UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE CUENCAMAESTRIA EN AUTOMATIZACIN Y CONTROL INDUSTRIAL

SISTEMAS SCADA

INFORME DEL PROYECTO FINAL

AUTOMATIZACIN DEL PROCESO DE ELABORACION DE BEBIDAS DE PULPA Y LECHE SABORIZADA

AUTORES: ING. LENIN AGUILAR ING. PABLO MOSQUERA TELLO ING. JAVIER SERPA ANDRADE

PROFESOR: ING. RAFAEL BARRETO, Msc.

CUENCA ECUADOR ABRIL 2012

AUTOMATIZACIN DEL PROCESO DE ELABORACION DE BEBIDAS DE PULPA Y LECHE SABORIZADADESCRIPCION DEL PROCESOEste sistema de mezcla se encuentra conformado por los siguientes elementos: 1) Tanque de Emulsin o jarabe de capacidad de 12000 litros con un sensor de nivel, enfriador de placas, agitador, bomba de extraccin de jarabe, rociador. 2) Tanque de concentrado de capacidad de 2000 litros con un sensor de nivel, agitador, rociador. 3) Tanque 1 de salida de producto de capacidad de 22000 litros con un sensor de nivel, agitador, rociador. 4) Tanque 2 de salida de producto de capacidad de 30000 litros con un sensor de nivel, agitador, rociador 5) Blender o mdulo de mezclas de concentrados lquidos (jarabes, leche) y agua 6) Sistema CIP (cleaning in place) limpieza en sitio de tuberas, tanques y vlvulas por medio de procesos de agua, agua recuperada, soluciones de limpieza y agua caliente. 7) Switches o Demultiplexores manuales, llegada y salida de tubera de los diferentes compuestos, que se manipulan a travs de tubos en forma de U, mismos que sirven para direccionar los distintos concentrados a determinados tanques en funcin del proceso que se est desarrollando, entran 4 tuberas, sale 1 sola tubera de concentrado o producto final (este proceso no est sujeto a automatizacin). 8) Vlvulas con y sin actuador para el control del fluido de la mezcla, del agua del sistema CIP, del agua para el proceso de mezcla, de la leche y del jarabe. 9) Tubera de acero inoxidable de 2 para la conservacin y asepxia de los ingredientes alimenticios. FUNCIONAMIENTO El funcionamiento del proceso de mezcla comienza con la fabricacin del jarabe de fructuosa. Este jarabe es de alta concentracin y es una clase de almidn de azcar en forma de lquido claro con un contenido de fructuosa de aproximadamente 50%. La fructuosa de alta concentracin no es un azcar qumico, pero es producido del azcar natural a travs de un tratamiento bioqumico para almidn. La fructuosa de alta concentracin, es una mezcla de fructuosa y glucosa, de sabor dulce, incoloro y en estado lquido. Este primer concentrado se almacena en un tanque de capacidad de 12000 litros provisto de un agitador que se comanda por medio de un motor con su respectiva proteccin trmica y un rociador (en algunas aplicaciones llamado ventilador) para el proceso CIP. A partir de este tanque que almacena jarabe comienza el sistema de mezcla. Luego de que el jarabe es almacenado, se lo debe conducir a travs de tubera de acero inoxidable con la ayuda de una bomba centrfuga que es accionada por un motor elctrico, conduciendo este

primer concentrado a un enfriador de placas y dejndolo listo para que ingrese al sistema de switcheo o demultiplexacin. El sistema de switcheo recibe tambin mediante tuberas de acero inoxidable, leche previamente pasteurizada y agua pura. Es aqu donde una combinacin automatica de tubos en forma de U, direcciona estos lquidos hacia una sola tubera que se encuentra monitoreada por un flujmetro, mismo que se encarga de controlar las cantidades exactas de cada uno de los compuestos necesarios para la bebida que se desea producir. Una vez que se determina la cantidad exacta de los ingredientes de la bebida seleccionada, el flujmetro indica una seal al operador para que este proceda a cerrar una electrovlvula de paso de segundo concentrado hacia la siguiente etapa del proceso. Esta mezcla no homognea pasa a un Blender, mismo que se encarga de dar una solucin completa de mezcla. Esta mquina resuelve cualquier problema de agrupacin o separacin de grasa para producir un producto homogneo de calidad superior. Hace el trabajo de mezcla de la manera ms natural posible, en un tanque de alta turbulencia lleno de lquido (leche, jarabe y agua), sin dejar ni una onza de ingredientes sin tratar o con grumos. Esta unidad tiene una nica funcin triple de mezclado al vaco o mezcla tradicional, que ofrece una solucin a procesos integrados. Esta mquina trabaja en lnea mezclando un amplio rango de lquidos para aplicaciones de productos lcteos. Estos incluyen leche reconstituida y recombinada, leche de yogurt, leche saborizada, leche evaporada, leche concentrada recombinada, leche achocolatada, postres lcteos y otros productos formulados como las bebidas de frutas tratadas en este proceso.

Figura 1: Blender o Mezclador Homogneo

La mezcla casi homognea resultante es canalizada a travs de tubera de acero inoxidable a un tanque de almacenamiento de concentrado de capacidad de 2000 litros provisto de un agitador que se comanda por medio de un motor con su respectiva proteccin trmica y un rociador tambin para el proceso CIP. Este tanque se dispone dentro de esta etapa para aadir concentrado. Los zumos de fruta se conocen como concentrados, concentrados congelados

(especialmente el zumo de naranja) y zumos diluidos. Con frecuencia se aaden azcar y conservantes. Adicionalmente esta mezcla se homogeniza nuevamente por medio de una recirculacin de la mezcla hacia el Blender; para que luego esta mezcla ya homognea y perfecta se transporte hacia los tanques de almacenamiento del producto final, que es la ltima etapa de este proceso. A travs de la recirculacin de la mezcla, sta es conducida mediante tubera de acero inoxidable hacia los tanques 1 y 2 de 22000 y 30000 litros respectivamente, cada uno provisto de un agitador que se comanda por medio de un motor con su respectiva proteccin trmica y un rociador para el proceso CIP. En esta parte del proceso, se debe limpiar completamente el sistema para que la mezcla nueva tenga todas sus caractersticas ntegras y de perfecta calidad. Nuevamente se tiene un sistema de switcheo en donde se reciben mediante tuberas igualmente de acero inoxidable, la mezcla deseada como producto final o agua caliente para el proceso CIP. Una combinacin de forma similar mediante los tubos en forma de U, direcciona la bebida producida hacia la etapa de envasado o direcciona agua caliente hacia el sistema para la limpieza en sitio del proceso. Existe un puesto adicional de switcheo para el mismo sirve para direccionar el agua caliente para el sistema CIP de los tanques de almacenamiento de la mezcla o para la parte del proceso del monitoreo de la primera mezcla con el flujmetro. Cabe destacar que un sistema CIP es un proceso que al igual que en la produccin de jarabe de fructuosa consta de varias etapas. Un requisito bsico para la produccin higinica de alimentos de alta calidad, es que la planta de proceso est escrupulosamente limpia. Partes de la planta como tuberas, intercambiadores de calor, tanques, llenadoras, etc., deben ser limpiadas inmediatamente despus de terminado el ciclo productivo para que en la prxima partida el sistema est limpio y libre de grmenes patgenos. El propsito del sistema CIP es eliminar los depsitos de compuestos orgnicos propios del proceso como precipitados de protenas, hidratos de carbono, grasas, minerales y otros, que son la base nutricional para el crecimiento bacteriano y precursores de fenmenos de bio-corrosin. ENTORNO HMI Y COMUNICACIONES La propuesta consiste en ingresar un set point mediante una pantalla HMI principal en el cuarto de control que enva comandos a un PLC mismo que controla las electrovlvulas de cada una de las tuberas que manejan los diferentes tipos de compuestos para estas bebidas. El flujmetro dar la cantidad exacta de los agentes necesarios para una mezcla homognea y perfecta del producto final. Por ejemplo si se desea producir leche chocolatada, existir un men tctil en la pantalla HMI la cual permita colocar la cantidad en litros de este tipo de leche que se desea producir y automticamente el sistema gobernar las electrovlvulas necesarias durante cierto tiempo y en base a una cantidad de flujo para lograr dicha mezcla perfecta y sin prdidas. La otra pantalla HMI auxiliar servir para, mediante un comando iniciar el sistema CIP para el proceso ascptico del sistema de mezclas para iniciar la produccin de otra bebida.

FILOSOFA DE OPERACINSe va ha analizar cada uno de los procesos que se pueden realizar en la planta diseada, la cual tiene la posibilidad de realizar mezclas para bebidas de leche saborizada, jujos con extracto narural y una etapa de limpieza de tanques y tuberas, cabe recalcar que se va ha explicar el funcionamiento de las tres etapas y se va ha programar uno de estos procesos y representarlo en un HMI desde el software Factory Talk PROCESO DE JUGOS Para este proceso se necesita, los ingredientes agua y jarabe que este caso seria naranja pera manzana, productos ya almacenados en este tanque, con los dos ingredientes principales lo nico que necesitamos es la mazcla, dosificada por el flujometro y la conexin de tuberas en los puntos de acceso, para ingresar agua se utiliza una electrovalvula de corte PV021, la salida de esta electrovlvula debe estar conectada al ingreso de las tuberas del proceso principal, esto lo realiza un operario, pero se tiene una seal en el PLC de procesos de esta maniobra, el agua circula por el flujometro y llega hasta la electrovlvula doble PV014, la cual se acciona para dar paso hasta la electrovlvula PZV012, en este caso se ha colocado una valvula de corte de seguridad para el proceso del mix, luego se tiene intalada una electrovlvula dosificadora PV009, la cual en esta caos esta programada para una apertura del 70%, estos valores dependen de la receta que se vaya a utilizar en la elaboracin del producto final, el agua se esta almacenando en el TETRA ALMIX L-10, con la indicacin del flujometro de tener el agua necesaria, se cierran todas las electrovlvulas antes mencionadas PV021, PV014 PV009, en este momento es necesario mandar el otro producto que se va ha mezclar, por lo que se mide el nivel LIT001 del primer tanque que contine el JARABE, el operario cambia la posicin de la tubera de paso al proceso principal, dando al PLC de procesos otra seal que le indica que las tuberas estn colocadas en el sitio adecuado, ahora se prende la bomba 1 pasa esta a travs del flujometro se activa la valvula PV014 y la PV009 se dosifica en este caso al 60%, ingresando este producto al TETRA ALMIX L-10, una vez que la cantidad de producto programada se termine, se cierran las electrovlvulas PV021, PV014 PV009, luego de procesarlos en el MIX, en un tiempo establecido, se almacena en el tanque de CONCENT el producto elaborado, por lo tanto se mide el nivel de este tanque LIT 002, y e procede al llenado de este tanque, por medio de la electrovlvula PV001, nuevamente se cierrra la electrovlvula PV001. Para el almacenado del producto desde el tanque de CONCENT hasta los tanques 3 y 4, se debe en el HMI pulsar el botn de ALMACENADO, con lo cual en el PLC de procesos, toma valores de los indicadores de nivel Lit 003 y LIT 004, si el nivel del tanque 4 permite almacenar el contenido del CONCERT, entonces se verifica la conexin de la tubera de paso en una entrada del PLC, y se procede al accionamiento de las electrovlvulas de paso, PV013, PV014, PV012, PV006, PV005 y se almacena en el tanque 4, si la capacidad de este tanque esta por el limite, se almacena en el Tanque 3, por lo que se desactivan por seguridad todas las electrovlvulas que se activaron para el almacenamiento del tanque 4 y ahora se procede a activar las electrovlvulas, PV013, PV014, PV012, PV006, PV004, PV003, con lo que se tiene el almacenado en el Tanque 3

Una vez almacenado el producto se tiene que enviar este para el envasado, por lo que en el HMI se debe pulsar el botn de ENVASADO 1 o ENVASADO2 de esta manera, desde el tanque #3 se va enviar el producto, el operario coloca el tubo de paso con I003 en el PLC de procesos, se acciona PV010 y la BOMBA 2 se toma el valor del nivel del tanque LIT 003 y se apaga la electrovlvula y la bomba cuando este en el nivel minimo, si se require desde el tanque #4, el operario coloca el tubo de paso con I004 en el PLC de procesos, se acciona PV011 y la BOMBA 2 se toma el valor del nivel del tanque LIT 004 y se apaga la electrovlvula y la bomba cuando este en el nivel minimo

ARQUITECTURAINTERNET

MANAGEMEN CLIENT

EWS

HMI SERVER

BDD SERVER

OWS

PLC CONTROL

PLC SEGURIDAD

PLC EVENTOS

HMI OPERATOR

DIAGRAMA PFD

DIAGRAMA P&ID

DIAGRAMAS DE LAZO