Diseño, implementación y control de un prototipo a escala de una planta pasteurizadora

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(1)DISEÑO, IMPLEMENTACIÓN Y CONTROL DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE UNA PLANTA PASTEURIZADORA. JAIME ALBERTO ABDALA CARVAJAL Trabajo de grado para recibir el título de Ingeniero Electrónico. Asesor IVÁN CASTILLO CONTRERAS. BOGOTA, D.C. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA SEGUNDO SEMESTRE DE 2006.

(2) Tabla de Contenidos RESUMEN ______________________________________________________________3 Introducción __________________________________________________________4 Metodología ___________________________________________________________6 I.. Adquisición y Suministro __________________________________________7 I.. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA . _______________________________________7. II.. M AQUINARIA UTILIZADA EN EL P ROCESO ________________________________14. III.. SOLUCIONES PRELIMINARES _______________________________________18. IV.. VIABILIDAD DE LA SOLUCIÓN _______________________________________18. II.. Diseño del Sistema _______________________________________________19 I.. II.. • • • • •. III.. INGENIERÍA BÁSICA ________________________________________________20 DISEÑO DE LA SOLUCIÓN FÍSICA ________________________________________________ 20 P&ID Y L ISTAS DE INSTRUMENTOS______________________________________________ 21. INGENIERÍA DE DETALLE_____________________________________________22 L AZOS DE CONTROL __________________________________________________________ 22 DESPLIEGES GRÁFICOS DEL CONTROL (IHM) _____________________________________ 26 OBTENCIÓN DE MODELOS MATEMÁTICOS _________________________________________ 27. Realización del producto ________________________________________30 • • •. CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA ________________________________________________ 30 IMPLEMENTACIÓN LAZOS DE CONTROL ___________________________________________ 31 A CTUADORES_______________________________________________________________ 32. Sistema de Control ___________________________________________________36 I. II.. Esquemático General _____________________________________________37 • • • • •. Circuitos________________________________________________________38 COMPARADOR DE V OLTAJE, OPTOACOPLADOR Y TRIAC _____________________________ 38 CIRCUITO DE RAMPA S INCRONIZADA ____________________________________________ 38 CIRCUITO DAC0808_________________________________________________________ 39 CIRCUITO ADC0804_________________________________________________________ 40 CIRCUITO MAX232__________________________________________________________ 40. III.. Algoritmo de Control ___________________________________________41. IV.. Diseño del controlador PI para el control de la temperatura __________42. V.. Simulación del esquema de control_________________________________47. VI.. Implementación del sistema de Control ___________________________52. Resultados ___________________________________________________________59 Conclusiones ________________________________________________________60 Trabajos Futuros _____________________________________________________60 Referencias y Bibliografía _____________________________________________61 Anexos ______________________________________________________________63. 2.

(3) RESUMEN Este documento presenta el trabajo realizado en el proyecto de control por unidades de pasteurización de un prototipo a escala de un túnel de pasteurización, el cual fue desarrollado bajo una metodología basada en los requerimientos del estándar ANSI/EIA 632, que rige el desarrollo de procesos de ingeniería en el área de control, así como las normas establecidas por los estándares ISA.. Se presentan todas las etapas necesarias para el desarrollo del proyecto de acuerdo con la metodología planteada, que son las de adquisición y suministro, diseño del sistema y realización del producto, los cuales son supervisados por los procesos de manejo y evaluación técnica. Finalmente, se expone la estrategia de control desarrollada cuya función es permitir ejercer un control sobre las unidades de pasteurización que recibe el producto.. 3.

(4) INTRODUCCIÓN El proyecto realizado responde a la problemática actual que se presenta en algunas plantas de pasteurización, en las cuales no existe la posibilidad de controlar el proceso por unidades de pasteurización, lo cual lleva a que generalmente se sobre-pasteurice el producto para poder garantizar el tratamiento, generando costos adicionales y causando una disminución del valor organoléptico del producto, según se evidenció en las visitas técnicas realizadas como parte del proyecto.. De acuerdo con esto, se estableció como objetivo inicial del proyecto el desarrollo de una planta pasteurizadora a escala, para posteriormente poder investigar sobre ésta estrategias de control que permitan realizar un control de las unidades de pasteurización, con el fin de mejorar el desempeño y eficiencia energética del proceso productivo.. Como base para el desarrollo de este proyecto se tomó la metodología propuesta para el desarrollo de diseños de ingeniería [1], la cual es consistente con el estándar ANSI/EIA – 632 [2] que rige los procesos para el desarrollo de proyectos de ingeniería. En este se plantean las etapas básicas que debe abarcar la realización de todo proyecto de ingeniería, que son: Adquisición y suministro,. diseño del sistema y realización del producto, los cuales son. supervisados por los procesos de manejo y e valuación técnica.. 4.

(5) Se implementó también el uso de las normas ISA [3] para que el avance del proyecto se realice un lenguaje y una simbología aceptada globalmente.. Este documento se desarrollará de acuerdo al avance realizado en las etapas propuestas dentro de la metodología escogida, la cual se resume en el siguiente cuadro.. 5.

(6) METODOLOGÍA. Fig. 1 Metodología. 6.

(7) I. ADQUISICIÓN Y S UMINIST RO La primera etapa desarrollada fue la adquisición y suministro, las actividades de esta etapa se muestran en la siguiente figura.. Fig. 2. Actividades de la etapa de Adquisición y suministro. I. I DENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. La pasteurización es un tratamiento térmico que se realiza sobre un producto, “mediante una adecuada relación de temperatura y tiempo para destruir su flora patógena y la casi totalidad de su flora banal, sin alterar de manera esencial ni su valor nutritivo, ni sus características fisicoquímicas u organolépticas;” [4] con el fin de alargar la vida útil de los alimentos [5].. El proceso se basa en la destrucción de microorganismos por acción del calor, la cual se ajusta a una cinética de primer orden [5], dada por la ecuación − dN. dt = k d * N , siendo N el número de microorganismos vivos en cada. momento y kd la constante cinética de muerte a una temperatura T dada, la cual depende muy intensamente de la temperatura [5].. 7.

(8) Para. esta. ecuación,. se. tiene. la. solución. N. N0. = e − k d *t ,. o. bien. ⎞ = − kd * t log⎛⎜ N ⎟ [5]. ⎝ N0 ⎠ 2,3. Usualmente, se trabaja esta ecuación en términos del tiempo de reducción decimal D [6], el cual se define como el tiempo necesario para reducir el número de microorganismos vivos a la décima parte del número inicial, es decir, que bajo cierta temperatura constante, se pasa de tener N0 microorganismos inicialmente a N0/10 transcurrido un tiempo D.. De acuerdo con esto,. reemplazando en la ecuación anterior t=D y N/N 0 se tiene log(0,1) = −. Kd *D, 2,3. con lo cual se puede expresar el tiempo de reducción decimal como D=2,3/Kd. y la solución de la ecuación sería N t = N 0 *10. − tD. [6].. Representando log(N/N 0) frente a D se obtiene una recta de pendiente negativa 1/D,. este gráfico se conoce como gráfico de supervivencia [5] de un. microorganismo.. Como la constante de muerte térmica depende de la. temperatura, y en consecuencia D también, al representar la curva de supervivencia para diferentes temperaturas se obtienen rectas de diferentes pendientes, como se muestra en la figura 3.. 8.

(9) Fig. 3. Gráfico de supervivencia a temperatura constante [5]. Como la variable D depende de la temperatura, se puede establecer su relación graficando D Vs. T, a partir de los puntos D1, D2 y D3 y demás de la gráfica anterior, obteniéndose también una curva exponencial [6]. Al representar el logaritmo decimal del tiempo de reducción frente a la temperatura se obtienen nuevamente unas líneas rectas de pendiente negativa, este gráfico se conoce como gráfico TDT o gráfico de termodestrucción [5], que se presenta en la siguiente figura.. 9.

(10) Fig. 4. Gráfico TDT [5]. De acuerdo con este gráfico, el inverso de la pendiente, llamado z o resistencia térmica del microorganismo, es el número de grados que se debe aumentar o disminuir la temperatura, para que el valor de D disminuya o aumente, respectivamente, 10 veces.. Como esta gráfica se obtuvo a partir de los puntos de reducción del número de organismos equivalentes para las diferentes temperaturas, se puede asegurar que la letalidad (destrucción de microorganismos) es la misma en cualquier punto de la recta, por lo tanto existirán infinitas combinaciones de T y t sobre la recta que tendrán el mismo efecto térmico [6].. 10.

(11) Despejando para z de la gráfica se obtiene z(º C ) =. reorganizando se puede ver que. ( T2 −T1 ) D1 Z = 10 . D2. T2 − T1 , y log( D1 ) − log( D2 ). En la industria se adoptaron entonces unos estándares para referenciar los posibles tratamientos térmicos que se deducen de la anterior gráfica, para esto, se define entonces a T1 con su correspondiente D1 como los puntos de referencia de la gráfica, La temperatura de referencia T1 que se escoge debe ser lo suficientemente “alta” para ser letal en un tiempo razonable y es específica para cada producto (considerando la flora microbiana típica que se encuentra en el producto) [6].. La relación Dref / DT se conoce como rata de letalidad (LT), la cual se define como el tratamiento térmico aplicado a un producto durante 1 minuto a una temperatura de referencia dada [6] como se vio anteriormente. entonces. Se tiene. LT = 10 (T − Tref ) / Z , con lo cual si T=Tref entonces LT=1, se puede ver. que si T aumenta, Lt=Dref/Dt aumenta también, y como Dref es un punto fijo de la gráfica, esto quiere decir que Dt disminuye, es decir, que el tratamiento es más rápido, pero como se ubica sobre la misma recta del gráfico TDT, tiene un resultado térmico equivalente sobre el producto.. A partir de esta deducción de los fundamentos teóricos del proceso, se creó entonces el concepto de unidades de pasteurización, basado en el de letalidad. 11.

(12) aplicada, que es fundamental dentro del desarrollo de este proyecto. La idea es que se referencia la letalidad que recibe un producto en términos de estas unidades de pasteurización o UPs, a partir de la temperatura de referencia explicada en el párrafo anterior, por un periodo de tiempo de 1 minuto, así, si se somete el producto durante un minuto a la temperatura de referencia, se logra una unidad de pasteurización sobre el mismo, y de esta manera se puede trabajar con diferentes tratamientos equivalentes calculados a partir de la anterior ecuación, sabiendo de antemano cuantas unidades de pasteurización son necesarias para un tratamiento adecuado según el producto que se tiene.. Como la unidad de pasteurización esta definida para un minuto, se concluye finalmente que el tratamiento térmico total será dado por la ecuación. UPtotal = t * 10 (T −Tref )/ Z. [6], asumiendo que la temperatura se mantiene. constante durante todo el proceso, o lo que se conoce como ciclo ideal [5].. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el producto toma un tiempo en calentarse, especialmente para los alimentos envasados, en este caso, conocido como ciclo real se calcula el numero de unidades de pasteurización a partir de la t. ecuación. ∫ t *10. (T − Tref ) / Z. dt , la diferencia entre el ciclo ideal y real se muestra. 0. en la siguiente gráfica.. 12.

(13) Fig. 5. Ciclo Ideal vs. Ciclo Real [5]. En el caso real, se considera únicamente la parte de mantenimiento de las temperaturas para el cálculo de las unidades de pasteurización, lo cual se hace integrando la curva de temperatura de esa sección a lo largo del tiempo de mantenimiento, de acuerdo con la ecuación de las unidades de pasteurización. Para cada caso, el cálculo de las UPs se realiza de la siguiente manera. Fig. 6. Cálculo de UPs en Ciclo Ideal vs. Ciclo Real [6]. 13.

(14) II. MAQUINARIA UTILIZADA EN EL PROCESO De acuerdo a este concepto de tratamientos equivalentes, se tienen 2 tipos de pasteurización, la HTST (High-Temperature. Short-Time). que. trabaja a. temperaturas altas (72 – 85 ºC) durante tiempos cortos (entre 10 segundos y 2 minutos), y la LTH (Low-Temperature Holding) que trabaja con temperaturas mas bajas (60 -70ºC) y tiempos largos (entre 20 minutos y 1 hora) [5].. Según el tipo de pasteurización a realizar se tienen 2 tipos de maquinaria [5], la pasteurizadora flash para la HTST y los túneles de pasteurización para la LTH. La pasteurización flash se usa para pasteurizar fluidos, en este tipo de máquinas, el fluido es pasado a través de un intercamb iador de calor de placas, el cual permite un rápido calentamiento del fluido a temperaturas altas, con lo cual se logra un proceso cercano al de la curva de temperaturas del ciclo ideal.. 14.

(15) Fig. 7. Esquema de una Pasteurización Flash. Fuente: www.Armfield.com. Fig. 8. Pasteurizadora Flash. Fuente: Documento de circulación interna de Bavaria[6]. El túnel de pasteurización se utiliza para pasteurizar productos envasados o enlatados. En este caso, se hace uso de duchas de agua caliente, a través de las cuales se va calentando el envase y a su vez el producto que contiene; en este caso la curva de temperaturas se asemeja más a la del ciclo real de la figura 4, una foto de este tipo de planta se presenta a continuación.. 15.

(16) Fig. 9 Túnel de Pasteurización. Fuente: Documento de circulación interna de Bavaria[6]. Durante el desarrollo de esta etapa del proyecto se realizaron unas visitas a las plantas pasteurizadoras del SENA, en donde se vio de cerca el proceso de pasteurización flash, y la planta de Bavaria en Bogotá, donde se apreció la maquinaria usada para la pasteurización tipo túnel.. En ambas visitas, se. aprovechó también para conocer los sistemas de control que tienen actualmente estas máquinas en la industria. Para los dos tipos de pasteurización, se usa actualmente una estación de control desde donde se visualiza y controla la temperatura del proceso, mediante la cual se regula aproximadamente la severidad del tratamiento, particularmente en el caso de Bavaria, solo las pasteurizadoras Flash tienen control por unidades de pasteurización, para la. 16.

(17) pasteurizadora tipo túnel se controla la temperatura de los tanques desde donde se duchan las botellas, y se registra únicamente la temperatura del producto mediante una botella de prueba para verificar la correcta transferencia de calor al producto.. En esta fase del desarrollo del proyecto, se identificaron entonces las variables que determinan un adecuado proceso de pasteurización, los sistemas de control actualmente utilizados, y los diferentes tipos de maquinaria usados a nivel industrial, siendo la intención de este proyecto obtener un modelo a una escala de laboratorio de este tipo de maquinaria, en donde se pueda investigar diferentes estrategias de control que mejoren y/o faciliten el desempeño y el funcionamiento de los sistemas existentes, presentando la opción de controlar mediante las unidades de pasteurización el proceso.. La salida de esta etapa del desarrollo del proyecto de acuerdo a la norma ANSI [2] es una serie de requerimientos que debe cumplir la solución planteada. En este caso, de acuerdo con la investigación expuesta anteriormente, y teniendo en cuenta las restricciones de tiempo y de presupuesto del proyecto se plantearon entonces los siguientes requerimientos.. • Se debe desarrollar una planta pasteurizadora a. escala para trabajo de. laboratorio, en la cual sea posible implementar sistemas de control que permitan realizar control por unidades de pasteurización, con el menor. 17.

(18) presupuesto posible dentro del plazo establecido por el departamento para la entrega de proyectos de grado.. III. SOLUCIONES PRELIMINARES. De acuerdo con la investigación realizada sobre la maquinaria y los tipos de pasteurización utilizados actualmente en la industria, se identificaron como posibles soluciones, la reproducción a escala de una pasteurizadora flash o de una pasteurizadora tipo túnel.. Teniendo en cuenta los sistemas de control existentes en la maquinaria industrial, se plantea también la implementación de un control realizado en términos de unidades de pasteurización y haciendo uso de un computador, con el cual se facilite la supervisión del sistema y la visualización del proceso, y se mejore la eficiencia actual del mismo, en el cual se tiende a sobrecalentar el producto para asegurar su correcta pasteurización.. IV. VIABILIDAD DE LA SOLUCIÓN. Se realizó un análisis de costos preliminar sobre los componentes principales que se necesitarían para la fabricación de los 2 tipos de maquinaria planteados como soluciones preliminares; se consultó también con el asesor del proyecto,. 18.

(19) Iván Castillo, y con el profesor Edgar Vargas del departamento de Ingeniería Química sobre cual de las opciones resultaría en un menor costo de fabricación.. Como resultado de este proceso se terminó por escoger la. opción de la. pasteurizadora tipo túnel, ya que aunque se sugirió que el control de la pasteurizadora tipo flash sería más sencillo de implementar, el intercambiador de calor de placas necesario para la planta resultaba muy costoso, y el proceso de ensamblaje de la planta era complejo también, por lo cual se descartó esta opción y se optó por la de tipo túnel, la cual también, según las cotizaciones preliminares, resulta mucho más económica.. II. DISEÑO DEL SIST EMA Los objetivos de diseño del sistema físico como tal de esta etapa se desarrollaron conjuntamente con el estudiante Felipe Arango, el diseño del sistema de control fue realizado por el autor. Las actividades desarrolladas se muestran a continuación. Fig. 10. Actividades de la etapa de Diseño del Sistema. 19.

(20) I. I NGENIERÍA BÁSICA Como parte de la investigación realizada en la etapa anterior se recopiló la información necesaria del proceso para poder llevar a cabo la completa caracterización de la solución, los resultados obtenidos se resumen en los siguientes apartes.. • DISEÑO DE LA SOLUCIÓN FÍSICA A partir de la información recopilada en las visitas, y teniendo en cuenta las consideraciones preliminares sobre el sistema de control a implementar, se plantearon 2 posibles diseños de la planta, una en la cual los tanques en donde se almacena y calienta el agua están ubicados en la parte superior de la banda transportadora, el agua es recogida en unos compartimientos ubicados debajo de la banda y unas bombas la recirculan hacia los tanques. El otro diseño, es con los tanques debajo de la banda transportadora, se escogió esta segunda opción luego de la visita a Bavaria, ya que este es el esquema que tiene la planta de la cervecera.. 20.

(21) Fig. 11. Diseño de la solución física. • P&ID Y LISTAS DE I NSTRUMENTOS Basados en la información recopilada de la visita a la planta de Bavaria y de la investigación realizada, se realizó un diagrama de tuberías e instrumentación inicial, con su correspondientes lista de instrumentos usando el estándar ISAS5.1 [3], éste se presenta a continuación. Fig. 12. P&ID inicial (secciones 3, 4 y 5). El proceso consta, de 5 tanques en los cuales se realiza el calentamiento y. 21.

(22) enfriamiento de las botellas. En los 2 primeros se realiza un precalentamiento de la botella, hasta llegar a cerca de unos 40º C, el tercero es la sección de mantenimiento de la temperatura, en donde se lleva a cabo la pasteurización a una temperatura superior a los 60º C. Finalmente, en los tanques 4 y 5 se lleva a cabo un pre-enfriamiento y el enfriamiento de las botellas. Estas son llevadas por medio de una banda transportadora a través de las 5 secciones del túnel de pasteurización.. En el diagrama se indican además los lazos de control propuestos inicialmente, que constan de la temperatura de los tanques y de la velocidad de la banda, las dos variables que se identificaron para realizar el control en términos de unidades de pasteurización. El planteamiento completo de estos se explica en la siguiente sección. II. I NGENIERÍA DE DETALLE. • LAZOS DE CONTROL El esquema de control planteado inicialmente se muestra en la siguiente figura. La idea es realizar el control en términos de unidades de pasteurización (UPs), las cuales se determinan, como se mencionó anteriormente a partir de la ecuación t. (T − Tref ) / Z t * 10 dt ∫ 0. 22.

(23) Este tipo de control no esta presente en las plantas que visitamos, sin embargo éste es ofrecido actualmente por varias empresas que trabajan en la fabricación de túneles de pasteurización, pero dado que es un producto comercial, cada empresa mantiene como secreto la información sobre los lazos de control que utilizan. Por este motivo, se decidió desarrollar un sistema de control autóctono a partir de los conocimientos teóricos adquiridos en la parte de adquisición y suministro.. Este esquema se plantea para el tanque de mantenimiento. Como se ve, el control recibe las UPs de referencia, y de acuerdo al valor actual de las mismas decide si seguir calentando el tanque y mantener la banda quieta (situación en la cual se realiza la pasteurización) o mover la banda, para que las botellas salgan de la cámara de pasteurización y se termine el proceso una vez se hayan alcanzado las UPs deseadas. 23.

(24) Fig. 13. Esquema del controlador. Se requiere entonces de lazos de control para la temperatura de los tanques y de la velocidad del motor, como se ve en la figura anterior.. Se planea. implementar controladores PI para el control de la temperatura del tanque de la cámara de pasteurización, para los demás tanques se utilizará un regulador manual en una posición fija para alcanzar la temperatura deseada.. El proceso desde el punto de vista de las temperaturas sería el que se describe a continuación. 24.

(25) Fig. 14. Proceso térmico. El control planteado entonces fija las temperaturas de los tanques de acuerdo a unos puntos de operación (normal, o rápido), estas temperaturas de los tanques se convierten en una temperatura dentro de la botella, la cual es monitoreada a partir del modelo matemático que se obtenga, calculando entonces las unidades de pasteurización dentro del producto al integrar la curva de temperatura dentro de la botella como se sugiere en los fundamentos teóricos del proceso, con lo cual se lograría mejorar la eficiencia del proceso y proteger el producto de la sobre pasteurización. Cuando las botellas entran a la zona de pasteurización la banda se detiene, y de acuerdo a la diferencia entre las unidades de pasteurización actuales y las de referencia se mantienen ahí hasta que se llegue al nivel deseado. En ese momento la banda vuelve a moverse para sacar las botellas ya pasteurizadas a la zona de enfriamiento.. El flujo del proceso sería similar al presentado en la siguiente figura.. 25.

(26) Fig. 15. Flujo de proceso. • DESPLIEGES GRÁFICOS DEL CONTROL (IHM) Se desarrolló una interfaz en Visual Basic para desplegar la información pertinente del proceso, una pantalla del programa se presenta en la siguiente figura. 26.

(27) Fig. 16.IHM. El programa del computador permite ajustar los parámetros del proceso, como lo son la constante de resistencia térmica z, la temperatura de referencia y el nivel deseado de UPs siendo configurable entonces para la pasteurización de varios productos, una explicación más extensa de la interfaz se desarrollará más adelante.. • OBTENCIÓN DE MODELOS MATEMÁTICOS Para la implementación del sistema de control propuesto, es necesario obtener modelos tanto del calentamiento de los tanques de las duchas como del líquido. 27.

(28) dentro del envase, para esto, se situaron sensores LM35 impermeabilizados con esmalte y resguardados dentro de antenas metálicas como recomienda el fabricante en el tanque que alimenta las duchas y dentro de las botellas en el punto más frío que se conoce para las mismas [6].. Fig. 17. Respuesta Escalón del Tanque de pasteurización A partir de esta gráfica, se puede observar que el sistema es de primer orden con un pequeño tiempo muerto, el cual presenta una respuesta bastante lenta. Para el modelo aproximado se tendría lo siguiente, calculando τ como el 63% de la respuesta final. Se tiene que el modelo FOPL del tanque sería. 0.325 * e −1. 17 s 12.67s + 1 La validez del modelo se puede evidenciar en la figura anterior, y basados en la validez misma del método de caracterización utilizado.. 28.

(29) El mismo método de respuesta escalón fue utilizado para caracterizar la botella, en la cual se introdujo también un sensor de temperatura impermeabilizado para caracterizar la respuesta escalón de la misma, los resultados obtenidos para esta prueba se resumen en la siguiente gráfica. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0. 100. 200. 300. Temp Real. Modelo. 400. 500. Fig. 18. Respuesta Escalón del líquido Envasado. A partir de esta respuesta se modelo el sistema como uno de primer orden con valores de Tao = 110 seg. Adicionalmente, con los datos obtenidos, se puede modelar la temperatura interna de la botella a partir de la siguiente ecuación. (. ( ). TBOTELLA = 0,999 * (TTANQUE − TINICIAL)* 1 − exp − t τ + TINICIAL. 29.

(30) III. REALIZACIÓN DEL. PRODUCTO. Las actividades de esta etapa se presentan a continuación. Fig. 19. Actividades de la etapa de realización. • CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA Los objetivos de diseño y construcción de la máquina eran compartidos con el estudiante Felipe Arango, una descripción detallada del proceso de construcción se encuentra en el documento de tesis de dicho estudiante. El resultado final de la implementación se muestra en la siguiente figura.. 30.

(31) Fig. 20. Foto del prototipo. • I MPLEMENTACIÓN LAZOS DE CONTROL Para la implementación de los lazos de control, se diseño un sistema distribuido en el cual se maneja el control de las unidades de pasteurización mediante la implementación del modelo matemático obtenido para la botella en el computador, el cual calcula la temperatura actual del líquido a partir de éste. La interfaz con los sensores de temperatura y el control de la misma se implementó en un microcontrolador en el cual se programo la rutina de control, así como las rutinas de comunicación con el programa del computador mediante el puerto serial.. 31.

(32) El funcionamiento del sistema se describe en la siguiente figura.. Fig. 21.Sistema Distribuido. • ACTUADORES Para la implementación del control de temperatura es necesario recordar que se utilizan calentadores AC, por lo cual fue necesario desarrollar un circuito de control de potencia.. Se decidió entonces implementar un generador de PWM sincronizado con la señal AC , mediante el cual se acciona u Triac que se encarga de “recortar” la señal AC que llega a los calentadores.. 32.

(33) El PWM se implementó como función hardware ya que es un proceso rápido que requeriría mucha de la capacidad del micro, además de que resulta muy importante que se mantenga el sincronismo del PWM con el de la señal AC, para que el la parte que se recorta de la señal sea la misma en cada ciclo.. Para obtener la señal de PWM se desarrolló entonces un circuito que genera una señal de rampa sincronizada con la señal AC [7], el cual se muestra a continuación. Fig. 22.Circuito de rampa sincronizada fuente: www.sound.westhost.com. El circuito se divide básicamente en 3 partes, la primera es un detector de cruce por cero que genera un pulso de alrededor de 600us en cada cruce en el colector de Q2. La segunda es una fuente de corriente que toma una corriente constante del colector de Q4, cuyo valor es regulado mediante el potenciómetro del circuito. Finalmente, se tiene un a Q3, que cuando recibe el pulso de cruce. 33.

(34) por 0 se satura descargando a C2 hasta que no hay diferencia de potencial entre sus terminales, es decir que en el emisor de Q3 se ven 10 voltios, el cual pasa a estar abierto cuando este pulso se acaba, y deja que C2 se cargue nuevamente, es decir que aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales hasta llegar a 0, lo cual ocurre de manera lineal ya que la carga está dada por la fuente de corriente constante de Q4 y Q5. La rampa que se obtiene en la Terminal negativa de Q2 sería la siguiente. Fig. 23. Rampa de sincronización con la señal AC. Resulta muy importante tener este circuito de sincronización, ya que la señal AC que se obtiene de la toma no tiene una frecuencia constante sino que presenta pequeñas variaciones alrededor de los 60Hz con las cuales el circuito de control podría perder el sincronismo y sus acciones no serían iguales para cada semiciclo de la señal AC.. Luego, esta rampa sincronizada con la señal AC es comparada mediante un amplificador operacional, con un nivel de voltaje que controla el microcontrolador mediante un DAC. De esta manera, cuando el nivel de la rampa es superior al. 34.

(35) del microcontrolador se tiene un cero lógico a la salida del comparador, y cuando este pasa a un nivel inferior al que pone el microcontrolador, se tiene un uno, generando así la señal de PWM en perfecto sincronismo entre los cruces por cero de la señal AC.. Con esta señal de PWM, se acciona un driver MOC3011 que se encarga de disparar el Triac BT139 que permite el paso de la señal AC a la carga cuando se tiene un 1 lógico, este circuito de disparo se obtuvo del datasheet del MOC3011 y es su aplicación típica.. Mediante la implementación de todo este sistema se logró entonces obtener una señal AC sobre la carga, recortada por una palabra de un byte entre 0 y 255 que da el microcontrolador, mediante la cual se puede manejar el valor rms de potencia que recibe el calentador. Con la modificación del PWM se pueden lograr varios valores de señal rms sobre el calentador como se ve en la siguiente figura.. 35.

(36) Fig. 24. Control AC de fase fuente: www.sound.westhost.com. Sobre esta plataforma se puede implementar el control discreto que se diseñó para la temperatura.. SIST EMA DE C ONT ROL El sistema de control fue finalmente implementado sobre un nuevo prototipo que se desarrolló posteriormente con este fin, donde se corrigieron varios de los errores encontrados en el diseño del prototipo anterior. Este nuevo prototipo consiste de un único tanque donde se resume el funcionamiento general de una sección del primer prototipo.. 36.

(37) I. Esquemático General Sobre esta nueva plataforma, se implemento el siguiente esquema.. MAX 232. Conversor ADC. Microcontrolador AT89c51. Sensor de Temperatura LM35. Computador. Conversor DAC. Comparador de Voltaje. Señal de Rampa Sincronizada. OptoAcoplador MOC3011. Calentador de Agua. TRIAC BT138. Fig. 25. Esquemático del Circuito. 37.

(38) II. Circuitos Los circuitos implementados fueron los siguientes. • COMPARADOR DE VOLTAJE, OPTOACOPLADOR Y TRIAC Este circuito se desarrolló basado en el proyecto de un controlador de iluminacion que se encuentra en www.sound.westhost.com, el esquema es el siguiente. Fig. 26. Circuito actuador. • CIRCUITO DE RAMPA SINCRONIZADA El circuito que genera la rampa sincronizada con la señal de la toma AC, se desarrolló también basado en un circuito desarrollado para el proyecto LX-800 Lighting Controller de www.sound.westhost.com, el esquemático es el mismo mostrado anteriormente.. 38.

(39) Fig. 27. Circuito generador de rampa. • CIRCUITO DAC0808 Para la conversión digital análoga se implementó la aplicación típica del DAC 0808 encontrada en el datasheet del fabricante en www.national.com, la cual provee un control de 8 bits sobre un rango de 0 a 10 voltios. Fig. 28. Circuito DAC. 39.

(40) • CIRCUITO ADC0804 Para la conversión análoga digital se implementó al aplicación típica del ADC 0804 encontrada en el datasheet del fabricante en www.national.com, la cual acoplada con el sensor LM35 con la salida amplificada 2 veces, provee una salida 1 bit por grado, con 8 bits sobre un rango de 0 a 5 voltios. Fig. 29. Circuito ADC. • CIRCUITO MAX232 El circuito para la interfaz serial se desarrolló en base al descrito en la página http://www.geocities.com/alva_cesar/rs232/max232.html. Fig. 30. Circuito MAX232. 40.

(41) III. Algoritmo de Control El funcionamiento general del esquema de control propuesto se puede resumir en el siguiente diagrama. Inicio. Calentar Agua en el Tanque. no Ya se alcanzó la temperatura de proceso?. si Esti mar la temperatura dentro de la botella. Encender la Bomba del agua. no. Ya se alcanzó la temperatura de pasteurización?. no. si. Ya se alcanzaron las UP de referencia ?. Calcula r unidades de Pasteurización. si Detener la Bomba del agua. Fin de Proceso. no. Nueva Botella?. Fig. 31. Algoritmo de Control. 41.

(42) Los pasos enmarcados en rojo corresponden a señales generadas por el sistema de control, pero cuya implementación física corresponde al trabajo del estudiante Felipe Arango, como parte de su trabajo de automatización del proceso, pero que para fines del sistema de control pueden ser realizados manualmente.. IV. Diseño del controlador PI para el control de la temperatura El control PI para el lazo de la temperatura dentro del tanque se diseñó en matlab a partir del modelo obtenido para el tanque el cual se describió anteriormente. El proceso de diseño fue básicamente sintonizar el controlador de acuerdo con los resultados de 2 criterios de sintonización [8], a partir de cuyos resultados se experimentó un poco con los números para obtener el desempeño deseado. Luego, se incluyeron los limitadores dentro del sistema simulado, ya que la señal de control es un byte (0 a 255) lo cual restringe la acción de los controladores y tiene un efecto sobre el desempeño de los mismo. Finalmente se implemento un esquema de tracking o b ack calculation con el cual se corrige el efecto de los limitadores sobre el desempeño del controlador. Un resumen de estas etapas se presenta a continuación. 42.

(43) Los valores obtenidos en este punto de acuerdo con los dos criterios escogidos [8] fueron Kc= 12,67 y Ti=1,17. Con estos valores se simuló el sistema de control sobre el modelo obtenido para la planta, los resultados fueron los siguientes. Fig. 32. Simulación Control PI. 43.

(44) Fig. 33. Simulación Control PI. En la gráfica se ve la temperatura de referencia vs. La temperatura actual y la acción del controlador. El desempeño es bastante bueno, sin embargo al incluir la limitación de la señal de control, este se desmejora como se muestra en la siguiente simulación. 44.

(45) Fig. 34. Simulación Control PI con Limitadores. En la gráfica se puede apreciar el efecto de wind up del controlador integral, que produce un sobrepico pronunciado en la temperatura obtenida, para resolver. 45.

(46) este problema se implementó un esquema de tracking o back calculation [9], el cual se resume a continuación. Fig. 35. Esquema Tracking. Con esta corrección el desempeño final del controlador no tiene el sobrepico que se presentaba anteriormente como se puede ver en la siguiente gráfica. 46.

(47) Fig. 36. Simulación con Esquema Tracking. Con este esquema, la señal del control integral se reduce de acuerdo con una señal similar, pero que integra la diferencia entre la señal de control real después del limitador, y la señal que emite la parte integral, reduciendo de alguna manera el error que el controlador integral percibe.. V. Simulación del esquema de control Teniendo diseñado el controlador, se implementó una simulación en MatLab del esquema general de control, esta simulación se llevo a cabo, incluyendo los efectos de la estimación de la temperatura dentro de la botella a partir del modelo obtenido de la misma basado en la temperatura del tanque,. 47.

(48) adicionalmente, se incluye también el efecto de prender o apagar la bomba del agua, como una multiplicación por cero para validar el algoritmo de control, y finalmente se incluyó también el cálculo de las unidades de pasteurización, que es el lazo de más alto nivel que tiene el sistema, la simulación llevada a cabo se resume en el siguiente diagrama. Fig. 37. Simulación Sistema de Control. En éste, la parte en azul corresponde al control de temperatura del tanque, la parte en amarillo es el modelo del tanque, a partir del cual cuando se llega a la temperatura de referencia para el proceso, se “activa” y si hay una botella debajo de las duchas (simulado con los cuadros rojos) esta agua caliente baña la botella simulada sobre la cual se estima también la temperatura interna (cuadros. 48.

(49) en verde) a partir de la cual se calculan las unidades de pasteurización en los cuadros en color naranja, para llevar así a cabo el control por unidades de pasteurización, que en el momento que alcanza las UPs de referencia, mueve las botellas fuera de las duchas para que el agua caliente del tanque no tenga más efecto sobre las mismas, según se describió en el algoritmo anteriormente.. Los resultados obtenidos en esta simulación se resumen en las siguientes gráficas.. Fig. 38. Temperatura del tanque vs. Temperatura de la b otella En la anterior gráfica se puede ver el efecto del calentamiento de la botella, el cual empieza cuando se alcanza la temperatura de referencia de 60 grados, y se. 49.

(50) accionan las duchas, la temperatura dentro de la botella se estima a partir del modelo obtenido.. Fig. 39. Temperatura de la b otella vs. Unidades de Pasteurización En la anterior gráfica se puede ver el cálculo de las unidades de pasteurización, el cual empieza a partir de que la temperatura dentro de la botella alcanza la temperatura de pasteurización de 60 grados.. 50.

(51) Fig. 40. Unidades de Pasteurización vs. Movimiento de la Banda o Apagado de Bombas En esta última gráfica se ve la acción del control de Unidades de Pasteurización, que da una señal para que se apaguen las bombas o se mueva la banda transportadora para que ingrese salga la botella que estaba en proceso y no se sobre pasteurice.. Como resultado de esta simulación, se pudo validar el esquema de control propuesto y principalmente el algoritmo, al evidenciar que el mismo permite ejercer un control por unidades de pasteurización del proceso.. 51.

(52) VI. Implementación del sistema de Control El sistema de Control se implementó de acuerdo con el esquema mostrado al comienzo de esta sección, donde el microcontrolador se encarga de realizar la interfaz entre los conversores DAC y ADC con el computador, en donde se realiza todo el control del proceso, enviando las señales de control vía serial al micro. La implementación del sistema propuesto se puede evidenciar en las siguientes gráficas, que muestras la evolución del proceso de acuerdo al algoritmo desarrollado y validado anteriormente.. El programa de control se desarrollo en el programa Visual Basic, el controlador se programa de acuerdo a los valores calculados a partir del modelo obtenido para el sistema.. 52.

(53) Estado Inicial. Fig. 41. Estado Inicial del sistema. Una vez se alcanza la temperatura de proceso dentro del tanque, esto se indica gráficamente en la ventana, como se muestra a continuación, y se envía la señal de accionar la bomba para iniciar el baño de la botella. 53.

(54) Fig. 42 Temperatura de Proceso Alcanzada. A partir del modelo obtenido para el cálculo de la temperatura dentro de la botella, del tiempo en proceso, y de la temperatura actual del tanque se estima la temperatura dentro de la botella, cuando esta alcanza la temperatura de referencia para el proceso de pasteurización, se utiliza la ecuación para calcular con una integral aproximada el valor actual de las unidades de pasteurización, el. 54.

(55) cual se compara en cada muestreo con el valor objetivo para determinar cuando parar la bomba y pasar a una nueva botella. Fig. 43. Temperatura de Pasteurización Alcanzada. Una vez se alcanzan las unidades de pasteurización, la bomba se detiene y la interfaz indica que se debe pasar a una nueva botella, una vez se cambia la botella, se presiona el botón de nueva botella, y el proceso empieza nuevamente. 55.

(56) Fig. 44. Unidades de Pasteurización Alcanzadas. Cuando se cambia la botella y se presiona el botón de nueva botella, el proceso empieza de nuevo. 56.

(57) Fig. 45.Nueva Botella En este momento el proceso empieza nuevamente a calcular la temperatura de la nueva botella (que entra a temperatura ambiente), y se sigue el algoritmo planteado. Con el fin de validar el esquema y los modelos obtenidos, se realizó una toma de datos reales vs. El estimado de temperatura en el interior de la botella que hacía. 57.

(58) el programa, y el estimado por el modelo a temperatura constante, los resultados se muestran en la siguiente gráfica 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0. 100. 200 Temp Real. 300 Modelo. 400. 500. Funcionando. Fig. 46. Temperatura Real vs. Temperatura estimada Como se puede ver, ya en el funcionamiento real del sistema, el nivel de precisión de más o menos 1 bit del conversor ADC repercute sobre la estimación de la temperatura al interior de la botella al presentarse cierta variación en la misma, sin embargo, se puede apreciar que el error no es muy significativo y definitivamente los resultados no afectan la validez del modelo sino que dejan abierto un trabajo de mejora de los sensores para eliminar el ruido en la medición de la señal de temperatura.. Adicionalmente, los resultados nos. muestran el desempeño adecuado del sistema, validando la implementación del sistema de control sobre el prototipo, lo cual constituía el principal objetivo de. 58.

(59) este proyecto, ya que si la temperatura dentro de la botella puede ser adecuadamente estimada en el programa de control, como se evidencia en la figura, no es sino cuestión de realizar el cálculo de las unidades de pasteurización para determinar el estado actual del sistema así como las señales de actuación sobre las bombas y la banda para mover la botella fuera de la zona de pasteurización con lo cual se realiza la parte ya previamente validada en simulación y lo cual no es más que el funcionamiento que tiene realmente el programa en el computador.. RESULTADOS Se obtuvieron amplios conocimientos del proceso industrial y de las distintos métodos empleados para llevarlo a cabo.. Se construyó un primer prototipo de un túnel de pasteurización a escala que incluye actuadores y sensores. Se logró implementar un circuito de control de potencia, el cual se puede utilizar para el control de varios elementos AC, lo cual resultó muy interesante ya que anteriormente solo se había trabajado el control de elementos DC.. Se obtuvieron modelos matemáticos de los elementos del sistema. Se desarrolló un esquema de control novedoso frente a los sistemas actuales. 59.

(60) Se validó el funcionamiento del esquema propuesto y se verificó su viabilidad como sistema de control por unidades de pasteurización. Se. implementó dicho. esquema. de. control y se. verificó su. correcto. funcionamiento. CONCLUSIONES Mediante el desarrollo de este proyecto se comprobó la posibilidad de controlar el proceso de pasteurización de una máquina tipo túnel mediante el valor de las unidades de pasteurización, que son el estándar que se usa globalmente para referenciar este tipo de procesos. Se pudo verificar y validar el funcionamiento de dicho esquema tanto en simulación como en su implementación real, y, finalmente, se evidenció además la importancia de enmarcar todo proyecto de ingeniería dentro de una metodología, que sirva como guía del desarrollo del mismo.. TRABAJOS F UT UROS Como trabajo futuro se dejan planteadas varias propuestas para continuar con el desarrollo del proyecto.. La primera es la obtención de modelos más. desarrollados de los elementos del sistema, como son los tanques y las botellas, ya que no era objetivo de esta etapa obtener unos modelos exactos de los. 60.

(61) mismos. Otro interesante trabajo a desarrollar sería investigar sobre la planta otras estrategias de control que permitan el manejo mediante unidades de pasteurización, como podría ser el uso de redes. de. Petri. híbridas.. Adicionalmente, se podría trabajar en una mejora de los sensores de temperatura para usar las resistencias térmicas que se tiene en el laboratorio o unas termocuplas que resulten más precisas. Finalmente, queda abierto el desarrollo. de. un. proyecto. que. integre. efectivamente. las. partes. de. automatización (realizada por Felipe Arango) y el control que realizó el autor de este documento.. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA [1] Castillo, Iván.. Soto, John. “Metodología para el desarrollo de diseños de. ingeniería,” 2002, Universidad de los Andes. [2] Estándar ANSI/EIA–632–1998, “Processes for Engineering a System,” 1998 [3] Norma ISA-S5.1, “Instrumentation Symbols and Identification,”1992 [4] República de Colombia, Ministerio de Salud. “Resolución Número 02310 de 1986,”. 1986.. Recuperado. de. http://www.invima.gov.co/version1/normatividad/alimentos/Resolucion2310de 1986.htm en marzo de 2006. [5] Fernández Sevilla, José Maria “Tema 7: Pasteurización”. Octubre de 2004. Recuperado de www.ual.es/~jfernand/TA/Tema7/Tema7-Pasteurizacion.pdf el 2 de diciembre de 2005. [6] Vicepresidencia. de. Manufactura. del. Grupo. Empresarial. Bavaria.. “Fundamentos del proceso Cervecero”. (2003). 61.

(62) [7] “LX-800 lighting controller”, Elliot Sound Products, recuperado de http://sound.westhost.com/appnotes/an005.htm el 1 de mayo de 2006 [8] O’Dwyer, A. “PI and PID controller tuning rules for time delay processes: a summary.” (2000). School of Control Systems and Electrical Engineering, Dublin Institute of Technology [9] “Anti Wind-up Controllers,” recuperado de http://www.20sim.com/webhelp4/library/signal/Control/PID_Control/AntiWindu p.htm. 62.

(63) ANEXOS Anexo 1. Código del programa de Visual Basic Dim tiempo As Long Dim Inicio As Boolean Dim te mperatura As Integer Dim te mpString As String Dim PW M As Long Dim textoPWM As String Dim SetPoint As Integer Dim TempIni As Integer Dim UPsObj As Integer Dim UPsAct As Double Dim TempPasteur As Integer Dim enProceso As Boolean Dim Pasteurizando As Boolean Dim tiempoBotella As Integer Dim TempBotella As Double Dim tao As Integer Dim errorT As Integer Dim Control As Integer Dim ControlP As Integer Dim ControlI As Integer Dim IState As Integer Dim agua As Boolean. Close #1 Else tmrTiempo.Enabled = True tmr Muestra.Enable d = True BtnIniciar.Captio n = "Detener" Inicio = True Open "c:\samples.txt" For Output As #1 Print #1, "Tiempo Temperatura Byte PW M Temp. Botella" End If End Sub Private Sub btnP_Click() P = txtP End Sub Private Sub BtnPWM_Click() PWM = C Int(txtPWM) textoPWM = Chr(PWM) MSCo mm1.Output = textoPWM End Sub. Dim P As Integer Dim I As Double. Private Sub Form_Load() tmrTiempo.Enabled = False tmr Muestra.Enable d = False. Private Sub BtnBotella_Click() tiempoBotella = 0 UPsAct = 0 End Sub Private Sub btnI_Click() I = txtI End Sub Private Sub BtnIniciar_Click() If Inicio = True Then tmrTiempo.Enabled = False tmr Muestra.Enable d = False txtTiempo = 0 tiempo = 0 BtnIniciar.Captio n = "Inicio " IState = 0 Inicio = False. Inicio = False 'config uracion del puerto seria l MSCo mm1.InputLen = 0 MSCo mm1.RThreshold = 1 MSCo mm1.SThreshold = 1 ' ' 1) Especificar cual port va a usar: MSCo mm1.Co mmPort = 1 ' 2) Establecer parámetros de la comunicació n: MSCo mm1.Settings = "9600,N,8,1" MSCo mm1.PortOpen = True If MSComm1.PortOpen = True Then StatusBar1.Panels(1) = "Status: Contectado...." End If. 63.

(64) 'Aqui se definen todas las constantes del proceso!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! SetPoint = 40 txtSetPoint.Text = SetPoint. Print #1, " " & tiempo; " " & temperatura; " " & PW M; " " & Te mpBotella txtTemperatura = temperatura End If. TempIni = 20 txtTempIni.Text = TempIni. If MSComm1.CommEvent = comEvSend Then StatusBar1.Panels(2) = "Enviando ...." End If End Sub. txtTemperatura = TempIni UPsObj = 10 txtUPObjetivo.Text = UPsObj TempPasteur = 35 txtTempPasteur = TempPasteur tao = 110 PBUPs.Max = UPsObj + 1 'constante proporcional P = 60 txtP = P 'Constante Integral I = 0.5 txtI = I txtTemperatura.BackColor = &HFF& enProceso = False tiempoBotella = 0 End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() 'Aqui se interceptan lo s eventos que se producen 'durante la comunicación RS232. 'Cada vez que pasa alg o relativo al puerto COM 'en uso, cambia el valo r de la propiedad CommEvent 'Ejemplo: Si suena el telefono, y el modem 'está conectado a la lin ea, y se está utilizando el 'puerto COM correspondiente al modem, se generará el ' evento OnComm y la propiedad CommEvent valdrá 6. ' (6 es el valo r de la constante commEvRing, ya definid a ' internamente por Visual Basic). If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then tempString = MSComm1.Input temperatura = Asc(tempString) StatusBar1.Panels(2) = "Recibie ndo ....". Private Sub tmrTiempo_Timer() tiempo = tiempo + 1 txtTiempo = tiempo 'esto toca cambiarlo para que recib a la temperatura via serial temperatura = txtTemperatura 'Aqui se chequea que esten habilitados los controles If CheckI Then txtI.Enabled = True btnI.Enable d = True ElseIf CheckI = False Then txtI.Enabled = False btnI.Enable d = False End If 'aqui se calcula y envia la señal de control Proporcio nal errorT = SetPoint - temperatura txtErrorT = errorT ControlP = errorT * P txtControlP = ControlP IState = IState + errorT 'Limitadores Señal Integral If IState > 100 Then IState = 100 ElseIf IState < -100 Then IState = -100 End If txtIState = IState ControlI = I * IState txtControlI = ControlI ' Suma de accion Proporcional e Integral Control = ControlP + ControlI * CheckI. 64.

(65) txtControl = Control 'Limitadores Señal de Control If errorT = 0 Then Control = 60 End If If Control > 255 Then Control = 255 ElseIf Control < 1 Then Control = 1 End If. PWM = C Int(Control) txtPWM = Control textoPWM = Chr(PWM) MSCo mm1.Output = textoPWM 'aqui se maneja n lo s indicadores If te mperatura >= SetPoint Then txtTemperatura.BackColor = &HFF00& enProceso = True ElseIf temperatura < (SetPoint - 2) Then txtTemperatura.BackColor = &HFF& enProceso = False End If ' INDICADORES If enProceso = True Then tiempoBotella = tiempoBotella + 1 txtTBotella.BackColo r = &HFF00& shapeenProceso.FillColo r = &HFF00& Else txtTBotella.BackColo r = &HFF& shapeenProceso.FillColo r = &HC0C0C0 End If. Print #1, " " & tiempo; " " & te mperatura; " & PW M; " " & TempBotella If TempBotella >= TempPasteur Then Pasteurizando = True ElseIf TempBotella < TempPasteur Then Pasteurizando = False End If If Pasteurizando Then shapePasteur.FillColo r = &HFF00& txtTempBotella.BackColo r = &HFF00& 'aca se actualiza el calcula de las UPS UPsAct = UPsAct + (10 ^ ((TempBotella TempPasteur) / 7) / 60) ' UP total = t*10^(T-Tref)/z ' z generalmente se acepta 7 ' Tref 60 ºC Else shapePasteur.FillColo r = &HC0C0C0 txtTempBotella.BackColo r = &HFF& End If If UPsAct <= U PsObj Then txtUPs.Text = UPsAct PBUPs.Value = UPsAct BtnBotella.BackColor = &HFF& ElseIf UPsAct > U PsObj Then txtUPs.Text = UPsObj PBUPs.Value = PBUPs.Max BtnBotella.BackColor = &HFF00& End If 'aqui se determina el control de la bomba If enProceso Then. TempBotella = 0.999 * (temperatura - TempIni) * (1 Exp(-tie mpoBotella / tao)) + TempIni. If UPsAct <= UPsObj Then shpagua1.FillStyle = 0 shpagua2.FillStyle = 0 shpagua3.FillStyle = 0 agua = True. txtTBotella.Text = tiempoBotella txtTempBotella.Text = TempBotella. ElseIf UPsAct > UPsObj Then. ' aca se calcula la temperatura dentro de la botella. ". 65.

(66) shpagua1.FillStyle = 1 shpagua2.FillStyle = 1 shpagua3.FillStyle = 1 agua = False End If Else shpagua1.FillStyle = 1 shpagua2.FillStyle = 1 shpagua3.FillStyle = 1 agua = False End If If agua Then MSCo mm1.Output = Chr(10) Else MSCo mm1.Output = Chr(5) End If ' Con el 10 se prende la bomba, con el cinco se apaga End Sub Private Sub tmrMuestra_Timer() On Error GoTo Error_Enviando MSCo mm1.Output = "@" GoTo Salir Error_Envia ndo: MsgBox "Ocurrió un error al intentar enviar el texto" MsgBox "Visual Basic detectó: " + Err.Descrip tion Resume Salir Salir: End Sub. 66.

(67) Anexo 2. P&ID del sistema. 67.

(68) Lista de Instrumentos & Funciones # de Lazo TIC - 0101. TIC - 0102. TIC - 0103. TIC - 0104. TIC - 0105. # de Tag Descripción. Señal Locación Ubicación P&ID. TE - 0101 TT - 0101. Sensor de temperature LM35 Transmisor de Temperatura (amplificador LM741). L L. TIC - 0101 TE - 0102. Control Manual con Indicador de Temperatura Sensor de temperature LM35. E. S L. TT - 0102. Transmisor de Temperatura (amplificador LM741). E. L. TIC - 0102 TE - 0103. Control con Indicador de Temperatura Sensor de temperature LM35. E. S L. TT - 0103. Transmisor de Temperatura (amplificador LM741). E. L. TIC - 0103 TE - 0104. Control con Indicador de Temperatura Sensor de temperature LM35. E. S L. TT - 0104. Transmisor de Temperatura (amplificador LM741). E. L. TIC - 0104 TE - 0105. Control con Indicador de Temperatura Sensor de temperature LM35. E. S L. TT - 0105. Transmisor de Temperatura (amplificador LM741). E. L. E. S. E. TIC - 0105. Control con Indicador de Temperatura. SE - 0201. Relee. SIC - 0201. SIC - 0201. Control con Indicador de Velocidad. # de Tag B-1. Descripción Bomba de Agua. Fabricante Desconocido. Material Plástico. Modelo ---. B-2 B-3 B-4 B-5. Bomba de Agua Bomba de Agua Bomba de Agua Bomba de Agua. Desconocido Desconocido Desconocido Desconocido. Plástico Plástico Plástico Plástico. M-1 R-1 R-2 R-3. Motor Eléctrico para Banda Calentador de I nmersión Calentador de I nmersión Calentador de I nmersión. Desconocido Desconocido Desconocido Desconocido. R-4 R-5 T-1 T-2. Calentador de I nmersión Calentador de I nmersión Tanque Plastico 9 litros Tanque Plastico 13 litros. T-3 T-4 T-5. Tanque Plastico 15 litros Tanque Plastico 13 litros Tanque Plastico 9 litros. TR-1. Transportador. TANQUE 1. 0001. TANQUE 2. 0001. TANQUE 3. 0001. TANQUE 4. 0001. TANQUE 5. 0001. MOTOR 1. 0001. L E. S. Lista de Equipamiento Ubicación TANQUE 1. P&ID 0001. ---------. TANQUE 2 TANQUE 3 TANQUE 4 TANQUE 5. 0001 0001 0001 0001. Metál Cerámica/Metál Cerámica/Metál Cerámica/Metál. ---------. MOTOR 1 TANQUE 1 TANQUE 2 TANQUE 3. 0001 0001 0001 0001. Desconocido Desconocido Estra Estra. Cerámica/Metál Cerámica/Metál Plástico Plástico. ---------. TANQUE 4 TANQUE 5 TANQUE 1 TANQUE 2. 0001 0001 0001 0001. Estra Estra Estra. Plástico Plástico Plástico. -------. TANQUE 3 TANQUE 4 TANQUE 5. Desconocido. --. ---. TR1. 0001 0001 0001 0001. Lista de Canalizaciones # de Tag. Descripción. Calibre. Presión. Temperatura. 3/8" – LPW - 9001 3/8" – LPW - 9002. Tubería CPVC Tubería CPVC. Desconocido Desconocido. Tamaño de la línea. 1/2" 1/2". Baja Baja. Baja Media. 3/8" – LPW - 9003 3/8" – LPW - 9004. Tubería CPVC Tubería CPVC. Desconocido Desconocido. Baja Baja. Alta Media. 3/8" – LPW - 9005. Tubería CPVC. Desconocido. 1/2" 1/2" 1/2". Baja. Baja. 68.

(69) Anexo 3. Planos de la Planta. 69.

(70)