Operaciones de Procestos Unitarios Temperatura

5/7/2018 Operaciones de Procestos Unitarios Temperatura - slidepdf.com

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OPERACIONES DE PROCESTOS

UNITARIOS

TEMPERATURA



Introducción

Los procesos industriales tienen el propósitoprincipal de transformar materias primas en

un producto final. Durante el proceso de laproducción de estos bienes, se tienen diversosprocesos, en los cuales se requiere un sistema

de control apropiado.



La instrumentación provee el significado delproceso de producción para asegurar que losproductos sean elaborados apropiadamente.

En la siguiente exposición se enfocará en losdiversos cambios que pueden ocurrir en lavariable de la TEMPERATURA y de cómo

afrontar un problema que afecte a dichavariable.



Objetivos

1.- Conocer los conceptos básicos referidos a latemperatura y calor.

2.- Comprender las diferentes escalas detemperaturas.

3.- Conocer y familiarizarse con el PLC así comocon el PID.

4.- Obtener una idea de los diferentesinstrumentos de medición de temperatura.



5.- Comprender la PROGRAMACIÓN EN LADDER.

6.- Conocer a la perfección el proceso en elmódulo de temperatura.

7.- Sobre Labview se espera:

� Crear arreglos en LabView.

� Manejar graficadores básicos.� Descargar datos en Excel.



Marco Teórico

Puntos a tratar:

�

Calor y Temperatura: Concepto� Medidas de Temperatura

� Termopares o Termorresistencias

� Convertidores o Transmisores deTemperatura



Calor y Temperatura: Concepto

� Calor: Es una forma de energía en tránsito que sedebe a una diferencia de temperatura.

� Temperatura: Es la magnitud física relacionada conla energía cinética de agitación de las moléculas,

es decir; es una medida del movimientodesordenado de las moléculas.



Medidas de Temperatura

1. Indicadores locales de Temperatura (Termómetros)

� Los indicadores de temperatura más utilizados en la industria son lostermómetros bimetálicos.

� Los termómetros bimetálicos se basan en el diferente coeficiente dedilatación existente entre dos metales diferentes y unidos. La uniónmecánica de una aguja al bimetal, hace que por efecto de cambio detemperatura se desplace.

� Otro tipo de termómetro utilizado es el termómetro de Bulbo. Estosconsisten esencialmente en un bulbo conectado por un tubo capilara una espiral. Cuando la temperatura del bulbo varía, el volumen delgas del interior varía, enrollándose o desenrollándose la espiralmoviendo la aguja en consecuencia.



2. Elementos Primarios de Temperatura

� Para la transmisión de medidas de temperatura senecesitan principalmente:

Un termopozo: elemento de conexión para el termómetro

Un elemento primario: termopares y/o termoresistencias

Un convertidor de temperatura, si se quiere llevar unaseñal de 4-20 mA,



Termopares

� El termopar se basa en el efecto Seebeck, dela circulación de una corriente en un circuitoformado por dos metales diferentes cuyasuniones se mantienen a distinta temperatura.

� Los termopares se utilizan extensamente, yaque ofrecen una gama de temperaturas

mucho más amplia.



Termoresistencia

� Es un semiconductor que trabaja según elprincipio de que en la medida que varia la

temperatura, su resistencia se modifica, y lamagnitud de esta modificación puederelacionarse con la variación de temperatura.



3. Convertidores o Transmisores deTemperatura

� Estos equipos son instalados cuando se

requiere una medida de 4-20 mA a la entradadel sistema receptor.

� Su función es la de convertir la señal deltermopar o termorresistencia a una señal desalida del tipo 4-20 mA.



Descripción de la Experiencia

� En el Módulo de Temperatura, el sistema realiza el control sobre latemperatura que adquiere un fluido en un tanque cerrado cuando éste esbombeado.

� Proceso observado en el modulo:

La Variable de Proceso obtenida en el tanque es capturada por el sensor.

El sensor envía al PLC una señal mediante impulsos eléctricos de 4 a 20 mA,esta variable es comparada con el Set Point mediante el control PID y según elresultado se genera una determinada Variable de Control, la cual es enviada alactuador (Resistencia/Relay).

Cuando el Relay empieza a actuar sigue haciéndolo hasta sobrepasar el setpoint después de eso se prende y se apaga para variar adecuadamente latemperatura casi en forma constante.



El proceso en el modulo de temperatura es el siguiente; para aumentar la

temperatura se pone a funcionar la resistencia quien se encarga de aumentarla temperatura del agua que se encuentra en el tanque, pero si se trata deenfriar observamos que debemos dejarlo enfriar a temperatura ambientedebido a que el actuador es unidireccional y no posee las habilidades de unrefrigerante.

La Variable del Proceso que da en el tanque es capturada por el sensor luegode preparar la señal se envía al PLC mediante impulsos eléctricos de 4 a 20mA, esta variable es comparada con el Set Point mediante el control PID ysegún el resultado se genera una determinada Variable de Control las cual esenviada al actuador está es recibida por el relay.

Cuando el relay empieza a actuar sigue haciéndolo hasta sobrepasar el setpoint después de eso se prende y se apaga para variar adecuadamente latemperatura casi en forma constante.



Esquemas y DiagramasEsquemas y Diagramas



1 Bomba tipo paleta centrifuga1 Relay de estado solido1 Válvula proporcional automática1 Sensor PT100/Transmisor deTemperatura (Termostato)2 interruptores de nivel en polipropileno(presión máxima: 145 psi)1 PLC1 Supervisor - Controlador HMI1 Resistencia eléctricaVálvulas manuales de posición tipo bola1 Tablero eléctrico (incluye pulsadores dearranque y parada, botones indicadores defuncionamiento, seleccionador de operaciónmanual automático)Sistema de tuberías y accesorios2 Tanques concéntricos de recogida deagua (capacidad: 30,8 litros)

DIAGRAMA DEL MÓDULO DEDIAGRAMA DEL MÓDULO DETEMPERATURATEMPERATURA



DIAGRAMADE BLOQUES

El Proceso lo constituye el cambio de temperatura en el tanque. Una vez que el fluido (agua)ha sido almacenado en el tanque interior, será bombeado con una electrobomba tipocentrifuga, al mismo tanque, recirculando el agua constantemente. La temperatura serávariada a través de una resistencia calefactora.

Las Perturbaciones al Proceso van ha ser generadas por las válvulas de posición tipo bola opor el variador de velocidad que actúa sobre la bomba que pueden ser manipuladas a criteriodel operador.

DIAGRAMA GENERAL DE CONTROL DEDIAGRAMA GENERAL DE CONTROL DETEMPERATURATEMPERATURA



Los bloques de Computadora y Supervisor Controlador /HMI se encargan de lastareas de supervisar y modificar los parámetros y variables de control del sistema queinteractúan directamente con el algoritmo PID implementado en el PLC.

El PLC cumple las funciones de controlador, es decir; es el encargado de decidir undeterminado grado de acción correctiva sobre el relay y este a su vez a la resistencia.Cuando en el sistema se produzca una variación de temperatura que este fuera delvalor deseado, el PLC enviara una señal de control que a través de un relay modula eltiempo de trabajo de la resistencia variando de esta forma la potencia entregada alproceso, para que aumente o disminuya la temperatura.

RESISTENCIA CALEFACTORA: La temperatura será variada a través de una resistenciacalefactora cuyo ciclo de encendido esta modulada por un ancho de pulso (PWM) porla señal de control generada en el PLC.

TRASMISOR DE TEMPERATURA: Al fijarse un valor de temperatura como Set Point, el

transmisor de temperatura enviará la señal al PLC.

RELAY: Cuando en el sistema se produzca una variación de temperatura que este fueradel valor deseado, el PLC enviara una señal de control que a través del Relay de estadosólido modula en ancho de pulso el tiempo de trabajo de la resistencia variando de estaforma la potencia entregada al proceso, para que aumente o disminuya la temperatura.



Cuestionario

1. Mencionar 5 aplicaciones del control de proceso detemperatura en la industria:

� LECHE UHT:

Se denomina leche UHT a la leche natural, entera, semidesnatada odesnatada, sometida a un calentamiento en condiciones tales detemperatura y tiempo que asegure la destrucción de losmicroorganismos y la inactivación de las formas de resistencia, yenvasada posteriormente en condiciones asépticas.El tratamiento UHT consiste en calentar a una temperatura de 135 -

150 ºC durante un tiempo (el mínimo legal son 135 ºC durante 1segundo) y posteriormente enfriar y envasar en condicionesasépticas.El periodo de conservación lo fija cada fabricante consumiciónpreferente.



� TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO:Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicosen los que, además de los cambios en la estructura delacero, también se producen cambios en la composición

química de la capa superficial, añadiendo diferentesproductos químicos hasta una profundidad determinada.Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento yenfriamiento controlados en atmósferas especiales.Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos

están aumentar la dureza superficial de las piezas dejandoel núcleo más blando y tenaz, disminuirel rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentarla resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga oaumentar la resistencia a la corrosión.



� EXTRUSION DE POLIMEROS:La extrusión de polímeros es un proceso industrial, en donde serealiza una accion de prensado, moldeado del plástico, que por flujocontinuo con presion y empuje, se lo hace pasar por un moldeencargado de darle la forma deseada. El polímero fundido (o en

estado ahulado) es forzado a pasar a través de un Dado tambiénllamado boquilla, por medio del empuje generado por la accióngiratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) que giraconcéntricamente en una cámara a temperaturas controladasllamada cañón, con una separación milimétrica entre amboselementos. El material polimérico es alimentado por medio de

una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción deempuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otrolado con un perfil geométrico prestablecido.



� FABRICACION DE BOTELLAS DE PLASTICO:

el proceso consta de una proforma la cual se

coloca en el interior de un molde; se eleva latemperatura para que el plastico se expanda.se ingresa aire a presión, se deja enfriar seabre el molde y se retira la botella.



� COCCION DEL PAN DE MOLDE:

en este proceso es muy importante el control

de la temperatura dado que determina lacalidad del producto.



2. ¿Por qué el tanque en el modulo detemperatura tiene un tanque concéntrico?

Se usa un tanque concéntrico para que latemperatura del agua se mantenga lo mas constanteposible, esto quiere decir que el ambiente no hagavariar la temperatura del liquido de una manera

brusca.



3. TIPOS DE TERMOPAR

� Termopar de Hierro - Constantan (Tipo J);Hierro (+) Debe estar exento de impurezas.

Constantan(-) << 60% Cobre + 40% NíquelCaracterísticas;Esta termocupla solo es aconsejable en ambientes no oxidantes su rango es continuo hasta los 250° C y contiene una respuesta de 0.055 mV/° C.

� Termopar de Cromel - Alumel (Tipo K);Cromel (+) << 64% Níquel + 25% Hierro + 11% CromoAlumel (-) << 94% Níquel + 3% Manganeso + 2% Aluminio + 1% Silicio

Características;La curva es lineal y presenta buena reproductibilidad hasta 1200 ° C proporcionando 0.04 mV/° C,contiene alta resistencia a la corrosión y a la oxidación, su rango es continuo hasta llegar a los 1300° C.



� Termopar de Cobre Constantan (Tipo T);

Cobre (+) << Debe estar exento de impurezas.

Constantan (-) << 60% Cobre + 40% Níquel

Características;Su respuesta es similar a la del Termopar de Hierro Constantan, proporciona

aproximadamente 0.055 mV/° C, con un rango máximo hasta llegar a 300 ° C, se recomiendapor su buena señal, para mediciones de precisión dentro de un limite no superior a los 250 °C, tiene alta resistencia a la oxidación.

� Termopar tipo B

los termopares tipo B utilizan una aleación de platino-rodio para cada conductor. Un

conductor contiene un 30% del rodio, mientras que el otro conductor contiene 6% derodio. Estos termopares son adecuados para el uso de hasta 1800 ° C. Los termopares tipo Bproducen el mismo resultado a 0 ° C y 42 ° C, lo que limita su uso por debajo de 50 ° C.



� Termopar tipo R

los termopares tipo R utilizar una aleación de platino-rodio que contienen 13% de rodio para unconductor y el platino puro para el otro conductor. Los termopares tipo R se utilizan hasta 1600 ° C.

� Termopar tipo S

Los termopares tipo S se construyen utilizando un cable de 90% de platino y 10% de rodio (elpositivo o "+" de alambre) y un segundo cable de 100% de platino (el negativo o "-" delcable). Al igual que el tipo I, tipo S termopares se utilizan hasta 1600 ° C. En particular, el tipoS se utiliza como el estándar de calibración para el punto de fusión del oro (1064,43 ° C).

� Termopar tipo E

( cromel - constantan ) tiene una salida alta (68 mV / ° C) que lo hace muy adecuadopara criogénico uso. Además, no es magnético.



4. Detallar las propiedades del Constantán así como suaplicación

el CONSTANTAN posee una combinación especial de características necesarias paramuchos usos de las galgas de tensión. Esta aleación tiene, por ejemplo, una

sensibilidad susceptiblemente alta a la tensión que no se ve influenciada enabsoluto por el calor que esta tensión pueda generar, el coeficiente de resistenciade temperatura no es excesivo. Además el CONSTANTAN se caracteriza por suresistencia a la fatiga y su capacidad relativamente alta para soportar elalargamiento. Cabe anotar que sin embargo el CONSTANTAN tiende a exhibir unaderiva constante en temperaturas superiores a los +150º F (+65º C), estacaracterística debe tomarse muy en serio cuando la estabilidad en cero de la galgaes crítica para la medición durante horas e incluso días. La combinación de

materiales del CONSTANTAN es de 55% de Cobre y 45% de Níquel.



5. Explicar detalladamente el

funcionamiento de los sensores detemperatura por rayos infrarrojos

La tecnología subyacente para los Pirómetros deRadiación Infrarroja esta basada en el principio quedice que todos los objetos emiten radiación alongitudes de onda ubicadas en la región infrarrojadel espectro de radiación electromagnética. Los

termómetros infrarrojos miden esta radiación yproporcionan una señal de salida calibrada en unavariedad de rangos según los requisitos del cliente



6. ¿Qué otros controladores existen en el mercado?,explicar.

Termómetro-Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un

líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumencambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumense visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fueinventado por Fahrenheit en el año 1714.

-Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales decoeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficientemás alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperaturaen el termohigrógrafo.

-Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante.Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados

para la calibración de otros termómetros.- Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el

platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varia la temperatura



� PirómetroExisten varios tipos según su principio de funcionamiento:-Pirómetro óptico: se fundamentan en la ley de Wien de distribución de la

radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con latemperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se comparacon el color emitido por un filamento que se ajusta con un reostatocalibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °Chasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el espectrovisible para permitir la medición óptica.

-Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de Stefan-Boltzmann,según la cual, la intensidad de energía emitida por un cuerpo negro esproporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

-Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente,mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente eléctrica apartir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Puedenmedir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a

2.000 °C.-Pirómetro fotoeléctrico: se basan en el efecto fotoeléctrico, por el cual se

liberan electrones de semiconductores cristalinos cuando incide sobreellos la radiación térmica.



� Termorresistencia-La termorresistencia es una resistencia fabricada con

óxidos de diferentes materiales (cromo, cobalto, hierro,etc).Son elementos PTC en los que la resistenciaaumenta cuando aumenta la temperatura, y elementosNTC la resistencia disminuye cuando aumenta latemperatura

-Medir la temperatura con termorresistencias, se basa enla característica que tienen todos los materiales decambiar su resistencia según la temperatura. Estavariación se llama coeficiente de temperatura. En lagama de conductores metálicos son los metales puroslos que tienen las variaciones más fuertes deresistencia. Las termorresistencias se suelen fabricarcon níquel (Ni) y platino (Pt).



7.Redactar un trabajo de investigación acerca de la lógicaneuronal y su aplicación en el control de procesosLa lógica neuronal es una analogía al funcionamiento de las

redes neuronales de una persona en donde los datos seobtiene de una fuente y son divididos a cada neuronarealizando cada una de ellas un operación obteniéndose unconjunto de valores los cuales se vuelven a reunir para darun resultado final. A partir de esta estructura se creo unmodelo matemático caracterizado por el procesamientomasivo de datos en paralelo y por la facilidad del modeladode sistemas altamente no lineales, dado que es unaanalogía de la red neuronal es capaz de aprender, es muyadaptable Su procesamiento es masivamente paralelo,distribuido y realizado con operaciones individuales

simples. Dado a que puede manejar una gran cantidad devariables al mismo tiempo se puede aplicar esto al controlde procesos muy complejos.



PFDMODULODE TEMPERATURA

1: SENSOR DE TEMPERATURA

2: TRANSMISOR DE

TEMPERATURA

3: CONTROLADOR DE FLUJO

4: ELEMENTO FINAL DE CONTROL

DE FLUJO

5: CONTROLADOR DE

TEMPERATURA (PLC)

6: ELEMENTO FINAL DE CONTROL

DE TEMPERATURA

7: INDICADOR DE TEMPERATURA

8: INTERFAZ HOMBRE MAQUINA

TK: TANQUE

B: BOMBA



PROCESO DE PRODUCCION DE SALCHICHAS

PICADO DE MATERIA PRIMA:

1.- mediante Cutter: Preferible para un picado fino, se necesita que la grasa esté congelada

2.- mediante Picador: Para carne fresca , en caso de tocino éste debe estar entre 0-2°C

Luego del picado la mezcla debe mantenerse entre 2 4 °C

AMASADO

Permite obtener una mezcla homogénea de la carne, grasas, especias, condimentos y otros aditivos.

REPOSO DE LA MASA

Sirve para que se impregnen los aditivos y especias, la masa se deposita en recipientes de acero inoxidablecon plástico para una mejor concentración de sabor. Este proceso dura de 24 a 28 horas a un intervalo detemperatura de 1 5°C. Por debajo de esta temperatura se formaría cristales e impedirían la maduración ypor encima se desarrollarían microorganismos indeseables.

EMBUTIDO

La masa se introduce en el tambor de depósito de la embutidora con una consistencia de manera que nose introduzcan grandes cantidades de aire. Las embutidoras más idóneas son las embutidoras continuas alvacío por su buen rendimiento y alta calidad.



ATADO

La finalidad de esta operación es de dar forma, consistencia y protección al embutido .

MADURACION

En este proceso se desarrolla la flora microbiana necesaria para obtener el buen sabor y lacalidad de la salchicha e inhibiendo los malos microorganismos de descomposición. Laimportancia del control de temperatura es de suma importancia. El intervalo de temperaturaideal es de 15-22°C, pues a menores temperaturas (5-15°C) se consiguen buenas característicasorganolépticas pero tarda mucho en completar el proceso, en cambio a mayores temperaturas

(22-27°C) la maduración es buena pero hay un riesgo de aparición de gérmenes deputrefacción.



picaramasar

embutir

atar

reposar

madurar



CONCLUSIONES

� El control de temperatura es muy importante en laindustria.

� Existen diferentes tecnologías para controlar la

variable Temperatura.� El PLC es una parte importante en el control de las

variables que intervienen en un proceso.

� Cada tipo de sensor funciona mejor bajo ciertas

condiciones.� El control de temperatura se aplica en infinidad de

procesos industriales.



RECOMENDACIONES� Se debe tener en cuenta las características del proceso

para escoger que tipo de sensor que se va a utilizar.

� Se debe tener en cuentas el rango y las condiciones detrabajo en las cuales funciona de manera correcta elsensor.

� Se debe verificar el correcto funcionamiento del equipoencargado de medir la temperatura.

� Se debe tener en cuenta los factores que intervengan enel proceso que puedan alterar los datos observados por

el sensor.� Se debe evitar que el sensor trabaje fuera de su rango de

funcionamiento normal.

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