INSTRUMENTACION Y CONTROL
PRESENTADO POR ANGELA VIVIANA GARCIA DIAZ MARIA ANGELICA VILLA PATIÑO
PRESENTADO A ING. CARLOS FERNANDO CARDONA LANCHEROS
TECNOLOGIA EN PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS FICHA DE CARACTERIZACION 142859
SENA CENTRO DE ATENCION AL SECTOR AGROPECUARIO PEREIRA 2011
OBJETIVO GENERAL. Identificar y manejar las nociones básicas de lo que concierne el tema de control e instrumentación de procesos, enfocados a la parte de Ingeniería de Alimentos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Reconocer los diferentes controladores que forman parte de los diferentes equipos y maquinarias para los diferentes procesos de elaboración de alimentos. Estudiar las diferentes teorías de funcionamiento que abarcan a los métodos de control de procesos. Diferenciar los conceptos de Instrumentación, Control de Proceso, Automatización de acuerdo a su objetivo en la optimización de los procesos. Incrementar el conocimiento a partir de la elaboración de diagramas de flujo que represente procesos.
INTRODUCCION
El control automático se basa principalmente en una ayuda que se empleo para el control de las maquinas ya que para el ser humano hacer este manualmente se le dificulta, se vio la necesidad de emplear esta para ser mejor ya que con este se mejorara y controlara las diferentes variables que posee las maquinarias y que no se pueden mejorar manualmente.
CONTROL AUTOMATICO La ingeniería Química introduce el concepto de OPERACIÓN UNITARIA, que permite estudiar las más variadas industrias de procesos a partir de un número reducido de unidades, pero para que estas unidades (intercambiadores de calor, columnas de destilación, filtro, etc.) funcionen adecuadamente se requiere que ciertas variables se mantengan en valores constantes. Conducir estas actividades de forma manual es muy complicado y hasta imposible, así surge que en estos equipos se requiera CONTROL AUTOMATICO, esta disciplina se basa en los conocimientos generales de la TEORIA DE CONTROL AUTOMATICO (La teoría del control automático se aplica a sistemas eléctricos, mecánicos, neumáticos, hidráulicos, etc. Esta teoría tiene como objeto de estudio los sistemas físicos en sus características más generales, prescindiendo de las particularidades.) Cuyo corazón es la realimentación o feedback, sin embargo, lo que le imprime singularidad a los sistemas de control es que el equipo al ser controlado limita y condiciona grandemente el sistema de control. El control de procesos tiene como objetivo mantener una variable controlada en presencia de perturbaciones
El objetivo del control automático es poder manejar con una o más entradas (o referencia), una o más salidas de una planta o sistema, para hacerlo, la idea más primitiva es colocar entre la referencia y la planta, un controlador que sea el inverso de la función
de transferencia de la planta, de tal manera que la función de transferencia de todo el sistema (la planta más el controlador), sea igual a uno; logrando de esta manera que la salida sea igual a la entrada; esta primera idea se denomina control en la lazo abierto. Un ejemplo clásico de control en lazo abierto es una lavadora de ropa ya que ésta funciona durante un ciclo predeterminado sin hacer uso de sensores. Ejemplo de control automático
La figura muestra una aplicación común del control automático encontrada en muchas plantas industriales, un intercambiador de calor que usa calor para calentar agua fría. En operación manual, la cantidad de vapor que ingresa al intercambiador de calor depende de la presión de aire hacia la válvula que regula el paso de vapor. Para controlar la temperatura manualmente, el operador observaría la temperatura indicada , y al compararla con el valor de temperatura deseado , abriría o cerraría la válvula para admitir mas o menos vapor . Cuando la temperatura ha alcanzado el valor deseado, el operador simplemente mantendría esa regulación en la válvula para mantener la temperatura constante. Bajo el control automático, el controlador de temperatura lleva a cabo la misma función. La señal de medición hacia el controlador desde el transmisor de temperatura (o sea el sensor que mide la temperatura) es continuamente comparada con el valor de consigna (set-point en Inglés ) ingresado al controlador . Basándose en una comparación de señales , el controlador automático puede decir si la señal de medición está por arriba o por debajo del valor de consigna y mueve la válvula de acuerdo a ésta diferencia hasta que la medición (temperatura ) alcance su valor final . :
INSTRUMENTACION Y CONTROL
La Instrumentación y Control, como especialidad de Ingeniería, es aquella parte de la ingeniería que es responsable de definir el nivel de automatización de cualquier planta de proceso e instalación industrial, la instrumentación de campo y el sistema de control para un buen funcionamiento del proceso, dentro de la seguridad para l os equipos y personas, de acuerdo a la planificación y dentro de los costos establecidos y manteniendo la calidad. Otro concepto más técnico, diría que la instrumentación y control son aquellos Dispositivos que permiten: – Capturar variables de los procesos. – Analizar las variables de los procesos. – Modificar las variables de los procesos. – Controlar los procesos. – Traducir los procesos a unidades de ingeniería. . Su principal aplicación y propósito es el análisis, diseño y automatización de procesos de manufactura de diversas áreas industriales como son: Petróleo y Gas, Generación de Energía Eléctrica, Textil, Alimentaria y muchas más. Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos como pueden ser derivados del petróleo, agua, vapor, gases, ácidos, pasta para producir papel, etc. teniendo todos ellos la necesidad de ser medidos y controlados, así como se deben mantener unas constantes dentro de unos márgenes establecidos. Haciendo un poco de historia, la instrumentación y el control nace de la necesidad de: – Optimizar los recursos humanos, materias primas, y productos finales. – Producir productos competitivos con un alto rendimiento. – Producir productos con características repetitivas. – Fomento del Ahorro Energético. – Fomento de la Conservación del Medio Ambiente.
MINI PLANTA DE PASTEURIZACION DE LECHE
Descripción general Es una planta compacta, diseñada para el tratamiento de leche fluida, para su posterior comercializacion. Este equipo está compuesto por un tanque balanceador, cuya función es la de recepcionar la leche que posteriormente va a ser pasteurizada. Permite proporcionar un caudal constante de leche en la entrada del pasteurizador.
El control del caudal se realiza mediante una valvula controladora de caudal, la cual se accionara de acuerdo a la presión que ejerza la leche al pasar por la tubería que la guiara al pasteurizador, la calibración de los valores de presión que se elijan deberán estar programados en el microcontrolador que orquestre las operación de esta mini planta. El pasteurizador es un equipo de placas totalmente hermético, cumple con la doble función de pasteurizar y enfriar la leche para su envasado. Permite un caudal aproximado de 300 lt/h, la temperatura de pasteurización es de 75 ºC y la temperatura de salida de la leche es de aproximadamente 4 ºC.
Un termotanque es el encargado de proporcionar el agua caliente de intercambio en el pasteurizador. Se trata de un equipo automatizado que permite el ajuste de la temperatura de pasteurización. Un banco de hielo, es el encargado de proveer el agua fría para el ajuste de temperatura de salida del pasteurizador. Con esto se logra bajar la temperatura de leche a 4 ºC, que es la temperatura de envasado. La leche salida del pasteurizador pasa a una tolva pulmón, la misma alimenta la termoselladora de sachets. Este equipo es del tipo semiautomático y es el encargado de sellar y cortar el extremo del envase litografiado contenedor del producto. El funcionamiento de todo el sistema se controla desde un tablero eléctrico, el mismo permite la puesta en marcha y control de funcionamiento automático del equipo de frío,
control de temperatura del termotanque y banco de hielo, control de la bomba de leche, bomba de agua caliente y agitador del banco de hielo. El equipo puede ser provisto de un grafo registrador para un mejor control de funcionamiento del sistema de pasteurización.
CALCULOS PARA CONTROL TERMICO. Los bloques funcionales de los sistemas térmicos son dos: resistencia y capacitancia. Existe un flujo neto de calor entre dos puntos si entre ellos hay una diferencia de temperaturas. El equivalente eléctrico de esto es que solo existe una corriente neta entre dos puntos cuando existe una diferencia de potencial v entre ellos; la relación entre corriente y diferencia de potencial es i=v/R, donde R es la resistencia eléctrica entre ambos puntos. Un relación similar puede usarse para definir la resistencia térmica R. si q es la velocidad del flujo calórico y (T1-T2) es la diferencia de las temperaturas, entonces q= T2-T1/R El valor de la resistencia depende del modo de transferencia de calor. En una conducción a través de un sólido y suponiendo una conducción unidireccional. q= AK T1-T2/L Donde A mayúscula es el área de la sección transversal del material atraves del cual se conduce calor L que es la longitud del material ENTRE LOS PUNTOS DONDE LAS temperaturas SON t1 Y t2; K es la conductividad térmica. Por lo tanto, con este modo de transferencia de calor, se obtiene R=L/AK Cuando el modo de transferencia de calor es por convención, como con líquidos y gases, entonces: q= Ah(T2-T1) donde A es el área de la superficie donde hay diferencia de temperatura y h es el coeficiente de transferencia calorífica. Por lo tanto, con este modo de transferencia de calor, se obtiene R=1/Ah La capacitancia temica es la medida de almacenamiento de energía interna en un sistema. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de calor hacia el sistema es q1 y la velocidad de flujo de salida es q2, entonces: Relación de cambio de la energía interna= q1-q2 Un aumento de la energía interna implica un incremento de la temperatura. Por lo tanto: Cambio de energía interna=mc x cambio de temperatura Donde m es la masa y c el calor especifico del material, además Cambio de energía interna=mc x razón de cambio de la temperatura asi, q 1-q2=mc x DT/dt donde DT/dt es la tasa de cambio de temperatura. Esta ecuación se puede escribir como q 1-q2= C X DT/dt dondeC es la capacitancia térmica y asi C=mc donde la tabla siguiente resume los bloques funcionales term¡micos. Bloque funcional ecuación que la describe energía almacenada Capacitancia q1-q2=C dT/dtE=CT resistencia q=T1-T2/R
obtención de modelo para un sistema térmico considere un termómetro a temperatura T que se introduce a un liquido a una temperatura T1 si R es la resistencia térmica que se opone al flujo calorífico del liquido termómetro, entonces q= TL-t/R. Donde q es la razón neta del flujo calorífico del liquido al termómetro. La capacitancia térmica C del termómetro esta dada por la ecuación. Donde q1- q2=C (dT/dt) dado que solo existe un flujo neto calorífico del liquido al termómetro, q1=q y q2=0; por lo tanto q=c( dT/dt) al sustituir el valor de q en la ecuación anterior se obtiene C(dT/dt)=TL-T/R Si se reordenan térmicos en esta ecuación se obtiene. RC(dT /dt)+ T=TL Esta es la ecuación diferencial de primer orden que describe como es la temperatura que indica el termómetro T varía en función del tiempo al introducir el termómetro en el liquido caliente. En el sistema térmico anterior los parámetros se consideraron concentrados. Esto significa, que el termómetro y el líquido solo tiene una temperatura, es decir, las temperaturas son función exclusiva del tiempo y no de la posición dentro de un cuerpo
