Indicador de

temperatura

Compuerta de salida del

horno

Etapa de enfriamiento

Compuerta de salida del material frio Contenedor de

café

Página 41

Por último, el material es trasladado manualmente a un molino, limitado a

un solo tipo de molienda, en dado caso que se requiera un molido diferente, se

debe hacer un ajuste manualmente. El tipo de molido depende del cliente.

Con lo anterior, finaliza el proceso de la elaboración de café gourmet.

Figura 3.5 Molino

De la descripción del proceso anterior, se detectaron las siguientes

necesidades a cubrir para obtener un proceso continuo:

- Modificar el horno, de tal modo que tenga un encendido automático,

además de contar con un sistema el cual permita seleccionar más de un

tipo de tostado.

- Lograr que la máquina morteadora permita la entrada y salida de café

pergamino de forma automática y sin retroalimentación.

- Eliminar el proceso manual de traslado de los granos de café oro hacia el

horno y hacia el molino.

Página 42

CAPÍTULO IV SOLUCIÓN PARA GENERAR UN PROCESO

CONTINUO EN LA ELABORACION DE CAFÉ GOURMET

De acuerdo a las necesidades de la empresa mencionadas en el capítulo

anterior, se plantean la siguiente propuesta para cubrir las deficiencias de cada

máquina:

 Horno para café

En el horno se instalará un sistema generador de chispa electrónico, para

así evitar que una persona introduzca su mano en este para encenderlo.

Además, se instalará una electroválvula para controlar el flujo de gas hacia el

horno; también se incluirán un sensor encargado de monitorear la temperatura

dentro del horno y como dispositivo de seguridad se incluirá un detector de llama.

Aunado a esto, se instalarán actuadores eléctricos para permitir la entrada y salida

de material. En la figura 4.1 se muestra horno actual y el horno con el equipo

propuesto.

Figura 4.1 Horno actual (izquierda) y horno modificado (derecha)

Actuadores eléctricos

Página 43

Listado de equipo necesario para la automatización del horno:

Descripción Cantidad

-Generador de chispa electrónico 1

-Electroválvula para gas 1

-Sensor de temperatura 1

-Detector de llama 1

-Actuador eléctricos 3

-Finales de carrera 6

 Morteadora

Para automatizar la monteadora, se colocaran sensores de nivel, para

detectar el máximo y mínimo de material dentro del silo, con esto se permitirá el

encendido o paro automático de la máquina.

La necesidad de la retroalimentación de material se eliminará con la

instalación de actuadores lineales eléctricos en cada una de las compuertas y el

control de inversión de giro del motor principal. En la figura 4.2 se muestra la

morteadora actual y la morteadora con el equipo propuesto

Figura 4.2 Morteadora actual (izquierda) y Morteadora modificado (derecha) Tabla 4.1 Listado de equipo para el horno

Sensor de nivel

Página 44

Listado de equipo necesario para la automatización de la morteadora:

Descripción Cantidad

-Sensor de nivel para sólidos 2

-Actuador eléctricos 2

-Finales de carrera 4

 Molino

Con el uso de un selector basado en un actuador lineal eléctrico y la ayuda

de un molino extra se podrá decidir entre un nivel de molido u otro. Cada molino

tendrá un contenedor con un sensor de máximo nivel. La figura 4.3 muestra la

propuesta de automatización para el molido.

Figura 4.3 Sistema de molido propuesto Tabla 4.2 Listado de equipo para la morteadora

Sensores de nivel Molino extra

Página 45

Listado de equipo necesario para la automatización del molino:

Descripción Cantidad

-Actuador eléctricos 1

-Finales de carrera 2

-Contenedor 2

-Sensores de nivel para sólidos 2

 Maquinaria adicional

Se utilizará una criba (figura 4.6 criba) para eliminar cualquier basura que

pudiera quedar después de pasar por la morteadora, y se adicionaran 2

transportadores de materiales sólidos; uno será encargado de transportar el

material de la criba al horno ( figura 4.4 elevadora1) y el último llevará el café que

ha salido del proceso de enfriado al seleccionador de molido ( figura 4.5 elevadora

2).

Página 46

continuo para la elaboración de café gourmet.

Página 47

4.1 Selección de equipos

A continuación se muestran las características que deben tener cada uno de

los elementos que serán utilizados en cada máquina para la automatización del

proceso.

*Horno

Equipo Características

-Generador de chispa electrónico Resistente a altas temperaturas, capaz

de generar el encendido del gas,

alimentación eléctrica a 127 VCA

-Electroválvula para gas Normalmente cerrada, apto para

servicio continuo, alimentación eléctrica

a 24 VCD

-Sensor de temperatura Capaz de medir una temperatura de

150°C, elaborado en acero inoxidable,

alimentación eléctrica a 24 VCD y

salida de 4-20 mA

-Detector de llama Detectar llama generada por gas, salida

de 4-20 mA, respuesta rápida ante fallo

en la flama.

-Actuador eléctricos Carrera máxima de 20 cm y

alimentación de 24 VCD.

-Finales de carrera Detectar al actuador contraído y

extendido a una corta distancia.

Página 48

*Morteadora

Equipo Características

-Sensor de nivel para sólidos Capaz de detectar sólidos granulados,

para ser utilizado como detector de

nivel máximo y mínimo. Construido en

acero inoxidable.

-Actuador eléctricos Carrera máxima de 20 cm y

alimentación de 24 VCD.

-Finales de carrera Detectar al actuador contraído y

extendido a una corta distancia.

*Molino

Equipo Características

-Actuador eléctricos Carrera máxima de 20 cm y

alimentación de 24 VCD.

-Finales de carrera Detectar al actuador contraído y

extendido a una corta distancia.

-Sensores de nivel para sólidos Capaz de detectar sólidos granulados,

para ser utilizado como detector de

nivel máximo. Construido en acero

inoxidable.

Tabla 4.5 Características necesarias de los equipos para la morteadora

Página 49

*Maquinaria adicional

Equipo Características

-Elevadora 1 Trasladar los granos de café a una

altura de 2m.

-Elevadora 2 Trasladar los granos de café a una

altura de 1m.

-Criba Longitud total de 1m,con orificios

redondos con un radio de 0.75 cm de

diámetro.

De acuerdo a las características que requiere cada unos de los equipos se

seleccionaron los siguientes elementos por maquina como posible solución:

*Horno:

Equipo Características

-Generador de chispa

electrónico

Marca: Eltec

Modelo: EI-S4-R1 (4 salidas continuas

y 1 salida de re ignición)

Voltaje de suministro: 120 VCA

-Electroválvula para gas Marca: Elektrogas

Modelo: VMR

Voltaje de suministro:24 VCD

Tiempo de cierre: <1 segundo

Tabla 4.7 Características necesarias de la maquinaria adicional

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-Sensor de temperatura Marca: KOBOLD

Modelo:TWDB9110

Salida: 4-20 mA

Conexión: Roscada ( G ½ )

Numero de hilos: 2 hilos

T máxima: 600 °C

Voltaje de suministro:24 VCD

-Detector de llama Marca: Fireye

Modelo:105F1-1

Salida: 4-20 mA

Voltaje de suministro:24 VCD

-Actuador eléctricos Marca: Linak

Modelo:LA36

Voltaje de suministro:24 VCD

Carrera: 200 mm

-Finales de carrera Marca: ECFA

Modelo:HT-D65.NA

Salida: NPN

Página 51

*Morteadora

Equipo Características

-Sensor de nivel para sólidos Marca: KOBOLD

Modelo:NSV-8200

Salida: RELE,250V.1 A

Voltaje de suministro:24 VCD

-Actuador eléctricos Marca: Linak

Modelo:LA36

Voltaje de suministro:24 VCD

Carrera: 200 mm

-Finales de carrera Marca: ECFA

Modelo:HT-D65.NA

Salida: NPN

Voltaje de suministro:24 VCD

Página 52

*Molino

Equipo Características

-Actuador eléctricos Marca: Linak

Modelo:LA36

Voltaje de suministro:24VCD

Carrera: 200mm

-Finales de carrera Marca: ECFA

Modelo:HT-D65.NA

Salida: NPN

Voltaje de suministro:24VCD

-Sensores de nivel para sólidos Marca: KOBOLD

Modelo:NSV-8200

Salida: RELE,250V.1A

Voltaje de suministro:24VCD

Página 53

El PLC que se va a utilizar debe de contar con las siguientes

características:

*Fuente de alimentación con entrada de 120 VCA y salida a 24 VCD

*Entradas y salidas digitales

*Entradas y salidas analógicas

Para poder tomar la mejor decisión sobre cual PLC utilizar, se realizo

una comparación entre tres diferentes PLC de diferentes marcas (tabla 4.11).

SIEMENS SCHNEIDER MITSUBISHI

Modelo LOGO 230 RC Modicon M340

BMX P341000

Q00JCPU-E

Memoria 200 Bloques de

funciones

256kb 256kb

Puerto de comunicación

USB USB

RJ45

USB

Máximo de módulos expandibles

4 11 8

Lenguaje de programación

-Diagrama de escalera -Bloque de funciones

-Diagrama de escalera -Bloque de funciones -Texto estructurado -Lista de instrucciones -Funciones

secuenciales de caracteres

-Diagrama de escalera -Bloque de funciones

-GRAFCET

Módulos de comunicación

No -Ethernet/IP

-Modbus

-CANopen field bus

-Ethernet/IP -Modbus

Modulo de expansión de memoria

No Si Si

Por lo anterior se propone utilizar el PLC de la marca Mitsubishi, debido a que es

el que mejor se acomoda a las necesidades del proyecto, ya que el modelo LOGO

230RC de siemens se encuentra limitado en cuanto a su capacidad de memoria,

módulos de comunicación y de expansión, mientras que el modelo de la marca

SCHNEIDER se encuentra muy sobrado para el problema planteado, por lo que la

mejor opción es el PLC Q00JCPU-E de la marca MITSUBISHI, el cual cuenta con los siguientes módulos:

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*Fuente de alimentación (figura 4.8):

- Modelo:Q62P

-Voltaje de entrada:120 VCA

-Frecuencia de entrada: 60 Hz

-Voltaje de salida: 24 VCD

*CPU (figura 4.9):

- Modelo:Q00JCPU-E

-Entradas/salidas:256/2048

-Temporizadores: 512

-Contadores: 512

* Modulo de entradas digitales (figura 4.10):

-Modelo: QX40

-Voltaje de entrada: 24 VC

-Total de entradas: 16

*Modulo de salidas digitales (figura 4.11):

-Modelo:QY10

-Tipo de salida: Relevador

-Total de salidas: 16

-Vmáximo relevador: 150VCD/264VCA

-Corriente máxima: 2A

Figura 4.8 Fuente de alimentación

Figura 4.9 CPU

Figura 4.10 Modulo de entradas digitales

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*Modulo salidas analógicas (figura 4.12):

-Modelo:Q64AD

-Entrada: -10/+10v(0mA-20mA)

-Resolución: 16bits

Por el momento no se cuenta con el software de programación de esté

PLC, por lo cual para corroborar su funcionamiento se utilizaron software de Allen

Bradley como son:

*RS Logix 500 para programar el PLC

*RS Linx para realizar la comunicación con el PLC desde una PC

*RS Logix Emulate para simular el programa

4.2 Programación del PLC

A continuación, se explica el programa en diagrama de escalera para la

automatización del proceso:

-La figura 4.13 muestra el arranque del proceso el cual empieza con

encendido del horno, primero inicia con la apertura de la electroválvula para dejar

pasar el gas y simultáneamente se inicia el encendido del motor del horno.

Figura 4.12 Modulo salidas analógicas

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Se cuenta con un temporizador de seguridad, el cual se activa si después

de 5 segundos no se ha detectado llama en el horno, con lo cual sierra la

electroválvula y se detiene el motor del horno.

-El censado de la llama en el horno y la activación del generador de chispa

se generan inmediatamente que inicia la secuencia de encendido del horno como

se muestra en la figura 4.14.

-El sensor de llama entrega una señal de 4-20mA, para saber cual es la

señal en mA que entrega la flama del horno tiene que realizarse pruebas y medir

esa señal. Como por el momento no se puede realizar esa prueba se propone que

la señal entregada por el sensor es de 5.2 mA.

El PLC tal cual no reconoce corriente, por lo cual se realizo la siguiente

relación:

El detector de llama entrega de 4-20mA y la propuesta es de 5.2mA, los cuales si

se descomponen en 16 bits quedarían de la siguiente forma

4 mA=0000,0000,0000,0000

20 mA=1111,1111,1111,1111

5.2 mA=0100,0010,0110,1000

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Estos valores binarios ya pueden ser interpretados por el PLC, por lo cual

si detecta un valor menor a 0100,0010,0110,1000 entonces quiere decir que no

hay flama, por lo cual seguirá encendido el generador de chispa hasta que se

detecta la flama.

Una ves que se ha detectado que ya hay flama se procede a pasar a la

etapa donde interviene la morteadora (figura 4.15).

Los pasos en los que interviene la morteadora son repetitivos, por lo cual

se utiliza como base el bloque de un secuenciador SQO (figura 4.16).En el cual se

ingresa la secuencia que debe de tener cada una de nuestras salidas (tabla 4.11).

Figura 4.15 Pasar a la etapa de la morteadora

Página 58 Actuador2 extender Actuador2 contraer Girar morteadora izquierda Actuador1 extender Girar morteadora derecha Actuador1 contraer 1 1

1 1

1 1

1 1

1

Esta secuencia se repetirá hasta que el sensor de nivel 2 que indique que

ya no hay café pergamino en el contenedor.

Inmediatamente que actuador 2 se contrae y permite la salida del café

limpio, se activa la criba la cual se encargara de quitar cualquier residuo que salga

junto con el café. La criba seguirá funcionando hasta que se termine la carga

contenida en el silo.

Cuando la criba deja de funcionar se activa la maquina elevadora 1 (figura

4.18), la cual es la encargada de trasladar el café hacia el horno y

simultáneamente se contrae el actuador 3.

Tabla 4.12 Secuencia de operación de equipos para la morteadora

Figura 4.17 Inicio criba

Página 59

Las etapas que siguen están definidas pon el tipo de tostado y molido del

café, por eso se tiene una serie de combinaciones que de acuerdo a estás el PLC

tomara la decisión de que secuencia seguir (tabla 4.12)

1 1 Tostado fuerte con molido muy fino 1 2 Tostado fuerte con molido regular 2 1 Tostado ligero con molido muy fino 2 2 Tostado ligero con molido regular

Si se ha elegido la secuencia 1-1 que corresponde a un tostado fuerte con

molido muy fino la secuencia es la mostrada en la tabla 4.13

Contraer Actuador

6

Molino1 Extender Actuador

6

Elevadora

2 Extender Actuador 5

Extender Actuador

4

Motor

Enfriadora Actuador Contraer 4

M-horno Actuadora Contraer 3 Extender Actuador 3 1 1 1

1 1

1

1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1

En el caso que se elija la secuencia 2-2 que corresponde a un tostado ligero

con molido regular la secuencia es la mostrada en la tabla 4.14.

Contraer Actuador

6

Molino2 Extender Actuador

6

Elevadora

2 Extender Actuador 5

Extender Actuador

4

Motor

Enfriadora Actuador Contraer 4

M-horno Actuadora Contraer 3 Extender Actuador 3 1 1 1

1 1

1

1 1

1 1 1 1

1 1 1

1

Tabla 4.13 Combinaciones para nivel de tostado y molido

Tabla 4.14 Secuencia tostado fuerte con molido ligero

Página 60

La secuencia para las otras combinaciones es similar, lo que cambia para

generar diferentes tipos de tostado es el tiempo que pasan en el horno, ya que

para un tostado ligero el tiempo es de 1 hora y para un tostado fuerte de 1 hora y

30 minutos de acuerdo con los estándares de la planta. A si mismo el nivel de

molido está definido por el molino que se utiliza, ya sea el molino 1 o el molino 2.

Todas las secuencias seguirán a menos que los interruptores de nivel

máximo 3 o máximo 4 se activen (figura 4.19), ya que indicaran que el contenedor

esta lleno y debe vaciarse.

4.3 Análisis económico

En todo proyecto resulta de vital importancia conocer el costo total de la inversión, no solo se requiere saber el costo total de los materiales, sino también es necesario conocer el costo total de la ingeniería involucrada en la elaboración del proyecto.

El análisis económico para este proyecto se enfoca a determinar el precio total de cada uno de los insumos involucrados en la automatización, a si como el costo por la mano de obra de cada uno de los involucrados.

4.3.1 Presupuesto de equipo

La tabla 4.15 muestra el costo de cada uno de los materiales que conforman la automatización de la planta, al igual que un precio final estimado en pesos mexicanos.

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4.17 Costo total de recursos humanos

Descripción Cantidad Fabricante Precio total (MXP)

Generador de chispa electrónico

1 Eltec 2,650.00

Electroválvula para gas

1 Elektrogas 1,150.00

Sensor de temperatura

1 KOBOLD 3,600.00

Detector de llama 1 Fireye 7,400.00

Actuador eléctrico 6 Linak 12,600.00

Final de carrera 12 ECFA 27,600.00

Sensor de nivel para sólidos

4 KOBOLD 10,800.00

PLC 1 Mitsubishi 9,000.00

Fuente de

alimentación para el PLC

1 Mitsubishi

2,000.00

Modulo de entradas digitales

2 Mitsubishi 3,800.00

Modulo de salidas digitales

2 Mitsubishi 4,200.00

Modulo de salidas analógicas

1 Mitsubishi 2,5000.00

Elevadora helicoidal 2 Screw Conveyor

Corporation

60,000.00

Criba 1 Cribas y productos

metálicos

25,000.00

TOTAL 172,3000.00

4.3.2 Presupuesto de mano de obra

La realización de un proyecto de esta magnitud debe de contar con personal especializado, tanto el personal como las horas que se requiere por cada uno se encuentra especificados en la tabla 4.16.

Personal Horas de trabajo Pago por hora

(MXP)

Total (MXP)

Ing. Control y Automatización

350 280.00 98,000.00

Dibujante 50 120.00 6,000.00

TOTAL 104,000.00