secador solar
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ANNY 1 INDICE INDICE DE FIGURAS ................................................................................................................... 2 I . Introducción .......................................................................................................................... 4 II. Antecedentes ........................................................................................................................ 5 III. Justificación ......................................................................................................................... 5 IV. Objetivos ............................................................................................................................. 7 4.1. Objetivo General ............................................................................................................ 7 4.2. Objetivos Específicos ...................................................................................................... 7 V. Marco Teórico....................................................................................................................... 7 5.1 Producción de caco en mercado mundial y nacional ....................................................... 7 5.1.2 Producción en Costa de Marfil ................................................................................. 8 5.1. 3 Produccion en Ghana .............................................................................................. 8 2.4.3 PRODUCCIÓN EN LATINOAMÉRICA ........................................................................... 9 5.1.4 Producción en Venezuela.......................................................................................... 9 5.1.5 Producción en Colombia........................................................................................... 9 5.1.6 Producción en Brasil................................................................................................ 10 5.2 Calidad del Cacao. ......................................................................................................... 11 5.2 Catación : ...................................................................................................................... 12 5.2.1 Identificación de sabores: ....................................................................................... 12 5.3 Secado :......................................................................................................................... 13 5.3.1 .Condiciones ambientales para secado en Piura. .................................................... 14 VI Colector Solar ..................................................................................................................... 14 6.1 Definición colector ........................................................................................................ 14 6.2 Clasificación de colectores solares ................................................................................. 15 6.2.1 Colectores solares de concentración ....................................................................... 15 6.2.2 Colectores solares sin concentración ...................................................................... 16 6.3 Diferencia entre colectores solares de aire y de líquido: ................................................ 18 6.3.1. Características del colector .................................................................................... 18 6.4 Componentes de un colector : ...................................................................................... 18 6.4.1 Cubierta transparente ............................................................................................ 19 6.4.2 Circuito del fluido ................................................................................................... 19 6.4.3 Absorbedor (parrilla) .............................................................................................. 19 6.4.4 Aislamiento ............................................................................................................ 19 6.4.5 Carcasa ................................................................................................................... 19 6.5 Beneficios ..................................................................................................................... 20
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secador solar de cacao
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ANNY 1
INDICE INDICE DE FIGURAS ................................................................................................................... 2
I . Introducción .......................................................................................................................... 4
II. Antecedentes ........................................................................................................................ 5
III. Justificación ......................................................................................................................... 5
IV. Objetivos ............................................................................................................................. 7
4.1. Objetivo General ............................................................................................................ 7
4.2. Objetivos Específicos ...................................................................................................... 7
V. Marco Teórico....................................................................................................................... 7
5.1 Producción de caco en mercado mundial y nacional ....................................................... 7
5.1.2 Producción en Costa de Marfil ................................................................................. 8
5.1. 3 Produccion en Ghana .............................................................................................. 8
2.4.3 PRODUCCIÓN EN LATINOAMÉRICA ........................................................................... 9
5.1.4 Producción en Venezuela .......................................................................................... 9
5.1.5 Producción en Colombia........................................................................................... 9
5.1.6 Producción en Brasil ................................................................................................ 10
5.2 Calidad del Cacao. ......................................................................................................... 11
5.2 Catación : ...................................................................................................................... 12
5.2.1 Identificación de sabores: ....................................................................................... 12
5.3 Secado :......................................................................................................................... 13
5.3.1 .Condiciones ambientales para secado en Piura. .................................................... 14
VI Colector Solar ..................................................................................................................... 14
6.1 Definición colector ........................................................................................................ 14
6.2 Clasificación de colectores solares ................................................................................. 15
6.2.1 Colectores solares de concentración ....................................................................... 15
6.2.2 Colectores solares sin concentración ...................................................................... 16
6.3 Diferencia entre colectores solares de aire y de líquido: ................................................ 18
6.3.1. Características del colector .................................................................................... 18
6.4 Componentes de un colector : ...................................................................................... 18
6.4.1 Cubierta transparente ............................................................................................ 19
6.4.2 Circuito del fluido ................................................................................................... 19
6.4.3 Absorbedor (parrilla) .............................................................................................. 19
6.4.4 Aislamiento ............................................................................................................ 19
6.4.5 Carcasa ................................................................................................................... 19
6.5 Beneficios ..................................................................................................................... 20
ANNY 2
6.6 . Secador Solar............................................................................................................... 20
6.6.1 Tipos de secadores ................................................................................................. 21
6.7 Diseño del colector ....................................................................................................... 23
CAPÍTULO VII ........................................................................................................................... 24
APLICACIONES ......................................................................................................................... 24
7.1. Aplicación en la Industria – Mundo ............................................................................... 24
7.2. Aplicación en la Industria - Región Piura ....................................................................... 27
VIII Modelado Matemático y simulación en Matlab ................................................................. 29
8.1 Modelado y función de transferencia: ........................................................................... 29
8.2 Desarrollo de las ecuaciones con datos numéricos ........................................................ 33
8.3 Simulación en Matlab-Simulink a Open-Loop ................................................................. 35
8.4 Implementacion de un controlador GPC .................................................................. 37
IX SOFTWARE Y PROGRAMACIÓN ........................................................................................... 40
Sistema SCADA – WINCC ......................................................................................................... 40
9.1 Definición: .................................................................................................................... 40
9.2 Requisitos y funciones de los sistemas SCADA (“Sistemas SCADA”, Aquilino Rodríguez
P., 3° Ed. - Edit. MARCOMBO): ......................................................................................... 41
6.3.3. HMI – WINCC: ........................................................................................................ 45
X RESULTADOS ........................................................................................................................ 61
XI CONCLUSIONES : ................................................................................................................. 62
XII ANEXOS ............................................................................................................................. 63
REFERENCIAS XIII .................................................................................................................... 65
Referencias : ........................................................................................................................... 65
INDICE DE FIGURAS
Ilustración 1 :distribución aproximada de producción de cacao en el mundo ............................. 8
Ilustración 2. características del cacao de acuerdo a su tipo. ................................................... 11
Ilustración 3: Secado de cacao de modo natural con exposición al sol .................................... 14
Ilustración 4: colector solar ..................................................................................................... 15
Ilustración 5: Esquema de una central eléctrica solar con colectores cilindro-parabólicos ........ 16
Ilustración 6: Ejemplo de un colector solar de placa plana ....................................................... 17
Ilustración 7: colector esférico o cónico ................................................................................... 17
Ilustración 8:Esquema comparativo del volumen del agua y aire necesario para transportar la
misma cantidad de calor. ......................................................................................................... 18
Ilustración 9: componentes del colector solar .......................................................................... 20
Ilustración 10 :secador solar directo ........................................................................................ 21
Ilustración 11 : secador solar indirecto .................................................................................... 22
ANNY 3
Ilustración 12 : secador solar mixto ......................................................................................... 22
Ilustración 13: secador solar del radar ..................................................................................... 23
IIlustración 14 : secador solar del radar (2) .............................................................................. 24
Ilustración 15: secador solar del radar (3) ................................................................................ 24
Ilustración 16 Principales Productores de Cacao en América, Ministerio de Agricultura y
Desarrollo Rural, Observatorio Agrocadenas, 2005. ................................................................. 27
Ilustración 17: Flujo de la cadena del proceso del Cacao, CEPICAFE .......................................... 28
Ilustración 18: Figura esquema del prototipo del colector solar.............................................. 29
Ilustración 19: Esquema del prototipo del colector solar (transferencia de calor por caudal) ... 30
Ilustración 20: Diagrama de bloques a Open Loop ................................................................... 35
Ilustración 21 señal de salida del proceso a open loop ............................................................ 35
Ilustración 22 Diagrama de bloques a close loop con controlador PI ........................................ 36
Ilustración 23 Señal de entrada, señal del error, señal de u, señal de salida del proceso .......... 36
Ilustración 24 Funcion empleada en Matlab para el calculo de R,S,T ....................................... 38
Ilustración 25 Diagrama de bloques empleada para implementar GPC .................................... 39
Ilustración 26 señal de salida del proceso para diferentes valores de lambda (0.5,1,2) ............ 39
Ilustración 27 acercamiento de la grafica de señal de salida del proceso ................................. 40
Ilustración 1: Curva de los datos de entrada del colector, Temperatura vs Tiempo. ................ 61
Ilustración 2: Curva de los datos de salida del colector, Temperatura vs Tiempo. ................... 61
Ilustración 3: Curva de los datos de entrada del colector, Humedad vs Tiempo. ..................... 62
Ilustración 4: Curva de los datos de salida del colector, Humedad vs Tiempo. ........................ 62
ANNY 4
I . Introducción
En el presente trabajo se estudiara el diseño y modelado de un colector solar para
aplicación en la agroindustria de fermentación del cacao, para el estudio antes
planteado se hace necesario conocer temperatura y humedad óptima para llevar a cabo
la fermentación.
La calidad de los granos de cacao, depende exclusivamente de la variedad y del
proceso de fermentación y secado, estas etapas son necesarias para generar los
cambios bioquímicos que se verán traducidos en aroma y sabor a chocolate.
Según la referencia [1] La metodología aplicada en el proceso afecta la fermentación, bien sea por el tipo de fermentador empleado (Vargas et al., 1989), el volumen de la masa (Braudeau, 1970; Puziah et al., 1998; Portillo, 2000) y secado de los granos (Puziah et al., 1998), variando el método entre los distintos países (Braudeau, 1970). De acuerdo a mencionado texto se ha buscado modos de secado ello incluye la búsqueda de energía limpia y de bajo costo para realizar el cometido deseado, se ha visto que una de las maneras para lograr el objetivo es utilizar la energía solar, cabe recalcar que en Piura se cuenta con una radiación solar apropiada y esta debe ser aprovechada. Por lo antes mencionado se decide hacer un estudio de un colector solar, en el cual utilizando un mecanismo que se explicara más adelante, se logra llevar aire de la temperatura ambiente a una temperatura mucho mayor, el fluido obtenido se utilizara luego para elevar la temperatura de los granos de cacao y así obtener un secado y fermentación adecuada de los granos de cacao que estarán situados en con contenedor que generalmente es de madera. El Estudio de colector solar para secado de cacao permitirá elevar la calidad de cacao de
la zona norte pues la carencia de un tratamiento post cosecha adecuado reduce la
calidad y en consecuencia el precio, a pesar de que el cacao Piurano reúne
características que hacen que este sea el de mejor sabor a nivel mundial se hace
necesario elevar estándares de calidad para lo cual este estudio contribuirá con parte
de ello.
ANNY 5
II. Antecedentes
El tema de colector solar es de importancia debido a que este contribuye al secado y fermentación del cacao, si no se logra reducir el porcentaje de humedad, es seguro el crecimiento y desarrollo microorganismos como bacterias que afectarían la calidad de los granos asi como propiedades químicas que son las que aportaran a la calidad del cacao. Según la referencia [2] El secado de productos empleando la radiación solar tiene importantes antecedentes en Cuba, y entre ellos se destacan los exitosos trabajos experimentales del Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES), de Santiago de Cuba, entre 1984 y 1993, seguidos por el Grupo Solar del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA), en La Habana, y más recientemente por el Grupo de Energía Solar de CUBAENERGÍA. Utilizando sistemas solares e híbridos; estos últimos sistemas que combinan el uso de energía solar con biomasa para garantizar la continuidad del secado también bajo condiciones adversas del tiempo. Esta tecnología es también destinada al pequeño y mediano agricultor. En el presente trabajo se ha decidido utilizar un colector antes estudiado por un tesista Alemán, el cual está ubicado en el radar de la Universidad de Piura (UDEP), el trabajo del grupo consiste en el estudio del modelado así como programación en PSoC 4 para el estudio de la temperatura y humedad en el fluido que va a través del colector.
III. Justificación
El cacao es uno de los productos agrícolas cuya demanda y producción se ha visto considerablemente incrementada ello se muestra en la tabla número 1.
ANNY 6
Tabla 1: demanda de cacao en los últimos años a nivel mundial
Precios aproximados del cacao en el mercado:
Libra de cacao US$ 1.43/lb
Quintal de cacao US$ 157.71
Precios origen y certificaciones hace unos años
Costa de Marfil US$ 300
Ghana US$100
Indonesia US$ 200
Sanchez US$ 150
Ecuador US$ 100
Como se aprecia la demanda está creciendo, así como el precio dependerá de la calidad del cacao por tanto al poseer Piura el cacao de mejor sabor a nivel mundial, se plantea el proyecto ambicioso de no solo hacerse de ese título si no también posicionarse como un producto de calidad, y hacer que la producción de este se vea incrementada para superar a Costa de Marfil y Ghana en todo sentido, y por ende elevar el precio del caco. Para que se logre un crecimiento exponencial se hace necesario buscar formas que permitan un excelente secado y fermentado para evitar que las bacterias y otros microorganismos imposibiliten la exportación del producto, con ello se verá beneficiada la población de pequeños y grandes productores. Como se lee en la referencia [2] El secado es una operación muy importante en el beneficio húmedo, para reducir el contenido de humedad hasta un nivel adecuado que es aproximadamente entre 7% y 8% ello se realiza para inhibir el desarrollo de hongos que producen toxinas como la ocratoxina A (OTA), que es producida por especies de dos géneros de hongos: los Aspergillus y los Penicillium, que se producen naturalmente en los cereales, las uvas, el café y el cacao. La Ocratoxina A, es excesivamente peligrosa tanto que la organización mundial de la salud dispuso un límite tolerable para las personas es tan peligrosa que expertos de la FAO y la Organización mundial de la salud han establecido un límite máximo tolerable para los humanos de 100 milmillonésimos de gramo por kilogramo de peso corporal a la semana, por ende es de primordial importancia evitar a formación de Ocratoxina mediante un secado adecuado.
ANNY 7
IV. Objetivos
4.1. Objetivo General
Estudiar diseño y modelado el colector solar para que este luego se pueda utilizar en la agroindustria y no solamente permita el secado adecuado del cacao si no también de otros granos a los cuales se les somete a este proceso y asi mejorar su calidad y evitar que sean invadidos por bacterias y formación de Ocratoxina.
4.2. Objetivos Específicos
Desarrollar un modelado adecuado del colector solar que se encuentra en el radar de la
UDEP
Lograr controlar mediante PSoC 4 la temperatura en el colector, para más adelante
hacer un estudio basado en el secador.
V. Marco Teórico
La innovación tecnológica del colector solar además de buscar un modelado para
realizar el secado de granos de cacao se busca que los agricultores se apropien de esta
innovación y la puedan utilizar en su beneficio.
Los colectores solares aparentemente son una tecnología bastante simple pero se
debe tomar en cuenta los siguientes aspectos: las temperaturas que alcance el secador,
el tiempo de secado, la humedad relativa, la ubicación de la zona en estudio y el secado.
5.1 Producción de caco en mercado mundial y nacional
En el mercado mundial, el cacao alcanzara los 4.8 millones de toneladas métricas en
2015, de acuerdo al nuevo informe de Global Industry Analysts.
En todo el mundo, Europa representa el mayor mercado para el cacao, los países como
Alemania, Francia y Reino unido son los mercados consumidores de cacao más
importantes en esta región.
En cuanto a Asia y Pacifico que son regiones de rápido crecimiento, el mercado más
amplio en esta región es Malasia. La creciente demanda de chocolates en diferentes
regiones emergentes como la antes mencionada, está creando una mayor demanda de
cacao. Sin embargo, la incapacidad de los agricultores para producir cacao suficiente
para abastecer los mercados está creando un desequilibrio en la oferta y la demanda
mundial.
ANNY 8
Ilustración 1 :distribución aproximada de producción de cacao en el mundo
5.1.2 Producción en Costa de Marfil
La producción de Costa de Marfil, el mayor productor de cacao (36% de la producción
mundial), se redujo en los últimos años debido a la falta de inversión en la región, el
envejecimiento de los árboles, la ausencia de programas de reforestación, y el aumento
de los problemas administrativos entre las autoridades de cacao llevó a la distribución
de plaguicidas de baja calidad. Esto aumentó el riesgo de enfermedades. El uso de
tecnología obsoleta también impide la producción de cacao en Costa de Marfil.
La producción de cacao tiene gran influencia en la economía de este país,
constituyendo el 40% de ingresos en sus exportaciones y el 70% de sus ingresos
agrícolas, en el periodo 2010-2011 tuvo una producción anual de 1511 miles de
toneladas, pero se estima que esta producción disminuye en a 1470 miles de toneladas
en el periodo 2012-2013. Esta estimación contempla los cambios climáticos actuales,
que afectan los suelos, incrementan la temperatura y amenazan con sequía,
perjudicando seriamente la producción de cacao. Sin embargo, se espera que la
producción aumente como consecuencia del aumento del costo del cacao en el
mercado internacional por su creciente demanda.
El cacao región que predomina en esta región es el cacao forastero, que constituye el
95% de su producción, el resto es cacao criollo y trinitario. El cacao forastero es un
cacao de fácil cultivo y no necesita de muchos cuidados. Sin embargo, el cacao forastero
constituye el denominado cacao de bajo costo mientras que el criollo y trinitario
constituyen el denominado cacao fino o aromático, el cual es muy cotizado
internacionalmente. Por tanto Costa de Marfil si bien es el líder mundial en la
producción de cacao, pero su calidad no es la mejor.
5.1. 3 Produccion en Ghana
La economía de Ghana depende en un 38% de la agricultura, entre sus cultivos más
destacados encontramos el cacao y el aceite de palma. Ghana es el segundo principal
productor mundial de cacao , produciendo el 32% del caco producido a nivel mundial.
Al igual que costa de marfil la producción de cacao se ve afectada por los cambios
climáticos que afectan los suelos, incrementan la temperatura y amenazan con sequía,
además de la avanzada edad de los árboles y bajos precio pagado a los agricultores ,
ello genera inconstancia en la producción. El cambiante mercados de materias primas
ANNY 9
resulta en precios bajos e inestables lo cual genera menor inversión, menor
productividad, falta de competitividad y bajos ingresos.
El 95% del cacao cultivado es forastero y el resto cacao trinitario y criollo. Se concluye
que Ghana es un productor de cantidad y no de calidad.
2.4.3 PRODUCCIÓN EN LATINOAMÉRICA
La producción latinoamericana constituye cerca del 14% de la producción mundial de
cacao Se provee que la producción de cacao en Latinoamérica aumentará en la
siguiente década.
Tabla 2 Producción de Cacao en Sudamérica en miles de toneladas
5.1.4 Producción en Venezuela
Debido a sus buenas condiciones climáticas como temperatura y pluviosidad, en el
norte de Venezuela en las regiones de Chuao y Choroni, se encuentra el mejor cacao, la
producción de Chuao esta alrededor de 20 000 toneladas de cacao criollo y trinitario y
la producción de Choroni ha alcanzado 6 toneladas de cacao de la misma variedad de
Chuao.
Venezuela procesa aproximadamente 35200 toneladas de cacao en grano por año y son
9 plantas procesadoras de cacao en Venezuela de las cuales una pertenece al Estado
.Estas plantas llegan a procesar hasta 20900 toneladas por año, de las cuales el 60% es
para consumo interno y el 40% es para exportación.
A partir del segundo trimestre del 2013, el estado controla más de 50% del
procesamiento nacional del producto, con la Empresa Mixta Socialista “Cacao del Alba”,
y se estima que tendrá una capacidad de 25000 toneladas por año lo cual significaría un
buen avance.
5.1.5 Producción en Colombia
Colombia cuenta con el 5% del cacao que se comercializa a nivel mundial, pero a
diferencia de Costa de Marfil y Ghana el caco colombiano se caracteriza por su buen
sabor y aroma. Este cacao es producto de los cruces de clones criollos y trinitarios.
La producción en Colombia es desarrollado por cerca de 25000 familias campesinas, y
destaca la participación del departamento de Santander que aporta aproximadamente
el 38% de la producción nacional.
2010/11 Estimados 2011/12
Previsiones 2012/13
América 562 13.0% 639 15.7% 644 16.1%
Brazil 200 220 230
Ecuador 161 190 190
Others 201 229 224
ANNY 10
Departamento 2008 2009 2010 2011*
Santander 47,646 48,044 49,429 53,929
Nariño 9,855 10,458 10,940 12,440
Huila 12,305 11,045 11,200 12,180
Norte de Santander 9,541 9,978 10,190 11,390 Antioquía 7,698 8,045 8,290 10,870
Tolima 9,869 10,006 10,140 10,215
Arauca 8,064 8,304 8,460 8,510
Otros 19,141 22,108 22,991 24,111
Total 124.029 127,988 131,640 143,645
Tabla 3: Fuente: MADR-CDP, Consejo Nacional Cacaotero
Actualmente el país cuenta con 147000 hectáreas sembradas entre cacao común
híbridos y clonados.
A continuación se muestran la producción desde el año 2011 hasta el 2020 según el
Programa de Transformación Productiva que pretende aplicar
Tabla 4 Producción 2011 - 2020
5.1.6 Producción en Brasil
Brasil pretende tener autosuficiencia en la producción de cacao a partir de 2017 y dejar de ser un país importador, tras las plagas que afectaron las cosechas hace 23 años.
La creciente demanda de cacao por parte de la industria del chocolate es el motivo por el cual la industria de este país. Además se están planteando la recuperación de la economía y la manutención de la actividad de los cerca de 60 productores que hay en el país.
ANNY 11
En la última una de sus últimas cosechas la demanda de cacao en Brasil exigió la importación de 80.400 toneladas del fruto ya que la producción nacional fue de 245.400 toneladas, siendo el estado de Bahía el principal productor, con 63,6% del total.
En la actualidad se viene desarrollando muchas investigaciones con la finalidad de identificar, hasta mediados de 2015, una nueva variedad de cacao que garantice la productividad, la resistencia a las plagas y más sabor en el chocolate que se produce.
5.2 Calidad del Cacao.
De acuerdo a lo dicho en la referencia [3], La obtención de cacao de alta calidad exige
que se cumpla con una serie de requisitos que se inician al escoger el sitio de siembra y
los suelos que lo caracterizan, hasta la aplicación de tecnologías que permitan
aumentar su calidad en el futuro.
La calidad del cacao se manifiesta a través de las características físicas como por ejemplo el tamaño, peso, grosor de cáscara, color, contenido de grasa y las características organolépticas de las almendras, entiéndase por características organolépticas a aquellas descripciones de las características físicas que tiene la materia en general, según las pueden percibir los sentidos, por ejemplo su sabor, textura, olor, color. El sabor, determinado por el gusto y el aroma, refleja los efectos combinados del genotipo, de los factores edafoclimáticos, del manejo agronómico recibido en la plantación y de la tecnología postcosecha utilizada. Se resumen las principales características de calidad de los cacaos comerciales de los países productores principales son :
Ilustración 2. características del cacao de acuerdo a su tipo.
ANNY 12
La industria chocolatera internacional realiza mezclas de los diferentes tipos de cacao que
adquiere, con el fin de poder obtener los gustos específicos con los cuales se identifican los
diferentes productos que colocan en el mercado. No siempre están acordes entre ellos mismos
con respecto a cuál es la mejor mezcla, puesto que cada uno genera un producto característico
muy definido, para el cual existe una demanda del consumidor, ya identificado con lo que
adquiere.
Los tipos de cacao usados comercialmente poseen características físicas y químicas muy
especiales que determinan su utilización final en la elaboración agroindustrial. Los industriales
chocolateros utilizan mayormente el denominado cacao básico, aunque en una menor
proporción se suplen de tipos finos. Otros, los que producen manteca de cacao, utilizan
aquellos que poseen un alto contenido de grasa.
5.2 Catación :
Para realizar la catación del cacao se tiene en cuenta los aspectos tomados de [5] los
cuales se muestran a continuación.
Tabla 5: Rubros que se tienen en cuenta para catar y calificar el cacao
5.2.1 Identificación de sabores:
Esta actividad es de suma importancia ya que ayuda a la selección de la calidad del
cacao, las características mostradas a continuación son las que se deben evaluar,
estas fueron obtenidas de [5] .
Aroma: se percibe por las pailas gustativas de la lengua; el olor se percibe por
las papilas olfativas y el aroma es percibido por la cavidad buco nasal.
ANNY 13
Acido: El sabor acido depende del pH, de la cantidad de saliva (a menor
cantidad de saliva menor acidez).
Amargo: Corresponde a la respuesta de las papilas gustativas al estímulo de
partículas que tienen estructuras acidas.
Astringente: Sustancia que provoca la contracción de los tejidos orgánicos,
resequedad de la boca. Se identifica por una sensación de roce entre la lengua
y el paladar.
Moho: Se identifica por olor a humedad y sabor a polvo, paja, tierra y en
algunas ocasiones puede causar picazón en los extremos de la lengua.
Sobrefermentado: Puede identificase en olor como en boca. Los olores
característicos son: podrido, cuero de animales, pieles, queso y en boca un
sabor desagradable.
Fruta fresca: cítricos, manzana, fresa, mango, banana, etc.
Fruta seca: Nueces, avellanas, pasas almendras, etc.
Floral: Sabor a flores secas y es característico del cacao de Ecuador.
Otros sabores son: malta (cacao Venezolano), madera, etc.
5.3 Secado :
Después del proceso de fermentación el contenido de humedad de los granos esta alrededor del 65%. Para poder facilitar su limpieza, selección, secado, almacenamiento y comercialización se debe reducir esta humedad a 7% u 8%. Tradicionalmente, el secado del cacao se lleva a cabo por exposición de los granos al sol o por métodos de secado artificial. Cabe resaltar que el secado al sol es considerado como el mejor método para obtener el máximo desarrollo del sabor. El secado artificial no es recomendado puesto que es más costoso y se corre el riesgo de contaminación por el humo generado y esto trae como consecuencia la retención de sabores ácidos. Este proceso hace que los cambios químicos continúen mientras el contenido de humedad desciende con lentitud hasta que se detiene por falta de humedad o inactivación de las enzimas. Por ese motivo el proceso no debe ser muy rápido durante los dos primeros días. La rapidez del secado varía según el método que se emplee. En el secado al sol, dura de 5 a 7 días. Durante el secado el sabor (olor, aroma, gusto) y color continúan generándose. Así mismo, el grado de acidez del grano disminuye y el pH aumenta.
ANNY 14
Ilustración 3: Secado de cacao de modo natural con exposición al sol
Otro modo de realizar secado es con el colector solar que se presentara más adelante y es
donde nos centraremos en el presente trabajo.
5.3.1 .Condiciones ambientales para secado en Piura.
Debido a las condiciones climáticas de la ecorregiones propuesto por A. Brack, Piura es
clasificado como bosque seco ecuatorial. El clima es de tipo tropical, seco y cálido todo el año
con un promedio de temperatura por encima de los 25°C y con máximas que sobrepasan los
34°C en el mes de Febrero. Las precipitaciones ocurren en verano (Diciembre a Marzo, con un
promedio de 500 mm/año en la parte norte y 100 mm/año en la parte sur, con nueve meses
de sequía. Las escasas lluvias convierten a Piura en una región de ecosistemas frágiles por su
aridez. Sin embargo, en las zonas del Alto Piura, las neblinas matutinas y vespertinas
estimulan y cubren de vegetación. Las características climáticas normales son modificadas
con la presencia del fenómeno El Niño que ocasiona lluvias torrenciales (mayores de 50
mm/hora) y acumuladas del orden de los 2,000 a 4,000 mm en las cuencas altas y medias
respectivamente. Debido a la menor altitud de la sierra piurana, los vientos alisios que llegan
desde el este cargados de humedad, pernoctan y la humedad que se condensa, favorece el
crecimiento de la vegetación que cubre las faldas, semejante a las condiciones de selva alta,
incluso en los meses secos Los suelos de costa son de relieve plano y en algunas partes
ondulados, con textura que va desde los arenosos hasta los franco arcillosos. En las partes
bajas de los valles, por causa de la aridez y el mal drenaje de los suelos, éstos se vuelven
salitrosos y sódicos.; en cambio en las vertientes y cadena de los cerros, los suelos son poco
profundos y pedregosos.
Estas condiciones climáticas antes descritas son las que permiten que el cacao producido en
nuestra región ser demandado por su excelente sabor y calidad.
VI Colector Solar
6.1 Definición colector
Es un dispositivo que transforma la energía captada por radiación solar en energía
térmica (calor), el cual es transferido al fluido que desea calentarse. Es una de las partes
más importante de un secador solar.
ANNY 15
Ilustración 4: colector solar
Los colectores pueden calentar hasta una temperatura moderada, alrededor de los
100°C. El flujo de irradiación que le llega es del orden de 1100 W/m2 como máximo.
6.2 Clasificación de colectores solares
Existen diversos tipos de los colectores. Pueden ser según el fluido de trabajo que
emplean (colectores solares líquidos y de aire), según su concentración de radiación
(colectores solares con concentración y sin concentración), según su forma (tubos de
calor, cónicos, esféricos, etc.).
Una clasificación, que abarca todas las anteriores, es la siguiente: los colectores solares
de concentración y colectores solares sin concentración.
6.2.1 Colectores solares de concentración
Son llamados así porque la luz solar se concentra en la zona que se desea calentar.
Hacen uso de la concentración óptica, mediante espejos o lentes apoyados, que
calientan el fluido que circula en el interior; logrando así una mejor concentración de la
radiación y se consigue un mejor rendimiento del colector. Siendo capaz de elevar la
temperatura del fluido a más de 70°C.
Para lograr la máxima concentración es necesario un sistema de seguimiento, para
conseguir que el colector siempre este orientado en dirección del sol.
Este tipo de colectores son usados para calefacción y en pequeñas turbinas para
generación de energía eléctrica. Ejemplo de esto son las centrales solares térmicas de
Almería (España), en Grenoble (Francia) y en California.
Existen diversos tipos de concentradores:
Según la razón de concentración
Baja, media y alta
ANNY 16
Según las dimensiones
Bidimensional y tridimensional
Según la orientación
Fijos, semiestaticos y móviles.
Según la superficie reflectora
Parabólicos, paraboloides, cilindro-parabólicos, esféricos.
Ilustración 5: Esquema de una central eléctrica solar con colectores cilindro-parabólicos
6.2.2 Colectores solares sin concentración
No poseen ningún método de concentración. Son capaces de elevar la temperatura del
fluido a menos de 70°C.
Existen diversos tipos de colectores sin concentración:
6.2.2.1Colector solar de placa plana:
Poseen una cubierta de vidrio que aprovecha el efecto invernadero dentro de la caja
colectora, formado por una serie de tubos de cobre los cuales absorben la radiación y la
transfieren al fluido que atraviesa en su interior (líquido). No requieren de un sistema
de seguimiento solar y no precisa de mucho mantenimiento.
Son usados para calentamiento de agua, calefacción de edificios y aire acondicionado.
ANNY 17
Ilustración 6: Ejemplo de un colector solar de placa plana
6.2.2.2 Colector solar de vacío:
Su diseño es muy parecido al de placa plan pero es fabricado con materiales que poseen
ciertas características que mejoran el rendimiento, y por ende son más caros.
Poseen una doble cubierta envolvente, herméticamente cerrada, aislada del interior y
exterior, en la cual está hecha al vacío; minimizando las pérdidas de convección. Son
usadas para la producción de agua caliente sanitaria y climatización de piscinas.
6.2.2.3 Colector solar esférico o cónico:
Su superficie es cónica o esférica cubierta de vidrio con la misma geometría. A la misma
vez es una unidad de captación y almacenamiento.
Son usados principalmente en la producción de agua caliente sanitaria.
6.2.2.4 Colector solar de aire:
Son colectores de tipo plano, cuyo fluido transportador de calor es el aire.
Son usados para el secado de productos agrícolas.
Ilustración 7: colector esférico o cónico
ANNY 18
6.3 Diferencia entre colectores solares de aire y de líquido:
La principal diferencia es el fluido que transporta el calor. El agua tiene ciertas ventajas
para el transporte de calor. Se necesita aproximadamente 3400 veces mas volumen de
aire que de agua para el transporte de calor, debido a que el calor por unidad de masa y
la densidad del agua son mayores que la del aire.
Ilustración 8:Esquema comparativo del volumen del agua y aire necesario para transportar la misma cantidad de calor.
Sin embargo el aire tiene ciertas ventajas sobre el agua: las instalaciones solares por
aire son más sencillas, no existen problemas de fuga, es inmune al congelamiento y a la
ebullición.
Los colectores solares de líquido se emplean para calefacción y agua caliente sanitaria,
mientras que los de aire se usan para el secado de productos agrícolas.
6.3.1. Características del colector
Estos colectores dependen de las condiciones climáticas, la instalación solar se combina
con la instalación de energía convencional.
No se necesita de un sistema de almacenamiento de calor debido a que la temperatura
de salida de aire del colector es menor que la requerida para el secado del cacao. Por lo
que toda la energía generada en el colector será energía útil para el proceso.
6.4 Componentes de un colector :
El diseño más común de un colector posee 5 partes
ANNY 19
6.4.1 Cubierta transparente
Su misión es crear el efecto invernadero para atenuar las pérdidas de calor por
radiación, y además, evita que el absorbedor entre en contacto con el aire exterior y se
produzca perdida por convección.
Las cubiertas pueden ser de vidrio o plástico, pero se recomienda el vidrio por su
durabilidad y además su cambio no es tan frecuente.
La cantidad de radiación que deja pasar la cubierta depende de su calidad de material y
del ángulo con el que incida la radiación solar.
6.4.2 Circuito del fluido
Este se encuentra en contacto directo con el absorbedor. En los colectores líquidos el
circuito está compuesto por una serie de tubos y en los colectores de aire el fluido
circula entre la cubierta y el absorbedor.
6.4.3 Absorbedor (parrilla)
Puede estar fabricado de plástico, cobre, acero o aluminio. Este es el elemento
absorbente de la radiación solar. Se recomienda que este pintado de color oscuro para
un mejor aprovechamiento de la absorción de radiación.
6.4.4 Aislamiento
Deben ser materiales de bajo coeficiente de conductividad, pues tiene como misión
evitar las pérdidas de calor desde el circuito del fluido hacia el exterior.
6.4.5 Carcasa
Aloja todos los elementos del colector y se debe asegurar su estanqueidad; para evitar
pérdidas de calor, penetración de humedad, aire exterior, impurezas. Además debe
soportar las condiciones ambientales del lugar, pues debe de ser duradera con el
mínimo deterioro posible.
ANNY 20
Ilustración 9: componentes del colector solar
6.5 Beneficios
Económicamente son rentables, pues utiliza energía renovable (energía solar).
Son eficaces y fácil de ser aceptados para algunos productos.
Una disminución del tiempo de secado comparado con el secado tradicional.
Permite obtener un producto de mayor calidad
Reducción de la merma en comparación con la que se produce en el secado
tradicional.
6.6 . Secador Solar
Los elementos principales que conforman un secador solar son: el colector solar, donde
la radiación solar calienta el aire y la cámara de secado, donde el producto es
deshidratado por el aire que circula.
Formas de circulación del fluido
La función del aire que circula dentro del secador es eliminar la humedad evaporada del
producto. Puede ser por:
Circulación forzada
El aire es movido por un agente externo que consume energía mecánica o eléctrica,
mayormente es un ventilador. Es usado en equipos de gran tamaño, se llegan a obtener
velocidades de aire entre 0.5 y 1 m/s.
Circulación por convección natural
El aire es movido por la diferencias de temperatura y densidad entre las distintas partes
del equipo. Se llega obtener una velocidad de aire entre 0.4 a 1 m/s en equipos
pequeños, pues en equipos grande es difícil incorporar ya que su velocidad no
sobrepasa los 0.1 a 0.3 m/s.
ANNY 21
6.6.1 Tipos de secadores
Existen tres tipos de secadores:
Directo:
En este tipo de secador, la cámara de secado y el colector están juntos; es decir, el
colector además de recibir la radiación cumple la función de cámara que contiene el
producto. Este tipo de secadores, mayormente, son con circulación de aire por
convección natural.
Ilustración 10 :secador solar directo
Indirecto:
En este tipo de secador, el colector y la cámara de secado están por separado
ANNY 22
Ilustración 11 : secador solar indirecto
Mixto:
En este tipo de secador, la concentración de radiación se realiza tanto en el colector
previo a la cámara de secado como en la misma cámara de secado.
Ilustración 12 : secador solar mixto
ANNY 23
6.7 Diseño del colector
Se trabajará con un diseño de colector construido por los alumnos de la universidad de
Piura, el cual se encuentra ubicado en el radar.
Este colector está formado por:
Una cubierta de vidrio
Una parrilla de latón, que servirá como absorbente.
Una capa de concreto y de ternopol, que servirán como aisladores.
Un serpentín de cobre
Una caja de madera como contenedor
Es un secador solar de tipo directo, con un colector de aire con circulación por
convección natural. Además, utiliza un serpentín donde fluirá líquido para la elevación
de la temperatura; consiguiendo de esta manera, la temperatura deseada para el cacao.
Ilustración 13: secador solar del radar
ANNY 24
IIlustración 14 : secador solar del radar (2)
Ilustración 15: secador solar del radar (3)
CAPÍTULO VII
APLICACIONES
Aquí se verá la utilización del colector solar en la Industria y su empleo en el secado de
frutos, verduras, flores, granos, etc.; tanto en el la industria de otros países como en la
industria regional. Se explicará brevemente sobre las condiciones de trabajo en la
industria según la zona de trabajo. Se tocará el secado de cacao y su producción en la
industria.
7.1. Aplicación en la Industria – Mundo
Como se ha venido mencionando anteriormente sobre el propósito de este trabajo y
sobre el colector solar utilizado en el secado de productos para su propio consumo,
emplea la energía solar térmica y con un sistema de intercambiador de calor por
ANNY 25
intermedio de tubería, en la cual fluye un líquido caliente – agua caliente para este caso
– produciendo una conducción de calor con el producto a secar.
Este sistema es un colector híbrido y el colector trabajando con una cámara de secado
en conjunto, nos permite la calentar el aire circulante por el colector mismo, ayudando
a la deshidratación de productos tales como:
Frutas: manzanas, albaricoques, uvas, piñas, plátanos, melones, remolachas,
mangos, higos, etc.
Vegetales: col, brócoli, pimiento, hierbas, tomates, apio, papas, zanahoria, camote,
etc.
Granos: maíz, cereales, arroz, cacao, café, nueces, etc.
Otros productos: pescado, carne, plantas medicinales, ropa, leña, cedro, caoba, etc.
Como simple calentador de agua para los hogares o para el precalentamiento de
agua para uso industrial.
La aplicación de colector es amplia debido a que ayuda a la deshidratación de los
alimentos, el cual es un proceso que ayuda a la conservación de los mismos evitando la
aparición de bacterias provocadas por la presencia de agua.
Y para nuestro caso, el colector solar es empleado para el secado de cacao, el cual es un
grano que es base en la preparación de diversos alimentos como son: pasta o licor,
manteca, torta, polvo, chocolates, coberturas, golosinas, etc. También para poder
exportar cacao los productores necesitan secar su producto antes de venderlo.
Ahora se observa en las bases de datos de Food and Agriculture Organization of the
United Nations (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la
Agricultura – FAO) donde nos indica “la producción mundial de cacao en grano desde
1998-2000 hasta 2010 la producción mundial del cacao tendrá una tasa de crecimiento
anual de 2.2 % comparada a una tasa de 1.7 % en los diez años anteriores” (Food and
Agriculture Organization of the United Nations, FAO 2004, cap. 3- cacao).
ANNY 26
EFECTIVA PREVISTA TASAS DE CRECIMIENTO
Promedio Promedio 2010
1988-90 a 1998-2000
1998-2000 a 2010 1988-1990 1998-2000
miles de toneladas por ciento annual
MUNDO 2 460 2 905 3 700 1,7 2,2
EN DESARROLLO 2 460 2 905 3 700 1,7 2,2
ÁFRICA 1 414 1 999 2 500 3,5 2,1
Camerún 123 125 129 0,2 0,3
Côte d’Ivoire 793 1 249 1 610 4,6 2,3
Ghana 296 410 490 3,3 1,6
Nigeria 160 181 212 1,2 1,4
Otros 42 34 59 -2,1 5,1
AMÉRICA LATINA Y CARIBE
629 397 520 -4,5 2,5
Brasil 347 141 180 -8,6 2,2
Colombia 51 38 27 -2,9 -3,1
Rep. Dominicana 48 36 44 -2,8 1,8
Ecuador 95 86 94 -1,0 0,8
México 43 35 37 -2,0 0,5
Otros 45 61 138 3,1 7,7
LEJANO ORIENTE 417 509 680 2,0 2,7
Indonesia 118 395 574 12,8 3,5
Malasia 230 52 43 -13,8 -1,7
Papua Nueva Guinea 41 40 45 -0,2 1,1
Otros 28 22 18 -2,4 -1,8
Tabla 4.1.- Producción Mundial de Cacao en grano, FAO 2004.
Y los principales países productores de cacao en grano en América, según el Ministerio
de Agricultura y Desarrollo Rural; lo podemos ver en el siguiente cuadro:
ANNY 27
Ilustración 16 Principales Productores de Cacao en América, Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, Observatorio Agrocadenas, 2005.
7.2. Aplicación en la Industria - Región Piura
Como ya se explicó anteriormente, la aplicación del colector es muy amplio y su
beneficios en la industria con productos alimentarios y otros. Por ese motivo en la
empresa de Piura se cuenta con la implementación de este sistema para el secado;
además podemos decir que el cacao de la zona de Piura tiene mayor calidad tanto en su
sabor como en su aroma, el cacao criollo blanco que se produce en nuestra región es
considerado el de mejor calidad en el mundo, tras ganar el V Concurso Nacional de
Cacao realizado en Lima en julio del 2011 (RPP, Noticia: Piura posee el mejor cacao de
exportación, 21 de abril 2012)
En Piura se ha identificado un cacao muy especial debido a sus condiciones climáticas y
de suelo, por eso la producción de cacao se ha centrado en las zonas altas de las
provincias de Morropón y Huancabamba, según el “Manual del cultivo de cacao blanco
de Piura” nos indica que existen más de 600 productores en estas zonas, cuyos cultivos
ascienden en total a unas 800 hectáreas exclusivas solo para el cacao blanco (Manual
del cultivo de cacao blanco de Piura, 2012, p-5).
El consejo Regional de Producción Orgánica (Corepo) en Piura nos indica que existen
150 mil hectáreas en la región para la producción orgánica de exportación de banano,
café, cacao, mango panela.
Las industrias de la región procuran obtener la calidad del cacao anteriormente
hablado, por ejemplo: la industria “Asociación Central Piurana de Cafetaleros – Planta
de Procesamiento de Café y Cacao” de Chulucanas obtiene un cacao sin olor, nivel
medio de acidez que permanece, sabor final a nuez, ligeramente dulce, baja
astringencia; para ello necesitan una humedad del 7% resultado de un secado lento
ANNY 28
(Asociación Central Piurana de Cafetaleros – Planta de Procesamiento de Café y Cacao –
Chulucanas ,CEPICAFE, cosecha 2011/2012)
Ilustración 17: Flujo de la cadena del proceso del Cacao, CEPICAFE
ANNY 29
VIII Modelado Matemático y simulación en Matlab
8.1 Modelado y función de transferencia:
Ilustración 18: Figura esquema del prototipo del colector solar
Transferencia de Calor por Radiación y Convección :
Donde:
: Transferencia de calor entre placa 1 y placa 2.
: Transferencia de calor entre placa 2 y placa absorbedora.
: Transferencia de calor entre placa absorbedora y cemento(almacenador de
calor).
: Transferencia de calor por corriente de aire 1.
: Transferencia de calor por corriente de aire 2.
Las siguientes ecuaciones se desarrollaron con mayor detalle en el informe N°1.
( ) ( ) ( ) ( )
2
2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )g
g g g g eff g r p g g r g g g c g f g c g f g
dTm C I A h T T A h T T A h T T A h T T A
dt
ANNY 30
1 2 2 2 2 2( ) ( ) ( )( 2 )ps
p p s s g g p eff p r ps g p c ps f
dTm C m C I A h T T A h T T b d n L
dt
1 1 1 2 1 1 1( ) ( )1 f f c g f g fm C T h bL T T T Tf
2 2 2 2 2 22( )( 2 ) ( )f f c ps f c g ff
C T h T T b d n L h T T bLm
Transferencia de Calor por Caudal:
Para el desarrollo de esta parte del modelado, se aplico un análisis asemejando al prototipo
como un intercambiador de calor de un paso en la coraza y 8 pasos por los tubos.
Ilustración 19: Esquema del prototipo del colector solar (transferencia de calor por caudal)
Donde:
ANNY 31
c:
( ) [ ]
[ ]
( )
( )
Donde: [m3/s]
Balance de masa de Aire:
Balance de Energía:
[ ]
Donde:
ANNY 32
Valores a utilizar para el desarrollo de las ecuaciones:
Los siguientes valores se encuentran en la referencia [4] . En dicha referencia se toman tres
medidas de cada termino presente en la tabla, son medidas a distintas horas; en la mañana, al
mediodía y tarde. Se ha tomado como valores minimos las medidas de la mañana y como
valores máximos las medidas del mediodía.
VARIABLES MÁXIMO MÍNIMO
(extraido de anexo1)
5.26 3.87
47.3°C 20°C
59.7°C 22°C
2.2 1.51
38°C 19.7°C
10 7
28°C 20°c
7.71 3.71
33 25
0.9
0.9
0.715
5.98 4.37
ANNY 33
56.8°C 19.5°C
2.05 1.05
0.9
0.9
0.715
60 23
b 0.5m
d 0.05m
0.88
6
1.43m
Tabla 6: valores empleados en las ecuaciones
8.2 Desarrollo de las ecuaciones con datos numéricos
Valores calculados de la Ecuación de la Transferencia de Calor por Radiación y
Convección
Transferencia de Calor por Radiación y Convección
MÁXIMOS [W] MÍNIMOS[W]
186.82 454.7
3767.77+1.46 Tf2 3751.56+0.75Tf2
3198.426+2.25 Tf2 3352.08+1.15 Tf2
48.76 2.81
3 Tf2
’
Tabla 7: Valores calculados de la E. de transferencia de calor por radiación y convección
Valores calculados de la Ecuación de Transferencia de Calor por Caudal:
ANNY 34
Datos considerados:
Vaire=1 m/s
Vflujo de agua=0.2 m/s
[ ]
U se extrae de tabla 11-1 (anexo2) U=80W/m2C
Del grafico de anexo 3, se extrae
[ ]
[ ]
variable maximo minimo
320kW 32KW
Finalmente para el desarrollo de la función de transferencia, se tomo en cuenta los valores minimos ya que seria la mejor función
a oprtimizar
Pasando esta ecuación a Laplace:
De ecuación :
Pasándolo a la Laplace tenemos:
Reemplazando (II) en (I)
ANNY 35
8.3 Simulación en Matlab-Simulink a Open-Loop
Ilustración 20: Diagrama de bloques a Open Loop
Ilustración 21 señal de salida del proceso a open loop
Se realizo open loop con señal escalon unitario como entrada
Simulación en Matlab-Simulink a Close-Loop empleando un controlador PI
1° Se emplea el método de asignación de polos, para la sintonización del PI
El controlador PI tiene la siguiente función de transferencia:
El sistema está representado por:
ANNY 36
Reemplazando los valores del proceso del lazo secundario, obtenemos la
siguiente ecuación característica:
Para la asignación de polos calculamos 1/τ = 1/0.8 = 1.25, los polos deben
estar cerca de este valor. Asignando los polos -1.6 y -1.8 podemos hallar
los parámetros del controlador:
>> syms a b
>> [K,Ti]=solve((-1.6)^2-1.6*(1+a)+a/b==0,(-1.8)^2-1.8*(1+a)+a/b==0)
K = 12/5 ;Kp=2.4
Ti = 5/6 ; Ki=K/Ti=2.88
Ilustración 22 Diagrama de bloques a close loop con controlador PI
Ilustración 23 Señal de entrada, señal del error, señal de u, señal de salida del proceso
ANNY 37
8.4 Implementacion de un controlador GPC
Se emplea un horizonte de predicción igual a 3.
Función de transferencia:
Selección del tiempo de muestreo por regla empírica:
Ts=0.15
Se discretiza el proceso empleando Matlab:
>> H=tf([0.04],[0.8 1])
H =
0.04
---------
0.8 s + 1
Continuous-time transfer function.
>> Hz=c2d(H,0.15,'zoh')
Hz =
0.006839
---------
z - 0.829
Sample time: 0.15 seconds
Discrete-time transfer function.
Se halla T,S y R para poder implementar el controlador GPC, fijando
distintos valores de lambda. Se utiliza la función en Matlab aprendida en el
laboratorio de control predictivo
ANNY 38
Ilustración 24 Funcion empleada en Matlab para el calculo de R,S,T
Para y un horizonte de predicción igual a 3 (color azul)
T = 0.0730
S = 0.1939 -0.1209
R = 1 0
Para y manteniendo constante el horizonte de predicción (color
verde)
T = 0.0365
S = 0.0970 -0.0605
R = 1 0
Para y manteniendo constante el horizonte de predicción (color
amarillo)
T = 0.0183
S = 0.0485 -0.0303
R = 1 0
Para la simulación se empleó el siguiente diagrama de bloques:
ANNY 39
Ilustración 25 Diagrama de bloques empleada para implementar GPC
Figura N°3: diagrama de bloques del control predictivo, comparación con diferente lambda
Ilustración 26 señal de salida del proceso para diferentes valores de lambda (0.5,1,2)
ANNY 40
Ilustración 27 acercamiento de la grafica de señal de salida del proceso
IX SOFTWARE Y PROGRAMACIÓN
Sistema SCADA – WINCC
9.1 Definición:
El sistema SCADA es un acrónimo de Supervisory Control And Data Adquisition, se
puede traducir como Supervisión, Control y Adquisición de Datos con la finalidad de
controlar y supervisar procesos a distancia y en tiempo real; es una aplicación o
conjunto de aplicaciones de software diseñada para monitorear o supervisar un
determinado proceso, que realiza la tarea de interfase gráfico (pantallas táctiles,
ratones o cursores, lápices ópticos, etc.) entre los niveles de control y los de gestión,
aun nivel superior.
Todo esto nos ayuda a tener una comunicación con los dispositivos de campo
(controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de
una forma automática y real desde de una PC.
ANNY 41
Figura 5.3.- Esquema del control automático.
Además, envía la información generada en el proceso productivo a diversos usuarios,
tanto del mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa, es decir,
que permite la participación de otras áreas establecida por ISO como modela para las
Fabricas, como por ejemplo: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.1
Figura 5.4.- Modelo de automatización piramidal.
Por medio de una interface gráfica, la cual recibe la información de una UNIDAD
TERMINAL REMOTA (más conocido como RTU) o varias unidades remotas
(generalmente RTUs) por medio de las cuales se hace el control y adquisición de datos
desde el campo; para ser fácil dicha comunicación son utilizados los Controladores
Lógico Programable o PLC para la visualización de datos en el interface.
9.2 Requisitos y funciones de los sistemas SCADA (“Sistemas SCADA”, Aquilino
Rodríguez P., 3° Ed. - Edit. MARCOMBO):
Los requisitos básicos para un sistema SCADA son los siguientes:
La configuración debe ser fácil de manipular y escalable2, el sistema podría crecer o
adaptarse frente situaciones cambiantes de la Fábrica.
1 Referencia: archivo virtual de la Universidad de los Andes, la cual se encuentra en las referencias.
2 Propiedad deseable de un sistema, que indica su habilidad para reaccionar y adaptarse sin perder calidad.
ANNY 42
Debe contar con interfaces gráficas en las que se muestre un esquema básico y real
del proceso.
Debe permitir la adquisición de datos de todos los equipos, así como la
comunicación a nivel interno y externo.
Debe contener programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware,
y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario.
Debe alertar al operador de cambios detectados en el proceso, ya sea los que no se
consideren normales como los que se producen en operación diaria. Para obtener un
mejor análisis estos cambios deben ser almacenados para su posterior revisión (Ing.
Romualdo Moreno Ortiz, Universidad Autónoma de Barcelona).
Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema:
La monitorización
Los datos son obtenidos a tiempo reales para ser visualizados por los operadores de la
planta. Se leen los datos de los autómatas3 (temperaturas, velocidades, caudales,
presiones, etc.).
La supervisión
El desarrollo gradual de las variables de control es observado por el operador desde un monitor, como cambios que se producen en la operación diaria de la planta, permitiendo así la planeación de las tareas de mantenimiento y estadísticas de fallas. Tienen además la capacidad de ejecutar programas que puedan supervisar y modificar
el control establecido y, bajo ciertas condiciones, anular o modificar tareas asociadas a
los autómatas.
Procesamiento de datos
Los datos adquiridos son procesados, analizados y almacenados por la planta para ser
utilizados las veces que sean necesarios los cuales sirven de comparación con datos
nuevos obtenidos, permitiendo la generación de datos históricos e informes de las
señales de la planta, dando como resultado una información confiable y veraz.
La visualización de los estados de las señales del sistema (alarmas y eventos)
Las fallas o presencia de una condición perjudicial o inaceptables dentro de una planta
durante un proceso son representadas a través de señales de alarma, las cuales el 3Autómata: Máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado. Wikipedia.
ANNY 43
operario puede visualizar en forma de aviso en una pantalla, con indicación gráfica de la
situación del fallo (ubicación de la falla en el proceso) y con un mensaje sonoro si es
necesario, para efectuar las acciones correctoras pertinentes.
Además, los paneles de alarma exigen la presencia del operador para reconocer una
parada o situación de alarma y permiten poseer un registro de las incidencias.
El mando
El sistema permite activar o desactivar los equipos de manera automática en forma remota y también manual. Además se pueden ajustar parámetros, valores referenciales, sentencias de control, etc. El cambio son datos sobre los elementos de control.
Grabación de acciones o recetas
En algunos procesos se utilizan combinaciones de variables que son siempre las mismas.
Un sistema de recetas permite configurar toda una planta de producción con un solo
comando. Existe la posibilidad de programar líneas de códigos para la activación
automática de tareas y procesos.
Una planta de producción se compone de varias máquinas encadenadas con múltiples
parámetros (velocidad, temperatura, caudal, corriente, etc.) que dependen del tipo de
producto a elaborar. Con una sola pulsación se pueden poner en marcha todas las
máquinas y programar las diferentes zonas de temperatura o velocidad de toda la línea
de producción.
Garantizar la seguridad de los datos
Debido a que los datos son importantes, pueden ser afectados por fallos en la
programación o caer en influencias no deseadas; la manipulación tanto el envío como la
recepción de los mismos deben estar suficientemente protegidos. Por ello es
recomendable contar con una red interna en la planta con su protección adecuada.
Garantizar la seguridad en los accesos
Restringiendo zonas de programa comprometidas a usuarios no autorizados y
registrando todos los accesos y acciones llevadas a cabo por cualquier operador.
Bloquear todo tipo de acceso al programa principal.
Posibilidad de programación numérica
Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de
elevada resolución sobre la CPU del ordenador (lenguajes de alto nivel, C y Visual Basic,
generalmente).
ANNY 44
5.3.3. Esquema Básico
El sistema adquisición de los datos:
Puede estar a cargo de un PLC (Controlador Lógico Programable) el cual toma las
señales y las envía a las estaciones remotas usando un protocolo determinado.
Otra forma podría ser que una computadora realice la adquisición vía un hardware
especializado y luego esa información la transmita hacia un equipo de radio vía su
puerto serial, y así existen otras alternativas.
Supervisión y Control:
El software SCADA por lo general relaciona a los dos. Aquí el operador puede visualizar
en la pantalla del computador los estados de cada una de las estaciones remotas que
conforma el sistema, así coma las situaciones de alarma, lo que le permitirá tomar
acciones físicas sobre algún equipo lejano, la comunicación se realiza mediante buses
especiales o redes LAN.
En la Figura 5.5 extraída del documento “Interfaces de Comunicación Industrial”
realizado por el Dr. Luis Corrales, se observa que en un sistema SCADA conectado a un
proceso automatizado consta de las siguientes partes (Dr. Luis Corrales, 2007):
Figura 5.5.- Esquema de un sistema SCADA desarrollado en cuatro niveles.
1) Proceso objeto del control: Es el proceso que se desea supervisar. Este proceso es el
origen de los datos que se requieren colectar y distribuir.
ANNY 45
2) Adquisición de datos: Son un conjunto de instrumentos de medición dotados de
alguna interfase de comunicación que permite su interconexión.
3) SCADA: Combinación de hardware y software que permite la colección y visualización
de los datos proporcionados por los instrumentos.
4) Clientes: Conjunto de aplicaciones que utilizan los datos obtenidos por el sistema
SCADA.
Se presenta un diagrama en el que muestra la interacción e intercomunicación de
datos entre las herramientas utilizadas para la obtención de datos (sensores) y
actuadores en la pirámide de automatización.
Figura 5.6. – Comunicación Interprocesos4.
6.3.3. HMI – WINCC:
Permite la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados,
tales como los sensores o actuadores. Además permite determinar el estado
4 Obtenidos de un archivo virtual “Objetos Sensores y Actuadores en la Integración de Sistemas Heterogéneos, la cual
se encuentra en la Bibliografía.
ANNY 46
(prendido/apagado) o magnitud de los dispositivos y/o variables físicas que están
presentes en una planta o proceso industrial, como por ejemplo la temperatura y la
humedad que son materia de estudio en este proyecto.
La mayoría de las veces se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el
ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o
importados desde otra aplicación de uso general (Paintbrush, DrawPerfect, AutoCAD,
etc.) durante la configuración del paquete.
Por lo tanto, “SIMATIC WinCC es un sistema de visualización de procesos escalable y
dotado de potentes funciones para la supervisión de procesos automatizados. WinCC
aporta funcionalidad SCADA completa en Windows para todos los sectores, desde
sistemas monopuesto hasta sistemas multipuesto distribuidos con servidores
redundantes y soluciones para todos los lugares de instalación con clientes web”
(Simatic WinCC, 2012, p.6).
Como se ha venido diciendo anteriormente, se empleó un sistema embebido- PSoC 4; para ello
se realizó un código para la comunicación entre los sensores DHT11 y DHT22, con la PC. A
continuación la descripción de los códigos empleados para la lectura de datos:
DHT11:
Código Principal:
//#include <project.h>
#include <Arduino.h>
#include <util.h>
#include <DHT.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <tgmath.h>
#include <stdio.h>
//typedef unsigned char byte;
//typedef bool boolean;
//#define DHTPIN 7
//#define DHTTYPE DHT11
//#define DHTTYPE DHT22
DHT sensores; //sensores
//float readTemperature(int);
//float readHumidity(void);
//void begin();
ANNY 47
float maxh = 0.0;
float minh = 100.0;
float maxt = 0.0;
float mint = 100.0;
#if defined(__GNUC__)
asm (".global _printf_float");
#endif
int main(){
char8 str[30];
float h;
float t;
UART_1_Start();
snprintf(str,30,"Comprobacion sensor DHT11:\n\r"); //DHT11
UART_1_UartPutString(str);
CyDelay(3000);
Timer_1_Start();
sensores.begin();
CyGlobalIntEnable;
for(;;)
{
h = sensores.readHumidity();
t = sensores.readTemperature(0);
snprintf(str,30,"Humedad relativa: %0.2f\n\r",h);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"Temperatura: %0.2f\n\r",t);
UART_1_UartPutString(str);
if (maxh<h){maxh=h;}
if (h<minh){minh=h;}
if (maxt<t){maxt=t;}
if (t<mint){mint=t;}
snprintf(str,30,"MaxH: %0.2f\n\r",maxh);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MinH: %0.2f\n\r",minh);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MaxT: %0.2f\n\r",maxt);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MinT: %0.2f\n\r",mint);
UART_1_UartPutString(str);
}
ANNY 48
CyDelay(1000);
}
Librerías:
DHT.h:
#ifndef DHT_H
#define DHT_H
#include <inttypes.h>
//#if ARDUINO >= 100
// #include "Arduino.h"
//#else
// #include "project.h"
//#endif
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
#include <project.h>
#ifdef __cplusplus
}
#endif
// how many timing transitions we need to keep track of. 2 *
number bits + extra
#define MAXTIMINGS 85
#define DHT11 11
#define DHT22 22
#define DHT21 21
#define AM2301 21
typedef uint8_t boolean;
class DHT //DHT
{
private:
uint8_t dato[6];
//uint8_t dat[6];
uint8_t _pin, _type, _count;
int read(void);
unsigned long _lastreadtime;
uint8_t firstreading; //boolean
public:
//DHT(uint8_t pin, uint8_t type, uint8_t count=6);
void begin(void);
ANNY 49
float readTemperature(int S);
float convertCtoF(float);
float readHumidity(void);
};
#endif
DHT.cpp:
#include "DHT.h"
/*
DHT::DHT(uint8_t pin, uint8_t type, uint8_t count) {
_pin = pin;
_type = type;
_count = count;
firstreading = 1;
}
*/
void DHT::begin(void) {
_pin = 7;
_type = DHT11;
_count = 6;
firstreading = 1;
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_RES_UP);
Pin_1_Write(1);
_lastreadtime = 0;
Timer_1_WriteCounter(0);
}
//boolean S == Scale. True == Farenheit; False == Celcius
float DHT::readTemperature(int S){
_pin = 7;
_type = DHT11;
_count = 6;
float f;
if (read()==1){
switch (_type) {
case DHT11:
f = dato[2];
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
ANNY 50
case DHT22:
/*
f = dato[2] & 0x7F;
f *= 256;
f += dato[3];
f /= 10;
if (dato[2] & 0x80)
f *= -1;
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
*/
case DHT21:
f = dato[2] & 0x7F;
f *= 256;
f += dato[3];
f /= 10;
if (dato[2] & 0x80)
f *= -1;
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
}
}
//Serial.print("Read fail");
return -0.2; //NAN
}
float DHT::convertCtoF(float c){
return c * 9 / 5 + 32;
}
float DHT::readHumidity(void){
_pin = 7;
_type = DHT11;
_count = 6;
float f;
if (read()==1) {
switch (_type) {
case DHT11:
f = dato[0];
return f;
case DHT22:
/*
f = dato[0];
f *= 256;
f += dato[1];
f /= 10;
f *= 0.88;
return f;
ANNY 51
*/
case DHT21:
f = dato[0];
f *= 256;
f += dato[1];
f /= 10;
return f;
}
}
//Serial.print("Read fail");
return -0.2; //NAN
}
int DHT::read(void) {
_pin = 7;
_type = DHT11;
_count = 6;
uint8_t laststate = 1; //HIGH
uint8_t counter = 0;
uint8_t j = 0;
uint8_t i;
unsigned long currenttime;
uint8_t suma=0;
/*
// pull the pin high and wait 250 milliseconds
Pin_1_Write(1);// PULL UP THE PIN HIGH
CyDelay(250);
currenttime = Timer_1_ReadCounter(); //milis()
if (currenttime < _lastreadtime) {
_lastreadtime = 0;
}
if ((firstreading == 0) && ((currenttime -
_lastreadtime) < 2000)) {
return 1;
}
firstreading = 0;
_lastreadtime = Timer_1_ReadCounter(); //milis()
*/
dato[0] = 0;
dato[1] = 0;
dato[2] = 0;
dato[3] = 0;
dato[4] = 0;
// now pull it low for ~20 milliseconds
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_STRONG);
Pin_1_Write(0);
CyDelay(20); //20ms para DHT11 y 1 ms para DHT22
//cli(); //Disable interrupts
Pin_1_Write(1);
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_RES_UP);
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
ANNY 52
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
while((Pin_1_Read() == 0) ){ //&& (Pin_2_Read() == 0)
}
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
while((Pin_1_Read() != 0) ){ //&& (Pin_2_Read()!=0)
}
for (i=0;i<40;i++){
CyDelayCycles(240); //10 useg
while((Pin_1_Read() == 0) ){ //&& (Pin_2_Read() == 0)
}
counter = 0;
CyDelayCycles(24); //10 useg
while((Pin_1_Read() != 0) ){ //&& (Pin_2_Read() != 0)
CyDelayCycles(24);
counter++;
if (counter == 255) {
break;
}
}
if (i < 8){
dato[0] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[0]++;
}
}
else{
if (i < 16){
dato[1] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[1]++;
}
}
else{
if (i < 24){
dato[2] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[2]++;
}
}
else{
dato[3] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[3]++;
}
}
}
ANNY 53
}
}
CyDelay(1000);
//sei(); //enable interrupts
// check we read 40 bits and that the checksum matches
suma=dato[0]+dato[1]+dato[2]+dato[3];
if ((j >= 40) && (dato[4] == suma) ) { //&&(dat[4] ==
suma1)
return 1;
}
CyDelay(500);
return 1;
}
DHT22:
Código Principal:
//#include <project.h>
#include <Arduino.h>
#include <util.h>
#include <DHT.h>
#include <stdlib.h>
ANNY 54
#include <string.h>
#include <tgmath.h>
#include <stdio.h>
//typedef unsigned char byte;
//typedef bool boolean;
//#define DHTPIN 7
//#define DHTTYPE DHT11
//#define DHTTYPE DHT22
DHT sensores; //sensores
//float readTemperature(int);
//float readHumidity(void);
//void begin();
float maxH = 0.0;
float minH = 100.0;
float maxT = 0.0;
float minT = 100.0;
#if defined(__GNUC__)
asm (".global _printf_float");
#endif
int main(){
char8 str[30];
float H;
float T;
UART_1_Start();
snprintf(str,30,"Comprobacion sensor DHT22:\n\r"); //DHT22
UART_1_UartPutString(str);
CyDelay(3000);
Timer_1_Start();
sensores.begin();
CyGlobalIntEnable;
for(;;)
{
H = sensores.readHumidity();
T = sensores.readTemperature(0);
snprintf(str,30,"Humedad relativa: %0.2f\n\r",h);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"Temperatura: %0.2f\n\r",t);
ANNY 55
UART_1_UartPutString(str);
if (maxH<H){maxH=H;}
if (H<minH){minH=H;}
if (maxT<T){maxT=T;}
if (T<minT){minT=T;}
snprintf(str,30,"MaxH: %0.2f\n\r",maxH);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MinH: %0.2f\n\r",minH);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MaxT: %0.2f\n\r",maxT);
UART_1_UartPutString(str);
snprintf(str,30,"MinT: %0.2f\n\r",minT);
UART_1_UartPutString(str);
}
CyDelay(1000);
}
Librerías:
DHT.h:
#ifndef DHT_H
#define DHT_H
#include <inttypes.h>
//#if ARDUINO >= 100
// #include "Arduino.h"
//#else
// #include "project.h"
//#endif
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
#include <project.h>
#ifdef __cplusplus
ANNY 56
}
#endif
// how many timing transitions we need to keep track of. 2 *
number bits + extra
#define MAXTIMINGS 85
#define DHT11 11
#define DHT22 22
#define DHT21 21
#define AM2301 21
typedef uint8_t boolean;
class DHT //DHT
{
private:
uint8_t dato[6];
//uint8_t dat[6];
uint8_t _pin, _type, _count;
int read(void);
unsigned long _lastreadtime;
uint8_t firstreading; //boolean
public:
//DHT(uint8_t pin, uint8_t type, uint8_t count=6);
void begin(void);
float readTemperature(int S);
float convertCtoF(float);
float readHumidity(void);
};
#endif
DHT.cpp:
#include "DHT.h"
/*
DHT::DHT(uint8_t pin, uint8_t type, uint8_t count) {
_pin = pin;
_type = type;
_count = count;
firstreading = 1;
}
*/
void DHT::begin(void) {
_pin = 7;
_type = DHT22;
_count = 6;
firstreading = 1;
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_RES_UP);
Pin_1_Write(1);
ANNY 57
_lastreadtime = 0;
Timer_1_WriteCounter(0);
}
//boolean S == Scale. True == Farenheit; False == Celcius
float DHT::readTemperature(int S){
_pin = 7;
_type = DHT22;
_count = 6;
float f;
if (read()==1){
switch (_type) {
case DHT11:
/*
f = dato[2];
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
*/
case DHT22:
f = dato[2] & 0x7F;
f *= 256;
f += dato[3];
f /= 10;
if (dato[2] & 0x80)
f *= -1;
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
case DHT21:
f = dato[2] & 0x7F;
f *= 256;
f += dato[3];
f /= 10;
if (dato[2] & 0x80)
f *= -1;
if(S==1)
f = convertCtoF(f);
return f;
}
}
//Serial.print("Read fail");
return -0.2; //NAN
}
float DHT::convertCtoF(float c){
return c * 9 / 5 + 32;
}
ANNY 58
float DHT::readHumidity(void){
_pin = 7;
_type = DHT22;
_count = 6;
float f;
if (read()==1) {
switch (_type) {
case DHT11:
/*
f = dato[0];
return f;
*/
case DHT22:
f = dato[0];
f *= 256;
f += dato[1];
f /= 10;
f *= 0.88;
return f;
case DHT21:
f = dato[0];
f *= 256;
f += dato[1];
f /= 10;
return f;
}
}
//Serial.print("Read fail");
return -0.2; //NAN
}
int DHT::read(void) {
_pin = 7;
_type = DHT22;
_count = 6;
uint8_t laststate = 1; //HIGH
uint8_t counter = 0;
uint8_t j = 0;
uint8_t i;
unsigned long currenttime;
uint8_t suma=0;
/*
// pull the pin high and wait 250 milliseconds
Pin_1_Write(1);// PULL UP THE PIN HIGH
CyDelay(250);
currenttime = Timer_1_ReadCounter(); //milis()
if (currenttime < _lastreadtime) {
_lastreadtime = 0;
}
ANNY 59
if ((firstreading == 0) && ((currenttime -
_lastreadtime) < 2000)) {
return 1;
}
firstreading = 0;
_lastreadtime = Timer_1_ReadCounter(); //milis()
*/
dato[0] = 0;
dato[1] = 0;
dato[2] = 0;
dato[3] = 0;
dato[4] = 0;
// now pull it low for ~20 milliseconds
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_STRONG);
Pin_1_Write(0);
CyDelay(20); //20ms para DHT11 y 1 ms para DHT22
//cli(); //Disable interrupts
Pin_1_Write(1);
Pin_1_SetDriveMode(Pin_1_DM_RES_UP);
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
while((Pin_1_Read() == 0) ){
}
CyDelayCycles(960); //40 uSeg
while((Pin_1_Read() != 0) ){
}
for (i=0;i<40;i++){
CyDelayCycles(240); //10 useg
while((Pin_1_Read() == 0) ){
}
counter = 0;
CyDelayCycles(24); //10 useg
while((Pin_1_Read() != 0) ){
CyDelayCycles(24);
counter++;
if (counter == 255) {
break;
}
}
if (i < 8){
dato[0] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[0]++;
ANNY 60
}
}
else{
if (i < 16){
dato[1] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[1]++;
}
}
else{
if (i < 24){
dato[2] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[2]++;
}
}
else{
dato[3] <<= 1;
if (counter > 20){
dato[3]++;
}
}
}
}
}
CyDelay(1000);
//sei(); //enable interrupts
// check we read 40 bits and that the checksum matches
suma=dato[0]+dato[1]+dato[2]+dato[3];
if ((j >= 40) && (dato[4] == suma) ) { //&&(dat[4] ==
suma1)
return 1;
}
CyDelay(500);
return 1;
}
ANNY 61
X RESULTADOS
Datos Adquiridos de Temperatura y Humedad:
En el presente apartado se dan a conocer de las lecturas de los sensores DHT11, para la toma
de datos de entrada al colector; y DHT22, para la toma de datos de salida del colector.
Ilustración 28: Curva de los datos de entrada del colector, Temperatura vs Tiempo.
Ilustración 29: Curva de los datos de salida del colector, Temperatura vs Tiempo.
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50
Tem
par
atu
ra d
e E
ntr
ad
a (°
C)
Tiempo (s)
Temperatura de entrada vs Tiempo
Series1
69
70
71
72
73
74
75
76
77
0 10 20 30 40 50
Tem
par
atu
ra d
e Sa
lida
(°C
)
Tiempo (s)
Temperatura de Salida vs Tiempo
Series1
ANNY 62
Ilustración 30: Curva de los datos de entrada del colector, Humedad vs Tiempo.
Ilustración 31: Curva de los datos de salida del colector, Humedad vs Tiempo.
XI CONCLUSIONES :
Utilizar colector solar contribuye a la conservación del medio
ambiente y además plantea nuevas soluciones para el secado limpio
de granos.
Si el secador funciona de manera adecuada se evita perder granos
por contaminación miccrobiologica .
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
Hu
me
dad
de
En
tra
da
(%)
Tiempo (s)
Humedad de Entrada vs Tiempo
Series1
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50
Hu
med
ad d
e Sa
lida
(%)
Tiempo (s)
Humedad de Salida vs Tiempo
Series1
ANNY 63
Debido a la construcción y morfología del secador este es accesible
para los pequeños y medianos productores agrícolas, lo cual
contribuyan a un desarrollo de la región.
ES necesari0 encontrar climas apropiados para que la velocidad del
aire y radiación contribuyan de manera óptima al funcionamiento del
colector.
El programa utilizado se recomienda ya que su lenguaje de
programación es amigable .
Las gráficas obtenidas permiten un estudio muy aproximado a la
realidad y mediante ellas se puede lograr un control adecuado.
XII ANEXOS Anexo1
Ilustración 32
Ilustración 33 indice de irradiancia en Piura
Anexo 2
ANNY 64
Ilustración 34 Tabla tomado del libro de transferencia de calor
Anexo 3
Ilustración 35 grafica tomada del libro de transferencia de calor
ANNY 65
REFERENCIAS XIII
Referencias :
[1] Lucía Graziani de Fariñas, Ligia Ortiz de Bertorelli, Naidely Alvarez y América Trujillo de Leal.2003. Fermentación del cacao en dos diseños de cajas de madera. Agronomía Tropical 53(2): 175-187. [2] Julio Alberto Castellón López y Walter Lenin Espinoza Vanegas.2009. Validación del uso de un secador Solar de Café pergamino, en fincas de pequeños productores del municipio de San Rafael del Norte. Trabajo de monografía para optar al título de Ingeniero Agroindustrial. [3] Humberto Reyes E., Jorge Vivas y Alfredo Romero S.1999. La calidad en el cacao. I. Factores determinantes de la calidad. Fonaiap Divulga. [4] Robinson Lopez.2013.Modelo Matemático de colector Solar. [5] Mayaguez, (2011, julio) Manejo Post cosecha y catacion del cacao de: http://www.chocolatecortes.com/pr/wp-content/uploads/2013/01/pos-cacao.pdf. [6] D.Robotics, (2010, julio) UK.DHT11 Humidity&Temperature Sensor: http://www.micro4you.com/files/sensor/DHT11.pdf. [7] D.Robotics, (2010, julio) UK.DHT22 Humidity&Temperature Sensor: http://www.micro4you.com/files/sensor/DHT22.pdf. [8] Cypress Semiconductor, (2012) PSoC DESIGNER ImageCraft C Compiler Guide:
http://www.cypress.com/?docID=42039.
[9] Cypress Semiconductor, (2012) CY8CKIT-042 PSoC 4 Pioneer Kit Guide:
http://www.cypress.com/?docID=42039.
[10] Cypress Perform, (2013, marzo) PSoC 4 Lab 1-Blinking LED-Lab Manual:
http://www.element14.com/community/message/75399/l/psoc-4-pioneer-kit-
community-project01--blinking-led#75399.
[11] Cypress Perform, (2013, marzo) PSoC 4 Lab 2-PWM LED-Lab Manual:
http://www.element14.com/community/message/85866/l/psoc-4-pioneer-kit-
community-project068-psoc-4-getting-started-lab-2-pwm-led#85866.
[12] Cypress Perform, (2013, marzo) PSoC 4 Lab 3-CapSense UART-Lab Manual PSoC 4
Lab 2-PWM LED-Lab Manual:
ANNY 66
http://www.element14.com/community/message/86075/l/psoc-4-pioneer-kit-
community-project069-psoc-4-getting-started-lab-3-capsense-uart#86075.
[13] Juanes.pazj, (2013, noviembre) UART Interface (commands menú):
http://www.element14.com/community/message/95495/l/uart-interface-commands-
menu#95495.
[14] ARDUINO, Serial.Print():
http://arduino.cc/en/Serial/Print.
[15] ARDUINO, Serial.PrintIn():
http://arduino.cc/en/Serial/PrintIn.
[16] SIMATIC HMI, (2003, abril) WinCC V6.0 Documentación estándar-Manual:
http://cache.automation.siemens.com/dnl/jM/jMyNTY0OQAA_15342782_HB/hmi_winc
c_v6_0_basic_manual_es.pdf.
[17] SIMATIC WinCC, (2012, abril) Visualización de procesos con Plant Intelligence:
https://www.automation.siemens.com/salesmaterial-
as/brochure/es/brochure_simatic-wincc_es.pdf.
[18] Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoa- Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Bilbao.
WinCC Porgramación Elemental:
http://www.disa.bi.ehu.es/spanish/ftp/material_asignaturas/Fundamentos%20de%20A
utomatizaci%F3n%20Industrial/Comunicaciones%20y%20Supervisi%F3n/WinCC%20-
%20Programaci%F3n%20Elemental.pdf.
[19] Yunus A. Cengel && Michael A. Boles (2002). Transferencia de calor y masa, 4°
edición. McGraw-Hill.WinCC Porgramación Elemental
[20] Yunus A. Cengel && Michael A. Boles (2003). Termodinámica, 6° edición. McGraw-Hill.
ANNY 67
