MÓDULO DEL HORNO ELÉCTRICO CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

Transcripción

1 MÓDULO DEL HORNO ELÉCTRICO Sara Abad G., Leonardo Ortega C., Julio Loza C., Cristian Ramírez P., Rommel Martínez S. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES OBJETIVO Control Automático de la planta por medio de un microprocesador y el hardware respectivo. Controlar la curva de tiempo vs. temperatura. Controlar la variación de temperatura mediante un control de fase directo. Implementar un software que ofrezca una interfaz hombre maquina. RESUMEN guiendo una curva de temperatura en función del tiempo, se logra obtener un grano seco y de calidad. El controlador principal del proceso es un microcontrolador PIC 16F877A, este adquiere la señal del sensor de temperatura, fines de carrera, etc., situados en el proceso, para que de acuerdo a su estado, realizar acciones correctivas en el caso de ser necesario. Por medio del programa de la National Instrumets, LabView, desde el Internet se puede saber el estado de los 1

2 diferentes componentes del sistema, así como de la temperatura del horno, que es la variable principal del proceso. INTRODUCCIÓN El secado se puede definir como un proceso en que hay intercambio simultáneo de calor y masa, entre el aire del ambiente de secado y los granos, es la reducción del contenido de humedad hasta un nivel que se considera seguro para el almacenamiento de éste. Se entiende que es seguro un nivel de humedad por debajo del cual se reduce la actividad respiratoria de los granos y se dificulta el ataque de insectos y hongos. Dicho nivel varia con los distintos tipos de granos, pero, para los granos más comunes, abarca una gama entre 10 y 14% de humedad expresada sobre base húmeda. En el secado de granos, el método más empleado es el de temperaturas elevadas. Con este método, el consumo de energía puede ser, en ciertos casos, superior al 60% del total de la energía consumida en la producción y tratamiento del grano. Los procedimientos de secado a altas temperaturas exigen un manejo más cuidadoso y con mayor vigilancia, porque el peligro de accidentes, principalmente incendios, es más grande y porque la posibilidad de que se dañe el producta también se acentúa. Aun así, el manejo correcto de los secadores permite que se sequen algunos productos a 400 C, sin alterar su calidad final. bien es cierto que no todos los tipos de secadores aceptan esa clase de manejo, el aumento de la temperatura del aire de secado, aunque por un lado exige mayor supervisión, por otro aumenta la eficiencia energética del procedimiento En este proceso inicialmente por un periodo prolongado se expone a los granos a una temperatura relativamente baja alrededor de 10 C más de la temperatura ambiente, la segunda fase es elevar la temperatura del horno de forma más rápida pero tomando en cuenta de que el producto no se queme, la penúltima fase consiste en mantener constante la temperatura por un tiempo no muy prolongado, para luego finalmente enfriar el producto. PROCESO DE SECADO DE GRANOS: En esta planta el método de control implementado es el feedback y control on-off, ya que se monitorea la variable de control que es la temperatura del horno, y de acuerdo a su valor, se prende o apaga la niquelina. 2

3 Por tanto el proceso productivo es el siguiente: Calentamiento El control de temperatura se lo hace con el microcontrolador por medio de pendientes, es decir, se divide la diferencia de temperatura ambiente con la máxima, para el tiempo en el que se debe realizar esta variación; en consecuencia se multiplica el tiempo transcurrido por la pendiente y se le adhiere la temperatura ambiente y se obtiene la temperatura actual que debe tener el horno. Este subproceso se divide en dos, en el subproceso de calentamiento rápido y uno lento. - Calentamiento lento: La temperatura máxima no debe estar por encima de diez grados con respecto a la temperatura ambiente, el tiempo de duración del subproceso debe ser al menos el doble del tiempo de duración del subproceso de calentamiento rápido. - Calentamiento rápido: La temperatura máxima no debe exceder la temperatura crítica del horno (temperatura máxima que soporta el horno), la pendiente debe ser tal, que el grano no se queme y pierda sus cualidades, ya que el objetivo principal del proceso es sólo el secado del cereal. Para finalizar, las pendientes de trabajo dependen del tipo de gramínea a secar, por tanto se debe recurrir a normas o estándares fijados para este procedimiento. Retención Esta fase es necesaria ya que aquí se produce la eliminación de microorganismos u hongos que producen daños al producto cuando se lo almacena. El grano permanece un tiempo determinado en la temperatura máxima obtenida en el subproceso anterior. Enfriamiento Finalmente se debe enfriar el producto, para acelerar el procedimiento se usa aire comprimido, la caída inicial de temperatura es brusca debido a que el aire frío empuja al caliente rápidamente produciendo una variación de temperatura tosca en el interior del horno, la curva de la temperatura luego de esto se vuelve más lineal ya que el horno tiene alta capacitancia. En esta fase no existe control del caudal de aire comprimido de entrada, en 3

4 CRYSTAL TEMPERATURA PISTON OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL MCLR/Vpp/THV PIC16F877A RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP k CRUCE_CERO ENTER SUBIR_TEMPERATURA BAJAR_TEMPERATURA INTERRUPCION_TOTAL PUERTA EMERGENCIA RESET CALENTANDO ENFRIANDO TREN_PULSOS MODO_MANUAL MODO_AUTOMATICO RS E LCD_1 LCD_2 LCD_3 LCD_4 TEMPERATURA PUERTA MODO_MANUAL MODO_AUTOMATICO CALENTANDO ENFRIANDO 1N914 LM016L RS E RS LED-RED E LED-YELLOW INTERRUPCION_TOTAL 1N914 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D N914 1k TEMPERATURA consecuencia, la pendiente es la misma para todo proceso de secado. Iniciar Proceso Cálculo de Variables HMI: Se puede trabajar de forma manual o Ta<T1 automática. Fase 1: Calentamiento Lento Ta<T2 Fase 2: Calentamiento Rápido Ta<T3 Fase 3: Retención ºT>ºTamb Fin de Proceso Inicio Fase 4: Enfriamiento HARDWARE: R15 DIAGRAMA DE FLUJO: D1 D5 D6 Inicio X2 U1 RB0/INT 33 RB RB2 36 RB3/PGM 37 RB4 38 RB5 39 RB6/PGC RB7/PGD RC4/SDI/SDA RC5/SDO 24 ENTER C1 R1 INTERRUPCION_1 EMERGENCIA ENTER C2 R2 EMERGENCIA RESET C3 INTERRUPCION_1 R5 RESET Declaración de Variables RW INTERRUPCION_5 INTERRUPCION_6 LCD1 VSS VDD VEE LCD_1 LCD_2 LCD_3 LCD_4 SUBIR_TEMPERATURA C4 R7 INTERRUPCION_5 SUBIR_TEMPERATURA BAJAR_TEMPERATURA C5 R8 INTERRUPCION_6 RV2 RV1 R10 R3 R4 Elija Modo CALENTANDO 330 ENFRIANDO R6 Manual HMI Automático Comunicación PC CONCLUSIONES: Petición de Datos Inicialización de Datos Datos Correctos? Modo Iniciar Proceso? La variación de temperatura no debe ser muy brusca para el horno, ya que se puede producir su deterioro debido a este cambio. Puerta Cerrada? Iniciar Proceso El empleo de la electricidad como fuente suplementaria de calor se ve limitado por su elevado costo. Una reducción de dichos costos podría conducir a una mayor utilización de los sistemas de secado a bajas temperaturas con aire ligeramente calentado. Dichos sistemas son totalmente automáticos y exigen poca 4

5 vigilancia, pues son de fácil manejo. Pero poseen la gran desventaja del posible desarrollo de hongos en los granos. El tiempo de secado de cierto tipo de granos, a su vez, es función de la temperatura y del flujo de aire de secado, del contenido de humedad inicial. El método de secado de grano a altas temperaturas exigen un manejo más cuidadoso y con mayor vigilancia, porque el peligro de accidentes, principalmente incendios, es más grande y porque la posibilidad de que se dañe el producto también se acentúa. Cuando el horno no es utilizado en el proceso productivo, no se lo enfriará totalmente, ya que esto implica costos económicos y de tiempo, por tanto se mantendrá a una temperatura de mantenimiento tal que cuando yo necesite reiniciar la producción el tiempo muerto, tiempo que le tomaría al horno volver a calentarse, no sea muy grande. accionamiento eléctrico, para independizar el control del cilindro neumático y la entrada de aire al compresor. Debido a la gran cantidad de ruido en la planta no se pudo hacer el control de fase directo, por tanto se implemento uno de tipo ON-OFF, dependiendo de la temperatura que deba tener según el tiempo transcurrido. BIBLIOGRAFIA: Tesis: DISEÑO Y CONSTUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE UN MODULO TEMPERATURA Ayuda LabView 8.2 Seminario Labview 6.1 DE Se puede secar diferentes tipos de granos, pero para ello debe trabajar en modo manual, ya que debe ingresar los tiempos para cada etapa del proceso. Cuando trabaja en modo automático se hará para un producto estándar, por tanto los tiempos van a ser fijos. Se va a usar una válvula distribuidora 3/2 de 5

6 BIOGRAFÍAS: LEONARDO ORTEGA: Nació en Quito, provincia de Pichincha el 14 de diciembre de Sus estudios secundarios los realizó en el Colegio San Pedro Pascual, en donde se graduó en Físico Matemático. Actualmente está en noveno semestre en Electrónica y Control de la Escuela Politécnica Nacional. ROMMEL MARTÍNEZ Nació en Quito, provincia de Pichincha el 7 de octubre de Sus estudios secundarios los realizó en el Instituto Técnico Superior Bolívar en la ciudad de Tulcán, en donde obtuvo el título de bachiller en Físico Matemático. Actualmente está en noveno semestre en Electrónica y Control de la Escuela Politécnica Nacional. CRISTIAN RAMÍREZ Nació en Ambato, provincia de Tungurahua el 10 de abril de Sus estudios secundarios los realizó en el Instituto Técnico Superior Bolívar, en donde se graduó en Físico Matemático. Actualmente está en noveno semestre en Electrónica y Control de la Escuela Politécnica Nacional. JULIO LOZA. Nació en Quito, el 21 de julio de Sus estudios los realizó en el INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR CENTRAL TECNICO, donde obtuvo el titulo de Bachiller TECNICO INDUSTRIAL EN ELECTRONICA. Y actualmente cursa el octavo semestre en la Escuela Politécnica Nacional. SARA ABAD G. Nació en Quito, provincia de Pichincha el 18 de julio de Sus estudios secundarios los realizó en el INSTITUTO TÉCNICO SUPERIOR DANIEL ÁLVAREZ BURNEO, de la ciudad de Loja, obtuvo el título de bachiller en Físico Matemático. Actualmente está en noveno semestre en Electrónica y Control de la Escuela Politécnica Nacional. 6