UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA Documento FORMATO HOJA DE RESUMEN PARA TRABAJO DE GRADO RESUMEN TRABAJO DE GRADO

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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA

Documento

FORMATO HOJA DE RESUMEN PARA TRABAJO DE GRADO

Código

F-AC-DBL-007

Fecha

10-04-2012

Revisión

A

Dependencia

DIVISIÓN DE BIBLIOTECA

Aprobado

SUBDIRECTOR ACADEMICO

Pág.

i(127)

RESUMEN – TRABAJO DE GRADO

AUTORES RONI MAURICIO JAYA CAMACHO

DAVID ANTONIO SÁNCHEZ MENDEZ

FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIAS

PLAN DE ESTUDIOS ESPECIALIZACIÓN EN AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

DIRECTOR JOSÉ ARMANDO BECERRA VARGAS

TÍTULO DE LA TESIS DISEÑO DEL SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL

PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN HORNO AUTOCLAVE CON CAPACIDAD DE 45 TONELADAS/HORA, UTILIZADO EN EL PROCESO DE ESTERILIZACIÓN DE FRUTO EN UNA PLANTA EXTRACTORA DE ACEITE DE PALMA

RESUMEN

(70 palabras aproximadamente)

EL DISEÑO DEL SISTEMA DE SUPERVISION Y CONTROL PARA LA AUTOMATIZACION DE UN HORNO AUTOCLAVE CON CAPACIDAD DE 45 TONELADAS/HORA PERMITIO CONTROLAR LA APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULAS Y COMPUERTAS DE LAS AUTOCLAVES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE ESTERILIZACIÓN DEL FRUTO DE LA PALMA DE ACEITE, SIEMPRE HA SIDO UN PROBLEMA, YA QUE REALIZAR ESTA ACCIÓN MANUALMENTE, HA

GENERADO MUCHOS ACCIDENTES, ADEMÁS DE NO ALCANZAR CORRECTAMENTE LOS TRES PICOS DE EXPANSIÓN CUANDO SE INYECTA EL VAPOR A LA

AUTOCLAVE.

CARACTERÍSTICAS

PÁGINAS: PLANOS: ILUSTRACIONES: CD-ROM:

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DISEÑO DEL SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN HORNO AUTOCLAVE CON CAPACIDAD DE 45 TONELADAS/HORA, UTILIZADO EN EL PROCESO DE ESTERILIZACIÓN DE

FRUTO EN UNA PLANTA EXTRACTORA DE ACEITE DE PALMA

AUTORES

RONI MAURICIO JAYA CAMACHO DAVID ANTONIO SÁNCHEZ MENDEZ

Trabajo de grado presentado como requisito para optar título de Especialista en Automatización Industrial

DIRECTOR:

JOSÉ ARMANDO BECERRA VARGAS IE. Msc.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD DE INGENIERIAS

ESPECIALIZACIÓN EN AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Ocaña, Colombia Agosto, 2017

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Dedicatoria

Le dedico este logro primeramente a Dios Padre, quien es el que permite que todo sea posible regalándome salud, vida y todos sus dones. A mis padres David y Nelly por darme la vida y todo su apoyo incondicional cada vez que me propongo una meta, son un gran ejemplo de perseverancia, constancia y de que lo único que no tiene solución es la muerte. A mi esposa Sharom por su apoyo incondicional día a día, la razón de ser de mis propósitos de cada día mejorar para forjar un mejor futuro juntos, gracias por expresarme todos los días lo orgullosa que te sientes de mí, eso me llena de motivos. A mi Abuelita Flor, quien gracias a sus oraciones me protege y bendice para que todo me salga bien. A mis hermanos Yonathan, Yamile y Moices para quienes soy su orgullo y me llenan de motivos para seguir creciendo como profesional.

A mis amigos los “BETA”, Roni, Corredor, Chiki y Méndez, quienes juntos con mucho esfuerzo y dedicación, logramos llegar hasta el final de esta meta, empezamos juntos y terminamos juntos.

Betas for ever…

DAVID SÁNCHEZ

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Dedicatoria

Primeramente a Dios por permitirme lograr esta meta tan importante para mí. A mi madre Marilu Camacho, por regalarme la vida y apoyarme en todo lo que me propongo como profesional. A mis hermanos Nidia, Javier y Krist, para quienes soy su orgullo y un ejemplo a seguir, gracias por darme su apoyo y ánimo en los momentos cuando más los necesito.

A mis amigos los “BETA”, David, Corredor, Chiki y Méndez, quienes juntos con mucho esfuerzo, mojadas, varadas y aventuras en la moto y dedicación, logramos llegar hasta el final de esta meta, empezamos juntos y terminamos juntos. Betas for ever…

RONI JAYA

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Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos:

A nuestro Director Armando Becerra, quien es nuestro Maestro, nuestra guía y ejemplo a seguir, gracias por confiar en nuestras capacidades como profesionales y personas, porque no dudó un segundo cuando le propusimos ser nuestro director, gracias por su tiempo, su calidad humana, su entrega y pasión por la profesión, por servir a la educación de manera desinteresada.

Al Ingeniero Daniel Carrillo, por toda su gestión y colaboración durante el proceso estudiantil, fue de mucha ayuda en momentos claves.

En general a todos los docentes de la Especialización por sus enseñanzas, por cada aporte que nos dejaron y el conocimiento brindado, por la flexibilidad con los Cucuteños y su alto sentido de pertenencia e identidad institucional.

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Indice

Introducción ... xiv

Capítulo 1. Diseño del sistema de supervisión y control para la automatización de un horno autoclave con capacidad de 45 toneladas/hora, utilizado en el proceso de esterilización de fruto en una planta extractora de aceite de palma ... xv

1.1 Planteamiento del Problema ... 16

1.2 Formulación del Problema ... 16

1.3 Objetivos ... 16

1.3.1 Objetivo general. ... 16

1.3.2 Objetivos específicos. ... 16

1.4 Justificación ... 17

1.4.1 Beneficios sociales. ... 18

1.4.2 Beneficios tecnológicos. ... 18

1.4.3 Beneficios económicos. ... 18

1.4.4 Beneficios empresariales. ... 18

1.4.5 Beneficios ambientales ... 18

1.5 Delimitación ... 19

1.5.1 Delimitación operativa. ... 19

1.5.2 Delimitación conceptual. ... 19

1.5.3 Delimitación geográfica. ... 19

1.5.4 Delimitación temporal. ... 19

Capítulo 2. Marco Referencial ... 20

2.1 Marco Histórico ... 20

2.2 Marco Teórico ... 20

2.2.1 Automatización industrial. ... 20

2.2.2 Automatización Industrial en Plantas Extractoras de aceite de palma (Plantas de Beneficio). ... 25

2.2.3 Automatización del proceso de Esterilización en plantas extractoras de aceite de palma. ... 39

2.3 Marco Conceptual ... 49

2.4 Marco Legal ... 52

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Capítulo 3. Diseño Metodológico ... 54

3.1 Tipo de Investigación ... 54

3.2 Fases para el Desarrollo del proyecto ... 54

3.2.1 Fase 1: Evolución de la automatización de procesos industriales. ... 54

3.2.2 Fase 2: Apertura, cierre de compuertas en hornos autoclave para el proceso de esterilización del fruto de palma de aceite. ... 60

3.2.3 Fase 3: Sistema de control y los mecanismos requeridos para la automatización de autoclaves para el proceso de esterilización del fruto en plantas extractoras de aceite de palma. ... 69

Capitulo 4. Recursos ... 119

4.1 Recursos Institucionales ... 119

4.2 Recursos Humanos ... 119

4.3 Recursos Financieros ... 119

4.4 Recursos Tecnológicos ... 122

Conclusiones ... 123

Recomendaciones... 125

Referencias Bibliográficas ... 126

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Lista de Figuras

Figura 1. La figura de la izquierda muestra la actividad de una planta que no ha automatizado sus

procesos y la de la derecha, una que sí lo ha hecho 27

Figura 2. Evolución y efecto del automatismo en Colombia 27

Figura 3. Beneficio por cada 100.000 toneladas de racimos de fruta fresca (rff) procesadas 28

Figura 4.Tres esterilizadores 29

Figura 5. Sistema automático de desfrutación 30

Figura 6. Puente grúa 31

Figura 7. Prensado automático 32

Figura 8. Automatismo en clarificación 34

Figura 9. Almacenamiento de aceite. Sistema de supervisión 35

Figura 10. Sistema automático de desfibración 37

Figura 11. Palmisteria y planta de palmiste 38

Figura 12. Estación de control centralizada 39

Figura 13. Automatismos en las plantas de beneficio colombianas 39

Figura 14. Conexiones típicas para un esterilizador 45

Figura 15. Picos de Esterilización 47

Figura 16. Registrador manual Galvanómetro 57

Figura 17. Interface real de un SCADA 58

Figura 18. Operario realizando acción de levantamiento de puente manualmente 62

Figura 19. Operador abriendo / cerrando válvula 65

Figura 20. SCADA Recepción y Esterilización planta AGC SAS 68

Figura 21. Unidades Hidráulicas 70

Figura 22. Unidad Hidráulica 71

Figura 23. Electroválvula de Vapor de 6” 74

Figura 24. Ciclo de esterilización 74

Figura 25. Diagrama P&ID diseño autoclave 75

Figura 26. Representación gráfica de una válvula trampa de vapor 76 Figura 27. Proceso de expulsión de condensados con válvula manual 78

Figura 28. Implementación de la trampa de vapor 79

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Figura 29. Diagrama de flujo para iniciar el ciclo de esterilización en el tablero de autoclave 83

Figura 30.Variables 1-24 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 84

Figura 34. Secuencia Bloque MAIN (OB1) 1 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) - - Segmentos 1 y

2. 86

Figura 35. Secuencia Bloque MAIN (OB1) 2 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) - - Segmento 3. 87 Figura 36. Secuencia Bloque MAIN (OB1) 3 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) - - Segmento 3. 87 Figura 37. Secuencia Bloque MAIN (OB1) 4 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) - - Segmento 3. 88 Figura 38. Valor analógico del transmisor de presión rango de 0 a 45 psi que nos da la medida de

4 a 20 mA – MATLAB R2015a 89

Figura 39. Escalización señal presóstato (1) - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 90 Figura 40. Escalización señal presóstato (2) - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 91 Figura 41. Escalización señal presóstato (3) - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 91 Figura 42. Escalización señal presóstato (3) - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 92 Figura 43. Bloque de Autoclave, segmentos 1 y 2 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 94 Figura 44. Bloque de Autoclave, segmentos 3 y 4 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 95 Figura 45. Bloque de Autoclave, segmentos 5 y 6 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 95 Figura 46. Bloque de Autoclave, segmentos 7 y 8 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 96 Figura 47. Bloque de Autoclave, segmentos 9 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 96 Figura 48. Bloque de Autoclave, segmento 10 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 97 Figura 49. Bloque de Autoclave, segmento 11-1 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 97 Figura 50. Bloque de Autoclave, segmento 11-2 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 98 Figura 51. Bloque de Autoclave, segmentos 12 y 13 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 98 Figura 52. Bloque de Autoclave, segmento 14 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 99 Figura 53. Bloque de Autoclave, segmento 15-1 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 99 Figura 54. Bloque de Autoclave, segmento 15-2 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 100 Figura 55. Bloque de Autoclave, segmento 16 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 100 Figura 56. Bloque de Autoclave, segmento 17-1 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 101 Figura 57. Bloque de Autoclave, segmento 17-2 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 101 Figura 58. Bloque de Autoclave, segmento 17-3 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 102

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Figura 59. Bloque de Autoclave, segmento 18 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 102 Figura 60. Bloque de Autoclave, segmento 19 - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 103 Figura 61. Configuración de variables Bloque de Autoclave (Generación instantánea) 1 - - TIA

Portal V13 SP1 (Step 7) 103

Figura 62. Configuración de variables Bloque de Autoclave (Generación instantánea) 2 - - TIA

Figura 63 Configuración de variables Bloque de Autoclave (Generación instantánea) 3 - - TIA

Figura 64. Configuración de variables Bloque de Autoclave (Generación instantánea) 4 - - TIA

Figura 65. SCADA HMI – Ciclo de Desaireación Autoclave - - TIA Portal V13 SP1 (Step 7) 106

Figura 66. Botón Inicio SCADA HMI – 106

Figura 67. Leds indicadores anillos, puertas y puentes, SCADA HMI – 107

Figura 68.Indicadores SCADA HMI – 107

Figura 69. Botón Pausa SCADA HMI 108

Figura 70. Ciclos autoclave SCADA HMI – 108

Figura 71. Compuertas autoclave SCADA HMI – 109

Figura 72. Parada de emergencia SCADA HMI – 110

Figura 73. Led de alarma SCADA HMI – 110

Figura 74. Alimentación del tablero de autoclaves 111

Figura 75. Fuente de Poder 120/230VAC-24DC 112

Figura 76. Conexión de alimentación en módulos del PLC 113

Figura 77. Conexión de botones y sensores 114

Figura 78. Conexión de bobinas para accionamiento de válvulas de vapor y condensado 114

Figura 79. Conexión de válvulas de vapor y alarma. 115

Figura 80. Conexión de transmisor de temperatura. 116

Figura 81. Distribución interior de elementos en el tablero 117 Figura 82. Distribución exterior de elementos en el tablero 117

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Lista de Tablas

Tabla 1. ... 45

Tabla 2 ... 48

Tabla 3 ... 49

Tabla 4 ... 61

Tabla 5. ... 63

Tabla 6 ... 66

Tabla 7 ... 79

Tabla 8 ... 86

Tabla 9 ... 120

Tabla 10 ... 120

Tabla 11 ... 121

Tabla 12 ... 121

Tabla 13 ... 121

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Introducción

A raíz del cese de la violencia en Colombia, muchos campesinos han decidido volver a sus tierras y comenzar a cultivar nuevamente, uno de los cultivos que han ido implementando en estas zonas que anteriormente fueron de guerra ha sido la palma de aceite o palma africana, razón por la cual el aumento de este cultivo en los últimos 12 años ha sido de cerca de un 25%.

Debido a esto, la industria de extracción de aceite de palma ha venido creciendo, siendo el grupo empresarial Oleoflores y el grupo Manuelita de los pioneros en poner en funcionamiento plantas extractoras de aceite de palma, así como pequeños grupos de agricultores, quienes han formado asociaciones y han puesto en funcionamiento pequeñas plantas industriales.

La automatización de este tipo de plantas extractoras ha venido creciendo, ya que facilita los procesos que intervienen en la extracción del aceite tanto de palma como de palmiste, grandes empresas, como la desaparecida Consultécnica S.A., Eléctricos Importados S.A., AIC

Internacional S.A.S entre otras, se han dedicado en los últimos años al montaje, y/o modernización de este tipo de plantas en Colombia.

El proceso de esterilización, es el proceso en el cual el fruto de la palma de aceite es sometido a vapor sobrecalentado a diferentes presiones, buscando tres picos de expansión, para cocinar correctamente el fruto, ablandarlo, y detener los efectos de acidificación del mismo, para posteriormente continuar con el proceso y obtener el aceite de palma.

Norte de Santander, cuenta actualmente con tres plantas extractoras de aceite de palma, la primera, Cooperativa Palmas de Risaralda COOPAR LTDA fue construida en zona rural del municipio de El Zulia, tiene una capacidad actual de procesamiento de 10 toneladas de fruto por

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hora, es una planta de accionamiento manual, no cuenta actualmente con modernización, y fue fundada por una asociación de palmicultores de la zona; la segunda, Palmicultores del Norte de Santander PALNORTE S.A.S, también es una asociación de palmicultores, instalada en el corregimiento de Campo Dos, municipio de Tibú, es una planta automatizada en cerca de un 60%, cuenta con una capacidad de procesamiento de 20 toneladas de fruto por hora; y la tercera, Aceites y Grasas del Catatumbo, perteneciente al Grupo Empresarial Oleoflores, la cual

recientemente entró en funcionamiento, cuanta con una capacidad de procesamiento de 45 toneladas de fruto por hora, y se encuentra automatizada en un 60%, está planta tiene proyectada dos ampliaciones una para procesamiento de 90 toneladas de fruto por hora y otra para 135 toneladas de fruto por hora.

Automatizar el proceso de esterilización en plantas extractoras de aceite en Colombia, y en general automatizar todos los procesos que intervienen en este tipo de plantas, es mejorar continuamente los procesos, tanto técnicos como de seguridad y salud en el trabajo.

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Capítulo 1

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Diseño del sistema de supervisión y control para la automatización de un horno autoclave con capacidad de 45 toneladas/hora, utilizado en el proceso de esterilización de fruto en una planta extractora de aceite de palma

1.1 Planteamiento del Problema

Controlar la apertura y cierre de válvulas y compuertas de las autoclaves que intervienen en el proceso de esterilización del fruto de la palma de aceite, siempre ha sido un problema, ya que realizar esta acción manualmente, ha generado muchos accidentes, además de no alcanzar correctamente los tres picos de expansión cuando se inyecta el vapor a la autoclave.

1.2 Formulación del Problema

¿Cuál sería el diseño del sistema de Supervisión y Control adecuado para la automatización de un horno autoclave con capacidad de 45 Toneladas/hora, utilizado en la esterilización de fruto en una planta extractora de aceite de palma que me permita controlar apertura y cierre de válvulas y compuertas de acuerdo a la supervisión de las variables del proceso?

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general. Diseñar del sistema de supervisión y control para la automatización de un horno autoclave con capacidad de 45 Toneladas/hora, utilizado en el proceso de

esterilización de fruto en una planta extractora de aceite de palma.

1.3.2 Objetivos específicos. Describir la evolución de la automatización de procesos industriales

Distinguir los tipos de control y mecanismos utilizados en hornos autoclaves para el proceso de esterilización del fruto en plantas extractoras de aceite de palma.

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Definir el sistema de control y los mecanismos requeridos para la automatización de autoclaves para el proceso de esterilización del fruto en plantas extractoras de aceite de palma.

1.4 Justificación

La necesidad de mejorar la eficiencia en la extracción de aceite y almendra en las plantas de beneficio de aceite de palma Colombianas, mediante la disminución en los niveles de pérdidas y los costos de procesamiento, hacen que el desarrollo de herramientas para el control y supervisión en áreas sensibles del proceso sea considerado hoy como un elemento imprescindible, tanto para los proyectos de mejora de las plantas existentes, como en el desarrollo de nuevos proyectos.

Este tipo de herramientas ha surgido de manera gradual, respondiendo a las necesidades más relevantes del proceso, principalmente en las secciones de esterilización, desfrutación, prensado y generación de vapor

Como en todas las industrias, en las plantas extractoras de aceite el desarrollo de

automatismos tiene el objeto de mejorar la eficiencia de los procesos, mediante el aumento de la productividad y la disminución de los costos de operación y mantenimiento. Así con un sencillo análisis de costo-beneficio, es posible evaluar la conveniencia de implementar sistemas de control en una determinada sección del proceso.

Por otra parte, la normalización, supervisión y control del proceso en cada una de sus etapas son factores indispensables para asegurar la obtención permanente de buenos resultados en extracción de aceite y pérdidas de aceite y almendras.

En el proceso de esterilización, ayudan al cumplimiento de los objetivos de la esterilización, al disminuir la variación de presión aplicada en los ciclos de esterilización y restringir el tiempo

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de sostenimiento. Adicionalmente, evitan el aumento de las pérdidas de aceite en tusa,

ocasionada por la presencia excesiva de condensados en el esterilizador (autoclave) durante el ciclo (Silvia, 2012).

Por lo tanto, se evidencia que es posible mejorar el proceso de esterilización, implementando automatismos en las autoclaves.

1.4.1 Beneficios sociales. Se espera generar interés por la adopción de nuevas tecnologías y reducir la cantidad de accidentes por mal operación manual durante el proceso.

1.4.2 Beneficios tecnológicos. Se busca facilitar la manipulación del proceso de control de la autoclave, tener control en el tiempo real del proceso, y la manipulación de variables que

intervienen en el mismo.

1.4.3 Beneficios económicos. Mayor obtención de aceite al realizar una correcta cocción del fruto.

1.4.4 Beneficios empresariales. Aumentar la eficiencia en las labores de los operadores, puesto que un sistema debidamente automatizado y monitoreado, permitirá un mejor desempeño debido a la disminución de fatiga del sistema musculo esquelético (M.E).

Posicionamiento de la empresa, apuntando a la obtención de registros de Calidad.

Reducción en el índice de accidentalidad y enfermedades en el trabajo

1.4.5 Beneficios ambientales. Mediante la implementación de la automatización, se disminuyen las pérdidas de vapor en la admisión, y por ende, se disminuye la cantidad de combustible utilizado en la caldera para generarlo.

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1.5 Delimitación

1.5.1 Delimitación operativa. Supervisión y control de las variables que actúan en el proceso de esterilización, como el mecanismo de la apertura y cierre de compuertas al momento de carga y descarga del producto.

1.5.2 Delimitación conceptual. Sistemas de control, comunicaciones industriales, proceso de esterilización del fruto de palma, sistemas SCADA, accionamientos mecánicos, válvulas

electromecánica.

1.5.3 Delimitación geográfica. Planta Extractora Aceites y Grasas del Catatumbo SAS, ubicada en el corregimiento Reyes Campo Dos, municipio Tibu, Norte de Santander.

1.5.4 Delimitación temporal. Este proyecto se desarrolló en 10 semanas.

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Capítulo 2. Marco Referencial

2.1 Marco Histórico

Diseño y cálculo para la automatización del proceso de esterilización del fruto de palma africana en la obtención de aceite para la empresa COOPAR (Cooperativa Palmas Risaralda Ltda), ubicada en el municipio de El Zulia, Norte de Santander – Corzo Leonel, Abreu Jensen, Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta –Norte de Santander. Tesis de Pregrado Ingeniería Electromecánica, presentada en diciembre del año 2014, se realizó un estudio para la automatización de este proceso, con el fin de dejar un precedente para la modernización de la planta que actualmente opera en el municipio de El Zulia.

Ingeniería de Automatización para el proceso de esterilización en la extracción de aceite de palma africana de la empresa Oleoflores Ltda – Rozo Durwin, Velasco Libardo, Universidad de Pamplona, Pamplona – Norte de Santander. Artículo científico presentado ante el instituto de investigación y desarrollo de tecnologías aplicadas (IIDTA) de la Universidad de Pamplona.

Diseño de sistema de supervisión y automatización para planta extractora de aceite de palma. – Barrera Johan, Vargas Juan – Colombia. Artículo científico, cuyo origen es

desconocido, solo se tiene registro de que se presentó en Colombia, pero que integra un gran aporte para la realización del presente proyecto.

2.2 Marco Teórico

2.2.1 Automatización industrial. La automatización industrial (automatización: del griego antiguo auto, ‘guiado por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados y

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electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los

sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

https://es.wikipedia.org/wiki/Automatizaci%C3%B3n_industrial

Prehistoria. Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir la energía humana o animal por formas naturales de energía renovable, tales como el viento, las mareas, o un flujo de agua.

Todavía después, algunas formas de automatización fueron controladas por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde el año 300 AC.

Siglo XIX. En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad, y reducción de trabajo humano. Algunas

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desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción, no siendo posible justificar sus altos costos iniciales.

Siglo XX. La automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, y para mediados del siglo XX aún utilizaba mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. El concepto solamente llegó a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño, como para ser aplicadas en la industria, empezaron a aparecer en la década de los años 1960. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales eran exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y

especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos.

Como un famoso dicho anónimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil

remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento".

La automatización industrial y el cuerpo humano. Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo que haya sido inventado puede competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído

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humano. Cualquier persona puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.

Sistemas de Control Distribuido. Existe un concepto fundamental y muy actual en torno a la automatización industrial y es el de DCS (sistemas de control distribuido). Un sistema de control distribuido está formado por varios niveles de automatización que van desde un mínimo de 3 hasta 5. Los mismos se denominan: nivel de campo (donde se encuentran los sensores y actuadores), nivel de control (donde se encuentran los PLCs o las Estaciones de Automatización), nivel de supervisión (donde se encuentran las Estaciones de Operación y los Servidores de

Proceso), nivel MES (donde se encuentran PCs con softwares especializados para la distribución de toda la información de planta así como la generación de reportes)y el nivel ERP (donde se encuentran igualmente PCs con softwares especializados para la planificación y administración de la producción de toda la industria o empresa).

Se utilizan computadoras especializadas y tarjetas de entradas y salidas tanto analógicas como digitales para leer entradas de campo a través de sensores y para generar, a través de su programa, salidas hacia el campo a través de actuadores. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).

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Interface Hombre – máquina. Las interfaces hombre-máquina (HMI) o interfaces hombre-computadora (CHI) suelen emplearse para comunicarse con los PLCs y con otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación y el personal que opera directamente en la HMI o SCADA (Sistema de Control y Adquisición de Datos) es conocido como personal de operación. https://es.wikipedia.org/wiki/Automatizaci%C3%B3n_industrial

Prueba de Automatización. Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.

Automatización y política fiscal. Un estudio realizado por dos profesores de la

Universidad de Ball State reveló que entre 2000 y 2010, alrededor del 87% de las pérdidas de empleos en la industria manufacturera norte-americana provenían de la eficiencia de las fábricas provenientes de la automatización y una mejor tecnología. Solamente 13% de las pérdidas de puestos de trabajo se debieron al comercio, de acuerdo con CNN Rise of the machines: Fear robots, not China or Mexico.

Con la aceleración de la adopción de la tecnología de inteligencia artificial se espera que más personas sean desplazadas por la automatización en el futuro próximo el cual ha generado

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una discusión intensa de política pública en 2017. Bill Gates, el fundador de Microsoft, ha defendido la idea de que los robots deben pagar impuestos para compensar por el desempleo tecnológico. Por otro lado, Lawrence Summers, economista americano, contestó a Bill Gates diciendo que cobrar impuestos de una actividad que genera riqueza no sería lógico, y lo que habría que hacer para enfrentar la pérdida de empleos, es invertir recursos en educación y re- entrenamiento. https://es.wikipedia.org/wiki/Automatizaci%C3%B3n_industrial

2.2.2 Automatización Industrial en Plantas Extractoras de aceite de palma (Plantas de Beneficio). La automatización industrial es una herramienta importante para optimizar procesos, disminuir los costos de operación e incrementar la productividad, razón por la cual la decisión de llevarla a cabo debe estar precedida de un análisis de costo/beneficio. Las primeras aplicaciones se basaron en la lógica del cableado estructurado, que responde a la interacción eléctrica entre cables y equipos electrónicos de instrumentación (equipos de control y equipos que se controlan).

Ejemplo de ellas se dio hace unos 10 años, cuando se empezó a automatizar la dosificación de la esterilla a los desfrutadores mediante unos ciclos temporizados, que usaban dos

temporizadores, uno de los cuales hacía el trabajo y el otro el reposo, pues se trataba de disminuir el costo de operación. En esa época no se obtenían los mejores resultados, pues la dosificación se hacía a baches y había problemas en las pérdidas por fruto adherido e impregnación de aceite en la tusa.

Más tarde aparecieron los plc o controladores lógicos programables, que facilitaron la automatización proporcional del proceso. Como ejemplo concreto se pueden citar las primeras aplicaciones de automatización en esterilización, en las que era necesario manejar

proporcionalmente las válvulas reguladoras, que por lo general eran de 0 a 60 psi con señales de

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4 a 20 miliamperios. El sistema plc también puede manejar o controlar digitalmente cualquier proceso, desde parámetros ON/OFF.

Luego se dieron los software Scada, que son plc de avanzada, los cuales posibilitan la supervisión y control, y adquisición de datos, cosa que facilita hacer la trazabilidad a eventos ocurridos anteriormente dentro del proceso. Asimismo, permite hacer un seguimiento en

distancias remotas; es decir, a través de la internet es posible accesar a ellos, manipular variables y supervisar su comportamiento.

En Colombia las plantas de beneficio utilizan los tres sistemas: la lógica del cableado, los plc y recientemente los software Scada, especialmente en las nuevas calderas y en las estaciones de control centralizado (Rincon, 2010).

Objetivos de los automatismos. Desde el punto de vista económico, el objetivo de los automatismos es el aumento de la productividad y la disminución de los costos. Pero desde el punto de vista operativo, se trata de normalizar los procesos. En ese sentido, la Figura 1 describe el comportamiento de una planta de beneficio que no tiene automatismos y una que sí los tiene.

La diferencia radica en que la segunda puede garantizar que los buenos resultados permanezcan invariables en el tiempo, mientras que la primera no puede hacerlo, debido a que la operación está a cargo de una persona, de cuyas competencias y capacidades se depende.

La Figura 1 muestra cómo en los últimos 10 años se ha reducido la pérdida total de aceite en las plantas de Colombia, y se aprecia en términos porcentuales la relación directa que ello tiene con la aplicación de automatismos (Rincon, 2010).

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Figura 1. La figura de la izquierda muestra la actividad de una planta que no ha automatizado sus procesos y la de la derecha, una que sí lo ha hecho

Nota: Rincón, 2010.

Figura 2. Evolución y efecto del automatismo en Colombia

Nota: Rincón, 2010.

Si se toma el periodo correspondiente a 2000-2005, la diferencia es de 0,15%. Esto significa que una planta que procese 100.000 toneladas ahorrándose en aceite ese porcentaje obtendría 150 toneladas más de aceite que, con un precio de US$680 por tonelada, representarían alrededor de US$102.000 (Figura 3). Ello demuestra que un proyecto de automatización bien dirigido a las buenas prácticas del proceso tiene una recuperación de la inversión en el mediano

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plazo (Rincon, 2010).

Figura 3. Beneficio por cada 100.000 toneladas de racimos de fruta fresca (rff) procesadas

Nota: Rincón, 2010.

A continuación se describen los automatismos más comunes, sus costos y sus ventajas.

Aplicaciones por subproceso

Esterilización

En esterilización se está aplicando automatización industrial basada en plc, esto es, como se dijo, un controlador lógico programable, el cual a través de una señal proporcional facilita regular la presión dentro de los esterilizadores.

Sus características permiten graficar el comportamiento de las variables y reprogramar las presiones y los tiempos del ciclo dependiendo de la madurez de la fruta. Así es posible tener el control total del sistema.

Implantarlo cuesta alrededor del US$35.000 (tres esterilizadores. Figura 4), y los beneficios en la producción se representan con la disminución de 0,022% de la pérdida de aceite/rff, y el

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incremento de la eficiencia del sistema (Rincon, 2010).

Figura 4.Tres esterilizadores

Fuente: Rincón, 2010.

Desfrutación. En desfrutación también se están aplicando automatismos basados en controles de nivel instalados en la parte superior de los digestores (Figura 5), los cuales

comandan o controlan la dosificación a las desgranadoras o desfrutadores, y a la vez bloquean la posibilidad de volteo en los tambores, disminuyendo la velocidad lineal de los transportadores de cadena.

De esta manera se puede controlar la dosificación hasta la desgranación, con lo que se merman las pérdidas por fruto adherido y también por impregnación de aceite en las tusas. Esto sucede porque el sistema impide que se hagan aglomeraciones de fruta esterilizada tanto en la tolva inferior del tambor de volteo como en la tolva de la esterilla o dosificadora.

En los sistemas que cuentan aún con puente grúa también es muy fácil de enclavar eléctricamente el volteo a las demás máquinas que conforman el sistema de desfrutación. Es de destacar que este equipo tiende a desaparecer por sus altos costos y su desperdicio energético.

El costo de implementar un sistema automático en desfrutación es de cerca de US$4.000,

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ya que se basa en la lógica de cableado, y los beneficios de hacerlo pasan por la disminución de la pérdida de aceite por fruto adherido hasta del 0,025%/rff y de la pérdida de aceite por

impregnación en tusas de 0,092% de aceite/rff. (En las plantas donde se utilizan el destrozador o fracturador de racimos estas pérdidas tienden a ser de cero).

También se presenta una disminución en el costo de la mano de obra, ya que no se depende de un operador para dosificar la fruta, sino que el sistema automático instalado en los controles de nivel de los digestores se encarga de ello, según la necesidad (Rincon, 2010).

Figura 5. Sistema automático de desfrutación

Fuente: Rincón, 2010.

Puente grúa. Las plantas de beneficio que utilizan el puente grúa asimismo están automatizando este equipo, con el único objetivo de aumentar la capacidad (Figura 6). Ello funciona basado en una lógica de cableado, mediante la que el sistema hace dos movimientos vectoriales como ascenso y traslado. El mismo se mejora cuando se instalan cuatro cilindros

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neumáticos para simplificar el enganche del vagón.

Los costos de esta implementación están cercanos a los US$3.500, y el beneficio en la producción se refleja en la disminución del 50% del costo de la mano de obra y el aumento del 30% de la capacidad (Rincon, 2010).

Figura 6. Puente grúa

Prensado. En prensado se están implementando dos tipos de automatismos, uno basado en un traductor de presión (el cual regula la presión entre 800 y 1.100 psi, pero no tiene nada que ver con la corriente nominal o el análisis de potencia en el motor o de la potencia exigida), y otro es mixto, que funciona a base de la corriente nominal del motor, es decir, a la potencia de éste, y así el sistema recibe la información que le comanda aplicar o no presión (Figura 7). En su forma manual opera dejando a decisión del operario la aplicación de agua desde un pulsador eléctrico, comandando una válvula ON/OFF que permite la admisión de agua a la canasta abriendo la

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compuerta también construida con un cilindro de doble efecto neumático y servopirotando desde una válvula la presión requerida para llegar al amperaje ideal.

Cuenta con algunas alarmas, como la de prensado normal o en su defecto prensado deficiente o sobrecarga. Cuando se opera de forma automática, el sistema crea un umbral de corriente con la corriente nominal del motor; si el mismo se rompe por el margen superior, quiere decir que el equipo se está sobre cargando en presión, entonces el sistema se la quita al sistema hidráulico. Si ocurre lo contrario, es decir, que el umbral de corriente se rompa por el margen inferior, quiere decir que se está haciendo un prensado deficiente, de manera que el sistema aplica más presión desde el sistema hidráulico.

El costo de esta implementación es de alrededor de US$7.000 y los beneficios en la producción están en un ahorro de pérdidas de aceite en fibras de 0,065% de aceite/rrf. Otra ventaja es que prolonga la vida útil del equipo porque la transmisión no se va a ver expuesta a sobrepresiones (Rincón, 2010).

Figura 7. Prensado automático

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Clarificación. En clarificación se aplican diversos tipos de automatismos; el más común es el monitoreo de cada una de las variables en los tanques clarificadores, decantadores, tanque de lodos, en los cuales se registra no solo la temperatura sino la señal de nivel en los tanques o las cápsulas de secadores al vacío (Figura 8). Se hace un seguimiento o una supervisión de la presión negativa en ellos.

Otra aplicación que se realiza comúnmente es el automatismo de los filtros cepillos. Por medio de un sistema electroneumático con válvulas ON/OFF se pueden programar

temporizadores, es decir, desde un control lógico una serie de eventos que abren y hacen la purga electroneumática en ellos.

En la Zona Oriental palmera de Colombia hay un sistema automático de toma de muestra en las centrífugas deslodadoras, las cuales, basándose también en una válvula electroneumática de cierre rápido ON/OFF, toman la salida de estos equipos en los lodos y llevan la muestra hasta un recipiente para que posteriormente sea recogida por el laboratorista. De esta manera se pueden hacer análisis que arrojarán resultados veraces del comportamiento del equipo. En la Zona Norte se está aplicando un sistema automático de dilución, el cual, basado en el porcentaje de aceite que tiene el licor de prensa, modula o regula el caudal que ha de admitir esta mezcla. Adjunto tiene un sensor de ultrasonido que supervisa que la operación se esté haciendo de la mejor manera. El sistema mejora las separaciones en los preclarificadores, ya que se garantiza la mezcla

homogénea y la mayor eficiencia en los preclarificadores.

El costo total de aplicar los automatismos descritos en clarificación está alrededor de US$22.500. Los beneficios en la producción se reflejan en el poder monitorear las variables, lo

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que facilita el diagnóstico y la toma de decisiones para resolver problemas en este subproceso. La dilución automática garantiza una mezcla perfecta y homogénea, y con ello el aumento de la eficiencia en los preclarificadores (Rincon, 2010).

Figura 8. Automatismo en clarificación

Almacenamiento de aceite. Otro sistema que se está automatizando es el almacenamiento de aceite desarrollado en la Zona

Oriental (Figura 9). Consta de un controlador lógico programable o plc, el cual, basado en un programa o lenguaje hombre/máquina y en un traductor de presión hidrostática, toma una señal de corriente y la convierte en una señal másica. Esto es, arroja a la salida una cantidad de aceite en términos másicos que informan su cantidad y calidad en cada uno de los tanques.

El laboratorio de control de calidad toma muestras de este aceite y digita la información en el programa a través del plc. El sistema tiene un leve margen de error porque está basado en un

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sensor de presión hidrostática, el cual se ve algo afectado por la densidad y ésta, a su vez, por la temperatura y el volumen.

El costo de la aplicación está alrededor de US$20.000, y el beneficio en la producción está dado por el hecho de que se puede monitorear el volumen en tiempo real y desde el sistema verificar la calidad del aceite contenido en los tanques (Rincon, 2010).

Figura 9. Almacenamiento de aceite. Sistema de supervisión

Sistema automático de desfibración. El sistema automático de desfibración se ha

desarrollado en la Zona Central; consiste en la separación neumática de fibra y nuez, y se basa en la regulación de caudal, dependiendo de la carga incidente en el sistema, manteniendo una

velocidad constante (Figura 10).

Se realiza a través de tres cilindros neumáticos: el primero permite regular el caudal cuando se enciende una prensa, en este caso concreto, una máquina que tiene capacidad de 10 toneladas por hora, pues el sistema neumático que regula el caudal permitirá uno de 10.000 metros cúbicos por hora; de la misma manera, cuando se incremente la carga el sistema responderá aumentando el caudal, pero en este caso aumentará el área del corte de la sección de la columna para mantener

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la velocidad constante, debido a que el caudal es igual al área x la velocidad.

Este sistema automático se puede implementar con US$14.000, y los beneficios en la producción están reflejados en la disminución del consumo de energía porque los motores que están trabajando en los ventiladores, que por lo general son de entre 40 y 50 caballos, siempre arrancaran en vacío.

Otra ventaja importante es que disminuye la pérdida de almendra en fibras desde 2,8 a 1,5 en este caso; pero cabe aclarar que esta reducción solo se ve cuando el equipo está trabajando a menos de 30 toneladas por hora.

En palmisteria se está aplicando, todavía de manera incipiente en las zonas Central, Norte y Oriental un sistema que afora automáticamente la almendra que va desde palmisteria a las

plantas. Consta de unas celdas de carga y unos sistemas electroneumáticos que aplican a baches y miden básicamente cada una de estas aplicaciones; en las tolvas de los expeller se instalan unos sensores que dan la señal de aplicar más almendra o de no hacerlo si las mismas están llenas.

El aforo automático se puede implementar con unos US$9.000, y los beneficios en la producción están en que se puede hacer una dosificación regulada de almendra, y la facilidad y veracidad de los cálculos de extracción de aceite de palmiste (Rincón, 2010).

Generación de vapor. En generación de vapor, con la implementación de los SCADA se está regulando la combustión, y manipulando el aire aplicado a través de unos variados de velocidad en los motores de los tiros inducidos, al igual que la dosificación de fibra mediante unos sistemas neumáticos o compuertas neumáticas en la parte superior de los hogares de las calderas. El sistema no solo regula la combustión sino que también supervisa la presión en las

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calderas, el caudal de demanda y el caudal generado.

También están automatizadas las calderas de purgas temporizadas con plc, o de

temporizadores, lo que aumenta la vida útil de estos equipos porque se disminuye la posibilidad de pitting y de incrustaciones.

La parrilla viajera es un equipo que de igual forma permite la operación continua de las calderas. Está provista de un variador de velocidad el cual, dependiendo del caudal necesario, varía su velocidad lineal.

El costo de la purga automática es de unos US$4.000; instalar una parrilla viajera cuesta alrededor de US$20.000 y la regulación de combustión se logra con más o menos US$24.000 (Rincon, 2010).

Figura 10. Sistema automático de desfibración

Fuente: Rincón, 2010.

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Figura 11. Palmisteria y planta de palmiste

Estación de control centralizada. Hoy día no se concibe el diseño de una planta extractora sin que tenga estación de control centralizada (Figura 12). Este sistema posibilita hacer un

seguimiento veraz de cada una de las variables de los subprocesos, facilitando la toma de decisiones para solucionar problemas, lo que sin duda beneficia la producción. Su costo es de aproximadamente US$40.000.

La Figura 14 muestra el nivel de automatismo en las plantas del país, que se ubica

alrededor del 60% en esterilización y 38% en desfrutación, con el objetivo claro de disminuir las pérdidas en estos subprocesos (Rincon, 2010).

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Figura 12. Estación de control centralizada

Fuente: Rincón, 2010.

Figura 13. Automatismos en las plantas de beneficio colombianas

2.2.3 Automatización del proceso de Esterilización en plantas extractoras de aceite de palma. La esterilización del fruto de palma aceitera, consiste en someter a un tratamiento térmico a base de vapor saturado (“cocinar”), tanto los racimos como la fruta suelta, hasta una presión máxima de 45 p.s.i. (3 bares), en un recipiente cilíndrico horizontal, con una o dos puertas de cierre hermético (autoclaves) y buscando que las pérdidas de aceite en tusas (raquis), en condensados y frutos adheridos a los raquis sean lo más bajas posible. (Delgado Rodriguez)

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Objetivos. Esta primera etapa del proceso de extracción de aceite de palma, tiene por objeto:

1 – Inactivar las enzimas que causan el desdoblamiento del aceite y en consecuencia el incremento del porcentaje de ácidos grasos libres (acidez) en el mismo. Dichas enzimas

lipoliticas llamadas también lipasa se inactivan a temperaturas relativamente bajas, del orden de los 55 °C. Esto significaría que el tratamiento de los racimos para “esterilizarlos” podría

efectuarse simplemente mediante el uso de agua caliente, pero la necesidad de mayores

temperaturas para cumplir con otros objetivos, hacen que se requiera el uso de vapor saturado de agua. La inactivación de la lipasa originó el nombre de la esterilización.

2 – Ablandar el pedúnculo de unión de los frutos con su soporte natural o raquis. Este ablandamiento se había iniciado previamente durante el proceso de maduración y en la

esterilización lo que se hace es simular y acelerar dicho proceso y para lo cual son favorables una mayor temperatura y un mayor tiempo de contacto de los racimos con el vapor. Al conseguir este objetivo, se disminuyen las pérdidas que ocurren por mala desfrutación y por lo tanto no

deberían exceder del 0.1 % del aceite total producido (0.1% Ex.. o 4% de racimos mal desfrutados) en la planta extractora.

3 – Debilitar los tejidos de la pulpa, de manera a disminuir su resistencia a la maceración durante el proceso de digestión. No están bien definidas las condiciones de tiempo y temperatura que se requieren para obtener este efecto, pero se conoce de todas formas que para ambos casos son altos.

4 – Calentar y deshidratar parcialmente las almendras contenidas dentro de las nueces, reduciendo su tamaño y facilitando su recuperación durante la etapa de la palmistería. Esto ocurre

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al final de cada pico de esterilización, cuando ocurre una expansión (descompresión) por escape del vapor hacia la atmósfera, ocasionando el desecamiento parcial no solamente de las partes externas del racimo, sino también de las internas como es el caso de las almendras.

5 – Coagular las proteínas e hidrolizar la materia mucilaginosa, contenidas en la pulpa del fruto, en las pequeñas celdas que guardan el aceite y que posteriormente actuarían como

“emulsificantes” del aceite en el agua, causando molestias en el proceso de la clarificación y pérdidas adicionales en las aguas de desecho. (Delgado Rodriguez)

Capacidad de esterilización. Para garantizar un proceso continuo, en la planta extractora, se requiere que la esterilización tenga un flujo constante de fruto cocinado. Esto está relacionado con la capacidad de proceso, el número de autoclaves, la capacidad de cada vagoneta o canasta de esterilización, la cantidad de vagonetas por autoclave y el tiempo total de esterilización.

Ce = ( A ) x ( V) x (Cv) x 60 (Tons. / Hora).

(1000 x Te)

Donde:

Ce = Capacidad de esterilización de la planta extractora, en Ton/Hora

A = Numero de autoclaves de la planta extractora.

V = Numero de vagonetas o canastas por autoclave.

Cv = Capacidad de cada vagoneta o canasta, en Kilogramos.

Te = Tiempo total de esterilización en minutos (incluye manipuleo).

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Tiempo de manipuleo = 10 minutos.

Con la capacidad de proceso y la capacidad de esterilización, se determina el factor de esterilización. Se considera que un factor de esterilización de 1.30, garantiza la continuidad en el proceso. (Ver Tabla No. 1) (Delgado Rodriguez)

Fe = (Ce / Cp)

Donde:

Fe = Factor de esterilización.

Ce = Capacidad de esterilización en Tons / Hora.

Cp = Capacidad de proceso en Tons / Hora.

Factores que afectan la esterilización. En cada planta extractora se ha establecido un procedimiento, para realizar la esterilización, y que pude estar condicionado por los siguientes factores:

La generación del vapor, que garantiza una correcta ejecución de la esterilización. Si la cantidad de vapor generado por hora es suficiente, podemos realizar un proceso completo de tres picos, de lo contrario se tiene que ajustar de acuerdo a las posibilidades.

El tipo constructivo de las autoclaves, incluyendo diámetros de las tuberías de entrada de vapor, desfogues, drenajes y by-pass de entrada y drenajes. De acuerdo a cada instalación en particular, variarán las maniobras a realizar. (Ver Tabla No. 1), (ver Figura No. 14)

Variedad y edad de las palmas de las cuales se cosecha el fruto. La mayoría de las plantas

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extractoras están subutilizadas, económicamente, se busca procesar mayores volúmenes de fruta, con la misma capacidad de planta, buscando el mayor aprovechamiento de la misma. Lo anterior implica que se procese una mezcla de variedades de fruta, proveniente de palmas de diversas edades (fruta propia y de proveedores externos), haciendo más complejo el proceso de la esterilización.

El grado de madurez del fruto a procesar (ciclos de cosecha). Esto hace necesario el reajuste del procedimiento de esterilización, evaluando la tendencia de la mayoría del fruto que entra al proceso. Ciclos de cosecha largos implican un grado de sobremadurez del fruto y por el contrario los ciclos cortos, llevan a un fruto con tendencia a verde.

La confiabilidad de las maniobras de esterilización, es decir la correcta ejecución de los picos. La voluntad humana es caprichosa y ejecuta hasta cierto punto las cosas bien; la automatización garantiza que todo el tiempo se hagan las maniobras correctamente. (Delgado Rodriguez)

Equipos para la esterilización. Autoclaves cilíndrico horizontales con enrielado, aislamiento, bandejas repartidoras de vapor y puerta (s) de cierre hermético.

Válvula de entrada de vapor (A) de diámetro apropiado, de acuerdo al tamaño de la autoclave, lo cual implica tubería de alimentación de vapor del mismo diámetro.

Válvula de by – pass (A´) a la válvula de entrada de vapor, equivalente aproximadamente al 35 % del diámetro de la válvula principal. Esta es para mantener la presión constante

(manteniendo la principal cerrada).

Válvula de desfogue o evacuación de vapor en las expansiones (B), de diámetro

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aproximado a 150 % del diámetro de la válvula principal (A), igualmente la tubería asociada.

Válvula de salida de condensados (C), equivalente aproximadamente al 70 % del diámetro de la válvula de entrada de vapor (A), igualmente la tubería asociada. Utilizada en la desaireación y las expansiones de la esterilización.

Válvula de by – pass (D) a la válvula de salida de condensados (C), generalmente de 1” de diámetro, para mantenerla completamente abierta durante los picos y la presión constante, garantizando una esterilización en seco por la evacuación continua de los condensados.

Desaireadores automáticos o manuales, instalados en forma alternada en los costados de las autoclaves. Estos ayudan en la desaireación y permiten visualizar la eliminación total del aire.

Rompedores de vacío, consistentes en cheques instalados en la parte superior, con la flecha hacia la autoclave, evitan que la autoclave sufra por el vacío generado en las expansiones.

(Delgado Rodriguez)

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Tabla 1.

Capacidad de esterilización (Zona oriental Colombia)

Nota: Delgado Rodríguez

Figura 14. Conexiones típicas para un esterilizador

Fuente: Delgado Rodríguez

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Manómetros instalados en sitios equidistantes a las válvulas de entrada y desfogue de la autoclave, para facilitar al operario las maniobras necesarias en este proceso.

·Termómetro en la tubería de drenaje de condensados, para vigilar la evacuación continua de condensados, reflejada en altos valores de temperatura.

·Actualmente y después de numerosos ensayos, en las plantas extractoras de la zona oriental, se recomienda realizar la "expansión" o evacuación del vapor por la parte inferior de la autoclave, durante los picos y también en la evacuación final del vapor. Con los ensayos realizados se comprobó que las pérdidas de aceite por impregnación en los raquis son menores que usando la práctica tradicional y adicionalmente se evita el "chorreadero" de las vagonetas o canastas de esterilización cuando se sacan de la autoclave. (Delgado Rodriguez)

Descripción de picos de esterilización:

Desaireado: Busca eliminar el aire contenido en el autoclave, para evitar la formación de bolsas de aire que impiden la esterilización completa de los racimos.

La presencia de aire, disminuye el coeficiente de transferencia de calor, esto quiere decir que podemos tener una presión de 40 P.S.I. con una temperatura que no supere los 90°C.

Se recomienda hacerlo por 5 minutos, con inyección lenta de vapor.

Picos: Se recomiendan tres (3) picos de presión, que oscilen entre 20 y 45 P.S.I. (operar a mayores presiones afectan la calidad del aceite en cuanto a su blanqueabilidad o fijación del color), con expansiones hasta 2 ó 5 P.S.I., para garantizar completa desaireación y eliminación de condensados. (Delgado Rodriguez)

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Figura 15. Picos de Esterilización

Fuente: Delgado Rodríguez

Los picos son importantes para ayudar a ablandar los frutos del raquis y acondicionar las nueces para su posterior rotura. En la Tabla No. 3 se muestra la forma de ejecución de los picos de esterilización en las plantas extractoras de la Zona Oriental.

Tiempo de cocción: Tiempo de presión constante, el cual se determina dependiendo de la calidad de la fruta y puede estar oscilando entre 30 a 45 minutos. Este es el verdadero cocimiento de la fruta. Un tiempo de cocción o presión constante, demasiado largo incrementa las pérdidas de aceite en condensados de esterilización y en impregnación en los raquis.

Purga continua: Necesaria para obtener un rendimiento máximo del vapor y evitar que entren en equilibrio vapor y condensados, disminuyendo la transferencia de calor al fruto, además el aceite puede lavarse con estos condensados incrementando las pérdidas por este concepto. En la Tabla No. 2, se relacionan las diferentes formas, de operar las válvulas, durante la

esterilización.

(48)

Requerimientos de vapor: El consumo de vapor en la esterilización corresponde entre el 40 al 50 %, del vapor requerido en la planta extractora. Este debe ser saturado y no seco, porque el desprendimiento de los frutos se realiza a causa de la hidrólisis en los puntos de unión de los frutos al raquis. Para el proceso, general, se necesitan 370 Kg de vapor/Ton de fruta procesada, en instalaciones grandes, o 450 Kg de vapor/Ton de fruta procesada en instalaciones pequeñas.

(Delgado Rodriguez)

Tabla 2

Operación de las válvulas en la esterilización

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Tabla 3

Picos de esterilización

2.3 Marco Conceptual

Accionamientos mecánicos: Accionamiento causado por el movimiento físico de componentes cuando un operador aplica fuerza usando palancas, pedales y otros dispositivos.

Ejemplo: Finales de carrera (Buenas Tareas, 2012).

Autoclave: es un recipiente de presión metálico de paredes gruesas con un cierre hermético que permite trabajar a alta presión para realizar una reacción industrial, una cocción o

una esterilización con vapor de agua. Su construcción debe ser tal que resista la presión y temperatura desarrollada en su interior. La presión elevada permite que el agua alcance

temperaturas superiores a los 100 °C. La acción conjunta de la temperatura y el vapor produce la coagulación de las proteínas de los microorganismos, entre ellas las esenciales para la vida y la reproducción de éstos, hecho que lleva a su destrucción.

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En el ámbito industrial, equipos que funcionan por el mismo principio tienen otros usos, aunque varios se relacionan con la destrucción de los microorganismos con fines de conservación de alimentos, medicamentos, y otros productos. https://es.wikipedia.org/wiki/Autoclave

Comunicaciones Industriales: Es la transferencia física de datos (un flujo digital de bits) por un canal de comunicación punto a punto o punto a multipunto. Ejemplos de estos canales son cables de par trenzado, fibra óptica, los canales de comunicación inalámbrica y medios de almacenamiento. Los datos se representan como una señal electromagnética, una señal de tensión eléctrica, ondas radioeléctricas, microondas o infrarrojos.

Control automático: Entendemos por control automático el mantenimiento de un valor deseado dentro de un intervalo, su funcionamiento se basa en medir el valor deseado y

compararlo con el intervalo de valores aceptables utilizando la diferencia para proceder a

reducirla. Por esto el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana. Un ejemplo de control automático es un termostato de calefacción (Guinea-Edeso.Blogspot.Com, 2012).

Esterilización: Se denomina esterilización al proceso por el cual se obtiene un producto libre de microorganismos viables. El proceso de esterilización debe ser diseñado, validado y llevado a cabo para asegurar que es capaz de eliminar la carga microbiana del producto o un microorganismo más resistente.

https://es.wikipedia.org/wiki/Esterilizaci%C3%B3n_(microbiolog%C3%ADa)

Electroválvulas: Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo y

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nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de todo tipo de fluidos.

No se debe confundir la electroválvula con válvulas motorizadas, en las que un motor acciona el mecanismo de la válvula, y permiten otras posiciones intermedias entre todo y nada.

https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula

Instrumentación Industrial: Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Un sistema de instrumentación es una estructura compleja que agrupa un conjunto de instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unas conexiones entre estos elementos y por último, y no menos importante, unos programas que se encargan de automatizar el proceso y de garantizar la repetibilidad de las medidas.

https://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrial

PLC: Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es

una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas.

Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras

(52)

de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto.

Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías, copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado.

https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable

SCADA: Por sus siglas en inglés Supervisory Control And Data Adquisition, son sistemas de supervisión, control y adquisición de datos que permiten monitorear y/o manipular en tiempo real un proceso generalmente industrial. Autores.

Unidad Hidráulica ó de Poder: La alimentación de Fluido Hidráulico a un circuito se realiza desde una central denominada unidad de poder. Lo más importante de dicha unidad es la bomba. Sin embargo hay que decir que para poder funcionar tiene un depósito de aceite

hidráulico con una cantidad de aceite suficiente como para que en promedio del tiempo solo esta una fracción del tiempo de funcionamiento dentro de la máquina, de manera que así mientras está en el tanque puede disipar el calor que adquirió al funcionar a través de mecanismos que

producen intencionalmente perdidas de energía, con el objeto en general de regular la velocidad (Laboratorios, s.f).

Vagoneta: Unidad de transporte del fruto de palma de aceite. Autores

2.4 Marco Legal

NORMA ISO-9001: (Sistema para el aseguramiento de la calidad, diseño, desarrollo, producción, instalación y servicio). Con los cuales se pretende establecer el procedimiento

(53)

estricto para planear y diseñar la etapa de esterilización, y sus respectivas revisiones periódicas.

NORMAS ISA 5.1 (International Society of Automation): Normas de representación de los instrumentos- SIMBOLOGÍA.

NORMA ISA S88 (International Society of Automation): Proceso Batch

NORMA IEC (International Electrotechnical Commission) 61131-3: Estandarización en la programación de control industrial.

NTC 2050 – Código Eléctrico Colombiano.

RETIE 2013 – Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas

(54)

Capítulo 3. Diseño Metodológico

3.1 Tipo de Investigación

Este proyecto es de tipo “investigación aplicada” porque busca la generación de

conocimiento con aplicación directa a los problemas de la sociedad o el sector productivo. Esta se basa fundamentalmente en los hallazgos tecnológicos de la investiga ción básica, ocupándose del proceso de enlace entre la teoría y el producto.

3.2 Fases para el Desarrollo del proyecto

Este proyecto fue ejecutado en tres fases, de forma que cada en cada fase se desarrolló uno de los objetivos de la siguiente manera:

3.2.1 Fase 1: Evolución de la automatización de procesos industriales.

Basados en artículos, investigaciones y demás recolectadas de internet en su mayoría, se puede ver cómo la necesidad de la tecnología viene desde miles de años antes de Cristo. En la antigüedad, los sumos sacerdotes, le daban movimiento a las estatuas y hacían que éstas

expulsaran fuego por ojos y boca, con la finalidad de generar temor por parte de los humanos y así la veneración y el boto a su religión, nunca se perdiera y los sumos sacerdotes lograran tener el poder de todo sin duda alguna.

Los avances tecnológicos, vienen ligados a la necesidad que tenemos los humanos de realizar nuestro trabajo diario cada vez más rápido, mejor, automático y sin riesgo alguno. En la Edad Media y renacimiento, se empiezan a ver los primeros dispositivos automáticos, entre ellos destacan el más importante, el reloj. Tiempo después para la revolución industrial del siglo XVIII y comienzos del XIX, la automatización tiene sus primeros grandes pasos, ya que históricamente