PROPUESTA PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE JABÓN EN LA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

CALI.

DIANA CAROLINA CUCA YEPES

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI

2012

2

PROPUESTA PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE JABÓN EN LA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

CALI.

DIANA CAROLINA CUCA YEPES

Proyecto de grado para optar al titulo de Ingeniera Electrónica

Director Mg. JUAN CARLOS CRUZ ARDILA

Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI

2012

3

Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad de San Buenaventura Cali para optar al título de Ingeniera Electrónica.

________________________________ Jurado

_______________________________ Jurado

_______________________________ Director

Santiago de Cali, Mayo de 2012

4

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 15

1.1.1 Planteamiento del problema 15

1.2 OBJETIVOS 17

1.2.1 Objetivos generales 17

1.2.2 Objetivos específicos 17

1.3 JUSTIFICACIÓN 18

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 PROCESO DE PRODUCCIÓN EN LA INDUSTRIA DEL JABÓN 19

2.2 AUTOMATIZACIÓN 23

2.2.1 Impacto social 23

2.2.2 Nuevo enfoque 24

2.2.3 La automatización en Colombia 24

2.2.4 Herramientas de la Automatización 25

2.3 DEFINICIONES DE CONTROL 28

2.3.1 Características de los instrumentos de control 30

2.4 LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 31

2.4.1 Clases de instrumentos 31

2.5 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES 36

2.5.1 Arquitectura de los autómatas programables 37 2.5.2 Funcionamiento de los autómatas programables 38

2.5.2.1 Ejecución cíclica del programa 38 2.5.2.2 Variables del programa 40 2.5.2.3 Organización del programa 40 2.5.2.4 Tipos de datos 41 2.5.2.5 Modos de direccionamiento 42

2.5.3 Interface multipunto MPI 43 2.5.4 Modos de operación 44 2.5.5 Interfaces de entrada/salida 44 2.5.6 Programación PLC’s 46

2.5.6.1 Lenguajes de programación 46 2.5.6.2 Programación con STEP7 47

5

2.6 Dosificadores en la industria 47 2.7 Electroválvulas Industriales 51

3. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE JABÓN LIQUIDO 55 3.1 Descripción del proceso 55

3.1.1 Reacción química del proceso 55 3.1.1.1 Proceso 100% en frío 55 3.1.1.2 Receta 55

3.1.2 Descripción del Proceso 57 3.1.3 Fabricación industrial de jabón 58 3.1.4 Componentes de la instalación 59

3.1.4.1 Componentes físicos actuales de la 60 planta de producción

4. DEFINICIÓN DE VARIABLES Y ESTRATEGIA DE CONTROL 66 4.1 Definición de variables 66 4.2 Estrategia de control 67

4.2.1 Control tolva 1. Dosificación agua desmineralizada – Texapon N70. 68

4.2.2 Control tiempo de mezcla - Tolva 1. 69 4.2.3 Control Tolva 2. Pre-mezcla dosificación agua

desmineralizada y colorante vegetal. 70 4.2.4 Control tiempo de mezcla – Tolva 2. 71 4.2.5 Control para el transporte de la primera pre-mezcla a la

Tolva 1. 72 4.2.6 Control tolva 1. Dosificación Fragancia, Arcopal y Metil-

Parabeno 73 4.2.7 Control tolva 2. pre-mezcla agua desmineralizada y cloruro

de sodio. 74 4.2.8 Control para el transporte de la segunda pre-mezcla a la

Tolva 1. 75 4.2.9 Control tiempo de mezcla final y empaque – Tolva 2. 76 4.2.10 Control empaque y banda transportadora – Tolva 2. 77

5. INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO 79 5.1 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES SELECCIONADOS 79

5.1.1 Celda de carga 79 5.1.1.1 Celda de carga 1002K 79 5.1.1.2 Celda de carga SUP222 80

5.1.2 Electroválvulas en la Industria 81 5.1.2.1 Electroválvula UNIDEM. Modelo uz-a-o6/uz-a-08. 81

6

5.1.2.2 Electroválvula válvula tipo guillotina modelo SGB800A. 125 de MIX SRL. 82

5.1.2.3 Electroválvulas serie 2025, marca GENEBRE. 82 5.1.2.4 Electroválvulas neumáticas

5.1.2.4.1 Electroválvula neumática serie GNP, marca GENEBRE. 83

5.1.2.5 Electroválvulas marca sama, referencia 8300532. 84 5.1.3 Bomba eléctrica marca FLEXBIMEC, referencia 6437. 85 5.1.4 Bomba neumática dosificadora de Texapon. 85 5.1.5 Motor mezcla tolva 2. 86 5.1.6 Interruptor de final de carrera 87 5.1.7 Sensores de posición 88 5.1.8 Controlador lógico programable 88

5.1.8.1 Familia siemens S7 89 5.1.8.2 Características de hardware 89 5.1.8.3 Aspectos destacables PLC S7-300 90

5.1.9 Tolvas para mezcla 91 5.1.10 Agitador para las mezclas 92

5.2 Tabla de componentes general

6. DISEÑO Y ESTRUCTURA DEL SOFTWARE 97 6.1 TABLA ENTRADAS Y SALIDAS 97 6.2 GRAFCET 100

7. PROTOTIPO VIRTUAL 115

8. CONCLUSIONES 120 BIBLIOGRAFÍA 121 ANEXOS

7

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 2.1 Control en lazo abierto. 28

Figura2.2 Control en lazo cerrado. 29

Figura 2.3 Instrumentos ciegos. Termostato con Sonda. 32

Figura 2.4 Instrumentos indicadores. Indicador análogo y digital. 32

Figura 2.5 Instrumento registrador. Osciloscopio. 33

Figura 2.6 Elemento primario de medida. Sensor. 33

Figura 2.7 Transductor de Presión. 34

Figura 2.8 Convertidor I/P 6111. 34

Figura 2.9 Receptores Industriales 35

Figura 2.10 Controlador de Temperatura 35

Figura 2.11. Accionador, elemento final de control. 36

Figura 2.12 Diagrama de Bloques del PLC. 37 Figura 2.13. Funcionamiento de un PLC. 38

Figura 2.14. Secuencia de ejecución de programa. 39

Figura 2.15 Posibilidades de interconexión mediante interface MPI. 43 Figura 2.16. Esquema de principio de entradas/salidas digitales. 45 Figura 2.17. Esquema de principio de entradas/salidas analógicas 46

Figura 2.18. Puente de medida con una galga 50

Figura 2.19. Puente de medida con dos galgas (Medio Puente) 50 Figura 2.20. Puente de medida con cuatro galgas (Puente completo) 50

8

Figura 2.21 Válvula distribuidora 3/2 (de mando electromagnético) 51 Figura 2.22 Símbolos de válvulas eléctricas 52 Figura 2.23 Rutas del fluido con una válvula de 5/2. 52 Figura 2.24 Válvula proporcional. 53 Figura 2.25 Control de lazo cerrado con válvulas proporcionales. 54 Figura 3.1 Composición química del Cloruro de Sodio. 56 Figura 3.2 Composición química de un Metil-Parabeno. 57 Figura 3.3 Composición química de un colorante. 57 Figura 3.4 Fábrica de jabón “El Toro” (Iguala de la Independencia, Guerrero, México) 59 Figura 3.5 Planta de producción de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali. 60 Figura 3.6 Tolva para mezclado en acero inoxidable. 61 Figura 3.7 Motor Mezclador, SK 1SI 63. 61 Figura 3.8 Agitador o Mezclador. 61 Figura 3.9 Válvula de cierre manual On-Off. 62 Figura 3.10 Válvula de bola manual On-Off. 62 Figura 3.11 Cilindro Dosificador de acero inoxidable. 62 Figura 3.12 Pistón neumático pequeño de acero inoxidable 63 Figura 3.13. Pistón neumático de acero inoxidable 63 Figura 3.14 Compresor de aire DeWALT 63 Figura 3.15 Interruptor de Pedal Neumático. 64 Figura 3.16 Motor MS-711-4T. 64

9

Figura 3.17 Banda transportadora para envasado. 64 Figura 3.18 Diagrama de Bloques Proceso Producción de 65 Jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali. Figura 4.1. Diagrama de Bloques Proceso Automatizado. 66 Figura 4.2 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Texapon. 68

Figura 4.3 Ilustra proceso de mezcla en la Tolva 1. 69 Figura 4.4 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Colorante Vegetal. 70 Figura 4.5 Ilustra proceso de mezcla en la Tolva 2. 71 Figura 4.6 Ilustra proceso de transporte de la pre-mezcla hacia la Tolva 1. 72 Figura 4.7 Ilustra proceso de dosificación Arcopal, Fragancia y Metil-Parabeno. 74 Figura 4.8 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Cloruro de Sodio a la Tolva 2. 74 Figura 4.9 Ilustra proceso de transporte de la pre-mezcla hacia la Tolva 1. 75

Figura 4.10 Ilustra proceso de salida de la mezcla final. 76 Figura 4.11 Ilustra proceso de empaque. 77 Figura 5.1 Configuración interna de la celda de carga. 79 Figura 5.2 Celda de carga modelo 1002K. 80 Figura 5.3 Celda de Carga tipo SUP222 80 Figura 5.4 Electroválvula Marca UNIDEM modelo UZ-A-O6/UZ-A-08. 81

Figura 5.5 Electroválvula. 82

10

Figura 5.6 Válvula serie 2025, marca GENEBRE. 83 Figura 5.7 Válvula Neumática Serie GNP, marca GENEBRE. 84 Figura 5.8 Electroválvula marca SAMA, Referencia 8300532. 84 Figura 5.9 Bomba Eléctrica marca FLEXBIMEC, Referencia 6437. 85 Figura 5.10. Bomba Neumática marca FLEXBIMEC. Referencia 4061TWDE. 86 Figura 5.11 Motor monofásico Panasonic M61A6GT4GE. 87 Figura 5.12 Interruptor marca ALLEN-BRADLEY, Serie 802B. 87 Figura 5.13 Sensor de posición Optex serie SR-Q50. 88

Figura 5.14. Familia de autómatas programables Siemens S7 89

Figura 5.15 Características del HARDWARE PLC Siemens S7-300. 90

Figura 5.16 Partes PLC Siemens S7-300. 91

Figura 5.17 Tolva principal de mezclado. 92 Figura 5.18 Mezclador de palas tipo helicoidal. 92 Figura 6.1 Captura de pantalla primer bloque de variables definidas. 99 Figura 6.2 Captura de pantalla segundo bloque de variables definidas. 100 Figura 6.3 GRAFCET Primer Bloque del Programa. 101 Figura 6.4 Diagrama de contactos del primer bloque del GRAFCET. 102

Figura 6.5 GRAFCET Segundo Bloque del Programa. 103 Figura 6.6 Diagrama de contactos del segundo bloque del GRAFCET. 104 Figura 6.7 GRAFCET Tercer Bloque del Programa. 106 Figura 6.8 Diagrama de contactos del tercer bloque del GRAFCET. 107 Figura 6.9 GRAFCET Cuarto Bloque del Programa. 108

11

Figura 6.10 Diagrama de contactos del cuarto y último bloque del GRAFCET. 110 Figura 6.11 Finalización diagrama de contactos. 111 Figura 7.1 Pantalla 1, dosificación de agua y Texapon. 115 Figura 7.2 Pantalla 2, Mezcla agua y Texapon. 116

Figura 7.3 Pantalla 3, Adición de los componentes de la Pre-mezcla 1. 116

Figura 7.4 Pantalla 4, Pre-mezcla 1. 117

Figura 7.5 Pantalla 5, Transporte de las Pre-Mezclas. 117

Figura 7.6 Pantalla 6, Adición componentes faltantes. 118

Figura 7.7 Pantalla 7, Dosificación componentes Pre-mezcla2. 118

Figura 7.8 Pantalla 8, Proceso de empaque. 119

12

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Orden de Ejecución del programa en las CPU Siemens. 39

Tabla 2. Tipos de Datos. 41 Tabla 3. Áreas de memoria disponible en el PLC S7-300. 42 Tabla 4. Uso del direccionamiento indirecto. 43 Tabla 5 Entradas y Salidas del Proceso. 67 Tabla 6. Consolidado de componentes finales para la instalación del proceso de automatización de la Universidad de San Buenaventura Cali. 93 Tabla 7. Entradas y salidas del software. 98

13

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Especificaciones técnicas de la Celda de Carga 1002K. 123

Anexo B. Especificaciones técnicas de la Celda de Carga SUP222. 124

Anexo C. Especificaciones técnicas Válvula Unidem. 126

Anexo D. Especificaciones de la válvula tipo guillotina. 127

Anexo E. Válvula serie 2025, marca GENEBRE 128

Anexo F. Válvula Neumática Serie GNP, marca GENEBRE 129

Anexo H. Especificaciones técnicas interruptor de carrera marca

ALLEN BRADLEY, serie 802B. 130

Anexo G. Especificaciones técnicas bomba neumática para

dosificación de Texapon. 131

Anexo I. Especificaciones técnicas sensor Optex serie SR-Q50. 132

14

0. INTRODUCCIÓN

Desde hace un tiempo la Universidad de San Buenaventura Cali cuenta con un proceso de producción de jabón liquido el cual se encuentra direccionado por los profesores y estudiantes de Ingeniería industrial. Este proceso de producción es de gran importancia, ya que, contribuye a la formación integral de los estudiantes promoviendo el interés en áreas de gran enfoque como los procesos de producción industrial. En la actualidad los estudiantes no cuentan con un proceso automatizado, motivo por el cual la producción de jabón líquido se realiza de forma manual obteniendo así la poca producción del mismo y desviando el interés primordial de la práctica. Por ende, se decide realizar una propuesta de automatización enfocada en este proceso que permita mejorar las condiciones de aprendizaje de los estudiantes, estructurando así un proceso de producción industrial enfocado a la realidad y en el cual los estudiantes dinamicen sus conocimientos interactuando con un prototipo de producción real y lo aprendido teóricamente. Se propone implementar un diseño sencillo, fácil, confiable y económico que supla todas las necesidades del proceso incluyendo principalmente la producción de jabón líquido de alta calidad.

15

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

1.1.1 Planteamiento del problema

En la actualidad nuestra sociedad se encuentra ligada a los periodos constantes de innovación tecnológica, el estudio, la aplicación y el desarrollo de la misma hace que las técnicas de automatización se encuentren bastante atadas a los sucesos de crecimiento tecnológicos y económicos mundiales. Es por esto que esta tendencia de innovación está abarcando grandes expectativas, donde, distintas empresas que en su día a día cuentan con diferentes esquemas de producción que mejoran su competitividad, ven las ventajas de adoptar los métodos automáticos como una oportunidad para el crecimiento de su patrimonio productivo.

Obteniendo una visión de automatización interesante y teniendo en cuenta el proceso de fabricación de jabón líquido que se lleva a cabo en la universidad de san buenaventura Cali, se infiere que se podría realizar una investigación rigurosa en lo que compete a su automatización. Este proceso, orientado a fortalecer la formación de los estudiantes de ingeniería industrial, se encuentra detenido por diversas problemáticas. La fabricación cuenta con el aporte permanente de la mano de obra de los estudiantes, por tal motivo se puede encontrar en la automatización la mejor forma para que el estudiante de ingeniería industrial pueda concentrase en lo que realmente compete a su formación estudiantil.

Luego de haber realizado una visita a la planta de producción se encontró que diversas etapas del proceso no se encuentran acordes con la elaboración adecuada del jabón. La preparación de la fórmula química manualmente no es lo más recomendado para obtener una calidad que caracterice el producto, debido a que en este proceso la medición de los distintos componentes químicos a utilizar varían de acuerdo a la cantidad que se desea obtener, y es allí donde el cálculo humano no es tan exacto y deja de existir la homogeneidad del producto. Por otra parte, después de realizar la adición de los químicos a utilizar y la cantidad correcta de agua se encuentra el proceso de mezcla, el cual se realiza con un motor de AC, logrando que se muevan las aspas en una misma dirección por un tiempo determinado que es cronometrado por la persona encargada; el proceso de mezcla se encuentra interrumpido en ocasiones ya que al moverse las aspas en una misma dirección no se logra una composición adecuada impidiendo su mezcla homogénea. Al finalizar, el proceso de empaque no es el más conveniente, ya que depende exclusivamente de la fuerza del operario para activar un pistón por medio de un compresor que extrae parte de la mezcla y la direcciona hacia el recipiente,

16

el proceso se repite aproximadamente cinco veces para lograr el llenado total de un solo envase.

Este proyecto busca construir una propuesta de automatización, que se centre en el manejo de la fórmula química y sus componentes; en la sincronización del movimiento y el tiempo adecuado para la obtención de una mezcla homogénea; y en el mejoramiento del proceso de empaque. Se constituye en un reto interesante poder proveer de una propuesta tecnológica asociada a la producción automática de jabón a la universidad y a los estudiantes de ingeniería industrial para su formación profesional.

17

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo General

Construir la propuesta de automatización industrial para el proceso de fabricación de jabón líquido de la Universidad de San Buenaventura Cali en un tiempo no mayor a un año.

1.2.2 Objetivos específicos

Elaborar el estado del arte de procesos de automatización para diferentes plantas de jabón de producción industrial.

Realizar una descripción del proceso de producción de jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali.

Determinar las principales variables a medir y a controlar en la proceso de automatización.

Diseñar una estrategia de control adecuada para los diversos procesos del producto.

Construir la propuesta de automatización de la planta de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali.

Construir un prototipo virtual con entorno gráfico que me permita la simulación de las señales presentes en el proceso de fabricación de jabón, como también, la simulación de la propuesta de automatización del proceso como tal, utilizando un software de programación.

18

1.3 JUSTIFICACIÓN

En los últimos años las plantas industriales de nuestro país vienen automatizando sus diferentes procesos de producción; lo que estas buscan principalmente es la puesta en el mercado de tecnologías de reciente desarrollo y bajo costo, las cuales viabilizan muchos proyectos que hasta hace algunos años no eran factibles.

La propuesta del proceso de automatización para la fábrica de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali enfrenta distintos retos, los cuales se encuentran basados en primera instancia en encontrar la estandarización de la producción del jabón líquido.

Este proceso de producción de jabón busca la estandarización del producto independientemente de la disposición del estudiante, donde gran parte de su desarrollo depende exclusivamente de la mano de obra de ellos. Los estudiantes cumplen diversas funciones al mismo tiempo, como: suministrar la materia prima, vaciar el producto a la tolva, estar pendiente del mezclado, del empaque y de las variables adicionales que intervienen en el proceso. Al lograr la automatización y minimizar la intervención humana se garantiza una producción continua de un producto con iguales características. Afirmar que la automatización de los procesos productivos en nuestra industria nacional constituye un desafío ineludible en los próximos años, según el autor Carlos Alberto Romero (Romero, 2004), nos ayudaría a tomar el enfoque importante que se necesita para poner en marcha dicha propuesta.

19

2. MARCO DE REFERENCIA 2.1 Proceso de producción en la Industria del Jabón Un estudio global de la automatización en nuestro país es clave para definir el estado en el cual se encuentran las características productivas industriales. En un comienzo los procesos de producción se monitoreaban localmente, la instrumentación y el control se realizaba con dispositivos manuales. En unos años se evoluciona a sistemas mucho más confiables, se empiezan a utilizar los primeros mecanismos neumáticos y se desarrollan los primeros analizadores y controladores industriales, los cuales utilizaban aproximaciones de los algoritmos PID. Mas tarde, las plantas aumentan su producción, su tamaño y por ende su complejidad. Se producen los primeros instrumentos electrónicos como los transmisores y las celdas. Llega el desarrollo de nuevos principios de medición, como los electromagnéticos y ultrasónicos. Se inicia la era digital, se definen las bases del control digital directo y se estandariza con ayuda de la ISA la transmisión eléctrica en el rango de 4 a 20mA, obteniéndose así grandes beneficios en el área de instrumentación y control. Luego empiezan las fabricaciones de controladores electrónicos mucho más sofisticados, sensibles y capaces de mejorar considerablemente el diseño de los circuitos de control. Se desarrollan los primeros Controladores Lógicos Programables digitales. Sigue la evolución y luego surge el dispositivo que revolucionaria la historia de los sistemas de instrumentación y control industrial, llega el Microprocesador, el cual aumenta considerablemente la capacidad, funcionalidad y confiabilidad de los procesos. Las comunicaciones mejoran con la introducción de la fibra óptica, la transmisión de señales se hace mucho más rápida, las pérdidas de información se reducen considerablemente y las distancias de comunicación se hacen mucho más extensas. En la década de los 80 se desarrollan las primeras técnicas del Control Avanzado o Control Automático en los procesos industriales, se refleja así el aumento en la estabilidad, control, productividad y eficiencia de los mismos. Por último se observa la continuidad de lo empezado en los años anteriores y se enfoca en perfeccionarlo. Se inicia la aplicación de nuevos Sistemas Avanzados de Control con nuevos rangos, donde se definen nuevos esquemas como el Control de Optimización, el Control Gerencial, enfocándose en la productividad, beneficios financieros, manejo integral de la información y bases de datos (Millon Tera, 2000).

En Colombia algunas de estas tecnologías siguieron su avance tecnológico, aunque otras no lograron durar mucho tiempo. Es por esto que hoy por hoy se puede concretar que en nuestro país se desconoce la manufactura flexible que pueden brindar los grandes Sistemas de Instrumentación y Control Moderno. La evaluación Tecnología vs Economía en nuestra industria no es una práctica muy frecuente, por ende, la inversión en componentes o sistemas de automatización

20

que ayuden a generar un análisis detallado del proceso, de los tiempos, movimientos y coordinación del sistema productivo y evaluación del recurso laboral, no es necesario para el desarrollo de la misma.

Colombia ha sido siempre un importador neto de bienes manufactureros y un exportador neto de bienes primarios, un país con la economía orientada a la explotación de sus recursos, pero sin un valor agregado para sus productos. La política industrial que maneja Colombia se enfoca en tan solo algunas áreas de desarrollo, mientras que los sectores de la industria examinan las empresas de inversión (Romero, 2004).

Por otra parte, la posibilidad de adquirir un volumen considerado de tecnología para lograr una producción eficiente en la industria colombiana, se ve truncada inicialmente a la falta de sensibilidad enfocada en incrementar el desarrollo manufacturero del país, limitándose al conocimiento superficial de las nuevas tecnologías, proyectos de evolución y adaptación tecnológica.

Los niveles más altos de tecnificación, mecanización y automatización se encuentran en las empresas de producción continua como la industria de bebidas y alimentos, los jabones, el papel, el cemento (Romero, 2004). En la industria de maquinaria, en general, el nivel tecnológico y de automatización es bajo. La baja capacidad de la industria colombiana de reaccionar e integrarse internacionalmente, se acude al hecho de no poder priorizar el sector secundario de la economía, a la poca vocación y cultura tecnológica, a la falta de inversión para las empresas de investigación y desarrollo, a la baja producción del producto interno bruto y a la poca variedad de producción (Bonilla, 1997).

Según el estudio hecho por el Instituto Internacional CAD, las razones que tienen las industrias para invertir en nuevas tecnologías están resumidas en las siguientes: en un primer grupo están las razones de política colectiva que agrupan el deseo de modernización, incremento de calidad y precisión, oportunidad para innovar y fabricar nuevos productos. Un segundo grupo lo conforman las razones de requerimiento externo: exigencia de calidad, bien en el mercado nacional, o en el externo, la competencia interna. Y por ultimo en el tercer grupo se encuentran las razones relacionadas directamente con el proceso productivo: la necesidad de elaborar eficazmente grandes y pequeños lotes, la disminución de costos laborales, la escasez de trabajadores calificados en maquinarias convencionales y el deseo de ahorrar material y energía.

En la industria existen muchos procesos que evolucionan con el paso del tiempo; estos procesos básicamente se pueden dividir en dos partes: una de ellas se enfoca en el sistema operativo, el cual corresponde a las acciones que determinan los elementos como: motores, cilindros neumáticos, válvulas, etc. Y por otro lado se encuentra la parte del control, la cual es la encargada de programar las secuencias necesarias para la acción acertada de la parte operativa (Moreno, Matamoros, & Gomez, 1991).

21

A nivel nacional, el Valle del Cauca muestra unas características diferentes: en primer lugar se tienen enlaces de producción importantes entre actividades primarias y secundarias y en un gran volumen las actividades industriales son generadoras de materias primas nacionales básicamente producidas dentro de la región (Romero, 2004).

En la industria del Jabón la producción diaria se realiza en grandes cantidades, la gran variedad de productos para su distribución hace que las ventas se extiendan a distintos países. Para lograr que se cumplan todos los requerimientos de seguridad y calidad, estos procesos cuentan con el uso de sistemas de control sofisticados que permiten el análisis aleatorio en puntos críticos de control donde se puede establecer y concretar de manera eficiente el grado de calidad que se maneja durante el proceso. La utilización de sistemas automatizados hoy en día en las industrias a acelerado los procesos y el manejo oportuno de productividad de las diferentes empresas (Correa uram, Montoya Veyrat, & Ocampo Ordoñez, 2010).

Es de resaltar también que las recetas y procesos que maneja la industria del jabón son de carácter confidencial y por tal motivo es bastante complicado encontrar información concreta sobre estos métodos. Este sector de la industria es bastante competido y grandes multinacionales luchan diariamente para reducir costos de producción y garantizar la evolución del proceso continuamente. El objetivo de la industria en general es automatizar de manera eficiente este proceso, obteniendo una plata flexible de producción de jabón con la ayuda de los PLC´s. La producción de jabón se caracteriza por la diversidad de su tecnología y por la utilización de maquinaria especializada para su fabricación puesto que es un proceso bastante antiguo que ha acompañado el hombre a lo largo de su historia. Sin embargo, la producción de jabón puede dividirse en dos grandes tipos: Producción por Baches o Lotes mediante pilas o producción continúa mediante reactores. La producción por Baches es la más común en el mercado. El segundo tipo es más automatizado permitiendo un mejor control de las variables del proceso.

En la ciudad de Barcelona (España), Roser Ortega Font realiza el diseño y la implementación de la automatización de una planta piloto de saponificación, colocando en marcha una célula de fabricación automatizada para la producción de jabón con las mismas características de una instalación industrial. Este desarrollo lo enfoca a la investigación de algoritmos de control avanzados dado que el proceso de fabricación de un producto final como el jabón logra involucrar implicaciones reales del control, incluyendo reacciones químicas que tienden a ser complejas dentro de un proceso de automatización. Roser Ortega selecciona materiales y quipos para la construcción de esta célula basándose en: flexibilidad para distintos procesos, seguridad que puedan proporcionar a la planta, fiabilidad dentro del sistema de control, facilidad de operación y costo económico para su implementación. Roser, identifica y señala como la mejor elección, realizar el

22

control de la célula mediante un Autómata Programable acompañado de la implementación de un software de monitoreo. Recopila características del hardware y del software para el control de la planta, define la utilización del controlador lógico programable S7-314IFM (PLC Siemens S7 de la serie 300) y detalla en conjunto la interactividad con el software de monitoreo, en esta parte Roser implementa un sistema SCADA de visualización sobre PC comunicado con el sistema de control para visualización grafica y de operación en los procesos de la planta. (Font, 2009). Por otra parte encontramos en la ciudad de Mexico DF a los estudiantes de Ingenieria Mecanica: Jorge Alberto Hilario Islas, Daniel Guerrero Torres, Paulina Cintia Hernandez Corpus, Mario Adan Martinez Quijano, Jorge Sierra Hernandez, lo cuales realizan un estudio bastante interesante sobre “Automatización del Proceso Para la Fabricación de Jabón de Pasta”, durante la elaboración de este proyecto los estudiantes afirman que la mayoría de procesos automatizados están controlados por autómatas programables y en menor medida por ordenadores de control de proceso y reguladores industriales. La combinación de la inteligencia de los autómatas programables con los actuadores industriales permite que se automatice una mayor cantidad de procesos, liberando al operario de cargas excesivas y de complicaciones tanto intelectuales como físicas. Los estudiantes son consientes del cambio que se produce constantemente en el mercado en relación a los productos de automatización apuntando directamente a la gran variedad y los bajos costos. Estos productos asisten de la mejor manera el desarrollo de los Autómatas Programables, puesto que también la creación de nuevos módulos direccionados a funciones especiales como el control de ejes, el pesaje, la comunicación, entre otras, hacen que hoy por hoy se ejecuten complicadas aplicaciones de control, en un tiempo mínimo y con una alta fiabilidad. (Islas, Torres, Corpus, Quijano, & Hernandez, 2007). Otra visión en cuanto a la automatización en la industria del jabón se encontró en Chile, donde hoy en día se visualizan grandes proyectos de automatización alrededor de toda la industria. Jose Vilaboa, redacta un artículo donde define la importancia del proceso de fabricación de jabón por ser un producto con grandes utilidades las cuales en la industria se reflejan con la gran demanda que posee y se puede ratificar con el número de marcas que inundan este mercado. Jose Vilboa, emplean un proceso automatizado en un 90%, enfocándose en las principales áreas de producción: mezclado, amasado, formado, seccionado, control de calidad, troquelado y empacado. El operario solamente se encarga de dosificar la materia prima, encender el equipo y limpiar la maquinaria para evitar futuras corrosiones. La mayoría de procesos existentes en la industria pertenecen al tipo de procesos discontinuos o procesos discretos, para su control se emplean sistemas comerciales basados en microprocesadores. Jose Vilboa, reitera que en el campo de la automatización el recurso más usado para el control son los Autómatas Programables (Vilaboa, 2004).

23

2.2 Automatización Es el uso de diferentes sistemas de control, ligado a la utilización de tecnología informática para lograr reducir de manera considerable la necesidad mental y sensorial del humano dentro de un proceso industrial. Desde un enfoque más industrial, se puede decir que después de la mecanización viene la automatización, donde los diferentes métodos se encuentran asistidos por máquinas o sistemas mecánicos que reemplazan las funciones de los operarios. Por el contrario en la mecanización, los operadores son asistidos con maquinaria a través de su propia fuerza, involucrándose completamente con el desarrollo, aumentando de esta manera los riesgos y afectando la eficiencia de la producción final. (Rocatek S.A.S, 2011) Algunas de las principales ventajas ya establecidas que pueden surgir luego de aplicar automatización a un proceso son las siguientes:

Sustitución de la mano de obra del operario que implican tareas repetitivas o de alto riesgo.

Sustitución de la mano de obra del operario en tareas que están fuera del alcance de sus capacidades como: levantar cargas pesadas, trabajos en ambientes extremos, tareas que necesiten manejo de una alta precisión, tareas repetitivas que involucran una misma posición por largas jornadas, donde, prima el agotamiento y la desconcentración por parte del operario.

Aumento de la producción. Esto se debe a que al mantener una línea de producción constante y automatizada, las demoras o contratiempos dentro del proceso son mínimas, el tiempo de ejecución de todo el proceso disminuye cuantiosamente.

Para realizar la automatización de un producto o proceso se requiere inicialmente de una inversión bastante grande, si es comparada con el costo unitario del producto, sin embargo, mientras la línea de producción se mantenga constante esta inversión se recuperara, dándole a la empresa una línea de producción con altos índice de ingresos. (Rocatek S.A.S, 2011) 2.2.1 Impacto social Cuando se hace referencia al impacto social que causa la palabra Automatización, no es difícil pensar en una fuente directa de desempleo, ya que comúnmente a esto se asocia. Sin embargo el desempleo es causado por políticas económicas y administrativas de la misma empresa, en la cual, en lugar de asignarle nuevas tareas al operario prefieren prescindir de sus servicios. Si lo anterior se observara desde otro enfoque, quizá el operario ya no sea clave para el desarrollo del proceso como tal y no se necesite de su total concentración, pero seria de vital importancia en el proceso de supervisión teniendo en cuenta el gran conocimiento

24

que posee del mismo. Lo anterior se puede establecer directamente por que la automatización en Colombia todavía se encuentra dentro un crecimiento incipiente y es casi que obligatoria la presencia humana. (Albala, 1992) Es claro afirmar que no ha sido inventado ningún dispositivo que pueda competir contra el sentido humano para la precisión y certeza en muchas tareas. El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización. (Albala, 1992) De esta forma también hay quienes sustentan la afirmación de que la automatización genera muchos más puestos de trabajo de los que elimina, y para sostener esta afirmación suele citarse como ejemplo la industria informática. Es decir, los diferentes empleados de las empresas suelen coincidir en que aunque las computadoras han sustituido a muchos trabajadores, el propio sector ha generado más empleos en fabricación, venta y mantenimiento de computadoras, que los que ha eliminado el dispositivo. 2.2.2 Nuevo enfoque Cuando se mira hacia atrás el enfoque de la automatización actual, traza ciertas diferencias a lo que se planteaba inicialmente, en el cual se pensaba solo en lograr un máximo incremento de producción y una amplia reducción de costos. Pero, debido a la complejidad del asunto, hoy en día no se podría automatizar sin personal calificado que pueda programar, mantener, administrar, reparar y sostener una etapa automatizada de producción. Por ende, el nuevo enfoque está siendo aplicado principalmente en mejorar al máximo la calidad del proceso y mantenerla constante. Adicionalmente, se encuentra sujeto a la versatilidad de la producción, en donde en una misma planta se tiene la habilidad de generar diferentes procesos de manufactura, para originar distintos productos, agregándole también flexibilidad al cambio en los parámetros bases como la cantidad de producción por día, etc. 2.2.3 La automatización en Colombia La automatización en Colombia viene evolucionando constantemente, por ende, realizar los estudios pertinentes para definir el nivel de automatización en el cual se encuentran las unidades productivas e industriales del mismo es de vital importancia en la construcción y definición del estado del arte. En los últimos años se atribuye el enfoque de automatización al alza sostenida de los salarios industriales y complicaciones impuestas en la contratación de los trabajadores.

25

Del siguiente relato se puede asegurar que no se habría podido obtener una descripción más clara, acertada y concreta de lo que en realidad se puede definir de la industria Colombiana. “Colombia es un país con buena fuerza laboral, diligente, trabajadora y de salarios bajos, pero poco apreciada. Hay exceso de mano de obra (no hay automatización) y existen grandes diferencias entre los salarios y el trato recibido por los trabajadores en relación con las directivas, la mentalidad y el estilo de trabajo de los directivos es muy gerencial. Comparado con Japón, allí no se tienen desniveles significativos en salarios, e incluso, un trabajador puede a veces tener mejor salario que un directivo. En Colombia hay industrias especializadas de clase mundial, pero están limitadas a un sector de baja productividad, con fuertes costos de competencia contra fuertes competidores extranjeros. El PIB es muy bajo. Es muy bajo el desarrollo en industrias básicas como el acero y otros metales, productos químicos, equipo eléctrico y maquinaria pesada. No hay desarrollo tecnológico en industrias como la electrónica, las telecomunicaciones, productos químicos y bioquímicos, la informática. Las industrias que se destacan trabajan por licencias de producción. En el sector de fabricación predomina el ensamblaje con partes importadas; es poco el desarrollo tecnológico propio. Se dispone de instalaciones para inspección, pero hay pocas instalaciones de análisis. En lo que respecta a la administración, la alta gerencia está muy motivada para mejorar, pero ¿Qué pasa con los mandos medios y los demás empleados? ¿Qué pasa con los factores fundamentales? En Colombia se pueden fabricar productos de buena calidad, pero se requiere realizar no sólo inspección del producto, se requiere fortalecer el análisis del producto y el método de producción”, palabras del Ingeniero Toshitsugu Nakai, consultor del Centro Nacional de Productividad Japonés en el Seminario Internacional “Mejoramiento de la Productividad Empresarial”. (Nakai, 2003) De lo anterior, se afirma que la evolución en el mercado de la tecnológica reciente y de bajo costo, debe ser considerada como la estrategia clave para el avance nacional que conllevaría al desarrollo industrial, es sumamente importante identificar los actores y factores fundamentales del desarrollo de la manufactura nacional, los cuales deben abordar este tipo de proyectos desde un punto de vista económico y de gestión, de donde se pueda fortalecer el mercado interno aumentando la capacidad científica y tecnológica para así incrementar la productividad. Esto constituye un desafío ineludible para la industria nacional en los próximos años. 2.2.4 Herramientas de la automatización En los últimos tiempos se viene dando un fuerte desarrollo de tecnologías en el ámbito de la computación, la electrónica y los modelos matemáticos de análisis, de estas se puede partir para la realización de aplicaciones innovadoras en la automatización de procesos, complementado las tecnologías ya existentes y

26

bajando sustancialmente la inversión en juego. Esto amplia la viabilidad para muchas soluciones que en épocas anteriores no eran posibles. Las tecnologías disponibles para el control de los diversos procesos de producción son las siguientes: (Instruments, Data Acquisition and Signal Conditioning, 2001) a) Sistema manual: Corresponde a los instrumentos instalados que miden las

variables del proceso productivo y arrojan la información en visores o de manera que pueda ser leída o interpretado por el operario para ser ajustada a la necesidad requerida por accionamiento mecánico involucrando su cuerpo. A modo de ejemplo, el operario puede cerrar una válvula a través del movimiento de giro de una palanca.

b) Sistema mecánico: Se encuentra orientado al concepto de retroalimentación, en este se diseña y construye un sistema mecánico de tal manera que este actúe sobre los accionamientos, los cuales se encuentran guiados por una señal que mide cierta variable del proceso y que es proveniente de algún dispositivo. Como ejemplo podemos mencionar el uso de un flotador, el cual abre y cierra una válvula para el llenado de un tanque, se desplaza hacia arriba o hacia abajo dependiendo del nivel del agua en el recipiente.

c) Sistema electrónico simple: se puede definir como el sistema mecánico, pero se hace énfasis en que la información se transmite a través de circuitos electrónicos. Se utilizan instrumentos con capacidad de traducir a una señal eléctrica sus mediciones para que esta señal pueda ser analizada por otro circuito.

d) Uso de PLC (dispositivo lógico programable): La tecnología informática, junto con los mecanismos y procesos industriales, pueden ayudar en el diseño, implementación y monitoreo de sistemas de control. Un ejemplo de un sistema de control industrial es un controlador lógico programable (PLC). Para el caso de los PLC, las señales eléctricas emitidas por un grupo de instrumentos, son analizadas por un procesador de bajo rendimiento, el que, a través de una adecuada programación, emite señales para activar o desactivar los accionamientos eléctricos del proceso.

e) Uso de Computadores Personales: Esta es la revolución internacional, la tecnología que en los últimos años ha transformado el mundo. El uso de PLC es reemplazado en algunas aplicaciones por computadores personales (PC). Esta tecnología permite acceder a abundante software y a hardware de bajo precio.

f) Uso de Sistemas Integrados: Recientemente, empresas líderes a nivel mundial, han puesto en el mercado un completo equipamiento de hardware y sus interfaces electrónicas, las que son muy fáciles de integrar en las soluciones. Esto se complementa con la venta de software que permite programar las soluciones, con un gran ahorro de tiempo.

Asimilando lo anterior y viéndolo desde una amplia perspectiva se debe tener en cuenta que para el óptimo desarrollo de estas aplicaciones se requiere del uso de

27

sistemas operativos que trabajen en tiempo real, lo que significa un imposible y lo cual conlleva a que se debe recurrir a las ya tradicionales y obsoletas soluciones que operan bajo DOS, construyendo los programas de computación con lenguajes tales como C. Por otra parte se podría asimilar el caso de National Instruments, donde ellos ofrecen hardware y software para construir sistemas para la automatización de procesos, que permiten cubrir 5 niveles del problema los cuales serán mencionados a continuación: a) Primer Nivel: Se encuentra definido por los principales elementos de medición

industrial, los cuales hacen parte del contacto directo con el sistema productivo, estos son: Los Sensores, Las Cámaras Digitales y Los Motores. Los Sensores, permiten medir el estado del proceso de producción debido a que suministran las diferentes señales que posibilitan controlar temperatura, presión, nivel, etc.; las Cámaras Digitales facilitan acceder a modernas soluciones basadas exclusivamente en el procesamiento digital de imágenes y; por último, Los Motores y otros accionamientos eléctricos, con los que se puede interactuar para lograr modificar el proceso de producción de acuerdo al requerimiento. (Instruments, Data Acquisition and Signal Conditioning, 2001)

b) Segundo Nivel: Es aquel que me brinda versatilidad en la instrumentación utilizada para poder interactuar con las señales y el PC. Ofrecen acondicionadores de señales, tarjetas de adquisición de datos con puertos seriales, paralelos o USB. (Instruments, Data Acquisition and Signal Conditioning, 2001)

c) Tercer Nivel: De uso industrial, ofrece PC que son capaces de resistir condiciones extremas, conteniendo las mismas configuraciones de las PC tradicionales. Se diferencian por que pueden soportar: presencia de polvo y humedad, vibraciones, campos eléctricos y magnéticos, ondas electromagnéticas, diferencias de temperatura, etc. (Instruments, PC.Based Vision Solutions, 1999)

d) Cuarto Nivel: Se tienen las bases de datos que proporcionan información importante para el uso operacional de la empresa, estas contienen: el avance del proceso de producción, las variables de medición, la producción diaria, etc. Esto se debe a que los PC pueden ser conectados en red y realimentar constantemente las bases de datos de los diferentes puntos dentro de la empresa en las PC de oficina. (Instruments, PC.Based Vision Solutions, 1999)

e) Quinto Nivel: Los elementos requeridos para las configuraciones en este punto

se pueden realizar fácilmente a través de INTERNET. De este modo, un ingeniero del área de producción a distancia podría acceder a la plataforma del proceso de producción modificando el mismo las variables del proceso para lograr obtener el requerimiento deseado. (Instruments, PC.Based Vision Solutions, 1999)

La mayor desventaja que se tendría de la utilización de esta tecnología son los elevados costos para proveer la puesta en marcha del proyecto, esta estaría

28

ligada a lo obtención de software y hardware paralelamente. Al igual que la solución de algún problema que se pudiere presentar incurriría en nuevos gastos. Por otra parte, su mayor ventaja radica en el ahorro de trabajo de los ingenieros que se encuentren a cargo del proceso de automatización. También se puede recurrir a soluciones de menor costo, pero que exigen la realización de mucho mas trabajo de ingeniería. Para este fin, se deberá empezar con la programación específica de software en lenguaje ensamblador, y adicionalmente se deberá construir los PC bajo estas condiciones, utilizando la ayuda de armadores nacionales conocidos con el concepto de “clones” y luego se deberá recurrir a INTERNET para proveerse de los acondicionadores de señales o interfaces necesarias para realizar la comunicación. Comparativamente, este tipo de soluciones deberá ser priorizada en países donde el trabajo de ingeniería es de bajo costo, como es el caso de Colombia. 2.3 Definiciones de Control

Para que un sistema de control sea efectivo y la comparación realizada entre la señal que proviene del proceso y el valor deseado (setpoint) genere acciones correctivas, es de vital importancia que se incluya dentro del lazo de control elementos como: elemento de medida, unidad de control, un elemento final de control y el propio proceso como tal. Este conjunto de unidades forman un lazo que recibe el nombre de lazo de control. El lazo de control puede ser abierto como ilustra la figura 2.1 o cerrado como ilustra la figura 2.2 Figura 2.1 Control en lazo abierto.

29

Figura2.2 Control en lazo cerrado.

Un sistema de control en lazo abierto se denomina así porque su salida no afecta la acción de control. En un sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto sólo se utiliza si se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones internas ni externas. Sus elementos básicos se pueden definir en los siguientes:

Elemento de control: es aquel elemento que determina que acción se va a tomar dada una entrada al sistema de control.

Elemento de corrección: Es el elemento que responde a la entrada que proviene del elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la variable controlada al valor requerido.

Proceso: Es el sistema o planta donde se va a controlar la variable.

Por otra parte, los sistemas de control en lazo cerrado son denominados también sistema de realimentación. En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador con la señal de error, que es la diferencia entre el setpoint o señal de entrada y la salida de la realimentación, esto se hace con el fin de reducir el error y llevar la salida al requerimiento deseado o a una señal que pueda estar dentro de un rango preestablecido de control. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentando para reducir el error del sistema. De acuerdo a lo planteado por Bolton (2001), sus principales elementos se pueden definir a continuación:

30

Elemento de comparación: Este elemento compara el setpoint o valor requerido de la variable por controlar con la señal de salida del proceso, lo cual produce una señal de error que me indicara la diferencia entre el valor obtenido a la salida y el valor requerido.

Elemento de control: Es un elemento clave, ya que decide que acción tomar cuando se recibe una señal de error.

Elemento de corrección: Este se utiliza para producir el cambio deseado en el proceso al eliminarse el error obtenido en la comparación de las señales.

Elemento de proceso: Es el sistema dónde se va a controlar la variable.

Elemento de medición: Este origina una señal que se relaciona con el estado de la variable controlada, y proporciona una señal de realimentación al elemento de comparación para determinar si hay o no error.

2.3.1 Características de los instrumentos de control Los diversos instrumentos de control empleados en la industria, requieren de cierta terminología para definir sus propias características de medida y de control. La terminología que se emplea para estos se ha unido con el fin de que los fabricantes, proveedores, usuarios y demás que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje. Las definiciones de los términos empleados a continuación se relacionan con las sugerencias hechas por la SAMA (Sdentific Apparatus Makers Association) en su norma PMC 20-2-1970. (De Hilario Islas, Guerrero Torres, Hernandez Corpus, Martinez Quijano, & Hernandez, 2007)

Campo de medida (range): Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento; viene expresado estableciendo los dos valores extremos.

Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.

Error: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida.

Precisión (accuracy): La precisión es la tolerancia de medida o de transmisión del instrumento y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio.

Zona muerta (dead zone o dead band): Es el campo de valores de la variable que no hace variar la indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta.

31

Sensibilidad (sensitivity): Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo.

Repetibilidad (repeatíbility): La repetibilidad es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del índice del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo.

Histéresis (hysteresís): La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente.

2.4 La instrumentación industrial

Los diversos procesos industriales exigen una serie de control para lograr llegar al producto final requerido. Es de vital importancia en estos procesos controlar y mantener constantes algunas variables, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el PH, la conductividad, la velocidad, la humedad, etc. Los instrumentos de medición juegan el papel más importante, me permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones idóneas. Un sistema de medición, se puede definir como un conjunto de diversos elementos que forman un instrumento, el cual puede convertir una variable física en una señal o indicación que puede ser interpretada con una mayor facilidad. La instrumentación de un sistema de control es una habilidad del ser humano para poder medir y controlar su entorno. Gracias a esto ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y homogeneidad, con características fijas, condiciones que al operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir realizando exclusivamente un control manual. 2.4.1 Clases de instrumentos Los diversos instrumentos de medición y de control usados en la industria son respectivamente complejos y debido a esto su función y fácil representación puede comprenderse si estos se encuentran incluidos dentro de una clasificación adecuada. Pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y restricciones. Se considerarán dos clasificaciones básicas: la primera relacionada con la función del instrumento y la segunda con la variable del proceso. De acuerdo con la función del instrumento, se tiene: (Creus Sole, 1997)

Instrumentos ciegos (ver Figura 2.3), son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presóstatos y termostatos (interruptores de presión y

32

temperatura respectivamente) que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.

Figura 2.3 Instrumentos ciegos. Termostato con Sonda.

Los instrumentos indicadores (ver Figura 2.4), disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos.

Figura 2.4 Instrumentos indicadores. Indicador análogo y digital.

Los instrumentos registradores (ver Figura 2.5), registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico. Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1 revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20 mm/hora.

33

Figura 2.5 Instrumento registrador. Osciloscopio.

Los elementos primarios (ver Figura6), están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc. Por ejemplo: en los elementos primarios de temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variación de presión del fluido que los llena y en los de termopar se presenta una variación de fuerza electromotriz.

Figura 2.6 Elemento primario de medida. Sensor.

Los transductores (ver Figura 2.7), reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Son transductores, un relé, un elemento primario, un transmisor, un convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), un convertidor PP/P (presión de proceso a señal neumática), etc.

34

Figura 2.7 Transductor de Presión.

Los convertidores (ver Figura 2.8), son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar. Ejemplo: un convertidor P/I (señal de entrada neumática a señal de salida electrónica, un convertidor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumática). Conviene señalar que a veces se confunde convertidor con transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a un aparato que convierta una señal de instrumentos.

Figura 2.8 Convertidor I/P 6111.

Los receptores (ver Figura9), reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los receptores controladores envían otra señal de salida normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en señal neumática, o 4-20 mA c.c., en señal electrónica, que actúan sobre el elemento final de control.

35

Figura 2.9 Receptores Industriales

Los controladores (ver Figura 2.10), comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o digital procedente de un transmisor.

Figura 2.10 Controlador de Temperatura

El elemento final de control (ver Figura 2.11) recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a 15 psi (0,2-1 bar). En el control electrónico la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un convertidor de intensidad a presión (I/P) o señal digital a presión que convierte la señal electrónica de 4 a 20 mA c.c. o digital a neumática 3-15 psi. En el control eléctrico el elemento suele ser una válvula motorizada que efectúa su carrera completa accionada por un servomotor eléctrico.

36

Figura 2.11. Accionador, elemento final de control.

2.5 Controladores lógicos programables (PLC’s) Un PLC (Programmable Logic Controller) o autómata programable es un dispositivo usado en la industria para controlar diversas operaciones, maquinas y procesos por medio de un programa diseñado y almacenado previamente en su memoria acompañado también de la lectura/actualización de sus entradas/salidas. Las salidas de los PLC’s pueden actuar sobre motores eléctricos, válvulas, ventiladores, interruptores de luz, etc. mientras que las señales de entrada suelen estar generadas por pulsadores o sensores de diversos tipos como finales de carrera, transductores de temperatura, presión, u otras magnitudes físicas. Los PLCs surgieron para sustituir las clásicas instalaciones de contactores y relés. La principal ventaja de los sistemas programados sobre los cableados se encuentra radicada en que la secuencia de operaciones y acciones puede ser modificada fácilmente al estar almacenada en una memoria. Mientras, los sistemas cableados admiten un conjunto de operaciones relativamente limitado basado en funciones lógicas y aritméticas, por otro parte, los sistemas programados están diseñados para realizar operaciones de cálculo y procesado mucho más complejas. (Siemens, 2008) A continuación se describen los Controladores Lógicos Programables en general y el software utilizado para su programación, especialmente, el modelo de PLC que será utilizado para la automatización de la fábrica de jabón en la universidad de San Buenaventura Cali.

37

2.5.1 Arquitectura de los autómatas programables

Se puede considerar que el PLC es un sistema centrado en una unidad de control la cual procesa y ejecuta un programa. En esta también se llevan a cabo las comunicaciones con la periferia, las señales de entrada/salida y con otros elementos como módulos de memoria o puertos de comunicación externa. La CPU se compone a su vez de varios elementos, una ALU (Aritjmetical Logic Unit) la cual es la encargada de realizar el cálculo de las operaciones necesarias para la ejecución del programa, una memoria ROM encargada del sistema operativo, y una memoria RAM la cual comprende el programa de ejecución, las marcas internas o registros, temporizadores, contadores, la imagen del proceso de entradas (PAE) y la imagen del proceso de salidas (PAA). Una unidad de control es la encargada de ordenar el acceso y uso de todas las unidades del módulo de memoria externa y controlar el canal de comunicaciones en serie. La periferia se encuentra compuesta por la tarjeta de entradas/salidas de señales integradas o conectadas a través de buses de datos que se comunican con la CPU. (Siemens, 2008)

Figura 2.12 Diagrama de Bloques del PLC.

38

2.5.2 Funcionamiento de los autómatas programables

Para empezar la ejecución del programa el contador de este se incrementa de manera automática apuntando al registro de instrucciones, así cuando se deba ejecutar la instrucción, este envía al decodificador una señal que determina que operación deben llevarse a cabo y por parte de qué unidades. Figura 2.13. Funcionamiento de un PLC.

2.5.2.1 Ejecución cíclica del programa El PLC trabaja de forma cíclica, su ciclo empieza desde el momento que lee las entradas y empieza a ejecutar todo el programa de principio a fin hasta obtener todos los resultados. En cada ciclo que el PLC ejecuta realiza una copia de los valores de las entradas y salidas en zonas de memoria exclusivas para esto, estas son llamadas memorias de las cuales se obtienen los datos con los que trabaja el programa. El PLC tarda un tiempo en llevar a cabo este proceso, este proceso es denominado SCAN, y su duración depende del tamaño del programa que será ejecutado, esta duración suele ser de varios milisegundos.

De acuerdo al orden de ejecución del programa en los PLC Siemens S7 así mismo será su versión. El PLC para realizar el control de la planta de producción de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali utiliza la siguiente secuencia tabla 1.

39

Tabla 1. Orden de Ejecución del programa en las CPU Siemens.

Por otra parte, el tiempo de SCAN es controlado por el WatchDog, el cual comprueba que se ejecuta el programa completo. En caso de que no sea así el PLC se detiene (modo STOP).

Figura 2.14. Secuencia de ejecución de programa.

40

2.5.2.2 Variables del programa

En el programa existen entradas digitales de periferia, las cuales manejan las siguientes notaciones:

Exxx.y: y de 0 a 7 representan los ochos bits del byte en el que se agrupan la señales digitales y x depende del número de slots de entrada/salida disponibles.

Axxx.y: salidas digitales.

PEWxxx: entradas analógicas.

PAWxxx: salidas analógicas.

Mxxx.y: marcas internas. 2.5.2.3 Organización del programa

Con el objetivo de estructurar los programas de una mejor manera Siemens organiza los programas S7 en distintos bloques:

OB. Bloques de sistema: Son bloques de organización los cuales tienen una función predeterminada. Los OB1 son los únicos bloques de ejecución cíclica y continua, por lo cual su uso se hace injustificable. Los OB se encuentran asociados a diferentes errores o alarmas que nos ayudan a identificar diversos problemas, principalmente en la CPU.

FC. Funciones: Son bloques o partes de un programa que se ejecutan cuando son llamadas en algún punto. Pueden ser parametrizables o no. Hay FC que fueron desarrolladas por el fabricante para implementaciones industriales.

DB. Bloques de datos: Son tablas en las cuales se recopilan datos. Contienen diferentes tipos de datos que pueden ser escritos y leídos. Se necesita de instrucciones o comandos especiales para abrir un DB y para leer y escribir en él. Su usa necesariamente cuando la CPU que se utiliza no dispone de un número suficiente de marcas para el programa que se desea implementar.

FB. Bloques de función: Este tipo de bloque funciona de la misma manera que los FC. La diferencia radica en que las FB guardan la tabla de parámetros en un módulo de datos, lo cual permite que desde cualquier punto del programa se pueda acceder a los parámetros. Cuando se utiliza un FB no es necesario facilitar todos los parámetros ya que se tomarán por defecto los últimos que se hayan utilizado.

UDT: Definición de tipo de datos. Este me permite definir tipos de datos para utilizarlos en los DB.

41

2.5.2.4 Tipos de datos

En la Tabla 2 se muestran los formatos de los distintos tipos de datos disponibles. Tabla 2. Tipos de Datos.

2.5.2.5 Modos de direccionamiento

En el programa Step7 existen tres tipos de direccionamiento a saber:

Direccionamiento Inmediato: Este valor se encuentra codificado directamente en la operación. Ejemplo: L W#16#3478

Direccionamiento Directo: Se habla de este direccionamiento cuando la dirección del operando se encuentra codificada en la operación. El operando se compone de dos partes: un identificador (por ejemplo “IB” para “byte de entrada”), y una dirección exacta dentro del área de memoria indicada por el identificador.

La siguiente tabla muestra las diferentes áreas de memoria disponible.

42

Tabla 3. Áreas de memoria disponible en el PLC S7-300.

Direccionamiento Indirecto: El operando indica la dirección del valor que va a procesar la operación. Ejemplo: A I[MD 2] Hay varios tipos de direccionamiento indirecto:

- Direccionamiento Indirecto por Memoria con Número

- Direccionamiento Indirecto por Memoria con Puntero de Área

- Direccionamiento Indirecto por Registro e Intraárea (el puntero no especifica el área direccionada)

- Direccionamiento Indirecto por Registro e Interárea (el puntero especifica el área direccionada)

Los tipos de puntero relacionados con las diferentes formas de direccionamiento indirecto son los siguientes, y en la Tabla 12 se muestra su correspondencia.

- Punteros a Área: son de 32 bits de longitud y contienen una dirección específica. Por ejemplo P#22.0 (intraáera) ,#M22.0 (interárea)

- Punteros a DB: son de 48 bits de longitud y contienen el número de DB además del puntero a área. Ejemplo: P#DB10.DBX 20.5

- Punteros ANY: son de 80 bits de longitud y contienen especificaciones adicionales (un tipo de datos y un factor de repetición) además de un puntero a DB. Ejemplo: P#DB11.DBX 30.0 INT 12; Área con 12 palabras en DB11 desde DBB30.

43

Tabla 4. Uso del direccionamiento indirecto.

2.5.3 Interface multipunto MPI

EL PLC S7-300 permite la interconexión con otros PLC’s de la misma gama o superior, para programar la unidad de visualización mediante aplicaciones de supervisión mediante equipos HMI utilizando el bus de comunicaciones dedicado MPI (conector de 9 pins integrado en la CPU). Es necesario un adaptador específico MPI Siemens, con interface física RS-485 para dicha conexión. Éste es común para toda la serie de CPU S7-300. El protocolo MPI (Multi Point Interface) es propio de Siemens, y a diferencia del protocolo PPI (Point to Point Interface, también propio de Siemens) puede conectar más de dos unidades entre sí. Puede ser un protocolo maestro/maestro, o bien maestro/esclavo. En las CPU S7-300, se establece un enlace maestro/maestro puesto que todas las CPUs S7-300 son estaciones maestras en la red. En las CPU S7-200 se establece un enlace maestro/esclavo, ya que las CPUs S7-200 son unidades esclavas.

El protocolo MPI crea siempre una conexión privada o enlace entre los dos dispositivos intercomunicados. Por otra parte, cuando se realiza esta comunicación ningún otro maestro puede interferir en un enlace establecido entre dos dispositivos. Las CPUs S7-300 y S7-400 pueden leer y escribir datos en las CPUs S7-200. La Figura 2.15 muestra diferentes posibilidades de interconexión de equipos mediante el bus MPI. Figura 2.15 Posibilidades de interconexión mediante interface MPI.

44

El adaptador que se utiliza para la conexión se conecta directamente al PC mediante USB. Esta conexión de puede monitorear mediante 3 LEDs indicadores:

POWER: Indica que el adaptador está alimentado

MPI: Indica comunicación a través de la red MPI

USB: Indica comunicación a través del bus USB

Estas conexiones se utilizan básicamente para comunicar la CPU con un PC, para programar la CPU para alguna aplicación y tambien para la visualización del proceso a través del programa de supervisión con el PC. Por otra parte, la red de comunicación Profibus DP es un estándar muy extendido de bus de campo industrial basado en RS-485 que puede intercomunicar tanto CPUs como sensores/actuadores que lo incorporen. 2.5.4 Modos de operación En los PLC´s se pueden operar los siguientes modos:

STOP: En este estado no se ejecuta el programa guardado en memoria. No es posible transferir o modificar el programa.

RUN: En este estado si se ejecuta el programa que hay en memoria. No es posible transferir o modificar el programa.

RUN-P: La unidad ejecuta el programa que tiene en memoria. Es la única posición en la que es posible transferir programa.

MRES: Esta posición borra el programa de la CPU.

Se puede escoger la posición STOP y RUN accionando el interruptor, pero para conmutar la posición RUN-P y MRES se necesita una llave especial. Además, la posición MRES se acciona con un pulsador. Mediante software pueden seleccionarse estos mismos modos de trabajo, prevaleciendo siempre las restricciones de selección por hardware. Por ello se deja seleccionada por hardware la posición RUN-P que permitirá el acceso por software a todos los modos de trabajo. 2.5.5 Interfaces de entrada/salida

Las interfaces de entrada y salida consiste en:

Entradas digitales (24V): Las señales de entrada son transformadas a señales de baja tensión para, en una etapa posterior, aislarlas galvánicamente de la CPU. Una sección del acondicionamiento de entrada se encarga de mostrar el estado de la señal a través de un LED.

45

Salidas digitales (24V): Las señales de salida determinadas por la CPU se aíslan galvánicamente de los circuitos de salida. Luego un convertidor de potencia transforma las señales en otras de mayor potencia apta para mover los actuadores externos, suministrando una corriente de hasta 0,5A.

Figura 2.16. Esquema de principio de entradas/salidas digitales

Entradas analógicas: Estas entradas pueden cablearse tanto como entradas de tensión (0-10 V) como entradas de corriente (0-20mA). Las señales de entrada analógica son muestreadas por un multiplexor que envía las muestras a un convertidor analógico-digital que asigna un valor a cada nivel de señal. Este valor es enviado a la CPU pasando antes por un separador galvánico. (Siemens, 2008)

Salida analógica: Esta salida puede cablearse como fuente de tensión (0-10 V) o de corriente (0-20mA). El valor de salida determinado por la CPU es enviado a través de un separador galvánico a un convertidor digital-analógico. Posteriormente la señal es amplificada para poder actuar sobre los elementos externos correspondientes. (Siemens, 2008)

46

Figura 2.17. Esquema de principio de entradas/salidas analógicas.

2.5.6 Programación PLC’s

Se describen a continuación rápidamente los lenguajes de programación principales para los PLC’s utilizando la aplicación Step7. 2.5.6.1 Lenguajes de programación

Existen distintos tipos de lenguajes en la programación de PLCs, los más importantes pueden resumirse en los siguientes:

Lenguaje de contactos (Ladder Logic). Su simbología se representa en los tradicionales esquemas eléctricos. Pueden incorporar funciones especiales (matemáticas, saltos, direccionamiento indirecto) para conseguir mayor versatilidad. Es el más utilizado.

Lenguaje de funciones. Es una variación al lenguaje de contactos pero con una representación simbólica diferente. Este lenguaje trata de representar las diversas funciones en cajas con entradas y salidas que se pueden conectar entre sí.

Lenguaje de instrucciones. Es similar a la programación en lenguaje ensamblador de microprocesadores. Requiere un previo conocimiento de la parte física o hardware.

Lenguaje GRAFCET. Este lenguaje es una técnica que emplea el esquema de programas por periodos, para luego traducirse a otro lenguaje de

47

programación. Algunos software ya vienen listos para realizar este paso de manera totalmente transparente a el usuario.

Lenguaje de alto nivel. Son dueños de cada fabricante pero similares a lenguajes como C. Se encuentra incorporado recientemente por algunos fabricantes de PLC´s.

Cualquier programa puede ser implementado con estos lenguajes, si estos están suficientemente desarrollados por el fabricante donde puede ser posible realizar partes del programa con un lenguaje y otras partes con otro. Por ejemplo: realizar subrutina que requieren de un alto nivel de programación para luego ser implementadas luego como bloques en el lenguaje de contactos. 2.5.6.2 Programación con STEP7 El entorno de programación Step7 de Siemens incorpora tres lenguajes de programación.

Lenguaje KOP. Este lenguaje de contactos no permite realizar programas con saltos o direccionamientos indirectos. Es muy limitado en S7.

Lenguaje FUP. Es un lenguaje bastante limitado y poco utilizado en la industria. Se caracteriza por ser un lenguaje de funciones.

Lenguaje AWL. Este lenguaje permite realizar cualquier tipo de programa. Con un nivel muy bajo similar al ensamblador, lo que complica un poco su uso debido a que se deben conocer detalles del hardware. Es difícil controlar el error ya que no se dispone de depurador y en caso de haberlo la unidad se detiene y no facilita la información sobre el error que lo ha causado.

2.6 Dosificadores en la industria

En la industria existen diversos tipos de dosificadores, dentro de los cuales se encuentra el dosificador de líquidos y sólidos. Los métodos que más se utilizan en la dosificación de sólidos son: el tornillo sin fin, el de peso y el volumétrico. En la industria como tal, para la dosificación de sólidos el método que más se usa es el de peso, debido a que es el parámetro que tiene mayor relevancia en los procesos industriales. A continuación se nombran algunos de los métodos que existen para medir peso. a) Comparación con otros pesos patrones (balanzas y básculas)

La comparación con otros pesos patrones se realizan por medio de las balanzas y las básculas. Las balanzas y las básculas son sencillas, fáciles de utilizar y de gran precisión. Las balanzas pueden alcanzar una resolución de

48

más o menos 0,002 al 0.05% y las básculas una resolución de más o menos 0.1%. Sin embargo presentan algunas desventajas como:

- Tienen una velocidad de respuesta bastante lenta.

- Las palancas de estas básculas principalmente los puntos de apoyo son susceptibles al deterioro debido a los ambientes industriales que las rodea.

- El desgaste de las piezas móviles generan imprecisión en los datos. (Creus Sole, 1997)

b) Celdas de carga a base de galgas extensiométricas

Una celda de carga funciona regida a su principio básico el cual gira en torno al funcionamiento de cuatro galgas extensiométricas en una configuración especial. Se afirma que la celda de galgas extensiométricas es la más utilizada en el campo de la electrónica, debido a que la señal de salida es una variable física que se puede controlar. Se define la galga extensiométrica básicamente como una resistencia eléctrica, donde el parámetro variable depende de la deformación que sufre la galga. Se parte de la suposición inicial en la cual el sensor experimenta las deformaciones de igual manera que la superficie sobre la cual está pegado. Este, se encuentra constituido por una base no conductora bastante delgada, sobre la cual va adherido un hilo muy fino metálico, en la cual la mayor parte de su longitud está distribuida paralelamente en una dirección. La resistencia del hilo es directamente proporcional a su longitud, por ende su resistencia aumenta cuando este de alarga. Por este motivo los cambios que se producen en el objeto al cual esta adherido la galga provocan una variación de longitud y por consiguiente una variación de resistencia. (Electronicos, 2005)

Las principales características que debe poseer el sensor de las galgas deben ser las siguientes:

- Anchura y longitud: Estos parámetros nos ayudan a escoger el tamaño ideal del sensor que más se ajuste a las necesidades del proceso y al mismo tiempo nos proporcionan las características constructivas de la galga. - Peso: Este parámetro define directamente el peso de la galga. Este suele ser del orden de gramos. Cuando se utiliza para aplicaciones de bastante precisión el peso del sensor puede influir en la medida de la deformación. - Tensión medible: Cuando una galga se somete a deformación el rango de variación de longitud de la galga es la tensión medible. Este rango viene expresado en un tanto por cien respecto a la longitud de la galga.

49

- Temperatura de funcionamiento: Es el rango de temperatura indicado por el fabricante para el funcionamiento de la galga. - Resistencia de la galga: Es la resistencia de referencia que se toma cuando la galga no ha sufrido ningún cambio, se acompaña en algunas ocasiones con un porcentaje de variación. - Factor de galga: Es el mismo factor de sensibilidad, es una constante K que caracteriza a cada galga. Este factor es función de muchos parámetros, pero especialmente de la aleación empleada en la fabricación. - Coeficiente de temperatura del factor de galga: La temperatura influye notablemente en las características y cualquier variación en estas influyen en el factor de la galga directamente. Este coeficiente se mide en %/ºC, que es la variación porcentual del valor nominal del factor de galga respecto al incremento de temperatura. - Prueba de fatiga: Nos indica la cantidad de deformaciones que puede sufrir la galga sin romperse. - Material de la lámina: Nos define el material del que está hecho el hilo conductor o el material semiconductor. - Material de la base: Nos define el material del cual se encuentra construida la base no conductora de la galga. - Factor de expansión lineal: representa un error el cual se origina en la magnitud de salida en ausencia de la señal de entrada, es decir, en ausencia de deformación. La temperatura ambiente a la cual esta sometida la galga es la principal causante del error.

La configuración física debe ser la siguiente:

El puente de Wheatstone es el montaje más común para medir deformaciones de galgas. Existen tres tipos de montajes básico: con una, dos y cuatro galgas. Se mide la diferencia de tensión que existe ente los terminales de salida del sensor, a esta medida se le suele llamar deflexión. Estos montajes se diferencian por la sensibilidad y la capacidad de compensar los efectos de la temperatura, los cuales se suprimen para encontrar el valor de la resistencia de la galga.

A continuación se muestra las diferentes configuraciones de las galgas extensiométricas:

50

Figura 2.18. Puente de medida con una galga

La característica principal de este puente es la baja sensibilidad y por otro lado al solo tener una galga la compensación de temperatura no es la ideal.

Figura 2.19. Puente de medida con dos galgas (Medio Puente)

Como en este puente se duplican las galgas se buscar que la sensibilidad aumente con respecto al anterior. Lo cual permite que para una deformación la señal de salida sea mucho mayor Figura 2.20. Puente de medida con cuatro galgas (Puente completo)

51

Ahora, la cuadruplicación de las galgas aumenta mucho mas la sensibilidad de las galgas y de igual forma compensan mucho mejor la temperatura. (Electronicos, 2005)

c) Celdas de carga hidráulicas.

Estas celdas se caracterizan por un pistón en el cual se apoya la carga que ejerce presión sobre un fluido hidráulico. Esta presión que se crea en el aceite de acuerdo a la carga y el área conocida del pistón nos refleja indirectamente el valor de la carga. Cuando se suman las presiones hidráulicas de varias celdas de carga y se aplican a un transmisor electrónico este suele ser utilizado como indicador digital y utilizarse en sistemas de pesajes electrónicos. Las celdas de carga hidráulicas se fabrican para unas capacidades de carga de 40 kg hasta 90 Ton, son de respuesta rápida (menos de 2 segundos), su precisión es de más o menos 0.2%, admiten sobrecargas hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de explosión y son resistentes a vibraciones.

d) Celdas de carga neumáticas.

Estas celdas consisten en un transmisor neumático de carga al cual el peso situado en la plataforma de carga se compara con el esfuerzo que ejerce un diafragma sostenido por una presión ajustable. Este sistema adopta una posición de equilibrio gracias a diversos componentes. La presión del aire alcanzada en esta cámara indicara el peso. Esta capacidad de caga varía entre 10 kg a 10 Ton, poseen una precisión de más o menos 0.2% y se adaptan fácilmente al control neumático con el inconveniente de precisar de aire comprimido de instrumentos.

2.7 Electroválvulas Industriales Las electroválvulas se utilizan cuando la señal proviene de mandos electrónicos, temporizadores, finales de carrera, entre otros. Se prefieren los mandos eléctricos para distancias extremadamente largas y cortos tiempos de conexión. Estas válvulas se dividen en válvulas de acción directa o indirecta. Figura 2.21 Válvula distribuidora 3/2 (de mando electromagnético)

52

Las válvulas de control neumático bloquean, liberan o desvían el flujo de algún elemento físico, la señal que las rige es eléctrica por ende se denominan electroválvulas. Las electroválvulas se clasifican según la cantidad de entradas y salidas de aire en este caso que posean, y la cantidad de posiciones de control que poseen. Por ejemplo, una válvula 3/2 tiene 3 orificios o puertos y permite dos posiciones diferentes. 3 =Número de Puertos, 2 = Número de Posiciones. Figura 2.22 Símbolos de válvulas eléctricas

En la gráfica se puede observar la simbología utilizada para simbolizar los diferentes tipos de válvulas eléctricas. A continuación se muestra el significado de las letras utilizadas en el esquema. - P (Presión). Puerto de alimentación de aire - R, S, etc. Puertos para evacuación del aire - A, B, C, etc. Puertos de trabajo - Z, X, Y, etc. Puertos de monitoreo y control Figura 2.23 Rutas del fluido con una válvula de 5/2.

53

La electroválvula de 5/2 es la indicada para trabajar con cilindros de doble efecto. En la figura 2.23 se puede observar el camino que sigue el aire a presión. Muchas de las electroválvulas disponibles en el mercado poseen un sistema manual para ser accionadas, sistema que se puede utilizar sin necesidad de señales eléctricas. Es empleada para labores de mantenimiento, para verificar el óptimo funcionamiento de la electroválvula, el cilindro y la existencia de aire a presión.

a) Electroválvulas de doble solenoide Estas electroválvulas son aquellas que poseen dos bobinas y su funcionamiento es parecido al de los Flip-Flops. Cuando la bobina necesita desplazarse de un lugar a otro basta con un pequeño pulso eléctrico a la bobina que se encuentra en el lugar opuesto, esta seguirá ahí sin importar que dicha bobina siga energizada hasta que la bobina contraria aplique otro pulso. Su función es memorizar una señal para evitar que el controlador mantenga permanentemente energizada la bobina.

b) Electroválvulas proporcionales Esta válvulas ayudan a regular la presión y el caudal a través de un conducto que viene atado a una señal eléctrica (corriente o voltaje). Su aplicación principal es el control de posición y de fuerza, sus movimientos se caracterizan por ser precisos y proporcionales, lo cual permite exactitud en el paso del fluido. Figura 2.24 Válvula proporcional.

Las válvulas proporcionales permiten realizar un control en lazo cerrado de posición, donde el cilindro funcionara como actuador, como sensor un sistema óptico de pulsos basado en la posición del mismo, y el controlador un procesador que administre el dispositivo en general. El número de impulsos se incrementa debido a que el pistón empieza su desplazamiento a la derecha, luego estos impulsos disminuyen cuando se mueven a la izquierda.

54

Figura 2.25 Control de lazo cerrado con válvulas proporcionales.

El controlador envía una señal a la válvula proporcional la cual depende de la cantidad de pulsos, a su vez esta señal me muestra la distancia que falta para alcanzar la posición final. Cuando algún fenómeno ocasiona un cambio no previsto de posición, el controlador tendrá la capacidad de hacer ajustes y lograr la posición deseada del cilindro.

55

3. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE JABÓN LÍQUIDO

3.1 Descripción del proceso

A continuación se explica la propuesta existente para el proceso de fabricación de jabón en la planta industrial de la universidad de San Buenaventura Cali. Se describe el proceso paso a paso empezando por los componentes químicos involucrados en la receta establecida y terminando en los componentes físicos que componen dicho proceso. 3.1.1 Reacción química del proceso Se describirán cada uno de los componentes de la fórmula química que intervienen en este proceso, como también el paso a paso para lograr el producto final. 3.1.1.1 Proceso 100% en frío Se denomina así a la elaboración de jabón sin fuente calorífica externa, este proceso de producción de jabón se hará 100% en frío ya que este no se caracteriza por sus reacciones químicas. La formula química utilizada en la universidad para la elaboración de jabón contiene un componente estrella denominado Texapon N-70, y es aquel que aporta dichas reacciones, juega el papel más importante dentro de la preparación del jabón. Algunos procesos de producción cuentan con el proceso de saponificación, en el cual las reacciones químicas se obtiene gracias al calor generado en el proceso, logrando así los objetivos de elaboración. Este proceso de saponificación es totalmente transparente a lo practicado por la planta de producción de jabón líquido en la universidad de San Buenaventura, la cual no cuenta en ninguno de los pasos de producción con la producción externa de calor. 3.1.1.2 Receta

Materia prima (Componentes químicos) La formula química de la universidad de San Buenaventura Cali se encuentra diseñada para elaborar 120 Kilos de jabón líquido y se encuentra compuesta por los siguientes ingredientes:

Texapón N-70 (Tensoactivo Henkel de Alemania). Cantidad: 12 Kilos.

Cloruro de Sodio. Cantidad: 500 Gramos.

Agua Desmineralizada. Cantidad: 120 Kilos.

56

Metil–Parabeno Puro. Cantidad: 2 Gramos.

Colorante Vegetal. Cantidad: 62 Gramos.

Fragancia al Gusto, (Arcopal 50% + Fragancia 50%). Cantidad: 1200 Gramos.

El Texapón N-70 (Lauryl ether sulfato sódico al 70%), posee gran capacidad para disolver aceites. Se usa normalmente en la preparación de productos para la limpieza. El Texapón es un derivado del petróleo tenso activo (comportamiento polar y apolar), es decir, sus anillos de benceno le dan la propiedad apolar, los cuales se unen al agua, y el sodio se une a la suciedad. El Cloruro de Sodio (NaCl), o concentrado de sal común, nos da el espesor requerido para el componente. Ver figura 3.1. Figura 3.1 Composición química del Cloruro de Sodio.

Agua Desmineralizada, es el agua a la cual se le quitan los minerales y las sales. Se utilizan cuando se requiere agua con bajo contenido en sal o baja conductividad. Apropiada para los procesos de producción de jabón. Metil-Parabeno, es un miembro de la Parabeno familia, un grupo de compuestos que poseen propiedades antibacterianas y antifúngicas. Debido a sus propiedades antimicrobianas, el Metil-Parabeno se utiliza ampliamente como conservante soluble en agua en muchos alimentos, bebidas, productos farmacéuticos y de higiene personal. Ver figura 3.2.

57

Figura 3.2 Composición química de un Metil-Parabeno.

Colorante, es una sustancia que es capaz de teñir las fibras vegetales y animales. Los colorantes se han usado desde los tiempos más remotos, empleándose para ello diversas materias procedentes de vegetales (cúrcuma, índigo natural, etc.) y de animales (cochinilla, moluscos, etc.) así como distintos minerales. En química, se llama colorante a la sustancia capaz de absorber determinadas longitudes de onda de espectro visible. Los colorantes son sustancias que se fijan en otras sustancias y las dotan de color de manera estable ante factores físicos/químicos como por ejemplo: luz, lavados, agentes oxidantes, etc. Ver figura 3.3. (Hormaza, 2004)

Figura 3.3 Composición química de un colorante.

3.1.2 Descripción del Proceso

Después de haber realizado una descripción de cada uno de los elementos químicos que conforman el proceso, ahora se mencionaran los pasos detallados de la receta para la elaboración del jabón líquido afirmando el proceso en frío.

58

1. Seleccionar y pesar la materia prima. 2. Verter en una tolva, tanque o recipiente 80 Kilos de agua desmineralizada. 3. Adicionar en los 80 Kilos de agua desmineralizada 12 Kilos de Texapon N-70. 4. Disolver el Texapon hasta que este desaparezca completamente, tiempo

mínimo de mezclado 15 minutos. 5. Disolver previamente en 20 Kilos de agua desmineralizada 62 Gramos de

Colorante Vegetal, tiempo mínimo de mezclado 10 minutos. 6. Disolver previamente en 20 Kilos de agua desmineralizada 500 Gramos de

Cloruro de Sodio, tiempo mínimo de mezclado 15 minutos. 7. Adicionar a la mezcla de agua desmineralizada y Texapon N-70, los 20 Kilos

de agua desmineralizada con los 62 Gramos de Colorante Vegetal previamente disuelto y disolver, tiempo mínimo de mezclado 10 minutos.

8. Adicionar a la mezcla de agua desmineralizada, Texapon N-70 y Colorante Vegetal, 600 Gramos de Arcopal, 600 Gramos de Fragancia y 2 Gramos de Metil-Parabeno puro y disolver hasta lograr una homogeneidad, tiempo mínimo de mezclado 15 minutos.

9. Finalmente adicionar a la mezcla de agua desmineralizada, Texapon N-70, Colorante Vegetal, Arcopal, Fragancia y Metil-Parabeno Puro, los 20 kilos de agua desmineralizada con los 500 Gramos de Cloruro de sodio previamente disuelto y disolver hasta lograr el espesor deseado, tiempo mínimo de mezclado 15 minutos.

La receta o fórmula química utilizada en el proceso de producción de jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali ya se encuentra balanceada para obtener un PH que oscile entre 6 y 9. 3.1.3 Fabricación industrial de jabón En la industria del jabón el proceso más comúnmente utilizado para su obtención es el proceso en caliente. Las grasas se saponifican en una solución de hidróxido sódico en una caldera abierta, que tiene en el fondo tubos de vapor cerrados, para el calentamiento indirecto, y otros abiertos para un calentamiento directo, pasando el vapor a una velocidad adecuada para mantener la agitación y la ebullición. Cuando la reacción ha sido completada, se añade sal con lo que precipitan gruesos coágulos de jabón. La capa acuosa, que contiene glicerina, se elimina y se concentra, purificando la glicerina por destilación al vacío. El jabón crudo contiene glicerina, álcali y sal y, para separar estas impurezas, se hierve con suficiente cantidad de agua para que se forme un líquido homogéneo, volviendo a precipitar el jabón por adición de sal. Este proceso puede repetirse, para recuperar totalmente la glicerina y eliminar las impurezas. Finalmente, se hierve con agua suficiente para que se forme una mezcla blanda de la que, dejándola en reposo, se separa arriba una capa homogénea del llamado jabón de caldera, producto que contiene un 69-70% de jabón, 0,2-0,5% de sal y alrededor de un 30% de agua.

59

Parte de este producto se vende como tal, y otra parte tras adicionarse perfume y colorante se destina a usos domésticos. A los jabones para desengrasar se les añade arena, carbonato sódico o productos de carga; a los jabones medicinales, se les adiciona cresol u otros antisépticos. Los jabones transparentes se preparan disolviendo en alcohol jabón parcialmente desecado (Louis, Mary, & Peters, Quimica Organica Fundamental, 1968). Observar en la figura 3.4 una planta de fabricación de jabón en la industria. Figura 3.4 Fábrica de jabón “El Toro” (Iguala de la Independencia, Guerrero, México)

Existen otros tipos de detergentes que no son estrictamente jabones, es decir, que no han sido obtenidos mediante la reacción de saponificación, puesto que son elaborados con derivados del petróleo. Estos detergentes se hicieron muy populares después de la Segunda Guerra Mundial debido a la escasez de grasas y aceites para la elaboración de jabones tradicionales. Su proceso de fabricación es completamente distinto al de la fabricación del jabón tradicional (Louis, Mary, & Peters, Quimica Organica Fundamental, 1968). 3.1.4 Componentes de la instalación Los siguientes componentes físicos son los componentes actuales con los cuales cuenta la planta de producción de Jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali.

60

3.1.4.1 Componentes físicos actuales de la planta de producción

Para la fase de producción la Universidad de San Buenaventura Cali y la Facultad de Ingeniería Industrial cuentan con un proceso bastante dependiente de los estudiantes, ya que, aunque este posee diferentes herramientas que ayudan y facilitan el proceso de producción de jabón, estos no son eficientes sin la mano de obra constante del estudiante. Figura 3.5 Planta de producción de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali.

La figura 3.5 muestra la planta de producción de jabón existente en la Universidad San Buenaventura. A continuación describiremos cada una de las herramientas físicas que componen el proceso producción:

61

TOLVA PRINCIPAL. Esta tolva es utilizada para el vertido y mezclado de los ingredientes, posee forma cónica, dispone de una capacidad de almacenamiento de 120 Kilos. Como la mezcla contiene Texapon N-70 y Cloruro de Sodio, el depósito debe estar hecho de un material resistente en este caso de acero inoxidable. Ver figura 3.6.

Figura 3.6 Tolva para mezclado en

acero inoxidable.

Motor SK 1SI 63 – 60691600 – No. 150031935. Motorreductor helicoidal UNIVERSAL 4 polos 50 Hz. Ver figura 3.7. Motor principal el cual es utilizado para agitar la mezcla que se vierte dentro de la tolva principal.

Figura 3.7 Motor Mezclador, SK 1SI

63.

AGITADOR. Elemento adaptado al motor principal que cumple con la función de agitar la mezcla. Con este elemento se disuelven los ingredientes dentro de la tolva. Se encuentra diseñado con acero inoxidable y plástico. Ver figura 3.8.

Figura 3.8 Agitador o Mezclador.

62

VÁLVULA DE CIERRE MANUAL ON-OFF. Se utiliza para realizar la conexión del dispositivo (manguera o tubo) que dispensa el agua desmineralizada desde la llave principal hacia la tolva, tiene un diámetro ½’’. Ver figura 3.9.

Figura 3.9 Válvula de cierre manual

On-Off.

VÁLVULA DE BOLA MANUAL ON-OFF. Se utiliza para la salida de la mezcla, tiene un diámetro de ½’’, y por esta desciende la mezcla de la tolva. Esta mezcla es direccionada hacia el cilindro dosificador. Ver figura 3.10.

Figura 3.10 Válvula de bola manual

On-Off.

CILINDRO DOSIFICADOR. Este cilindro se encuentra fabricado en acero inoxidable y es el encargado de recibir la mezcla proveniente de la tolva por medio de la válvula de bola manual y direccionarla hacia el empaque final. Ver figura 3.11.

Figura 3.11 Cilindro Dosificador de

acero inoxidable.

63

PISTÓN NEUMÁTICO. Se encuentra fabricado en acero inoxidable, Ver figura 3.12. Este pistón es el encargado de abrir la salida para que descienda la mezcla del cilindro dosificador al empaque o de cerrar la misma cuando el cilindro dosificador desea volver a llenarse para realizar el próximo empacado.

Figura 3.12 Pistón neumático pequeño de acero inoxidable.

PISTÓN NEUMÁTICO. Fabricado en acero inoxidable. Ver figura 3.13. Este pistón empuja la mezcla que se encuentra dentro del cilindro dosificador para que este la direccione al empaque final.

Figura 3.13. Pistón neumático de

acero inoxidable.

COMPRESOR DE AIRE PORTABLE DEWALT. Tipo eléctrico, tanque vertical, motor a 1.8 HP, 5.4 SCFM (Standard Cubic Feet per Minute), presión máxima 200 PSI, tanque de 15 galones, cilindro de acero, diseño sin aceite, 78 dBA nivel de ruido de funcionamiento para un trabajo más silencioso, con tecnología ambiental. Ver figura 14. Este compresor es el que me provee de aire a los pistones para que estos puedan ser accionados por medio del pedal.

Figura 3.14 Compresor de aire

DeWALT.

64

INTERRUPTOR DE PEDAL NEUMÁTICO. Es utilizado para accionar el pistón que desplaza la mezcla del cilindro hacia la salida y accionar de igual manera el pistón pequeño que me permite abrir o cerrar la salida de la mezcla desde el cilindro hacia el empaque final. Ver figura 3.15.

Figura 3.15 Interruptor de Pedal

Neumático.

Motor MS-711-4T Nr: WG-0301. Es el encargado de darle el movimiento a la banda trasportadora por la cual se transportan los empaques donde se verterá la mezcla ya lista. Ver figura 3.16.

Figura 3.16 Motor MS-711-4T.

BANDA TRANSPORTADORA. Desplaza los recipientes para el envasado de la mezcla proveniente del cilindro dosificador. Ver figura 3.17.

Figura 3.17 Banda transportadora

para envasado.

65

La figura 3.18 muestra el diagrama de bloques general en el cual se representa los pasos a seguir para construir la receta que se lleva a cabo en la Universidad de San Buenaventura Cali para el proceso de producción de Jabón Liquido. Figura 3.18 Diagrama de Bloques Proceso Producción de Jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali.

66

4. DEFINICIÓN DE VARIABLES Y ESTRATEGIA DE CONTROL. 4.1 Definición de variables En este capítulo como primera medida se identifican cada una de las variables que intervienen en el proceso de producción de Jabón. Estas variables se pueden observar en el esquema o diagrama de bloques planteado en la Figura 4.1. El cual muestra el esquema del proceso de producción mucho más elaborado y adicionalmente complementado por el nuevo diseño enfocado en la parte de control y automatización. Figura 4.1. Diagrama de Bloques Proceso Automatizado.

La siguiente tabla 5 describe cada una de las entradas y salidas que participan en el proceso según el diagrama de bloques presentado en la figura 4.1. En este diagrama se tuvo en cuenta el diseño de automatización que se desea plantear para el mejoramiento de producción de la planta, sujeto a los componentes ya

67

existentes y los nuevos componentes que complementaran el proceso de elaboración del jabón. Tabla 5 Entradas y Salidas del Proceso.

ELEMENTO I/O ANÁLOGA/DIGITAL DESCRIPCIÓN

Sensor de Peso 1 IN Análoga Pesaje 80 Kg Agua desmineralizada.

Sensor de Peso 2 IN Análoga Pesaje 12 Kg Texapon.

Electroválvula 1 OUT Digital Entrada agua desmineralizada Tolva1.

Electroválvula Neumática 2

OUT Digital Permite la dosificación del Texapon por medio de la Bomba Neumática.

Motor1 OUT Digital Motor para mezcla principal

Sensor de Peso 3 IN Análoga Pesaje 20 Kg Agua desmineralizada.

Electroválvula 3 OUT Digital Entrada agua desmineralizada Tolva2

LED1 OUT Digital Indica dosificación Colorante-Vegetal

Motor2 OUT Digital Motor para mezcla en la Tolva 2

Electroválvula 4 OUT Digital Salida de la Pre-Mezcla hacia la Tolva1

Bomba OUT Digital Transporte de la Pre-Mezcla a la Tolva1

LED2 OUT Digital Indica dosificación Metil-Parabeno

Electroválvula 5 OUT Digital Dosificación Arcopal

Electroválvula 6 OUT Digital Dosificación Fragancia

Electroválvula 7 OUT Digital Dosificación Cloruro de Sodio

Electroválvula 8 OUT Digital Electroválvula 3 vías – Entrada aire comprimido a los pistones

Electroválvula 9 OUT Digital Salida de la Mezcla principal

Motor 3 OUT Digital Motor para movimiento Banda Transportadora

Sensor Posición1 IN Digital Posición 1 del envase en la Banda transportadora

Sensor Posición2 IN Digital Posición 2 del envase en la Banda transportadora

Interruptor Final de Carrera

IN Digital Indica cuando el pistón principal vuelve a su posición inicial.

Pulsador 1 IN Digital Indica que el operario ya adiciono el componente que indica el LED1.

Pulsador 2 IN Digital Indica que el operario ya adiciono el componente que indica el LED2.

4.2 Estrategia de control

La estrategia de control para la planta de producción de jabón en la Universidad de San Buenaventura Cali se diseña basada en el enfoque de los grandes procesos industriales programados tipo Batch. Este tipo de programación y control es el más utilizado en las grandes industrias entre ellas se destacan la industria de los Alimentos, Bebidas, Productos Farmacéuticos, Pinturas, Fertilizantes, Cemento, entre otras. El control de procesos tipo Batch es un control seguro, confiable, eficiente, flexible y económico que se emplea en el mercado.

68

A continuación se define cada uno de los bloques de programación y control que se plantean para la automatización del sistema productivo de jabón liquido. 4.2.1 Control tolva 1. Dosificación agua desmineralizada – Texapon N70.

Figura 4.2 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Texapon.

En el primer bloque del proceso enfocado en la dosificación de dos de los componentes, se utiliza un lazo cerrado de control para medir y controlar la entrada de 80 Kg de agua desmineralizada, y un lazo de control abierto para la entrada de 12 Kg de Texapon N70 a la Tolva 1. Ambos componentes se dosifican considerando el principio básico de control en las grandes industrias enfocado en la variable Peso.

Como dato principal tenemos la entrada que arroja los sensores de peso que serán instalados en la Tolva1, este dato se direcciona al PLC en el cual se realiza el control de la entrada del agua desmineralizada y Texapon N70. Este control se hace comparando constantemente dentro del programa que ejecuta el PLC el Set Point con el dato enviado por el sensor de peso. Cuando se llegue al valor deseado, el PLC envía la señal de control para cerrar la electroválvula neumática

69

que permite el paso del aire a la bomba neumática para el ingreso de Texapon N70 a la Tolva 1. Lazo de Control 1. Para el control de la entrada de 80 Kg de agua desmineralizada a la Tolva1, el PLC envía la señal de control para la apertura de la electroválvula que permite el paso del agua, mientras tanto, el PLC compara el dato que le entrega el sensor de peso y en el momento que este llegue al peso deseado automáticamente el PLC cerrara la electroválvula que permite el paso del agua. Lazo de Control 2. 4.2.2 Control tiempo de mezcla - Tolva 1. Figura 4.3 Ilustra proceso de mezcla en la Tolva 1.

En el segundo bloque del proceso, enfocado en el tiempo de mezcla de los componentes, utilizamos nuevamente la ayuda del Controlador Lógico Programable. En esta parte del programa se plantea la programación del tiempo estratégico para cada bloque de mezcla según los componentes adicionados previamente. Se controla el encendido y apagado del Motor 1. Las mezclas son las siguientes:

70

1. Primera Mezcla: Agua Desmineralizada - Texapon N70. Tiempo de mezclado: 15 minutos. Lazo de control numero 3.

2. Segunda Mezcla: Agua Desmineralizada – Texapon N70 – Colorante Vegetal. Tiempo de mezclado: 10 minutos. Lazo de control numero 8.

3. Tercera Mezcla: Agua Desmineralizada – Texapon N70 – Colorante Vegetal – MetilParabeno – Fragancia - Arcopal. Tiempo de mezclado: 15 minutos. Lazo de control numero 12.

4. Tercera Mezcla: Agua Desmineralizada – Texapon N70 – Colorante Vegetal – MetilParabeno – Fragancia – Arcopal – Cloruro de Sodio. Tiempo de mezclado: 15 minutos. Lazo de control numero 17.

El motor de mezcla principal es un motorreductor helicoidal UNIVERSAL 4 polos 50 Hz. 4.2.3 Control Tolva 2. Pre-mezcla dosificación agua desmineralizada y colorante vegetal. Figura 4.4 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Colorante Vegetal.

Para el tercer bloque de programación y control, se desea realizar una dosificación similar a la del primer bloque. En este bloque se realizaran dos pre-mezclas de componentes que necesitan de previa disolución. Se utiliza igualmente como estrategia de control un lazo cerrado para medir y controlar la entrada de 20 Kg de

71

agua desmineralizada a la Tolva 2. Se considera la variable Peso. En primer instante el PLC inicia el proceso con la señal de control que indica la apertura de la electroválvula, el dato que arroja el sensor de peso se envía directamente al PLC el cual comparara constantemente el Set Point y el dato enviado por el sensor hasta que se llegue al valor deseado, momento en el cual el PLC procede nuevamente a enviar una señal, esta vez indica cerrar la electroválvula. Lazo de Control número 4.

El siguiente proceso de dosificación se debe realizar de forma manual, pues los 62 gr de colorante vegetal necesarios para la mezcla con el agua desmineralizada previamente pesada son de difícil control, debido a que su peso es bastante pequeño y lograr exactitud automáticamente es bastante complejo. Por ende, se procede a realizar un control y programación en el PLC para lograr que este indique por medio de un LED piloto el momento exacto en el cual el operario debe adicionar este componente, el cual debe estar previamente pesado y listo para así lograr la disolución necesaria. Cuando el operario haya realizado esta adición debe accionar un pulsador o switch para indicar que se debe seguir con la ejecución del proceso. Lazo de control numero 5. 4.2.4 Control tiempo de mezcla – Tolva 2. Figura 4.5 Ilustra proceso de mezcla en la Tolva 2.

72

En este bloque del proceso, se controla igual que en el segundo batch el tiempo de mezcla para los componentes que necesitan de una previa disolución, utilizamos nuevamente la ayuda del Controlador Lógico Programable donde se programa y controla el tiempo de mezclado del Motor 2 para las siguientes mezclas

1. Primera Mezcla: Agua Desmineralizada – Colorante Vegetal. Tiempo de

mezclado: 10 minutos. Lazo de Control número 6. 2. Segunda Mezcla: Agua Desmineralizada – Cloruro de Sodio. Tiempo de

mezclado: 15 minutos. Lazo de Control número 15.

En esta parte de la producción que se denomina bloque de mezcla se controla directamente desde el PLC el momento en el cual se debe encender el motor, el tiempo de mezclado en el cual el motor debe permanecer encendido y apagado del motor.

4.2.5 Control para el transporte de la primera pre-mezcla a la Tolva 1. Figura 4.6 Ilustra proceso de transporte de la pre-mezcla hacia la Tolva 1.

73

Para realizar el transporte de la primera Pre-Mezcla (Agua Desmineralizada - Colorante Vegetal) en esta etapa de la programación se diseña una estrategia de control para transportar toda la mezcla desde la Tolva 2 hacia la Tolva 1. Esta estrategia contiene un control en lazo cerrado en el cual se involucra el sensor de peso utilizado para la dosificación inicial y el Controlador Lógico Programable o PLC utilizado para la automatización del proceso. En el instante en el que el motor se detiene porque el controlador a enviado la señal de control la cual indica que cumplió con su tiempo de mezclado, el PLC indica el momento en el cual se debe accionar la electroválvula de salida y 10 segundos después opera la Bomba para que esta empiece a conducir la mezcla hacia la Tolva principal o Tolva 1. Durante este tiempo el PLC se realimenta constantemente del valor que le envía el sensor de peso para saber en qué momento el peso que hay dentro de la Tolva vuelve a ser cero y puede proceder a enviar la señal de control que apaga la Bomba, cierra la electroválvula de salida y indica que se encuentra listo para continuar con la segunda Pre-Mezcla. 4.2.6 Control tolva 1. Dosificación Fragancia, Arcopal y Metil-Parabeno. En esta etapa o Batch del proceso se diseña la parte de control para continuar con la dosificación de los componentes de la formula química. Los ingredientes y las cantidades son los siguientes: Fragancia 500 gr, Arcopal 500 gr y Metil-Parabeno 2 gr. El control para la dosificación del Arcopal y la Fragancia se realiza controlando en el PLC el tiempo de apertura y cerrado de la electroválvula. Registrando el tiempo de apertura podremos adicionar a la mezcla la cantidad que nos señala la receta. La dosificación del Metil-Parabeno se realizará de forma manual debido a que su cantidad es extremadamente pequeña y la estrategia de control requerirá de un sobrecosto adicional y un diseño con alto grado de complejidad. Por tal motivo, para el Metil-Parabeno se realiza un sistema de control el cual indicará el momento en el cual debe agregarse este componente, para ello se programa la encendida de un LED1 tipo alarma que le indicara al operario el momento en el cual debe agregar este componente, cuando el operario haya realizado esta tarea debe accionar un pulsador o switch que indica la continuidad del proceso. Todo el control se realiza directamente desde la programación del PLC.

74

Figura 4.7 Ilustra proceso de dosificación Arcopal, Fragancia y Metil-Parabeno.

4.2.7 Control tolva 2. pre-mezcla agua desmineralizada y cloruro de sodio. Figura 4.8 Ilustra proceso de dosificación de Agua desmineralizada y Cloruro de Sodio a la Tolva 2.

75

En este bloque del programa de control se realiza la dosificación para una mezcla previa de dos componentes. Igual que en las etapas de control anteriores, se diseña una estrategia de control con un lazo cerrado para medir y controlar la entrada de otros 20 Kg de agua desmineralizada a la Tolva 2. Se utiliza igualmente el sensor de peso de la Pre-Mezcla anterior. Como primera fase el PLC procede a abrir la electroválvula para el ingreso del agua, y en este momento el dato que arroja el sensor de peso se direcciona al PLC, el cual realiza la fase de control para lograr el Set Point deseado y proceder a cerrar la electroválvula. Lazo de Control numero 13.

Por otra parte, el control para la dosificación del Cloruro de Sodio se realiza controlando en el PLC la apertura, tiempo de apertura y cerrado de la electroválvula, en el tiempo de apertura podremos adicionar a la mezcla la cantidad que nos señala la receta exactamente. En este caso 500 gr. Lazo de control numero 14.

4.2.8 Control para el transporte de la segunda pre-mezcla a la Tolva 1. Para realizar el transporte de la segunda Pre-Mezcla (Agua Desmineralizada - Colorante Vegetal) se diseña una estrategia de control la cual transportará toda la mezcla desde la Tolva 2 hacia la Tolva 1. Esta estrategia contiene un control en lazo cerrado en el cual se involucra el sensor de peso utilizado para la etapa de dosificación inicial en la primera Pre-Mezcla y el Controlador Lógico Programable o PLC. Figura 4.9 Ilustra proceso de transporte de la pre-mezcla hacia la Tolva 1.

76

En el instante en el que el motor se detiene por orden del PLC debido a que ya cumplió con su tiempo de mezclado, este igualmente envía una señal que acciona la electroválvula de salida y un tiempo después acciona la Bomba para que esta empiece a conducir la mezcla hacia la Tolva principal o Tolva 1. Durante este tiempo el PLC se realimenta constantemente del valor que le envía el sensor de peso para saber en qué momento el peso que hay dentro de la Tolva vuelve a ser cero y pueda proceder a enviar el indicador de control para apagar la Bomba y cerrar la electroválvula de salida. 4.2.9 Control tiempo de mezcla final y empaque – Tolva 2. En la penúltima parte del proceso de producción en la cual se direcciona el jabón liquido ya listo para el empaque, se diseña un lazo de control donde la primera etapa se realiza con un control directo desde el PLC. En esta etapa el PLC se encarga de monitorear de manera continua con ayuda del sensor de peso en qué momento la Tolva principal direcciona todo el jabón liquido a los empaques, mientras no ocurre este evento se programa en el PLC el tiempo de apertura de la válvula el cual coincide con el llenado del cilindro dosificador. cuando suceda el llenado del cilindro, el PLC procede a cerrar la electroválvula y luego con la confirmación de que el envase donde será direccionada la mezcla ya se encuentra en el lugar correcto, se procede a accionar la electroválvula para la salida del aire comprimido que accionará los pistones y enviara la mezcla hacia el envase. Figura 4.10 Ilustra proceso de salida de la mezcla final.

77

Al vaciar nuevamente el cilindro, se colocan los pistones de nuevo en su posición inicial, el interruptor de carrera utilizado certificara que el pistón haya llegado a esta posición para volver a generar el mismo lazo de control, empezando con la apertura de la electroválvula y volviendo nuevamente llenar el cilindro. Este proceso se repite hasta vaciar completamente la mezcla a sus empaques. Cabe aclarar que el motor principal permanecerá encendido hasta lograr el empaque de toda la mezcla.

4.2.10 Control empaque y banda transportadora – Tolva 2. En este último Batch del proceso se realiza el empaque de la mezcla. En este se diseña un lazo de control dedicado exclusivamente a controlar la posición de los empaques sobre la banda transportadora. Este control se realiza para garantizar que la mezcla sea direccionada directamente al empaque para un proceso continuo de envasado. Se utilizan dos sensores de posición los cuales me garantizaran que el empaque esté en la posición correcta para que la mezcla descienda hacia él, la señal de salida que proporcionan estos sensores es direccionada directamente al PLC para que este controle el momento en el cual debe detener el motor que hace girar la banda transportadora. Figura 4.11 Ilustra proceso de empaque.

78

Adicionalmente, al PLC viene conectada la señal de la electroválvula de salida de la mezcla, en el momento en el cual el PLC abre la electroválvula y el cilindro dosificador se encuentra en proceso de llenado, este enciende el motor de la banda transportadora para que el empaque sea direccionado al lugar en donde descenderá la mezcla. Los sensores indicarán que el envase ya se encuentra en el lugar señalado y el PLC apagará el motor de la banda transportadora, en este momento se procede con la apertura de la electroválvula que me proporcionará el aire comprimido para accionar los pistones, la mezcla desciende durante el tiempo indicado para el llenado exacto del envase. Como se pudo observar en el documento anterior, se plantea realizar una estrategia de control por etapas o tipo batch. Este tipo de control se utiliza para procesos industriales que se puedan ejecutar de esta manera, consiguiendo ordenar y secuenciar la utilización de las instalaciones que forman parte del proceso productivo.

79

5. INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO

5.1 Descripción de los componentes seleccionados

A continuación se realiza la descripción global de los principales componentes tanto electrónicos, como físicos, que intervienen en el diseño de control propuesto para la automatización del proceso de producción de jabón líquido en la Universidad de San Buenaventura Cali. Esta selección se realiza después de una investigación en la cual participaron las primeras empresas proveedoras en el campo de la automatización en la ciudad de Cali. 5.1.1 Celda de carga La celda de carga es uno de los elementos físicos más importantes para el montaje del dosificador de la planta de producción. Este componente permite obtener el dato principal para el control del peso de los diferentes componentes.

5.1.1.1 Celda de carga 1002K Para el diseño planteado se propone utilizar la celda de carga 1002K de la empresa VISHAY TEDEA HUNTLEIGH. Esta celda se utiliza para la dosificación de componentes con peso menor o igual a 20 Kg. Es una celda de carga pequeña de poca capacidad, tiene un solo punto de apoyo. Se utiliza para simples escalas de pesos o para industrias de medición. Su tamaño es pequeño, permite que sea versátil, fácil de usar y que tenga múltiples usos en la industria de la medición. La figura 5.1 hace referencia a la función de cada uno de los pines y la configuración interna de la celda de carga. Figura 5.1 Configuración interna de la celda de carga.

80

Se deben seguir las especificaciones del fabricante. Este aconseja una alimentación entre 5 voltios y máximo 15 voltios. La variación por voltio de la celda de carga es de 1.5 mV. La configuración interna es un puente de Wheatstone. La impedancia de entrada y de salida de este puente es de 1000 Ω. En el ANEXO A se observan las especificaciones técnicas de la celda de carga. En la figura 5.2 se muestra la celda de carga modelo 1002K a utilizar en el prototipo. Figura 5.2 Celda de carga modelo 1002K.

Esta celda de carga arroja una señal pequeña bastante vulnerable a las perturbaciones, para esta utilizamos un amplificador. La señal de salida que lanza la celda de carga es una señal análoga del orden de los mV. 5.1.1.2 Celda de carga SUP222 Para la dosificación de los componentes con peso mayor a 20 Kg, se utilizará la celda de carga tipo SUP222. Esta celda está diseñada especialmente para escalas de peso alrededor de los 80 Kg. Es una celda de uso universal, con un bajo costo. Esta celda se encuentra fabricada en aluminio. En la figura 5.3 se observa el prototipo de la celda SUP222. Ficha técnica en el Anexo B. Figura 5.3 Celda de Carga tipo SUP222

81

5.1.2 Electroválvulas en la Industria Las electroválvulas tienen como objetivo controlar el fluido de algún componente que viaje a través de una tubería o conducto, estas son controladas por corriente a través de una bobina. La señal que ingresa a esta casi siempre proviene de sensores, finales de carrera, presostatos o mandos electrónicos. A continuación se realiza la descripción de las electroválvulas propuestas para la implementación del diseño planteado para la automatización de la productora de jabón líquido. Se seleccionaron exclusivamente, pensando en el control de la dosificación para cada uno de los componentes utilizados en la receta. Se tuvo en cuenta la composición física y química de cada componente y su viscosidad.

5.1.2.1 Electroválvula UNIDEM. Modelo uz-a-o6/uz-a-08. Para la dosificación del Arcopal y la Fragancia se propone utilizar una electroválvula 2/2 CNX ½ NPT marca UNIDEM, modelo UZ-A-O6/UZ-A-08. Maneja voltajes en DC de 12V-24V y en AC de 110V-220V, opera con un amperaje de 600mA, su modo de operación es normalmente cerrada. Esta válvula es de excelente desempeño para fluidos como aire, agua, fluidos poco viscosos y vacio. Es muy utilizada en la industria, ya que, su fabricación en acero inoxidable la hace bastante resistente a la corrosión, es bastante versatilidad y su precio es económico. Ver figura 5.4 ficha técnica ANEXO C. Figura 5.4 Electroválvula Marca UNIDEM modelo UZ-A-O6/UZ-A-08.

82

5.1.2.2 Electroválvula válvula tipo guillotina modelo SGB800A. 125 de MIX

SRL.

Para la dosificación del único componente solido de la receta se utilizará una válvula tipo guillotina modelo SGB800A. 125 de MIX SRL. Es muy utilizada en la descarga de silos o tolvas para todo tipo de material. Esta válvula se conoce por sus amplios beneficios: simple y económica por el número de sus componentes, larga duración, construcción refinada. Sus características principales se basan en: cuchilla resistente para trabajo pesado, contacto libre de fricción, no requiere sellos laterales adicionales, excelentes recomendaciones para trabajar con alimento seco, a prueba de polvo, viene para accionamiento manual, neumático y eléctrico. En el ANEXO D se detalla las especificaciones de la válvula tipo guillotina. En la figura 5.5 se muestra el diagrama de la electroválvula a utilizar en el prototipo. Figura 5.5 Electroválvula.

5.1.2.3 Electroválvulas serie 2025, marca GENEBRE. Para la salida de las mezclas químicas de la Tolva 1 y de la Tolva 2 se propone utilizar una electroválvula de bola 1 ½, de 1”en acero inoxidable, serie 2025, marca GENEBRE. Esta electroválvula posee un cuerpo de 3 piezas, lo cual facilita la intervención en cualquier tipo de plantas que requieran intervención o mantenimiento frecuente. Es una electroválvula bastante resistente a altas presiones en las cuales puede trabajar óptimamente. Este dispositivo maneja una amplia gama de fluidos entre los cuales se destaca el fluido de aire, gas, agua, productos petrolíferos, petroquímicos y agresivos. La electroválvula de bola se encuentra fabricada en totalidad en acero inoxidable y sus sellos son fabricados en teflón. Para mayor información se puede consultar el ANEXO E. Ver figura 5.6.

83

Figura 5.6 Válvula serie 2025, marca GENEBRE.

5.1.2.4 Electroválvulas neumáticas En el mundo de la automatización las electroválvulas neumáticas son de gran importancia. Por ende, se diseñó una línea solo para ellas. Se dividen en válvulas de distribución las cuales son las encargadas de distribuir el aire comprimido a diferentes actuadores neumáticos, válvulas de bloqueo las cuales bloquean el paso del aire comprimido donde se dan ciertas condiciones, las válvulas reguladoras son aquellas que regulan el caudal y la presión y por último las válvulas secuenciales. Todo este tipo de válvulas neumáticas son consideradas elementos de mando, necesitan poca energía para su funcionamiento. 5.1.2.4.1 Electroválvula neumática serie GNP, marca GENEBRE.

Para la implementación del diseño de la planta de producción de jabón la dosificación del Texapon y la parte final dirigida al empaque requiere realizarse de forma neumática, por tal motivo se necesita una válvula neumática para controlar el paso del aire en estas dos etapas. La válvula propuesta es una válvula de bola de 1” con actuador rotativo, serie GNP, marca GENEBRE. Esta válvula es altamente resistente a la corrosión, con un ángulo de rotación de 90° regulable + o – 5°. Facilidad de control con sensores de posición eléctricos. Aire comprimido de 2.5 a 8 bar ~ 36 a 116 PSI. Esta electroválvula maneja una temperatura de trabajo de -20°C a 80°C. Se encuentra fabricada en aluminio anodizado y pintura poliéster, el piñon se encuentra fabricado en acero niquelado. Mayor información técnica se puede observar el ANEXO F. Ver figura 5.7.

84

Figura 5.7 Válvula Neumática Serie GNP, marca GENEBRE.

5.1.2.5 Electroválvulas marca sama, referencia 8300532.

Para el proceso de dosificación de agua desmineralizada en la Tolva principal y la Tolva de las Pre-Mezclas se debe utilizar una válvula con características especiales. Se propone recurrir a la electroválvula marca SAMA, Ref 8300532, 121 SR. Diámetro de 1”, maneja una potencia de 15W, Voltajes en corriente alterna a 220V-110V o voltaje en corriente directa a 24VDC. Esta electroválvula es la más utilizada en la industria para la dosificación de agua debido a su recubrimiento plástico que impide que el agua filtre las partes de la electroválvula y evite el progreso corrosivo de este componente. La electroválvula se puede observar en la figura 5.8. Figura 5.8 Electroválvula marca SAMA, Referencia 8300532.

85

5.1.3 Bomba eléctrica marca FLEXBIMEC, referencia 6437. Para transportar las pre-mezclas que van desde la Tolva2 hacia la Tolva1 se utilizará una bomba eléctrica marca FLEXBIMEC, Referencia 6437. Esta es una bomba de paletas excéntricas ideal para el transvase de fluidos hidráulicos nuevos y usados, anticongelantes, gasóleo/diesel, químicos y petrolíferos. Esta bomba funciona a baja presión. La fabricación de la bomba es en aluminio, las empaquetaduras en NBR y el eje en latón. Ver figura 5.9.

Especificaciones técnicas:

Voltaje: 220V – 50Hz

Amperaje: 7.5

RPM: 1360

Potencia: 0.75 Kw

Presión de Salida: 1.5 bar

Caudal (l/min): 15

Peso: 8.5 Kg

Medidas (X-Y-Z): 150x340x210 Figura 5.9 Bomba Eléctrica marca FLEXBIMEC, Referencia 6437.

5.1.4 Bomba neumática dosificadora de Texapon. Para la dosificación del Texapon se optó por implementar un proceso diferente al utilizado para los demás componentes. Se utilizará una bomba neumática y una electroválvula. Se opta por utilizar estos debido a que la composición física del Texapon es de difícil manejo, su viscosidad es bastante alta y la técnica por

86

gravedad no es la mejor opción para llevar este componente a la tolva. Se propone utilizar una bomba neumática marca FLEXBIMEC, referencia 4061TWDE. Esta se utiliza para la distribución de componentes químicos y grasas que manejen alta viscosidad, es óptima para la dosificación a largas distancias, se caracteriza por una relación de compresión en combinación con una innovadora tecnología de fabricación que aumenta progresivamente el flujo y caudal del componente. La bomba se puede apreciar en la figura 5.10. La ampliación de las especificaciones técnicas se pueden observar en el ANEXO G. Figura 5.10. Bomba Neumática marca FLEXBIMEC. Referencia 4061TWDE.

5.1.5 Motor mezcla tolva 2. Durante la mezcla, los componentes aumentan la viscosidad, por lo tanto el motor elegido debe ser capaz de continuar agitando dicha mezcla. Para ello, se propone utilizar un motor monofásico Panasonic M61A6GT4GE de inducción, tensión de alimentación 220V y 6W de potencia que gira a 1225 rpm. Por otra parte se desea reducir el número de vueltas del agitador a 200 rpm aproximadamente, valor determinado prácticamente para homogeneizar la mezcla. Para ello se dispone un engranaje reductor con relación 6:1, que disminuye la velocidad de giro a 204 rpm. Se muestra en la Figura 5.11.

87

Figura 5.11 Motor monofásico Panasonic M61A6GT4GE.

Se desea que el agitador se ponga en marcha automáticamente, por ende para adaptar la tensión de 24V DC del módulo de salidas digitales del PLC a la tensión de alimentación del motor de 220V AC se dispone un relé mecánico. 5.1.6 Interruptor de final de carrera Para detectar la llegada del pistón principal a su posición inicial después de haber accionado el cilindro dosificador, se utiliza un interruptor de final de carrera. Se propone utilizar un interruptor marca ALLEN-BRADLEY, 802B de precisión. Este interruptor tiene la capacidad de soportar las condiciones extremas que demandan las aplicaciones industriales. Este interruptor está disponible en forma estándar o con un protector de caucho para un sellado adicional. Se puede utilizar en montaje lateral o montaje en brida. Ver Figura 5.12. Especificaciones técnicas en ANEXO H. Figura 5.12 Interruptor marca ALLEN-BRADLEY, Serie 802B.

88

5.1.7 Sensores de posición Los sensores de posición escogidos para detectar el empaque sobre la banda transportadora, y poder ajustarlo en la posición ideal para el vertido de la mezcla son los sensores Optex serie SR-Q50. Estos sensores son ideales para una detección estable en objetos transparentes, como botellas PET o cualquier diseño en plástico en cualquier material. Este sensor se caracteriza por su alta durabilidad, se encuentran diseñados para resistir altos ruidos eléctricos desde contactos de relay, variadores de velocidad, campos electromagnéticos, estática, etc. Este sensor es muy utilizado en la industria de bebidas para conteo y empaque de botellas de vidrio, plástico y cajas, industria del plástico para bolsas, maquinas de empacado automático de productos y máquinas dosificadoras, en la industria farmacéutica para los frascos de ampollas, medicamentos o llenado de jarabe. Ver figura 5.13. Especificaciones técnicas ANEXO I. Figura 5.13 Sensor de posición Optex serie SR-Q50.

5.1.8 Controlador lógico programable En esta parte del capítulo se nombran las características principales de la unidad principal de control que se propone para que la programación y automatización de la planta de producción de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali. Se elige como unidad de control un PLC Siemens de la serie 300 con CPU 315 F-2 el cual será el encargado de recibir la información de los sensores y transmitir las órdenes correspondientes a los distintos actuadores. De esta misma forma esta unidad de control recogerá la información de mando que es enviada por la aplicación de supervisión Siemens WinCC, la cual mostrará el estado de la planta de producción.

89

5.1.8.1 Familia siemens S7

La CPU315F-2 se encuentra basada en los equipos S7-30 con puerto maestro/esclavo, forma parte de la familia de autómatas S7, y se sitúa en una gama intermedia entre los PLC’s de la serie 200 destinados a automatizar pequeños procesos y los grandes PLC diseñados para poder cubrir cualquier tipo de proceso de fabricación industrial de la familia 400. Los programas de usuario de las CPUs innovadas se ejecutan dos veces más rápido. Se ha conseguido bajar los tiempos de procesamiento hasta los 25 ns para las instrucciones de tipo bit. La figura 5.14 ilustra el lugar entre la gama de los S7 en el cual se sitúa el S7-300.

Figura 5.14 Familia de autómatas programables Siemens S7

5.1.8.2 Características de hardware La Figura 5.15 especifica las características direccionadas al hardware del PLC que será utilizado para la automatización del proceso. También se puede observar en la figura 5.15 la foto física del PLC.

90

Figura 5.15 Características del HARDWARE PLC Siemens S7-300.

5.1.8.3 Aspectos destacables PLC S7-300 Algunos de los aspectos que podemos destacar del PLC propuesto para la automatización del proceso son los siguientes: Aumento de las prestaciones hasta en un factor de 2 Aumento de memoria

o CPU 315F-2 PN/DP de 256 KBytes a 512 KBytes Supervisión simultánea de 2 bloques Ancho de módulo de 40 mm 2 puertos PROFINET PROFINET IRT Comunicación abierta a través de Industrial Ethernet Routing de registros de datos Armonización de los datos técnicos.

En la figura 5.17 se pueden observar más detalladamente las partes físicas que componen el PLC Siemens S7-300.

91

Figura 5.16 Partes PLC Siemens S7-300.

LEDs de indicación de estado y error.

- SF (rojo): Error de hardware o de software.

- BATF (rojo): Error de batería.

- DC5V (verde): Alimentación 5V para CPU y bus S7-300 en orden.

- FRCE (amarillo): Petición de forzado permanentemente activada.

- RUN (verde): CPU en RUN. El LED parpadea en arranque a 1Hz, en parada a 0,5Hz.

- STOP (amarillo): CPU en STOP, paro o arranque, el LED parpadea, cuando aparece una petición de borrado total.

Selector de modo de operación. Puentes de alimentación. Conexión de suministro de corriente y toma de tierra. Conector de 9 pins para interface MPI. 5.1.9 Tolvas para mezcla Se recomienda para el abastecimiento de los componentes y las mezclas de estos mismos utilizar unas tolvas de mezclado fabricadas en acero inoxidable con las

92

mismas características de la tolva principal, esta tolva está diseñada para la producción de 120 Kg de jabón líquido, la figura 5.18 ilustra la tolva disponible. Partiendo de esta idea, se opta por diseñar de igual forma las tolvas para las capacidades mencionadas de los demás componentes a dosificar y la tolva para realizar la Pre-Mezcla. Figura 5.17. Tolva principal de mezclado.

5.1.10 Agitador para las mezclas La agitación a bajas revoluciones y que la rotación del producto no se haga solo en un sentido si no que también la mezcla contenga un movimiento de abajo a arriba es lo ideal para lograr una homogenización en la elaboración del jabón liquido. Por tal motivo se ha implementado el agitador de palas de tipo helicoidal mostrado en la Figura 5.19. Figura 5.18 Mezclador de palas tipo helicoidal.

93

5.2 Tabla de componentes general

Después del desarrollo de este capítulo se consolida en una tabla los elementos seleccionados luego del análisis de la información obtenida e investigada con las empresas proveedores de los componentes de automatización en Cali. Se consolidan los componentes finales que se proponen para que hagan parte de la implementación del diseño de automatización y los componentes con los cuales ya cuenta el proceso para su elaboración. Tabla 6. Consolidado de componentes finales para la instalación del proceso de automatización de la Universidad de San Buenaventura Cali. EQUIPO REFERENCIA DESCRIPCIÓN

COMPONENTES PARA LA DOSIFICACIÓN DE LA RECETA

Electroválvulas para Dosificación.

Texapon: Válvula neumática de bola de 1” con actuador rotativo, serie GNP, marca GENEBRE. Arcopal y Fragancia: Electroválvula 2/2 CNX ½ NPT 110V-220V O V24VDC marca UNIDEM. Cloruro de Sodio: Válvula tipo guillotina modelo SGB800A. 125 de MIX SRL.

Cantidad 4. -Dosificación Texapon N-70 -Dosificación Arcopal -Dosificación Fragancia -Dosificación Cloruro de Sodio

Electroválvulas Salida de Mezclas.

Electroválvula de bola 1 ½, de 1”en acero inoxidable, serie 2025, marca GENEBRE.

Cantidad 2. -Salida Tolva2 Pre-Mezclas del Cloruro de Sodio y el Colorante Vegetal. -Salida Tolva1 mezcladora principal.

Electroválvulas Para Dosificación del Agua Desmineralizada.

Electroválvula marca SAMA, Ref 8300532, 121 SR, 1”, 15W, a 220V, 110V o 24VDC.

Cantidad 2. -Entrada de agua a la Tolva2 Pre-Mezcla del Cloruro de Sodio y Colorante Vegetal. -Entrada de agua a la Tolva1 de Mezcla principal.

Celda de Carga 1

SUP222. CELMI.

Cantidad 1. -Pesaje Agua desmineralizada 80Kg.

94

Celda de Carga 2

Model 1002K. VISHAY TEDEA HUNTLEIGH.

Cantidad 2. -Pesaje Agua desmineralizada 20Kg. -Pesaje Texapon 20Kg.

Bomba Eléctrica Dosificadora.

Bomba eléctrica marca FLEXBIMEC, Referencia 6437.

Cantidad 1. -Dosificación a la tolva principal de la Pre-Mezcla de Agua Desmineralizada y Cloruro de Sodio. Dosificación a la tolva principal de la Pre-Mezcla de agua desmineralizada y Colorante Vegetal.

Bomba Neumática Dosificadora.

Bomba neumática marca FLEXBIMEC, Referencia 4061TWDE.

Cantidad 1. -Dosificar Texapon N70 a la Tolva principal.

Tolva No. 1

Tolva en acero inoxidable. Capacidad 120 kg.

Cantidad 1. -Tolva mezclado principal (Disponible en la Universidad)

Tolva No. 2

Tolva en acero Inoxidable. Capacidad 36 kg.

Cantidad 1. -Abastecimiento de Materia Prima: Texapon.

Tolva No. 3

Tolva en acero Inoxidable. Capacidad 5 kg.

Cantidad 3. -Abastecimiento de Materia Prima: Arcopal, Fragancia, Cloruro de Sodio.

Tolva No. 4

Tolva en acero Inoxidable. Capacidad de 30 kg.

Cantidad 1. -Mezcla de Agua desmineralizada y Cloruro de Sodio. Mezcla Agua desmineralizada y Colorante Vegetal.

COMPONENTES PARA EL MEZCLADO DE LOS INGREDIENTES DE LA RECETA

Motor Mezclado Principal.

1SI 63 – 60691600 – No. 150031935

Cantidad 1. -Motor que realiza la mezcla principal entre todos los componentes de la receta (Disponible en la Universidad)

95

Motor de Mezclado pequeño.

Motor monofásico Panasonic M61A6GT4GE de inducción

Cantidad 1. -Motor que realiza el mezclado previo del agua desmineralizada y el Cloruro de Sodio. Y del agua desmineralizada con el Colorante Vegetal.

Agitador para las Mezclas.

Agitador de Palas de Tipo Helicoidal. Fabricado en acero inoxidable.

Cantidad 2. -Agitador Tolva1 mezclado principal. -Agitador Tolva2 agua desmineralizada y Cloruro de Sodio. Agua desmineralizada y Colorante Vegetal.

COMPONENTES PARA EL EMPAQUE DE LA MEZCLA

Cilindro Dosificador

Cilindro Neumático de Doble Efecto. Fabricado en acero inoxidable. Capacidad de dosificación 200 ml.

Cantidad 1. -Cilindro neumático dosificador de doble efecto encargado del empaque de la mezcla (Disponible en la Universidad)

Pistón Neumático Grande.

Pistón fabricado en Acero inoxidable.

Cantidad 1. -Pistón neumático encargado de desplazar el sello dentro del cilindro. (Disponible en la Universidad)

Pistón Neumático Pequeño.

Pistón fabricado en Acero inoxidable.

Cantidad 1. -Pistón neumático encargado de abrir la salida de la mezcla que viene del cilindro dosificador. (Disponible en la Universidad)

Electroválvula Neumática.

Válvula de bola de 1” con actuador rotativo, serie GNP, marca GENEBRE.

Cantidad 2. -Salida del aire que viene del compresor y va hacia el cilindro y el pistón grande. -Salida de aire que viene del compresor y va hacia el pistón pequeño.

Compresor de Aire

Compresor de aire portable DeWALT, tipo eléctrico, tanque vertical, motor a 1.8 HP, 5.4 SCFM (standard cubic

Cantidad 1. -Compresor encargado del abastecimiento del aire para el funcionamiento neumático,

96

feet per minute), presión máxima 200 PSI, tanque de 15 galones, cilindro de acero, diseño sin aceite, 78 dBA nivel de ruido de funcionamiento para un trabajo más silencioso, con tecnología ambiental.

provee de aire los pistones y el cilindro dosificador (Disponible en la Universidad)

Switch Final de Carrera

Interruptor final de carrera – COMAX

Cantidad 1. -Este Interruptor de final de carrera me notifica cuando se puede volver a llenar el cilindro.

Motor Banda Transportadora.

MS-711-4T Nr: WG-0301

Cantidad 1. -Motor que permite el movimiento de la banda transportadora para los empaques que van a ser llenados (Disponible en la Universidad)

Banda trasportadora.

Banda transportadora en aluminio.

Cantidad 1. -Banda transportadora para el empacado de la mezcla (Disponible en la Universidad)

Sensores de Posición.

Sensor de posición Optex serie SR-Q50.

Cantidad 2. -Sensores de posición para la ubicación del recipiente sobre la banda transportadora para lograr el empaque.

ELEMENTO DE CONTROL PRINCIPAL

Controlador lógico programable

PLC Siemens de la serie 300 con CPU 315 F-2

Cantidad 1. -Controlador Lógico Programable para ejecutar el programa diseñado para la automatización del proceso.

97

6. DISEÑO Y ESTRUCTURA DEL SOFTWARE

El control del proceso se implementará en un autómata programable (PLC) de la firma Siemens descrito en el capitulo anterior. En este capítulo se detallará el programa o software diseñado para el funcionamiento automatizado de la planta producción de jabón de la Universidad de San Buenaventura Cali. Para el diseño del software se debe tener en cuenta el diagrama de bloques planteado en el Capítulo 4. Ver figura 4.1 Diagrama de Bloques Proceso Automatizado.

A continuación se presenta primero la tabla de entradas y salidas programadas en el PLC para el desarrollo del programa y luego se muestra por etapas el diagrama o GRAFCET construido para el progreso y comprensión del software. 6.1 Tabla entradas y salidas A continuación se mencionan las entradas y salidas con las cuales funciona el programa diseñado para el proceso de automatización.

En la lista de variables de entrada se encuentran:

Pb_Start: Pulsador que me indica que el proceso puede iniciar.

Sensor_Peso1: Indica el ingreso total de 80 Kg de agua desmineralizada a la Tolva principal (Tolva 1).

Sensor_Peso2: Indica el ingreso total de 12 Kg de Texapon a la Tolva 1.

Sensor_Peso3: Indica el ingreso total de 20 Kg de agua desmineralizada a la Tova 2.

Sensor_Posición1: Me indica la primera posición de recipiente sobre la banda transportadora.

Sensor_Posición2: Me indica la segunda posición de recipiente sobre la banda transportadora.

Switch1: Esta entrada la acciona el operario para indicar que ya adiciono los 62 gr de colorante vegetal.

Switch2: Esta entrada la acciona el operario para indicar que ya adiciono los 2 gr de Metil-Parabeno.

Interruptor_Finalcarr: Me indica el momento en el cual el pistón principal que empuja la mezcla del cilindro dosificador llega a su posición inicial.

Pb_Emergencia: Detiene el proceso de producción de jabón liquido.

Pb_Reset: Reinicia el proceso de producción.

98

En la lista de variables de salida se encuentran:

Valvula1_Agua: Permite la entrada del agua desmineralizada a la Tolva 1.

Valvula2_Agua: Permite la entrada del agua desmineralizada a la Tolva 2.

Valvula3_NeumaticaTex: Permite el paso del aire para accionar la bomba neumática que adiciona el Texapon a la Tolva 1.

Valvula4_Arcopal: Permite la entrada del Arcopal a la Tolva 1.

Valvula5_Fragancia: Permite la entrada de la Fragancia a la Tolva 1.

Valvula6_CloruroSodio: Permite la entrada del Cloruro de Sodio a la Tolva 2.

Valvula7_Salida1: Permite la salida de la mezcla al cilindro dosificador desde la Tolva 1.

Valvula8_Salida2: Permite la salida de la mezcla hacia la Tolva 1.

Valvula9_NeumaticaPis: Permite el paso del aire para accionar los pistones que empujan el cilindro dosificador para la salida de la mezcla.

Bomba_Eléctrica: Permite el transvase de la Pre-Mezcla que va desde la Tolva 2 hacia la Tolva 1.

Motor1: Permite realizar las mezclas principales en la Tolva 1.

Motor2: Permite realizar las mezclas previas en la Tolva 2.

Motor3: Permite realizar el movimiento de la banda transportadora.

LED1_Colorante: Notifica a el operario el momento en el cual debe adicionar el Colorante.

LED2_MetilParabeno: Notifica a el operario el momento en el cual debe adicionar el Metil-Parabeno.

Se puede observar el consolidado de las variables en la siguiente tabla: Tabla 7. Entradas y salidas del software.

Entradas (IN) Salidas (OUT)

Pb_Start Valvula1_Agua

Sensor_Peso1 Valvula2_Agua

Sensor_Peso2 Valvula3_Neumatica_Texapon

Sensor_Peso3 Valvula4_Arcopal

Sensor_Posición1 Valvula5_Fragancia

Sensor_Posición2 Valvula6_CloruroSodio

Switch1 Valvula7_Salida1

Switch2 Valvula8_Salida2

Interruptor_FinalCarr Valvula9_Neumatica_Pistones

Pb_Emergencia Bomba_Electrica

Reset Motor1

Motor2

99

Motor3

LED1_Colorante

LED2_MetilParabeno

Las figuras 6.1 y 6.2 muestran la declaración de variables de entrada y salida en el programa SIMATIC Manager utilizado para la programación del PLC S7-300. Figura 6.1 Captura de pantalla primer bloque de variables definidas.

100

Figura 6.2 Captura de pantalla segunda bloque de las variables definidas.

6.2 Grafcet El programa diseñado se define y explica en bloques de acuerdo al siguiente GRAFCET:

101

Figura 6.3 GRAFCET Primer Bloque del Programa.

En la figura 6.3 se define el primer bloque del diseño del programa. Este se encuentra compuesto por: - Etapa 0 en la cual el programa se cerciora de las condiciones iniciales que

debe tener la planta para iniciar el proceso de producción. - Etapa 1 luego de haber iniciado el proceso productivo pulsando Pb_Start se

procede con la apertura de la Valvula1_Agua (ON) para el paso del agua desmineralizada.

- Etapa 2 el Sensor_Peso1 indica la entrada de 80 Kg de Agua desmineralizada

y procede a cerrar Valvula1_Agua (OFF) y a abrir la Valvula3_NeumáticaTex (ON) la cual permite el paso del aire desde el compresor hacia la Bomba neumática para empezar la dosificación del Texapon.

- La etapa 3 continua cuando el Sensor_Peso2 indica que los 12 Kg de Texapon

ya fueron vertidos en la Tolva 1, en esta etapa se cierra la Valvula3_NeumaticaTex (OFF) y se procede con la primera mezcla encendiendo el motor principal o Motor1 (ON).

102

- La siguiente etapa o etapa 4 se inicia luego de que se cumpla el primer tiempo de mezcla (Time 1), se procede a apagar el Motor1 (OFF) y a abrir la Valvula2_Agua (ON) que permite el paso del agua desmineralizada a la Tolva 2, el Sensor_Peso3 indicara en qué momento habrán 20 Kg de agua desmineralizada en la Tolva 2 para pasar a la próxima etapa.

- Etapa 5, en esta se cierra la Valvula2_Agua (OFF) y se enciende el LED1 que

indica la adición manual del Colorante Vegetal.

Figura 6.4 Diagrama de contactos del primer bloque del GRAFCET.

103

Figura 6.5 GRAFCET Segundo Bloque del Programa.

En la figura anterior o figura 6.5 se muestra gráficamente el segundo bloque del GRAFCET diseñado. Se encuentra formado por las siguientes etapas: - Etapa 6 continuación de la etapa 5 definida en el bloque anterior, la inicia la

pulsación del Switch1. Pulsación que certificara que el operario ya adiciono el primer componente manualmente y da pasó al encendido del Motor2 (ON).

- La etapa 7 empieza al cumplir el tiempo de mezcla (Time 2), con el cual se apaga el Motor2 (OFF) y se procede con la apertura de la Valvula8_Salida2 (ON).

- En la tapa 8 se enciende la Bomba_Eléctrica para el transvase de la mezcla desde la Tolva 2 a la Tolva 1, este encendido ocurre un Tiempo después (Time 3) de la apertura de la Valvula8_Salida2.

- La etapa 9 la inicia el Sensor_Peso3 el cual indica que toda la mezcla ya fue transportada a la Tolva principal, en esta etapa se procede a cerrar la Valvula8_Salida2 (OFF), apagar la Bomba_Eléctrica y encender el Motor 1 para empezar con la mezcla en la Tolva principal por un tiempo de mezclado (Time 4) el cual me da el paso a la próxima etapa.

104

- En la siguiente etapa o etapa 10 se apaga el Motor1 (OFF) y se enciende el LED 2 que indica la adición manual del segundo componente.

- La etapa 11 empieza solo cuando se a pulsado el Siwtch2 el cual indica que la adición manual ya fue hecha y que se debe proseguir con el proceso para la apertura de la Valvula4_Arcopal que dosifica el Arcopal.

Figura 6.6 Diagrama de contactos del segundo bloque del GRAFCET.

105

En la siguiente figura o figura 6.7 describe el tercer bloque del programa diseñado para la automatización del proceso de producción de jabón líquido, que se describe en las siguientes etapas. - La Etapa 12 a la cual se llega por el cumplimiento del tiempo (Time 5) que

indica la cantidad de segundos que debe permanecer la Valvula4_Arcopal abierta, en la etapa 12 se procede con el cierre de la Valvula4_Arcopal (OFF) y la apertura de la Valvula5_Fragancia (ON) para el adición de la Fragancia en la tova principal, luego del Time 6 se pasa a la siguiente etapa.

- Etapa 13, se cierra la Valvula5_Fragancia (OFF) y se enciende el motor principal Motor1 (ON), después de un tiempo de mezclado (Time 7) se continua el proceso.

- Etapa 14, se apaga el Motor1 (OFF) y se abre nuevamente la Valvula2_Agua (ON) para el ingreso de agua desmineralizada a la Tolva 2 y proceder con la segunda Pre-Mezcla, el Sensor_Peso3 indica el cambio de etapa.

- En la etapa 15 se cierra la Valvula2_Agua (OFF) y se abre la Valvula6_CloruroSodio (ON) para el paso del Cloruro a la Tolva 2, el Time 8 o tiempo de apertura de la Valvula6_CloruroSodio me permite el paso de etapa.

- Etapa 16, se cierra la Valvula6_CloruroSodio (OFF) y se acciona el encendido del Motor2 (ON) para la mezcla del Cloruro y el agua, el tiempo de mezclado o Time 9 me da la salida a la siguiente etapa o etapa 17.

- En la etapa 17 se abre la Valvula8_Salida2 (ON) para la salida de la mezcla y se apaga el Motor2 (OFF).

106

Figura 6.7 GRAFCET Tercer Bloque del Programa.

107

Figura 6.8 Diagrama de contactos del tercer bloque del GRAFCET.

108

Figura 6.9 GRAFCET Cuarto Bloque del Programa.

En el cuarto bloque del GRAFCET diseñado, figura 6.9, se finaliza el programa propuesto para la automatización del proceso.

- Etapa 18, a esta etapa se logra llegar después del cumplimiento de un tiempo (Time 10) atribuido al descenso de la mezcla hasta la Bomba_Eléctrica, para el transporte desde la Tolva 2 hasta la Tolva 1, en esta etapa se enciende la Bomba_Eléctrica (ON) hasta que el Sensor_Peso3 indica que toda la mezcla ha sido direccionada a la Tolva principal, y por ende se puede continuar con el desarrollo de las etapas.

- En la etapa 19 se procede a apagar la Bomba_Electrica (OFF), la Valvula8_Salida2 (OFF) y se enciende el Motor1 para realizar la última mezcla

109

del proceso. Después de cumplir con el tiempo mínimo de mezclado en la mezcla final y pasar a la etapa 20.

- En la etapa 20 se procede con la apertura de la Valvula7_Salida2 (ON) hasta el llenado del cilindro dosificador, cuando el tiempo de llenado se cumpla (Time 12) se pasa a la siguiente etapa o etapa 21.

- Etapa 21 se cierra la Valvula7_Salida2 (OFF) y se enciende el Motor3 el cual permite el giro de la banda transportadora donde estarán ubicados los recipientes en los cuales se dispensara la mezcla final o jabón liquido.

- La etapa 22 inicia cuando el Sensor_Posición1 y Sensor_Posición2 indiquen que el recipiente esta en el lugar exacto para dispensar la mezcla final en su interior, en esta etapa se acciona la Valvula9_Neumatica_Pistones (ON) para permitir la salida del jabón liquido que se encuentra en el cilindro dosificador hacia el recipiente, el Time 13 me asegura el tiempo de llenado del recipiente para continuar con la siguiente etapa.

- La etapa 23 continúa con el cierre de la Valvula9_Neumatica_Pistones (OFF). Para volver a iniciar el proceso desde la etapa 20, el interruptor de carrera debe indicar que el pistón se encuentra en su posición inicial. En el momento en que el Sensor_Peso1 indica que toda la mezcla de la Tolva principal ya se encuentra envasada se continua a la etapa final o etapa 24 en la cual se apaga el motor principal o Motor1 (OFF), ya que este permanece encendido durante todo el proceso de empaque. El programa quedara listo para reanudar el proceso.

110

Figura 6.10 Diagrama de contactos del cuarto y último bloque del GRAFCET.

111

Finalizamos el capitulo con la culminación del diagrama de contactos o software diseñado para el proceso. La Figura 6.11 me mostrara la culminación del diagrama. Figura 6.11 Finalización diagrama de contactos.

112

113

114

115

7. PROTOTIPO VIRTUAL

Las siguientes figuras pertenecen al prototipo virtual con entorno grafico creado en el programa WinCC. Esto con el fin de lograr la simulación y representación grafica de las señales presentes en el proceso.

El entorno grafico se diseña en 8 screens o pantallas, en las cuales se bosqueja el proceso de producción, cada pantalla cuenta con 3 botones principales que son Pb_Start para iniciar el proceso, Pb_Emergencia para detener el proceso en cualquier momento debido a una eventualidad y Pb_Reset para volver a iniciar el proceso.

A continuación veremos cada una de las pantallas diseñadas para simulación gráfica de la automatización para el proceso de producción de jabón líquido en la Universidad de San Buenaventura Cali.

Figura 7.1 Pantalla 1, dosificación de agua y Texapon.

116

Figura 7.2 Pantalla 2, Mezcla agua y Texapon.

Figura 7.3 Pantalla 3, Adición de los componentes de la Pre-mezcla 1.

117

Figura 7.4 Pantalla 4, Pre-mezcla 1.

Figura 7.5 Pantalla 5, Transporte de las Pre-Mezclas.

118

Figura 7.6 Pantalla 6, Adición componentes faltantes.

Figura 7.7 Pantalla 7, Dosificación componentes Pre-mezcla2.

119

Figura 7.8 Pantalla 8, Proceso de empaque.

120

8. CONCLUSIONES

Con la construcción del estado del arte se identifican algunas de las deficiencias importantes en nuestro país que impiden el impulso del crecimiento tecnológico. Concentrándose en la falta de imaginación para lograr adicionar un valor que diferencie nuestros productos, en el enfoque que realiza la industria en solo algunas áreas de desarrollo. Además, se identifica la industria del jabón como un sector con altos niveles de tecnología debido a su producción continua y consumo masivo. Se logra comprender que, el jabón al ser un producto de consumo interno y externo en altas cantidades, exige la necesidad de elaborar eficazmente grandes lotes, con una disminución de costos productivos, especialmente en el ahorro de material y energía. Luego de un estudio del proceso, se consigue conocer y comprender cada una de las etapas para la producción de jabón líquido en la Universidad de San Buenaventura Cali, describiendo los componentes que intervienen en él. Igualmente, se identificaron las principales variables a controlar, lo que permitió el desarrollo asertivo del proceso de automatización. La selección de los dispositivos que complementan el diseño para la automatización del proceso logró ser una tarea bastante compleja, esto debido a las composiciones químicas manejadas. Los dispositivos se escogieron después de estudiar la composición de la receta, ya que el material seleccionado debe estar en consonancia con las exigencias químicas que se manejan en la producción del jabón con el propósito de evitar fallas posteriores que afecten la automatización propuesta. Se consigue obtener un diseño de control sencillo, económico y confiable que responde a la fórmula química del proceso guiada por los docentes de la Universidad de San Buenaventura Cali. Alcanzando, la dosificación oportuna, en los tiempos establecidos de las cantidades especificas para lograr el objetivo del producto final. En la fase de control se propone el uso del programa WinCC para hacer de la interfaz de usuario un entorno grafico agradable, sencillo y fácil para lograr el oportuno entendimiento del proceso, entendiendo que es uno de los programas más utilizados a nivel industrial. El diseño propuesto para la automatización industrial del proceso de producción de jabón líquido, se encuentra luego de consolidar las investigaciones realizadas a diferentes empresas del sector industrial dedicadas a la automatización en la ciudad. El esquema de control propuesto de tipo secuencial o batch le ofrece al proceso seguridad, sencillez, economía y fácilmente se puede integrar a trabajos académicos.

121

BIBLIOGRAFÍA Albala, A. (1992). Planificación estratégica de la innovación tecnológica. Santiago de Chile: Ediciones del Colegio de Ingenieros de Chile.

Bolton, W. (2001). Ingeneiria de Control. Barcelona: Alfaomega.

Bonilla, M. (1997). Impactos Sobre la Estructura Ocupacional de la Industria Manufacturera Colombiana. Cambio Tecnologico y Crecimiento Economico Industrial , 61-91.

Correa uram, C., Montoya Veyrat, F., & Ocampo Ordoñez, E. (2010). Produccion de Jabones. Medellin: Universidad Nacional de Colombia.

Creus Sole, A. (1997). Instrumentación Industrial. En A. Creus Sole, Instrumentación Industrial (pág. 302). España: Marcombo S.A.

De Hilario Islas, J. A., Guerrero Torres, D., Hernandez Corpus, C. P., Martinez Quijano, M. A., & Hernandez, J. S. (2007). Automatización del Proceso para la Fabricación de Jabon en Pasta. Mexico DF: Escuela Superior de Ingeneiría Mecánica y Eléctrica Unidad Profesional Culhuacan.

Electronicos, F. d. (13 de 0ctubre de 2005). Load Cell (Celdas de Carga), Principios Basicos. Recuperado el 27 de Noviembre de 2011, de http://www.forosdeelectronica.com/about35.html

Font, R. O. (2009). Diseño Implementacion y Automatizacion de una Planta Piloto de Saponificación. Barcelona: Universidad Politecnica de Catalunya.

Instruments, N. (2001). Data Acquisition and Signal Conditioning. USA: Ediciones de National Instruments.

Instruments, N. (1999). PC.Based Vision Solutions. USA: Ediciones de National Instruments.

Islas, J. A., Torres, D. G., Corpus, P. C., Quijano, M. A., & Hernandez, J. S. (2007). Automatización del proceso para la fabricación de Jabon de Pasta. Mexico DF: Instituto Politecnico Nacional.

Millon Tera, S. (2000). Automatización Neumatica y Electroneumatica. España: Alfa Omega.

Moreno, F., Matamoros, M., & Gomez, V. (1991). La automatización Programable en la Metalmecanica Colombiana. Bogotá: Gente Nueva .

Nakai, T. (2003). Mejoramiento de la Productividad Empresarial. Pereira: Seminario Internacional Universidad Tecnologica.

122

Romero, C. A. (2004). Un Avance del Estudio de la Automatización en el Pais. Pereira: Universidad Tecnologica de Pereira.

servicio@rocatek.com. (23 de 11 de 2011). Rocatek S.A.S. Recuperado el 14 de Enero de 2012, de http://www.rocatek.com/index.php

Siemens. (2008). Sistemas de Automatización S7-300. Madrid: Siemens.

Vilaboa, J. (2004). Gestion de la Automatización de Plantas Industriales en Chile. Revista Facultad de Ingenieria U.T.A. , 33-41.

123

ANEXO A

Especificaciones técnicas de la Celda de Carga 1002K.

124

ANEXO B

Especificaciones técnicas de la Celda de Carga SUP222.

125

126

ANEXO C

Especificaciones técnicas Válvula Unidem.

127

ANEXO D

Especificaciones de la válvula tipo guillotina.

128

ANEXO E

Ficha técnica válvula serie 2025, marca GENEBRE.

129

ANEXO F

Ficha técnica válvula neumática Serie GNP, marca GENEBRE.

130

ANEXO G

Especificaciones técnicas bomba neumática para dosificación de Texapon.

131

ANEXO H

Especificaciones técnicas interruptor de carrera marca ALLEN BRADLEY, serie 802B.

132

ANEXO I

Especificaciones técnicas sensor Optex serie SR-Q50.