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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

ÁREA ACADÉMICA DE CURSOS COMPLEMENTARIOS

CONTROLES ELÉCTRICOS Y AUTOMATIZACION

EE-621/A

PERIODO ACADÉMICO 2014-I

PRIMER AVANCE DEL TRABAJODE CICLO

CAPÍTULOS I Y II.

Profesor:

Ing. Jorge Cosco

Realizado por:

Fernández Ruesta, Lilly Fuertes Ríos, Diana Rodríguez Arenas, Wendy

Fecha de entrega del informe: 21/04/2014

Lima- Perú

SISTEMA DEL CONTROL DE PH DE UNA MAQUINA DE TEÑIDO

INDICE

Parte 1. Control de PH en una JIGGER de tejido plano.

1. Generalidades, definición del sistema y control de PH, variables existentes de control.

1.1 Generalidades:a. Teñido en tejido plano.b. Consideraciones para la maquinaria.c. Tipos de máquinas de teñido según el proceso

i. Proceso Discontinuo.ii. Proceso semidiscontinuo.

iii. Proceso Continuo.

1.2 Sistemas de control:a. Sistemas de control de lazo abierto.b. Sistemas de control de lazo cerrado.c. Elección del sistema de control para el proceso de

tintorería en tejido plano.d. Diagrama de bloques para el sistema a controlar.

1.3 Variables de control:

a. Importancia de la temperatura.b. Importancia de la relación de baño.c. Importancia del tiempo de teñido.d. Importancia del efecto del Ph.

1.4 Tipos de controladores:

Clasificación de los controladores industriales. De dos posiciones o de encendido y apagado (ON-OFF). Proporcionales. Integrales. Proporcionales-Integrales. Proporcionales- Derivativos. Proporcionales- Integrales- Derivativos. Cascada. De relación. Selectivo. Anticipatorio. Adaptativo. Predictivo. Rango dividido. Microcontroladores.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAPágina 2


1.5 Control de PH en Tintorería.

a. Definición de PH.b. Importancia del control de PH.c. Estrategia para controlar el PH.

Parte 2. Instrumentación para el control de PH en el proceso de teñido.

2. Sensores.

2.1 Definición de Sensor.2.2 Clasificación de sensores Ph y tipo.

a. Sensores de vidrio.b. Sensores de Ph tipo ISFET.c. Sensores de Ph tipo ISES.d. Sensores combinados de PH/ Redox (orp).e. Sensores de ph según el tipo de electrodo a utilizar.

2.3 Selección del sensor a escoger.



1.1. GENERALIDADES

a. TEÑIDO EN TEJIDO PLANO

El teñido es la operación más compleja de todo el procesamiento húmedo. Se lleva a cabo fundamentalmente por razones de estética en la medida en que no contribuye a la integridad básica estructural, la capacidad de desgaste o la durabilidad del producto final. Sin embargo, desempeña un papel importante en la comercialización de los productos textiles.La función del teñido es la de fijar moléculas de la materia colorante en las fibras textiles. El color observado es el resultado de las ondas de luz absorbidas y reflejadas por las materias colorantes. A continuación se discuten los métodos de teñido, los tipos de colorantes y los compuestos químicos auxiliares empleados en el teñido, así como los tipos de equipo disponible y en uso para la aplicación de los tintes.Los mecanismos de teñido de las fibras textiles pueden resumirse de la siguiente manera:Migración del tinte de la solución a la interface, acompañada de absorción en la superficie de la fibra.Difusión del tinte de la superficie hacia el centro de la fibra.Fijación de las moléculas del tinte mediante adhesiones covalentes o de hidrógeno o mediante otras fuerzas físicas.La interface tinte/fibra depende del tipo de equipo utilizado, mientras que las fórmulas específicas de teñido proporcionan las condiciones químicas para que se produzca la adhesión. El teñido se puede llevar a cabo mientras los artículos (fibra) están en forma de materia prima, cinta peinada (lana o mezclas de lana), hebra o tejido. Se puede teñir tanto los tejidos de una o múltiples fibras, aunque el teñido de fibras múltiples puede requerir también múltiples pasos.El teñido de tejidos es el método que más se utiliza el día de hoy. Se lo prefiere al teñido de la hebra por ser un proceso continuo o semicontinuo y porque una planta no tiene que procesar grandes lotes para que le resulte rentable. Los métodos empleados son el de inyector en tina, el de jigger y el continuo.El teñido en tina se efectúa con el tejido en forma de cuerda. Se utilizan tanto máquinas atmosféricas como de presión. En cualquiera de los casos, se hace girar el tejido, conectado de extremo a extremo, a través del licor de tintura pasando sobre el mismo un gran tambor giratorio. Se puede teñir de doce a más vueltas de tejido uno al lado del otro, separados por dedos divisorios. La longitud de cada vuelta es tal que el tejido descansa sobre una pila en el fondo de la tina por corto tiempo. Deben proporcionarse las condiciones adecuadas y un determinado tiempo de permanencia al igual que en los métodos previamente descritos. El teñido con inyectores también se lleva a cabo con el tejido en forma de cuerda. Las máquinas con inyectores son similares a las tinas a presión con la excepción de que cada vuelta de tejido pasa a través de una tobera Venturi. Una bomba hace circular el licor de tintura a través de los tubos y la succión en la tobera Venturi hace que el tejido gire. Las máquinas de inyección han mejorado ciertas deficiencias del teñido en tinas ya que permiten relaciones licor/tejido más cortas (menos licor de tintura por unidad de peso del tejido), reducen el riesgo de que el tejido se enrede, ofrecen una temperatura más uniforme, reducen el estiramiento del tejido ocasionado por la tensión y disminuyen la formación de pliegues en los tejidos sintéticos. El teñido por inyección es especialmente adecuado para las fibras sintéticas.



El teñido con jiggers se hace con el tejido a lo ancho. Se cuenta tanto con equipo que funciona bajo condiciones atmosféricas y también a presión. El teñido se logra enrollando lentamente el tejido en rodillos que se encuentran sobre una cuba poco profunda llena con los licores de tintura. Los rodillos giran alternadamente en el sentido de las agujas del reloj y viceversa, moviendo así la tela a través del licor de tintura. La inmersión completa se produce gracias a unos rodillos guía en el fondo de la cuba. Debido a que sólo unos pocos metros de tejido están sumergidos a la vez, es posible trabajar con una cantidad bastante reducida de licor (poco volumen de licor por unidad de peso del tejido). El teñido con jiggers resulta particularmente atractivo para las fibras celulósicas ya que los tintes empleados por lo general no se agotan bien y se desperdicia menos materia colorante.

El teñido continuo también se lleva a cabo con el tejido a lo ancho. Se realiza bajo condiciones atmosféricas en lo que se denomina "trenes de teñido continuo". Estos trenes por lo general están conformados por una serie de cubas profundas a través de las cuales se tiñe y oxida el tejido, artesas de enjuague que eliminan el exceso de licor de tintura y cilindros de metal giratorios para el secado.

b. Consideraciones para la Maquinaria

MAQUINARIAEl aspecto más importante a considerar es la uniformidad de la distribución del colorante (o de otros productos químicos) que la máquina debe asegurar en el menor tiempo posible. Generalmente, los sistemas que permiten una distribución homogénea del colorante también permiten una buena remoción de la suciedad, y un contacto parejo de los productos de blanqueo con el material, por lo tanto lo referido acerca del teñido, en la mayoría de los casos también puede aplicarse a la preparación y a los tratamientos de ennoblecimiento que requieren la aplicación de productos químicos.Las máquinas utilizadas para los procesos de preparación y el teñido se pueden clasificar de acuerdo a:

El sustrato a procesaro Máquinas para la tintura de fibras, cintas e hilos (en madejas, bobinas o

plegadores).o Máquinas para la tintura de tejidos (ya sea de calada o de punto) en cuerda (no

se extiende el ancho).o Máquinas de teñido para tejidos abiertos (la tela se abre a lo ancho y se aplana).o Máquinas para teñir prendas confeccionadas.

El método de procesamientoLa elección del método a aplicarse depende de la cantidad de material que debe trabajarse y el tipo de proceso de acabado.

o Sistemas discontinuos (batch).o Sistemas semicontinuos.o Sistemas Continuos



El principio de funcionamientoEl sistema que se elige depende del tipo de sustrato, así como del tratamiento a realizar.

o Sistemas de circulación de baño.o Sistemas de material en movimiento.o Sistemas donde tanto el material y el baño están movimiento.

Las condiciones de procesoLa elección depende del tipo de material (sustrato) y el proceso a llevarse a cabo.

o Sistemas que pueden trabajar a presión con elevadas temperaturas (autoclaves HT)

o Sistemas abiertos, o sistemas que se realizan en una temperatura máxima de 1000 C.

c. Tipos de Maquinas de Teñido según el proceso

PROCESO DISCONTINUO

MÁQUINA AUTOCLAVEEstas máquinas se utilizan para el teñido de fibras e hilos en diferentes presentaciones (bobinas, quesos, plegadores, etc.). Se componen esencialmente de:o Autoclaves verticales u horizontales, de acero inoxidable, donde se

colocan los portamateriales intercambiables para el teñido del sustrato en sus diferentes etapas de procesamiento (canastas para fibras, portabobinas, portaquesos, rollos de tela, etc.).

o Bomba de circulación de baño (con sistema inversor de flujo).o Tanque auxiliar, desde donde los colorantes y auxiliares necesarios se

añaden sin detener el ciclo de funcionamiento.o Bomba de presión estática (que puede introducir baño cualquiera que

sea la temperatura de funcionamiento).o Toma muestras de bañoo Panel de control para ciclos de teñido parcial o totalmente

automatizados.



Todos los fabricantes pueden ahora suministrar estas máquinas equipadas con un microprocesador o un sistema PLC para controlar y configurar todas las funciones de operación (llenado, agotamiento, subida de temperatura, enfriamiento, tiempo de permanencia, dosificación, etc.) de todo el ciclo productivo y, en casos específicos, para ajustar el caudal de la bomba de acuerdo con los parámetros preestablecidos. Algunas autoclaves están equipadas con un sistema de presurización de aire, que ofrece la posibilidad de reducir la relación de baño y el consumo de energía, cuando la máquina está funcionando con una fracción de su capacidad máxima, el intercambiador de calor y la bomba de circulación están completamente sumergidos en el baño, mientras que el espacio libre está lleno de aire comprimido. Los sistemas equipados con reductores de volumen se utilizan para satisfacer la creciente demanda de máquinas en las que las partidas con diferentes pesos pueden ser trabajadas, manteniendo así la relación de baño nominal.



BARCA DE TORNIQUETE

Esta es una máquina de teñido bastante antigua para tejidos en forma de cuerda con baño estacionario y material en movimiento. Funciona a una temperatura máxima de 95-98º C. La relación de baño en general es bastante alta (1:20 01:40).El sistema incluye una batea con una inclinación frontal (actuando como tobogán para la cuerda plegada, mientras que su lado posterior es vertical. Un compartimento con separación perforada, colocada a una distancia de 15-30 cm de su lado vertical, crea un espacio intermedio para la calefacción y para la adición de productos.El calentamiento puede ser con vapor directo o indirecto. El movimiento de la tela es impulsado por un cabrestante circular elíptica (torniquete) revestido con una manta especial para evitar que la tela se deslice durante la operación de tintura, con posibles arañazos posteriores



Tintura en Torniquete

La tintura de los tejidos en forma de cuerda en estas maquinas a sufrido poca evolución en los últimos años. Ya que la aparición de los torniquetes para operar a altas temperaturas cambia poco las ideas fundamentales de esta máquina, con la diferencia de ir el torniquete encerrado en un autoclave que permite operar en temperatura de 130 – 1400C.En la tintura con torniquete, el movimiento del textil a través del baño es el que crea la circulación del mismo, a base de moverlo suave pero constantemente. Si el colorante no posee buena migración, este sistema no será apropiado; y si el colorante es fácilmente oxidable, tampoco, porque el material tinturado sale periódicamente al aire ambiente, arrastrado por el grueso hilo, fuera del baño.

Cuba trapezoidal: Para el baño tintóreo con uno de sus lados curvados, dividida en dos compartimentos, separados por un panel agujereado; en el compartimiento de mayor dimensión se coloca el tejido convenientemente plegado, mientras que en el compartimiento de menor dimensión se alojan los suministros de agua y vapor, efectuándose en él la adición de productos químicos y colorantes disueltos.



Rodillo motriz: Denominado devanadera situado sobre la cuba y fuera de ella, que arrastra el textil a través del baño y cuya forma suele ser elíptico o circular dotado de movimiento de giro con el cual efectúa la traslación del tejido desde la cubeta o recipiente inferior acentuando la formación de pliegues en la cuba; menos elíptico cuanto más ligero de peso es el textil. Barrotes, que efectúan la separación de las cuerdas de los tejidos y evitan que estas se entrecrucen. Rodillo que a veces se convierte en otra devanadera según el tipo de artículo, su misión es la de actuar de acompañador del tejido en la trayectoria que este hace desde la barca hasta la devanadera. Cubierta metálica o de madera provista de vidrios para tapar la parte superior del torniquete y evitar la evaporación considerable.

Autoclave que aloja en su interior al torniquete y permite la tintura a alta temperatura.

Tintura en Jet

Este tipo de máquina tiñe mediante el principio de agotamiento y con circulación simultánea en equicorriente, de la solución tintórea y el tejido. En general, el tejido es arrastrado por la solución tintórea que impulsada, por una bomba a través de una tobera crea un flujo de líquido que impregna y arrastra al tejido en su movimiento, produciendo el desplazamiento de este en la máquina.

El jet fue inicialmente conocido para resolver los inconvenientes que se presentaban en la tintura de Alta.

Temperatura (A. T.) y desde su lanzamiento al mercado, ha destacado una gran expansión para irse adaptando a las diferentes exigencias planteadas por las estructuras de los tejidos: como reducciones en el consumo de agua y acortamiento de los ciclos de tintura. Dado las circunstancias en el mercado existen cuatro esquemas básicos de los que podríamos considerar los cuatro grandes grupo de estas máquinas desde un punto de vista hidrodinámico.



o Jet de inyección directa: "jet'' puroo Jet de pastera llena: flujo progresivoo Jet de inyección indirecta: "jet" sumergidoo Jet de inyección mixta: flujo progresivo y "jet"sumergido.

En esta máquina el textil se mueve dentro de una corriente de baño tintóreo. La tracción del textil se efectúa por una devanadora que lo conduce a través de un tubo por el que circula el baño en el mismo sentido.

Máquinas de inyección directa: "jet" puroo La cuerda del tejido saliendo de la barca que contiene la solución, pasa por

un tramo de la máquina sin líquido y entra en un tubo en donde se pone en contacto con el líquido proveniente de la bomba que se proyecta sobre el tejido por medio de una tobera ("jet") a gran velocidad produciendo el arrastre de este a grandes velocidades (200-300 mts/min.)

o Por la acción de la tobera y de las altas velocidades alcanzadas, se produce una fuerte acción mecánica de frotamiento sobre el tejido.

o Estas máquinas permiten trabajar a altas temperaturas, estando provistas de dispositivos de impulsión de líquido, cambiadores de calor-frío, controladores de temperatura, etc. análogos a los poseídos por las autoclaves de tintura.

Máquinas de inyección indirecta: "jet" sumergido

o La acción de la tobera no se efectúa directamente sobre el tejido aislado, sino estando éste sumergido en la solución, la cual puede llenar o no completamente la máquina, dando origen a dos derivaciones de este tipo.



Máquinas de inyección mixta: flujo progresivo y "jet" sumergido

o El tejido es conducido a una cámara o cubeta en donde la velocidad del líquido es casi nula; esta cubeta va provista de un rebosadero, existiendo en la parte inferior de la misma una tobera que actúa sobre el tejido rodeado del líquido vertido por el rebosadero; después de la tobera se produce la mezcla de los dos líquidos, adquiriendo ésta una velocidad inter-media. El dispositivo actúa como un inyector hidráulico.

AIRFLOWEs similar a un jet pero con la impulsión de una mezcla de aire y agua, que permite un tratamiento más delicado al tejido. El consumo de agua es mucho más reducido, ya que solo se introduce la cantidad necesaria de tintura, eliminando la acumulación del baño.

1: Autoclave de tintura

2: Sistema de circulación

3: Bomba de baño (escondida en el fondo)

4: Intercambiador de calor

5: Filtro de baño

6: Filtro de gas

7: Recipiente adicional



8: Plataforma de servicio

9: Ventilador

10: Torniquete de descarga

11: Torniquete de descarga principal

12: Tobera

13: AMC-E

14: Módulo de operación

15: Módulo PLC

16: Módulo de corriente principal

MAQUINA DE TINTURA MULTIFLOW MCS

La máquina de tintura en una sola cuerda Multiflow MCS revoluciona los conceptos de tintura en cuerda, permitiendo alcanzar tiempos de tintura reducidos del 40 al 60% con respecto a los que se consiguen en las máquinas tradicionales, con la garantía del resultado final en términos de calidad y repetibilidad.



El control del contenido de la barca simple está realizado mediante un PLC y un software que actúa sobre los inverters de accionamiento de los cilindros de arrastre, variando la velocidad de manera independiente en función de la señal que se recibe de los sensores de control de circulación del tejido. El PLC es interfaciable con cualquier microprocesador adaptado al control de ciclo de trabajo de una máquina de tintura en cuerda.

El control del ciclo de trabajo es realizado mediante un microprocesador en función del tiempo del LISO equivalente al tiempo empleado del tejido contenido en una barca hasta colocarse completamente en la sucesiva. Esto, a diferencia de los sistemas de control tradicionales, se plantea en la Multiflow, Gradiente/Liso para un calentamiento/enfriamiento, número de LISOS para el mantenimiento, número de liso para la introducción de los auxiliares químicos, colorantes, álcalis, etc.

De esta manera, todo el ciclo tiene un tiempo total que está en función del tiempo de Liso y así se adaptará automáticamente en función de la cantidad de tejido cargado, permitiendo mantener constantemente el número de contactos/baño/tejido, garantizando de esta manera la perfecta repetibilidad incluso al cambiar la carga. Posibilidad de memorizar el nivel de trabajo después del primer llenado con cuenta litros, tanto si es para los sucesivos llenados, como si es por los de la barca de preparación, con el fin de garantizar la constancia de la relación de baño en todas las fases de trabajo.

Los sistemas que presenta para las reducciones de los tiempos muertos son un depósito auxiliar para la preparación de los baños de tratamiento, por tanto la preparación del baño se realiza en el depósito auxiliar, el llenado de agua, el calentamiento, la introducción de productos químicos más la sal.

Se transfiere el baño al depósito auxiliar de la máquina. El lavado en continuo con agua se prepara en el depósito auxiliar.

MÁQUINA OVER-FLOWEsta máquina de teñido se utiliza para el pre-tratamiento y teñido de tejidos en cuerda, tanto el baño y el material están en movimiento (fig. 61), la arquitectura, el diseño del sistema y las relaciones de baño son similares a las de las máquinas Jet. La principal diferencia es el sistema de transporte del tejido, impulsado en parte por un carrete motorizado,



y en parte por el flujo secuencial del baño. El sistema de chorro de tobera se sustituye por un recipiente que contiene el líquido, éste entra en un tubo recto y fluye a través del canal de transporte junto con la cuerda. Durante esta etapa, el tejido es sometido a fuerzas ligeras de tracción y pequeñas fuerzas de fricción, debido a la aceleración progresiva causada por la caída del baño y de velocidad limitada en un lado, y por el alto flujo de baño y el gran tamaño del tubo de transporte por el otro. Esta máquina es adecuada para tejidos delicados, siempre que no sean sensibles a las arrugas. La velocidad de transporte de la tela es ajustada por la velocidad del carrete y el flujo de agua que la bomba fuerza dentro del tubo de transporte (60 a 250 m/min).

Los constructores de sistemas over-flow suministran máquinas de alta temperatura (130 a 140º C), especialmente aptas para el procesamiento de fibras sintéticas y sus mezclas, y máquinas que funcionan a presión atmosférica, especialmente indicadas para el tratamiento de fibras naturales(estas máquinas generalmente alcanzan temperaturas de 98 a 108º C y se presurizan ligeramente para evitar la cavitación en las bombas de circulación cuando se trabaja con temperaturas cercanas a100º C). Actualmente, diferentes tipos de jets y over-flows están disponibles y se han diseñado dispositivos especiales para que sean aún más versátiles y adecuados para satisfacer las necesidades en constante cambio de los clientes



JIGGER

Esta máquina se ha utilizado durante mucho tiempo para procesar lotes de tamaño mediano en tejidos de calada abiertos por un sistema de agotamiento. La tela se mueve mientras que el bato es estático, a excepción de las máquinas de última generación, que también están equipadas con una bomba de circulación

Las piezas de tela se cosen juntas de cola a cabeza, a manera de cinta. En la cabeza y en la cola de la cinta opcionalmente se añaden dos paños (4-5 m) para permitir el teñido regular de las piezas enteras.



Las piezas unidas bajan desde un rollo y pasan a través del baño (se mantienen en la posición correcta por medio de cilindros de transporte y un regulador de tensión, que evita la formación de arrugas) y se enrollan en un segundo rollo hasta que el proceso de teñido ha terminado.

La velocidad y la tensión del tejido se ajustan por medio de dispositivos para evitar cambios en la estabilidad dimensional, sobre todo en el proceso de telas ligeras y/o fibras delicadas.

El diámetro máximo del rollo puede ser 1450 mm con un ancho de tela que oscila entre 1400 y 3600 mm. La velocidad de la pieza se ajusta entre 30 y 150 m/min y se mantiene constante durante toda la operación. También la tensión debe ser constante y puede ser ajustada entre 0 y 60 kg. Puesto que el tiempo de pase es muy corto, el teñido se produce sobre todo en el enrollado de la tela sobre los rodillos. La composición del baño absorbido debe ser lo más uniforme posible en toda la anchura y longitud de la pieza; para lotes grandes, muchas adiciones pueden ser necesarias y así evitar los denominados defectos cabeza-cola. Loa tejidos ligeros (nylon viscosa), que se estiran en exceso durante la etapa de recogida pueden mostrar sombreados. Los jiggers trabajar con una relación de baño muy baja (de1:1 a 1:6).

PROCESOS SEMI CONTINUOS

PAD-BATCH

En este proceso se realiza un ciclo de teñido en frío mediante el empleo de colorantes y productos auxiliares. El tejido en enrollado y cubierto con plástico para evitar el secado y la oxidación de las capas externas de la bobina, se mantiene en rotación lenta durante 8 -24 horas para evitar la filtración del líquido debido a la gravedad, la que podría deformar el rollo y crear defectos de teñido. El tejido se lava finalmente en un sistema continuo o discontinuo.

PAD-ROLL

Luego de la impregnación se calienta el tejido con vapor o rayos infrarrojos para obtener uniformidad en la aplicación del baño, se



mantiene en el interior de cámaras de vapor a 60-80º C durante 2 a 8horas, dependiendo del colorante utilizado y de la intensidad de color deseada.

PROCESOS CONTINUOS.

PAD-DRY

Después de la impregnación y exprimido, la tela es pre-secada (100 –150º C) con rayos infrarrojos, a continuación recibe un flujo de calor (150 –160º C) para fijar el colorante; luego se lava y enjuaga con un sistema continuo. Se emplea para el teñido de fibras celulósicas con colorantes reactivos.



1.2. SISTEMAS DE CONTROL

Recordemos que los automatismos y los robots son capaces de iniciar y detener procesos sin la intervención manual del usuario. Para ello necesitarán recibir información del exterior, procesarla y emitir una respuesta; en un automatismo dicha respuesta será siempre la misma pero en un robot podemos tener diferentes comportamientos según las circunstancias. A esto se le llama un sistema de control. A la información que recibe el sistema del exterior se le denomina de forma genérica entrada o input. A las condiciones que existen en el exterior después de la actuación (o no actuación) del robot se les denomina de forma genérica salida o output. Existen dos tipos de sistemas de control de un robot: sistemas de control de lazo abierto y sistemas de control de lazo cerrado.

Sistemas de control de lazo abierto

Sistemas de lazo abierto o sistemas sin realimentación. La salida no tiene efecto sobre el sistema.

La mayor parte de sistemas de lazo abierto serán automatismos a los que no podremos llamar en sentido estricto robots porque, al no tener en cuenta la salida, su capacidad de toma de decisiones “inteligentes” es muy limitada.Una característica importante de los sistemas de lazo abierto es que dependen de la variable tiempo y la salida es independiente de la entrada.Los sistemas en bucle abierto tienen el inconveniente de ser muy sensibles a las perturbaciones. Así por ejemplo en una sala cuya temperatura se controle mediante un sistema en lazo abierto, si circunstancialmente se quedase una ventana abierta (perturbación), el sistema no sería capaz de adaptarse a esta nueva situación y no se alcanzaría la temperatura deseada.

Sistemas de control de lazo cerrado

Sistemas de lazo cerrado o sistemas con realimentación o feedback. La toma de decisiones del sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida.



El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de lazo cerrado.Este sería el esquema que los define:

En él, la salida es realimentada hacia la entrada; ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) es la señal de error.Si la señal de error fuese nula, entonces la salida tendría exactamente el valor previsto.De no ser nula, ésta ataca al controlador o regulador, donde es convenientemente amplificada si fuera necesario, convirtiéndose en la señal activa, capaz de activar al actuador, para que la salida alcance el valor previsto.La señal de error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control tratando de reducir el error a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna.Un sistema de riego en lazo cerrado, no se detendrá al cabo de un tiempo fijo, sino cuando detecte que se está consiguiendo el objetivo buscado, es decir, que la humedad de las plantas es la adecuada. Y se pondrá en marcha, no a una hora determinada, sino en cualquier momento en que la humedad se sitúe por debajo de un valor determinado.

Elección del sistema de control para el proceso de tintorería en tejido plano.

La Elección del Sistema es el lazo cerrado, para poder controlar las Entradas y Salidas del Proceso de Teñido, el PH puede variar con las perturbaciones que se dan a la planta, por ello mismo, se escogió este tipo de sistema ya que en caso contrario solo se controlaría las entradas mas no las salidas, por lo cual es necesario elegir un sistema de lazo cerrado. Además el sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el esperado.


CONTROLADORRR

ACTUADOR PLANTA

SENSOR

Variable de Referencia

Señal de Error

Retroalimentación

Perturbación


Diagrama de bloques para el sistema a control

VARIABLE DE REFERENCIA: La Temperatura de 980CCONTROLADOR: PICACTUADOR: VálvulaPLANTA: JIGGERPERTURBACION: Aumento de la presiónSENSOR: Sensor de Electrodo

1.3. VARIABLES DE CONTROL

Importancia de la temperatura

o Disminución de la repulsión entre la carga eléctrica superficial de la fibra y la carga del colorante.

o Aumento de la vibración de las cadenas en la parte amorfa.

o Migración del colorante de las partes que se encuentran en mayor concentración a las de menor vía en el baño de teñido.

Importancia de la relación de baño

o El porcentaje de colorante absorbido aumenta a medida que baja su concentración en el baño.



o Teñir en relación de baño corto, equivale a menor consumo de colorante.

o Con relación de baño constante será posible la reproducibilidad. Aumento de velocidad de baño, posibilidad de encuentro de partículas de colorante y superficie de la fibra.

o La agitación del baño aumenta la velocidad de absorción.

o Reducir la cantidad de colorante en %, equivale a aumentar la concentración del colorante y del electrolito.

Importancia del Tiempo de teñido

o Velocidad de difusión del colorante en la fibra y su velocidad de absorción varía según el tipo de colorante.

o Al prolongarse el tiempo de teñido no hay mayor incremento del colorante en la fibra.

o Ideal, completa difusión del colorante en la fibra para obtener buena penetración.

Importancia del Efecto del pH

o Colorante directo aplicado a la celulosa en solución neutra.

o Adición en medio acido causa la alteración del matiz.

o Medio alcalino, aumenta solubilidad de algunos colorantes y efecto retardante.

o Celulosa, en condiciones alcalinas, forma sistema reductor, que destruye algunos colorantes directos.

o Recomendable ajustar pH del baño de teñido con sulfato de amonio.

Variable Elegida: Nuestra Variable es PH

1.4. TIPOS DE CONTROLADORES

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia (el valor deseado), determina la



desviación y produce una señal de control que reducirá la desviación acero o a un valor pequeño. La manera en la cual el controlador automático produce la señal de control se denomina acción de control.

Clasificación de los controladores industriales

Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como:

o De dos posiciones o de encendido y apagado (On/Off)o Proporcionaleso Integraleso Proporcionales-integraleso Proporcionales-derivativoso Proporcionales-integrales-derivativos

Casi todos los controladores industriales emplean como fuente de energía la electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o el aire. Los controladores también pueden clasificarse, de acuerdo con el tipo de energía que utilizan en su operación, como neumáticos, hidráulicos o electrónicos. El tipo de controlador que se use debe decidirse con base en la naturaleza de la planta y las condiciones operacionales, incluyendo consideraciones tales como seguridad, costo, disponibilidad, confiabilidad, precisión, peso y tamaño.

o Acción de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off).

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendidos y apagados. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato, razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos. Es común que los controladores de dos posiciones sean dispositivos eléctricos, en cuyo caso se usa extensamente una válvula eléctrica operada por solenoides. Los controladores neumáticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumáticos de dos posiciones.



En la figura se muestra un sistema de control del líquido que es controlado por una acción de control de dos posiciones.

o CONTROLADOR PROPORCIONALEn estos controladores la señal de accionamiento es proporcional a la señal de error del sistema. Recuerda: La Señal de error es la obtenida en la salida del comparador entre la señal de referencia y la señal realimentada.Es el más sencillo de los distintos tipos de control y consiste en amplificar la señal de error antes de aplicarla a la planta o proceso.La función de transferencia de este tipo de reguladores es una variable real, denominada Kp (constante de proporcionalidad) que determinará el grado de amplificación del elemento de control.Si y(t) es la señal de salida (salida del controlador) y e(t) la señal de error (entrada al controlador), en un sistema de control proporcional tendremos:

Que en el dominio de Laplace, será:

Por lo que su función de transferencia será:

Donde Y(s) es la salida del regulador o controlador, E(s) la señal de error y Kp la ganancia del bloque de control.



Teóricamente, en este tipo de controlador, si la señal de error es cero, también lo será la salida del controlador. La respuesta, en teoría es instantánea, con lo cual el tiempo no intervendría en el control. En la práctica, no ocurre esto, si la variación de la señal de entrada es muy rápida, el controlador no puede seguir dicha variación y presentará una trayectoria exponencial hasta alcanzar la salida deseada.

En general los reguladores proporcionales (P) siempre presentan una respuesta con un cierto error remanente, que el sistema es incapaz de compensar.

o CONTROLADORE DERIVATIVO

Es una de las acciones de control empleadas en los lazos de regulación automática y se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error.

Donde: m(t): salida del controlador e(t): error actuante Td: tiempo derivativo



La acción de control derivativa a veces se denomina control de velocidad, Td es el intervalo de tiempo en el que la acción de velocidad se adelanta al efecto de acción proporcional. Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso ahora cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al valor deseado.

El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones. Este control por sí solo.

La acción derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable controlada.

o CONTROLADOR INTEGRATIVOEn estos reguladores el valor de la acción de control es proporcional a la integral de la señal de error, por lo que en este tipo de control la acción varía en función de la desviación de la salida y del tiempo en el que se mantiene esta desviación.Si consideramos que: y(t) = Salida integral e(t) = Error (diferencia entre el valor medido medición y el punto de consigna PC) Ti = Tiempo integral

La salida de este regulador es:



La respuesta temporal de un regulador integral es:



La velocidad de respuesta del sistema de control dependerá del valor de Ki que es la pendiente de la rampa de acción integral.

El inconveniente del controlador integral es que la respuesta inicial es muy lenta, y, el controlador no empieza a ser efectivo hasta haber transcurrido un cierto tiempo. En cambio anula el error remanente que presenta el controlador proporcional.

o CONTROLADOR PROPORCIONAL E INTEGRATIVO (PI)

En realidad no existen controladores que actúen únicamente con acción integral, siempre actúan en combinación con reguladores de una acción proporcional, complementándose los dos tipos de reguladores, primero entra en acción el regulador proporcional (instantáneamente) mientras que el integral actúa durante un intervalo de tiempo. (Ti= tiempo integral)

La Función de transferencia del bloque de control PI responde a la ecuación:

Donde Kp y Ti son parámetros que se pueden modificar según las necesidades del sistema. Si Ti es grande la pendiente de la rampa, correspondiente al efecto integral será pequeña y, su efecto será atenuado, y viceversa.

Respuesta temporal de un regulador PI.



Por lo tanto la respuesta de un regulador PI será la suma de las respuestas debidas a un control proporcional P, que será instantánea a detección de la señal de error, y con un cierto retardo entrará en acción el control integral I, que será el encargado de anular totalmente la señal de error.

o CONTROLADOR PROPORCIONAL Y DERIVATIVO (PD)El controlador derivativo se opone a desviaciones de la señal de entrada, con una respuesta que es proporcional a la rapidez con que se producen éstas.Si consideramos que: y(t) = Salida diferencial. e(t) = Error (diferencia entre medición y punto de consigna [PC]. El PC no es otra cosa que el nivel deseado al que queremos que vuelva el sistema) Td = Tiempo diferencial, se usa para dar mayor o menor trascendencia a la acción derivativa.

La salida de este regulador es:





Si la variable de entrada es constante, no da lugar a respuesta del regulador diferencial, cuando las modificaciones de la entrada son instantáneas, la velocidad de variación será muy elevada, por lo que la respuesta del regulador diferencial será muy brusca, lo que haría desaconsejable su empleo.

El regulador diferencial tampoco actúa exclusivamente (por eso no lo hemos vuelto a explicar separadamente como si hemos hecho con el integral -aunque el integral puro tampoco existe-), si no que siempre lleva asociada la actuación de un regulador proporcional (y por eso hablamos de regulador PD), la salida del bloque de control responde a la siguiente ecuación:

Kp y Td son parámetros ajustables del sistema. A Td es llamado tiempo derivativo y es una medida de la rapidez con que un controlador PD compensa un cambio en la variable regulada, comparado con un controlador P puro.Que en el dominio de Laplace, será:

Y por tanto la función de transferencia del bloque de control PD será:



La ventaja de este tipo de controlador es que aumenta la velocidad de respuesta del sistema de control.

Al actuar conjuntamente con un controlador proporcional las características de un controlador derivativo, provocan una apreciable mejora de la velocidad de respuesta del sistema, aunque pierde precisión en la salida (durante el tiempo de funcionamiento del control derivativo).

o CONTROLADOR PROPORCIONAL , INTEGRATIVO Y DERIVATIVO (PID)

Es un sistema de regulación que trata de aprovechar las ventajas de cada uno de los controladores de acciones básicas, de manera, que si la señal de error varía lentamente en el tiempo, predomina la acción proporcional e integral y, mientras que si la señal de error varía rápidamente, predomina la acción derivativa. Tiene la ventaja de ofrecer una respuesta muy rápida y una compensación de la señal de error inmediata en el caso de perturbaciones. Presenta el inconveniente de que este sistema es muy propenso a oscilar y los ajustes de los parámetros son mucho más difíciles de realizar.

La salida del regulador viene dada por la siguiente ecuación:


Y por tanto la función de transferencia del bloque de control PID será:



o CONTROLADOR EN CASCADA

El control en cascada es una estrategia que mejora significativamente, en algunas aplicaciones, el desempeño que muestra un control por retroalimentación y que ha sido conocida desde hace algún tiempo. Los computadores permiten la implementación de controles en cascada que son más simples, más seguros y menos costosos que los que pueden obtenerse mediante el uso de instrumentación análoga.

Por lo tanto, la disponibilidad de los computadores ha facilitado que el control en cascada se implemente ahora mucho más que antes, cuando solo se utilizaba la instrumentación análoga.

Esquemas de Control en Cascada

Una primera extensión del esquema de retroalimentación sencillo consiste en añadir un nuevo lazo de retroalimentación contenido dentro del lazo original que regule el comportamiento de alguna variable intermedia en el proceso. El principal propósito de este nuevo esquema es eliminar los efectos de perturbaciones menores haciendo la respuesta de regulación del sistema más estable y más rápida.

o CONTROL DE RELACIÓNEn muchas ocasiones es necesario lograr que uno o más productos se mezclen en una proporción determinada. Para esto debe asegurarse que los caudales en los que son agregados mantengan una relación entre sí, y de allí el nombre que recibe este tipo de control.



Para implementarlo, se mide el caudal de un cierto componente Y, que se supone proviene de una sección anterior de la planta y que no pude ser previsto ni controlado; se mide asimismo el caudal de otro componente X, el cual se resta de Y modificado por una constante R que expresa la relación entre ambos. De allí se genera una señal error e, la cual es introducida en el controlador. Obsérvese que el mismo no tiene entrada de Referencia, debido a que la misma es siempre nula, ya que su objetivo es simplemente mantener el error e = 0. La salida del controlador es aplicada a la válvula que regula el aditivo X. Se logra así un ingreso proporcional de ambos caudales al tanque agitador.

o CONTROL SELECTIVOCiertos sistemas de control establecen un control sobre una variable principal hasta que otra se vuelve demasiado importante y el controlador pasa a dedicarle la atención. Tal es el caso del sistema de control propuesto en la Figura para la presión en un circuito de agua. El objetivo principal está, entonces, focalizado en el control de la presión que es medida por un indicador - trasmisor PIT y es controlada por un controlador con capacidad de indicación PIC. Al mismo tiempo, interesa proteger al motor de una sobrecarga, por lo cual se define un segundo lazo de control comandado por el controlador de corriente IIC. Cuando la corriente del motor supera una cierta cota máxima, el selector SEL conmuta el control del circuito a este segundo controlador, priorizando la protección del motor; cuando la sobrecarga desaparece, devuelve el control de la situación al controlador principal de presión.

o CONTROLADOR ANTICIPATORIO



Se usa cuando las perturbación que afecta al proceso puede medirse pero no controlarse. El objetivo es compensar la perturbación antes de que ésta llegue a afectar a la variable controlada. Para ello, apenas se produce la perturbación, debe comenzarse a actuar sobre la variable manipulada de modo que el efecto de esta actuación compense el efecto de la perturbación y la salida del sistema no sufra cambios.

o CONTROLADOR ADAPTATIVOEl control ADAPTATIVO, es un tipo especial de control el cual consiste en adaptar los parámetros variables de un proceso a fin de mantener un funcionamiento adecuado de un sistema. . Si un sistema de control cambia su comportamiento, debido a cambios de los parámetros del proceso, entonces alguien debe ajustarlos.Por tanto, en el control adaptativo se adapta parámetros, ganancias las cuales pueden cambiar, por ejemplo con los cambios ambientales.Sistema de control ADAPTATIVO, es un sistema que en forma continua y automática, mide las características dinámicas de la planta, las compara con las características dinámicas deseadas, y usa la diferencia para variar los parámetros ajustables del sistema, o para generar una señal actuante, de modo que se mantenga el desempeño optimo, independientemente de las modificaciones ambientales.Sin adaptación la mayor parte de los sistemas de control no trabajarán adecuadamente .Porque a pesar de las variaciones en las características del proceso, el control adaptativo tiende a mantener un funcionamiento aceptable – tan bueno como sea posible.

o CONTROLADOR PREDICTIVO



Son sistemas de control desarrollado e implementado en la década del1990, aunque sus principios metodológicos ya habían sido introducidos en la década del 1970.Permite manipular las variables para establecer una trayectoria deseada a futuro. Además de las variables que están siendo controladas. Una vez manipuladas las variables se procede a su cálculo optimizándolas con la función objetivo y siguiendo métodos de horizonte móvil. Es evidente que para optimizar las variables se utiliza los principios de la Investigación de Operaciones. Para muchos el control predictivo no es una estrategia de control específica, sino que se trata más bien de un campo muy amplio de métodos de control desarrollados en torno a ciertas ideas comunes. El control predictivo utiliza un modelo explícito para predecir la salida del proceso en instantes futuros, mediante el uso de algoritmos para el cálculo de señales de control minimizando una cierta función objetivo. Una de las propiedades más atractivas del sistema de Control Predictivo es su formulación abierta, que permite la incorporación de distintos tipos de modelos de predicción, sean lineales o no lineales, monovariables o multivariables, y la consideración de restricciones sobre las señales del sistema. Esto hace que sea una estrategia muy utilizada en diversas áreas del control. Además, es una de las pocas técnicas que permiten controlar sistemas con restricciones incorporando éstas en el propio diseño del controlador. Estas características han hecho del control predictivo una de las escasas estrategias de control avanzado con un impacto importante en problemas de ámbito industrial, por tal motivo es importante resaltar que el control predictivo se ha desarrollado en el mundo de la industria, y ha sido la comunidad investigadora la que se ha esforzado en dar un soporte teórico a los resultados prácticos obtenidos. Merece la pena destacar que el control predictivo es una técnica muy potente que permite formular controladores para sistemas complejos y con restricciones.

o CONTROLADOR DE RANGO DIVIDIDO

Controlar una salida con dos variables de entrada



o MICROCONTROLADORESUn microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Microcontrolador Motorola 68HC11 y chips de soporte. Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes: Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso). Memoria RAM para Contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.). Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema. Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas: Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo. Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes. Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks. Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones. El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).

Características:Son diseñados para disminuir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más especializados. Mientras se pueden tener



uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (vd. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc.

Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información.

Por ejemplo, un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM/FLASH, significando que para hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico a digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el BASIC que se utiliza bastante con este propósito.

Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir



funcionalidad, como los dispositivos de entrada/salida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitería.

1.5. Control de pH en la Tintorería:

Puede hacerse un análisis (similar al efectuado en el caso de la DBO o de las substancias tóxicas) de los agentes que contribuyen con el pH. Las plantas típicas de textiles tienen diversas fuentes de ácidos y álcalis.

El control del pH efluente puede constituir un problema difícil de manejar desde el punto de vista del proceso, debido a que en muchos casos simplemente no existe substituto para el uso del álcali o ácido. Esto significa que el re uso, recuperación y reciclaje o tratamiento previo (igualación y/o neutralización) son algunas veces la única alternativa.

Los procesos de preparación incluyen varios pasos. El desencolado de los tejidos encolados con almidón contribuye muy poco o nada a la alcalinidad/acidez de las corrientes residuales. Otras colas como CMC, PVAc, PVOH y PAA se eliminan generalmente en soluciones alcalinas. La contribución de estos procesos de desencolado puede constituir un porcentaje significativo de la alcalinidad total. Ya que el proceso de desencolado se lleva a cabo generalmente en forma continua, las corrientes residuales pueden neutralizarse fácilmente agregando ácido según se produzca. La reducción en la fuente implicaría minimizar la cantidad de álcali empleado: por lo general se necesita muy poco.

El descrude y blanqueo de los materiales sintéticos debe hacerse utilizando cantidades mínimas de álcali, pero el descrude del algodón requiere de grandes cantidades de álcali. Cuando se lleva a cabo el descrude y/o blanqueo del algodón en una unidad de proceso continuo, se puede potencialmente neutralizar o reusar las corrientes residuales. Las concentraciones típicas de álcali para el descrude del algodón son 2% a 4% de solución cáustica (50%) basada en el peso del tejido procesado.

Quizás la mayor fuente potencial de álcali en la preparación la constituye el proceso de mercerizado del algodón. Este proceso emplea concentraciones de solución cáustica de aproximadamente 20%. Cuando se mercerice una cantidad


Nuestro Controlador Escogido es:

Microcontrolador (PIC) con un Controlador Adaptativo.


significativa de tejido, debe considerarse el potencial de recuperación de la soda cáustica como una estrategia para la reducción en la fuente.

Los procesos de teñido varían en cuanto a su acidez/alcalinidad dependiendo del tipo de tinte y substrato. La práctica general para el teñido por agotamiento de las distintas clases consiste en:

•Ácido para nylon y lana: agotar a partir de baños con tintes débiles a fuertes (pH de 3 a 7), generalmente utilizando ácido fórmico, ácido acético o sal reguladora para el control del pH.

•Básico para acrílicos y copolímeros: agotar a partir de baños débiles de tintes ácidos (pH de 4 a 5), generalmente utilizando ácido acético para el control del pH.

•Directo para celulosa: agotar a partir de baños alcalinos débiles (pH aprox. 8), generalmente utilizando sosa comercial para controlar el pH.

•Reactivo a la fibra: agotar a partir de baños neutrales con cantidades masivas de sal, causar luego una reacción agregando grandes cantidades de álcali como solución cáustica, sosa comercial, silicato y/o FTS. El pH se encontrará típicamente sobre 10.

•Naftol para fibras celulósicas: preparar una sal diazo en un baño de ácido fuerte (pH <3), causar luego una reacción con un agente copulador naftol S. El efluente es muy ácido. Esto se aplica también a otros colores diazotados y desarrollados.

•De tina y al azufre para celulosa: típicamente agotados de manera que el afluente sea alcalino, para luego oxidarlos.

•Dispersos para fibras sintéticas: agotados a partir de soluciones ácidas débiles (pH de 4,5 a 6).

•Prácticas para mezclas de tintura que difieren de las anteriores.

El decolorado y los procedimientos para la limpieza de las máquinas pueden producir variaciones extremas del pH.

Uno de los problemas más difíciles que enfrentan las descargas de la industria textil de los Estados Unidos puede ser el cumplimiento de las normas para el tratamiento típico de POTW. Las posibles estrategias incluyen el reuso de corrientes continuas, los sistemas de recuperación para la solución cáustica (mercerizado) y la reducción de las cantidades de álcali utilizado en los distintos procesos. Sin embargo, una planta típica que descruda, blanquea, tiñe y acaba tanto algodón como mezclas tiene poca o ninguna oportunidad de permanecer



en el rango de pH de 6 a 9. Los valores promedio típicos de pH están por encima de 11. Esto significa que es necesario llevar a cabo algún tratamiento previo y que la igualación sola no será en general suficiente.

Definición de pH

El pH, abreviatura de Potencial Hidrógeno, es un parámetro muy usado en química para medir el grado de acidez o alcalinidad de las sustancias. Esto tiene enorme importancia en muchos procesos tanto químicos como biológicos. Es un factor clave para que muchas reacciones se hagan o no. Por ejemplo en biología las enzimas responsables de reacciones bioquímicas tienen una actividad máxima bajo cierto rango de pH. Fuera de ese rango decae mucho su actividad catalítica. Nuestra sangre tiene un pH entre 7,35 y 7,45. Apenas fuera de ese rango están comprometidas nuestras funciones vitales. En los alimentos el pH es un marcador del buen o mal estado de este. Por lo expuesto el pH tiene enormes aplicaciones.

La escala del pH va desde 0 hasta 14. Los valores menores que 7 indican el rango de acidez y los mayores que 7 el de alcalinidad o basicidad. El valor 7 se considera neutro. Matemáticamente el pH es el logaritmo negativo de la concentración molar de los iones hidrogeno o protones (H+) o iones hidronio (H3O).

pH = -log [H+] o pH = -log [H3O]

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias.

La sigla significa ‘potencial hidrógeno’, ‘potencial de hidrógeno’ o ‘potencial de hidrogeniones’ (pondus hydrogenii opotentia hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió


http://es.wikipedia.org/wiki/S._P._L._S%C3%B8rensen

http://es.wikipedia.org/wiki/Dinamarca

http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidronio

http://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Acidez


como el opuesto del logaritmo en base 10 (o el logaritmo del inverso) de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

Por ejemplo, una concentración de [H3O+] = 1 × 10–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7, ya que pH = –log [10–7] = 7

En disolución acuosa, la escala de pH varía, típicamente, de 0 a 14. Son ácidas las disoluciones con pH menores que 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución) y alcalinas las de pH superiores a 7. Si el disolvente es agua, el pH = 7 indica neutralidad de la disolución.

En productos de aseo y limpieza se suele usar la expresión "pH neutro". En este caso la neutralidad hace referencia a un nivel de pH 5,5. Debido a las características de la piel humana, cuyo pH es 5,5, se indica neutralidad de pH en este tipo de productos que están destinados a entrar en contacto con la piel para destacar su no agresividad. Si se aplicaran productos de pH 7 a la piel se produciría una variación del pH cutáneo con posibles consecuencias negativas.

El pH se define como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno:

Se considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una solución p = –log[...]. También se define el pOH, que mide la concentración de iones OH−.

Puesto que el agua está adulterada en una pequeña extensión en iones OH – y H3O+, se tiene:

K (constante)w (water; agua) = [H3O+]·[OH–] = 10–14, donde [H3O+] es la concentración de iones hidronio, [OH−] la de iones hidroxilo, y Kw es una constante conocida como producto iónico del agua, que vale 10−14.

Por lo tanto,

log Kw = log [H3O+] + log [OH–]

–14 = log [H3O+] + log [OH–]


http://es.wikipedia.org/wiki/Autoionizaci%C3%B3n_del_agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidroxilo

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidronio

http://es.wikipedia.org/wiki/Iones

http://es.wikipedia.org/wiki/POH

http://es.wikipedia.org/wiki/Logaritmo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_(qu%C3%ADmica)


http://es.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_(qu%C3%ADmica)



14 = –log [H3O+] – log [OH–]

pH + pOH = 14

Por lo que se pueden relacionar directamente los valores del pH y del pOH.

En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolución es neutra está relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje.

Importancia del Control de pH

Influencia del pH.

El pH es una de las medidas comunes en los laboratorios porque muchos procesos químicos dependen del pH. Con frecuencia, la velocidad, o el ritmo de las reacciones químicas pueden ser alterados significativamente por el pH de la solución. La solubilidad de muchos agentes químicos en solución y su disponibilidad biológica dependen del pH.

La etapa de absorción en los colorantes reactivos se realiza a pH neutro, puesto que la elevación del pH produce la reacción del colorante con la fibra o con el agua, y si el colorante no está aún absorbido en la fibra se incrementa la hidrólisis. Por otra parte se ha observado que al aumentar el pH cuando excede de 11, se produce una disminución del agotamiento además de una mayor hidrólisis. Los colorantes reactivos, reaccionan preferentemente bajo condiciones alcalinas con moléculas que tengan grupos nucleófilos como OH, NH o SH. Para controlar la alcalinidad se hace adicionando cantidades de carbonato de sodio y sosa cáustica para tonos intensos.

El pH influye sobre la absorción de los colorantes hacia las fibras de lana y/o poliamida y en el fijado de los colores reactivos en las fibras de celulosa. Controlando el pH, es posible mejorar la coloración en la fase de absorción o para controlar la fijación del colorante cuando se tiñen mezclas de algodón – poliéster con colorantes reactivos o dispersos.

Estrategia para controlar el pH

La importancia del control de la calidad durante la fabricación es obvia. Los métodos empleados en los pasos intermedios consisten principalmente en métodos analíticos junto con pruebas a muestras tomadas de la planta y trabajadas en el laboratorio por medio de procesos similares al que se está siguiendo en el lote principal.



Se han desarrollado multitud de métodos para el control de la fabricación de colorantes. Estos métodos varían de sofisticación, desde titulaciones muy simples y determinaciones de pH, hasta resonancia magnética nuclear. Hay muchas pruebas cualitativas o semi-cuantitativas usadas por un químico de colorantes con el propósito de seguir el curso de una reacción.

Una de las armas más importantes para el químico de colorantes, es la Cromatografía en capa fina (Thin Layer Chromatography, TLC). TLC es simple y rápida, usa equipo que no es caro, proporcionando interpretación del color. Este colorista sabe que las fibras teñidas deben juzgarse en la luz correcta.

Junto con las pruebas de análisis químico y la aplicación del colorante a la fibra, por medio de la técnica adecuada al colorante y la fibra que se estén mejorando, se realizan otros tipos de pruebas como: solubilidad, tamaño de partícula, resistencia a la luz, al sudor, al frote, etc. Todos los cuáles están en función del sistema colorante-fibra y el uso final al que se destinará.

El pH es un factor que influencia el teñido, siendo recomendable tomarlo al final de la operación inmediata anterior a que fue sometido el cuero para asegurar el pH de la superficie del cuero que será teñido y su compatibilidad con la anilina que será usada. Para fijar regularmente el colorante hay que subir el pH hasta 7,8-8, así se frena la afinidad y se consigue mayor igualación y uniformidad. Normalmente se emplea amoníaco porque no afecta el tono y además no deja restos salinos.

2. SENSORES:

2.1 Definición:

Un sensor es un dispositivo que produce una señal en respuesta a su detección o medida de una propiedad, como posición, fuerza, torque, presión, temperatura, humedad, velocidad, aceleración o vibración. En forma tradicional, los sensores, los actuadores y los interruptores se han usado para establecer límites de funcionamiento de las máquinas.

Entre los ejemplos comunes de los sensores están los topes de las máquinas herramientas, para restringir los movimientos de la mesa: termómetros y manómetros con funciones de desconexión automática, y los gobernadores en los motores, para evitar demasiada rapidez de operación. La tecnología de los sensores ha llegado a ser un aspecto importante de los procesos y sistemas de manufactura, es esencial para la adquisición correcta de datos y para vigilar, comunicar y controlar las máquinas y los sistemas con computadora.



Como convierten una cantidad en otra, también se les llama transductores. Los sensores analógicos producen una señal, como voltaje, proporcional a la cantidad medida. Los sensores digitales tienen salidas numéricas o digitales, que se pueden transferir en forma directa a las computadoras. Los convertidores de analógico a digital se usan para interconectar sensores analógicos con computadoras.

De acuerdo a su aplicación, un sensor puede estar formado por materiales metálicos, no metálicos, orgánicos o inorgánicos y por fluidos, gases, plasmas o semiconductores. Al usar características especiales de esos materiales, los sensores convierten la cantidad o propiedad medida en una salida analógica o digital. Por ejemplo, el funcionamiento de un termómetro ordinario de mercurio, se basa en la diferencia entre la dilatación térmica del mercurio y la del vidrio.

2.2 Clasificación de los sensores:

Los sensores de interés para la manufactura se pueden clasificar en general como sigue:

Sensores mecánicos , para medir cantidades como posición, forma, velocidad, fuerza, torque, presión, vibración, deformación y masa.

Sensores eléctricos ; para medir voltaje, corriente, carga y conductividad.

Sensores magnéticos ; para medir campo, flujo y permeabilidad magnética.

Sensores térmicos , para medir temperatura, flujo, conductividad y calor específico.

Otros sensores son; acústicos, ultrasónicos, químicos, ópticos, de radiación, láser y de fibra óptica.

Según el principio físico de funcionamiento:

Activos. Pasivos.

Según el tipo de señal eléctrica que generan:

Digitales. Analógicos. Temporales.

Según el rango de valores que proporcionan:



ON-OFF De medida.

Según el nivel de integración:

Discretos. Integrados. Inteligentes.

Según el tipo de variable física medida:

Mecánicos. Eléctricos. Magnéticos. Térmicos. Acústicos. Ultrasónicos. Químicos. Ópticos. Radiación. Láser.

Un tipo de clasificación muy básico es diferenciar a los sensores entre PASIVOS o ACTIVOS; los sensores activos generan la señal de salida sin la necesidad de una fuente de alimentación externa, mientras que los pasivos si requieren de esta alimentación para poder efectuar su función.

Sensores pasivos: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir por intermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensores de parámetros variables (de resistencia variable, de capacidad variable, de inductancia variable).

Sensores activos o generadores de señal: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir en forma autónoma, sin requerir de fuente alguna de alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos, fotovoltaícos, termoeléctricos, electroquímicos, magnetoeléctricos.

Clasificación de los sensores según el principio físico de funcionamiento:

Activos: (Generadores)

Piezo- eléctricos Fotoeléctricos.

o Fotoemisivos.



o Fotovoltaicos. Termoeléctricos (Termopares). Magnetoeléctricos.

o Electromecánicos.o Fotovoltaicos.

Otros.

Pasivos: (Modulares).

Resistivos (Resistencia variable).

o Potenciométricos.o Termorresistivos.o Fotorresistivos.o Extensiométricos.o Magnetorresistivos.o Electroquímicos.

Capacitivos (Capacidad Variable).

Inductivos (Inductancia variable).

o Reluctancia variable.o Permeancia variable.o Transformador variable.o Magneto-estrictivos.

Semiconductores.

Otros.

Clasificación de los sensores según el tipo de señal eléctrica que generan:

1. Analógicos:

Según el tipo de señal:

o Señal variable:

Periódicas. No periódicas.



o Señales continuas.

Según la polaridad:

o Unipolares.o Bipolares.

2. Digitales.

3. Temporales:

Señales senoidales:

o Frecuencia.o Fase.

Señales cuadradas:

o Frecuencia.o Relación alto/bajo.o Duración de un impulso.o Número total de impulsos.

I. Según el tipo de señal que proveen a la salida:

ON - OFF, son los sensores que solo poseen dos estados, y que, estos estados, únicamente están separados por un valor umbral de la variable monitoreada.

Digitales, estos sensores proporcionan una señal codificada en pulsos o sistemas como BCD, binario, etcétera.

Analógicos, estos sensores proporcionan un valor de voltaje o corriente, donde la señal más común utilizada en aplicaciones industriales es un circuito de corriente de 2 hilos y 4-20 mA.

II. Según el tipo de magnitud física a detectar :

a) Medición de temperatura.

Pirómetro óptico Pirómetro de radiación. Termistor.



Termopar.

b) Medición de esfuerzos y deformaciones.

c) Medición de movimiento.

Grandes distancias: Radar, láser, Ultrasonido, etc. Distancias pequeñas:

Métodos ópticos. Métodos inductivos (LDT y VDT). Métodos resistivos y capacitivos.

Posición linear o angular: Codificadores increméntales. Codificadores absolutos. Transductores capacitivos.

d) Sensores de Presencia o Proximidad.

Inductivos. Capacitivos. Fotoeléctricos. De efecto Hall. Radiación. Infrarrojos.

e) Sistemas de visión artificial.

Cámaras CCD.

f) Sensores de humedad y punto de rocío.

Humedad en aire – gases. Humedad en sólidos. Punto de rocío.

g) Sensores de caudal.

De sólidos, líquidos o gases. Presión diferencial. Medidores magnéticos. Medidores por fuerzas de Coriolis. Medidores de área variable. Medidores de desplazamiento positivo.



h) Sensores de nivel.

De líquidos y sólidos.

i) Sensores de presión.

j) Sensores de Fuerza y par.

Calibrador de tensión. De array táctil.

k) Sensores de intensidad lumínica.

l) Sensores de aceleración.

m) Sensores de velocidad lineal o angular.

n) Sensores táctiles.

2.3 Clasificación de sensores de pH y tipos:

Existen varios tipos de sensores para varias aplicaciones. Para el caso de controlar la variable de pH, se mostrará algunos que existen en el mercado.

Cabe resaltar las partes de los electrodos de Ph:

ELECTRODO DE REFERENCIA:

Consiste en una “célula” capaz de suministrar un potencial (mV) estable.

Existen diferentes tipos:

Alambre de plata (Ag): Recubierto galvanicamente de AgCl. Es el elemento de referencia tipico de los electrodos de bajo costo.

Cristales de AgCl encapsulados (cartridge) : El hilo de plata entra en contacto con una porción de cristales de AgCl, en el interior de un pequeno tubo de vidrio.

Barrera a iones Ag+: En algunos electrodos el tubo con cristales de Ag/AgCl se prolonga para albergar una sustancia química que actúa de barrera a iones plata. Así se evita la contaminación del diafragma por la formación y precipitación del AgCl y Ag2S.



Alambre de plata enfundado : Consiste en un alambre de plata, recubierto de Ag/AgCl, protegido por un tubo. Así el elemento de referencia queda muy protegido de las posibles alteraciones que se produzcan en el electrolito.

Electrolito :

Es una disolución salina muy concentrada en la cual está sumergido el elemento de referencia.

Se presenta en 3 estados: liquido, gel o solido (polimero), segun el tipo de electrodo.

Electrolitos líquidos . Utilizados por los electrodos rellenables. Existen distintos tipos en función de la aplicación. Todos ellos basados en KCl.

Electrolitos gel. Se utilizan en electrodos “irrellenables”, denominados “de bajo mantenimiento”. La mayoría son geles glicerados. Los electrodos de gran diafragma de PTFE incorporan un gel poliacrílico, de muy baja difusión a través del diafragma.

Electrolitos sólidos. Se utilizan también en electrodos “irrellenables”. Están constituidos por un polímero conductor.

Diafragma:

Es el punto de unión entre el electrolito y la muestra. Es la parte crítica del electrodo, influyendo directamente en el tiempo de vida del mismo.

En el mercado pueden encontrarse diversidad de diafragmas según el fabricante, la aplicación, la calidad del electrodo y su precio.

El diafragma cerámico , es una placa de cerámica porosa químicamente inerte. Es el diafragma clásico. Permite un pequeñísimo flujo de electrolito hacia la muestra. En los electrodos presurizados este flujo se ve favorecido.

PTFE poroso , consiste en un gran anillo de PTFE poroso a través del cual se efectúa el contacto entre electrolito y muestra. La conductividad de la muestra, prácticamente no se altera, gracias al escaso flujo que proporciona su electrolito poliacrílico.



Abierto , que en realidad debería llamarse “sin diafragma”. Hay contacto directo entre muestra y electrolito. No existe flujo de electrolito. Sólo se emplea en electrodos con electrolito sólido (polimerizado).

Existen dos tipos:

- Orificio lateral en el cuerpo del electrodo.

- Circular. Ranura anular entre el cuerpo central, electrodo indicador, y el electrodo de referencia. Facilita un excelente contacto con la muestra.

La Membrana de vidrio:

De su composición dependen características tales como la sensibilidad, la resistencia química, térmica y mecánica del electrodo o la escala de medida, por ejemplo pH de 0…12, de 0…14. Existen membranas con vidrios específicos, por ejemplo para medir pH en presencia de cierta concentración de HF. También hay membranas especiales para medir a muy bajas temperaturas (-30ºC).

Una gran membrana es símbolo de calidad. La velocidad de respuesta de un electrodo depende directamente de la calidad de su membrana.

Sensores de vidrio:

Modelo: OPTISENS PH 8100 Sensor de pH para aplicaciones con agua.

Sensor de vidrio, de alta calidad y precisión para el uso con productos de baja conductividad.

Resistencia a las altas temperaturas.



Apto para aplicaciones en la industria química.

Principio de medida: Potenciométrico.

Rango de Medida: 0 – 14 pH.

Precisión de medida:

Condiciones de referencia:

Medio: agua. Temperatura: + 20°C/+ 68°C. Presión: 1 bar/ 14.5 psi (absoluta).

El sensor OPTISENS PH 8100 se caracteriza por su diseño estándar, la facilidad de manejo y un ciclo de vida prolongado. Utilizándolo junto con el convertidor de señal MAC 100 es posible crear un sistema de medida extremadamente fiable y de bajo costo para un amplio rango de aplicaciones de medida en el análisis del agua.

Con un diseño de electrodos combinados con un electrodo de referencia integrado, el sensor

OPTISENS PH 8100 está equipado con dos diafragmas abiertos y sensor de temperatura integrado Pt100. El sensor se puede adaptar fácilmente a los requisitos de varias aplicaciones y es muy fácil de usar y duradero.

1) Conexión de proceso VP8.02) Eje de vidrio con electrodo de referencia integrado y llenado de gel de KCI3) Electrodo de medida: vidrio H.



Características principales:

Diafragma abierto anti obstrucciones (en forma de capilar de vidrio) para asegurar tiempos de respuesta muy rápidos y lecturas de alta precisión.

Sistemas especiales de referencia que prolongan la vida útil y apta para un amplio rango de aplicaciones.

Con Pt100 integrado para la compensación de temperatura Amplio rango de temperaturas de hasta 130°C / 266°F Varios conjuntos de montaje para una instalación sencilla y un manejo

fiable Apto para la conexión al convertidor de señal MAC 100.

Sirve para la Industria de:

• Aguas industriales• Centrales eléctricas• Química

Aplicaciones:

• Control de la calidad del agua (incluyendo vapor y agua de refrigeración)• Control del proceso.• Dosificación de floculantes.• Aplicaciones con aguas residuales.

Medida del pH:El principio de medida de un sensor de pH se basa en un vidrio sensible al pH. Cuando el vidrio sensible al pH entra en contacto con un líquido, se forma en la superficie una capa delgada de gel hidratado lo cual permite el intercambio de iones entre la superficie del vidrio y el líquido. En la superficie del vidrio se forma el denominado potencial de Nernst. Si ambas caras del vidrio están en contacto con los líquidos, puede detectarse una tensión entre los potenciales de las dos superficies. Dicha tensión guarda correlación con la diferencia en la concentración de iones H+ y, por consiguiente, con la diferencia de los valores de pH en ambos líquidos.



El electrodo que mide el pH contiene una solución amortiguadora interna que tiene un valor de pH conocido. Si el valor de pH del producto de medida en el exterior del electrodo es igual al valor de pH de la solución amortiguadora interna, la tensión resultante es de 0 V.

Si el valor de pH del producto difiere del valor de pH interno, se puede medir una tensión entre la capa interna y externa. A partir de la tensión resultante, se puede calcular la diferencia de pH entre los dos líquidos.

La tensión se mide con un electrodo de medida y un electrodo de referencia, ambos incorporados en el sensor. El electrodo de medida está en contacto con la solución amortiguadora conocida en el bulbo de vidrio sensible al pH. El electrodo de referencia está sumergido en una solución saturada de cloruro de potasio (KCl). La misma solución de KCl está en contacto con el producto de medida por medio de un diafragma. El diafragma impide que el producto de medida penetre en el sistema de referencia, pero permite el contacto eléctrico con el producto de medida.

Figura: Principio de medida para el Ph.

1) Electrodo de referencia.

2) Electrodo de medida.

3) Diafragma en contacto con la solución de KCl y con el producto de medida.



4) Solución amortiguadora interna con pH 7.

5) Potencial de la superficie en el interior (contacto con la solución amortiguadora).

6) Vidrio sensible al Ph.

7) Potencial de la superficie en el exterior (contacto con el producto de medida).

8) Producto de medida.

Características del producto:

El cambio de tensión de un sensor de pH a 25°C / 77°F es aproximadamente de 59 mV por unidad de pH. Esto se denomina también "la pendiente" del sensor de pH. La pendiente depende de la temperatura y disminuye a lo largo de la vida de sensor.

Para compensar la dependencia de la temperatura de la medida de pH, se puede medir la temperatura del producto y la misma se puede compensar automáticamente en el convertidor de señal.



Instalación del sensor:

Instalación de Instalación General:

La punta del sensor debe estar siempre totalmente en contacto con el producto de medida.

La posición de montaje del sensor no debe desviar más de 75° desde la posición vertical (punta del sensor girada hacia abajo). De lo contrario, puede haber burbujas de aire internas flotando en la punta de vidrio del sensor. Esto interrumpe el contacto eléctrico entre la solución amortiguadora interna y la superficie del vidrio.

Montaje en un soporte para paso de caudal:



Asegúrese de que no haya presión en el tubo antes de instalar o quitar un sensor.

El soporte para paso de caudal es un accesorio opcional y no forma parte del alcance estándar del suministro. Tiene que instalarse horizontalmente en líneas de bombeo o de muestreo o bien directamente en el proceso.

Figura 5: Posiciones de montaje posibles del soporte para paso de caudal.

1) Montaje en un tubo de salida.

2) Montaje en un tubo de bypass.

3) Válvula.

4) Soporte para paso de caudal.

Ejemplos de un punto de medida típico:

Cada uno de los siguientes ejemplos muestra el convertidor de señal, un sensor con o sin medida de la temperatura integrada y el soporte para paso de caudal o de inmersión.



Figura 6: Punto de medida con soporte para paso de caudal.

1) Medida de Bypass.

2) Medida de salida.

3) Tubo acodado.

4) Vial de muestreo.

5) Soporte para paso de caudal con sensor.

6) Válvula de cierre.

7) Tubo de bypass.

8) Tubo principal.



Sensor de Ph tipo ISFET :

Los sensores potenciométricos basados en transistores de efecto de campo (ISFET) son fabricados en la Sala Blanca del IMB-CNM. Estos dispositivos están basados en tecnología NMOS compatible con CMOS con una puerta formada por varios materiales dieléctricos (Si3N4, Ta2O5, ZrO2,...) para el sensado de PH.

Los ISFETs son encapsulados mediante un procedimiento semi-automatico con polímeros fotocurables con procesos fotolitográficos estándar y compatibles con la tecnología microelectrónica estándar. Estos polímeros muestran una excelente adherencia a la superficie sililada del óxido de silicio lo que resulta en una vida de los ISFETs encapsulados de 1 año.

Los ISFETs para el sensado iónico contienen una membranas poliméricas basadas en polímeros de poliuretano fotocurables, similares los usados para la encapsulación. El uso de estos materiales reduce significativamente el tiempo requerido para el encapsulado de los sensores y la deposición de las membranas, así como la cantidad de trabajo manual necesario para ello, aspectos muy importantes para la fabricación masiva.

La composición de las membranas de poliuretano fotocurables con diversos plastificantes e ionóforos utilizados tradicionalmente en la formulación de



membranas selectivas a iones. Se han fabricado sensores ISFET selectivos a cationes (H+, K+, Na+, NH4+, Ca2+) y a aniones (Cl-, CO32-).

Teniendo en cuenta que la tecnología de los ISFET está actualmente estandarizada y lista para su comercialización, estos dispositivos se han utilizado para varias aplicaciones como la monitorización medioambiental, el análisis clínico y el control de procesos industriales, principalmente en la industria alimentaria.

La aplicación de los sensores basados en ISFET ha esas áreas ofrece ventajas valorables en comparación con las basadas en ISEs o en el electrodo de vidrio como consecuencia de su robustez, pequeño tamaño –especialmente cuando los sensores han de ser incorporado a sondas de pequeño tamaño o en micro sistemas para la medida “in situ” o “en línea”.

Aplicaciones:

Los ISFETs se han utilizado para la medida de PH e iones en aguas residuales y subterráneas. También se han utilizado para medidas en sangre suero.

Los resultados demuestran la viabilidad de estas tecnologías gracias a la robustez y el pequeño tamaño de los dispositivos.

Principio de medición:

Son transductores potenciométricos basados en dispositivos ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor), que utilizan como principio de medida la modulación del canal del transistor mediante la diferencia de tensión que se establece entre la solución electrolítica y la puerta del dispositivo. La tensión de salida del transistor es función del pH de la disolución.

Tecnología de realización:

El dispositivo se obtiene mediante una tecnología NMOS de cinco niveles. La puerta metálica del transistor se sustituye por una capa de nitruro de silicio, sensible a la variación de pH de la solución.



Características eléctricas:

Tensión umbral 0.7 V ± 0.3 V

Transconductancia 300 µA/V ± 15 µA/V (*)

Rango dinámico 0.0 - 1.5 V

Corrientes de fuga < 10.0 nA

(*) En condiciones de medida: ID = 100 µA, VDS = 50 Mv

Características químicas:

Rango de pH 2 - 12 unidades, linealidad > 99.9 %

Sensibilidad 53.0 mV/pH ± 2.0 mV/pH

Resolución0.1 pH (un punto de calibración)0.02 pH (tres puntos de calibración)

Deriva temporal <1.0 mV/h

Sensores de pH tipo ISES:

Los electrodos selectivos a iones como su nombre indica son electrodos sensibles a la presencia de un tipo de ión en la solución y permiten su cuantificación. El término “selectivo’ quiere decir que son sensibles a una familia de iones de características similares, pero de entre todos ellos tienen mayor



afinidad por uno en concreto. En la figura siguiente se presenta el montaje experimental empleado así como su esquema equivalente eléctrico.

Montaje experimental para realizar medidas potenciométricas utilizando un ISE y a la derecha su correspondiente esquema eléctrico.

En los electrodos selectivos a iones (ISEs), la membrana es responsable tanto del reconocimiento selectivo como de la transformación del potencial generado en una señal eléctrica que se puede medir, es decir el receptor y el transductor están integrados en un único elemento.El sistema en la Figura de arriba actúa como una pila, de forma que al sumergir los dos electrodos en la solución se establecerá un flujo momentáneo de iones en la interfase existente entre la membrana selectiva y la solución de trabajo, produciéndose una diferencia de potencial, cuya magnitud depende de la cantidad de iones presente en la solución.

La diferencia de potencial medida es la suma de tres contribuciones: la interacción entre la membrana sensora y el ión de interés, la interacción que se origina entre el elemento de referencia y el medio donde está insertado, proporcionando un potencial constante si la composición del medio de referencia y la temperatura no varían y por último la denominada unión liquida, que se origina entre la solución de trabajo y la solución interna del electrodo de referencia. Los clásicos electrodos de referencia empleados en potenciometría, calomelano y Ag/AgCl fijan su potencial utilizando una solución de cloruro de actividad constante. Frecuentemente es necesario el uso de una segunda disolución de electrolito que se interpone, mediante un puente salino, entre



esta disolución interna de referencia y la muestra, con el fin de evitar la interacción entre ambas. Esta unión liquida representa una interfase donde un electrolito se difunde en el otro, siendo la causa del surgimiento de un potencial eléctrico, que contribuye al potencial de la celda, denominado potencial de unión líquida. Esta diferencia de potencial suele ser pequeña y normalmente es de magnitud desconocida.Por otra parte, debido a que el potencial de interfase interno y el potencial del electrodo de referencia interno son constantes, la medida del potencial que se genera en la celda electroquímica, representa únicamente el cambio de potencial que se produce a través de la superficie de la membrana del ISE, obteniéndose de esta forma información de la concentración de iones en la muestra.

Sensores combinados de Ph/Redox(ORP): Serie AP 300.

Los sensores del modelo AP301 son sensores de inserción de uso general con topes de giro, de flujo continuo o de inmersión. El cuerpo del sensor está fabricado en PPS (Ryton) resistente a los productos químicos.

El sensor se puede acoplar a racores de 1 pulgada mediante un adaptador de Ryton roscado con topes de giro.

Se puede acoplar un protector opcional de PVC del electrodo para aplicaciones de inmersión.



Sensores de pH, según el tipo de electrodo a utilizar, marca CRISON, para aguas y procesos industriales:

Modelo 5300: LOW COST. CON MUY BUENAS PRESTACIONES A PRECIO MUY COMPETITIVO.

o Aplicaciones. Piscinas, aguas potables. Muestras acuosas en general.o Limitaciones. Bajas conductividades. Productos con coloides o

solidos en suspension.

Modelo 5303: CON 3 DIAFRAGMAS QUE FACILITAN LA MEDIDA EN MEDIOS DE BAJA CONDUCTIVIDAD.

Posee un diafragma interno que protege el elemento de referencia frente a contaminaciones.

o Aplicaciones. Aguas potables, procesos de osmosis, torres de lavado de gases y de desodorizacion, aguas de salida de EDAR...

o Limitaciones. Muestras viscosas o “sucias” capaces de obturar rápidamente los diafragmas cerámicos.



Modelo 53 30 SU GRAN DIAFRAGMA DE PTFE POROSO FACILITA EL CONTACTO ENTRE ELECTROLITO Y MUESTRA. El elemento de referencia enfundado es muy inaccesible a la contaminación causada por iones externos. Recomendado cuando el tiempo de duración de los otros es muy inferior al esperado.

o Aplicaciones. Aguas residuales, aguas desmineralizadas, muestras sucias, etc.

Modelo 53 33 PARA AGUAS LIMPIAS. POSEE UN DIAFRAGMA INTERNO QUE PROTEGE EL ELEMENTO de referencia frente a contaminaciones.

o Aplicaciones. Aguas potables, torres lavado de gases, torres de desodorizacion, aguas de salida de EDAR...

o Limitaciones. Muestras con muy baja conductividad. Muestras viscosas o “sucias” capaces de obturar rápidamente el diafragma.



Modelo 53 35 PARA AGUAS RESIDUALES. SON ELECTRODOS QUE, EN MEDIOS DIFICILES, tienen una duración larga respecto a electrodos convencionales. Precio muy competitivo. Destaca por su electrolito solido y su diafragma anular abierto.

o Aplicaciones. Aguas sucias, con fangos, residuales, emulsiones, etc.o Limitaciones. Rápida alteración del polímero frente a: disoluciones de

pH < 2, aguas muy limpias, destiladas y desmineralizadas.o Temperaturas > 80ºC. Presiones > 2 bar. No se recomienda su

instalación en tuberías.

Modelo 53 38 LOW COST . DE CABLE FIJO, DE BUENAS PRESTACIONES .

o Aplicaciones. Piscinas, aguas potables. Muestras acuosas en general.o Limitaciones. Bajas conductividades. Productos con coloides o sólidos en

suspensión.

Modelo 53 41 RESISTENTE AL HF. La resistencia química de la membrana depende del ph y de la concentración de HF. Ver tabla.

o Aplicaciones. Aguas con fluoruros.o Limitaciones. Muestras con una concentración de fluorhídrico superior a

la señalada en la tabla.



Modelo 53 31 CON ELECTROLITO GELIFICADO, PRESURIZADO EN FABRICA A 2.5 BAR.

Presión que asegura un flujo de electrolito hacia fuera, realizando una auto limpieza del diafragma.

o Aplicaciones. Procesos industriales. Tratamiento de aguas. Aguas residuales.

o Limitaciones. La lenta y progresiva pérdida de presión interna, que empieza al desprecintar el diafragma. Dicha presurización tiene una duración media de 1 año, dependiendo de la aplicación.



Modelo 53 64 MEDIOS “MUY DIFICILES”. UN ELECTRODO DE GRAN RENDIMIENTO. ESTERILIZABLE.

Como electrolito utiliza un polímero especial, de altas prestaciones, que le permite trabajar en las condiciones más duras. Es esterilizable tanto con vapor como en autoclave.

o Aplicaciones. Muestras con aceites o disolventes orgánicos, con tintes, pigmentos y colorantes.

o Fermentaciones. Industria azucarera. Resistente a procesos CIP.

Modelo 53 65 - 53 66 DE “LARGA VIDA” EN CONDICIONES DIFICILES .

Presurizables, con electrolito liquido rellenable que asegura un flujo que mantiene limpio los diafragmas.

o Aplicaciones. Biotecnología, azucares, levaduras, almidón, aguas destiladas, tintes, colorantes, etc.

o Inconvenientes. El control periódico del nivel de electrolito. Deben instalarse en sonda presurizable. Característica diferencial. La longitud de cana del electrodo.



2.3 Selección del sensor a escoger:

En nuestro caso en estudio, se escogerá un sensor de Ph con electrodos resistentes a las altas temperaturas, y que pueda leer tanto la diferencia de potencial en medios densos, donde exista mezcla de soluciones viscosas, no transparentes. El modelo será de la marca CRISON 53 – 64, con AgCl encapsulado y con electrolito de polímero. Se sabe que resiste más 100°C.



BIBLIOGRAFIA

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http://axnm.galeon.com/ http://www.jmcs.org.mx/PDFS/V48/07-Dic-2004/04-Sensor.pdf

Catálogos de electrodos de sensores ph y redox.


http://www.jmcs.org.mx/PDFS/V48/07-Dic-2004/04-Sensor.pdf

http://axnm.galeon.com/

sistema del control de ph de una maquina de teÑido€¦ · web viewlas máquinas utilizadas para...

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