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REFORMA Y AUTOMATIZACIÓN DEL CIP DE CARROTANQUES Y SILOS DE ALMACENAMIENTO EN LA COOPERATIVA COLANTA.

EDINSON PEÑA LONDOÑO

Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero de Control

Director:

Germán Darío Zapata Madrigal

Ingeniero electricista

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLIN

FACULTAD DE MINAS ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y MECÀNICA

INGENIERIA DE CONTROL 2009

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REFORMA Y AUTOMATIZACIÓN DEL CIP DE CARROTANQUES Y SILOS DE ALMACENAMIENTO EN LA COOPERATIVA COLANTA.

EDINSON PEÑA LONDOÑO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MEDELLIN FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y MECÀNICA INGENIERIA DE CONTROL

2009

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AGRADECIMIENTOS

El más grande agradecimiento a toda la Cooperativa Colanta, durante mi semestre de práctica profesional, en especial a todas las personas del área de montajes y mantenimiento de la planta Medellín, ya que con su apoyo y conocimiento hicieron que mi tiempo dentro de cooperativa fuera productivo y enriquecedor como persona y como profesional. A todos los profesores de la Universidad Nacional, quienes me dieron la mejor enseñanza académica y siempre me brindaron apoyo para llegar a ser un profesional con ética y excelente perfil.

A mi familia que siempre fueron incondicionales dentro de mi desarrollo como estudiante y como forjadores de una persona integra en el ámbito laboral como personal.

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TABLA DE CONTENIDO.

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ 2

LISTA DE FIGURAS. .................................................................................................................. 6

LISTA DE TABLAS .................................................................................................................... 8

RESUMEN ................................................................................................................................... 9

INTRODUCCCIÓN ................................................................................................................... 10

OBJETIVOS ............................................................................................................................... 11

OBETIVO GENERAL ........................................................................................................... 11

OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................. 11

1 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 12

1.1 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN CIP (CLEANING IN PLACE) ....................................................................................................... 12

1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES (SODA CÁUSTICA Y ÁCIDO NÍTRICO) ............................................................................................................................... 15

1.2.1 Ácido nítrico. ...................................................................................................... 15

1.2.2 Soda Cáustica ...................................................................................................... 16

2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................... 17

2.1 LAVADO DE LOS SILOS DE LECHE CRUDA:..................................................... 18

2.1.1 LAVADO PARCIAL (DIARIO): ....................................................................... 19

2.1.2 LAVADO TOTAL (UNA VEZ POR SEMANA), GENERALMENTE MIÉRCOLES Y DOMINGO: ............................................................................................. 19

2.2 LAVADO DE CARRO TANQUES: .......................................................................... 19

2.2.1 LAVADO PARCIAL (DIARIO): ....................................................................... 20

2.2.2 LAVADO TOTAL (UNA VEZ POR SEMANA): ............................................. 20

2.3 CONTROL DE LAVADO Y ASEO DE CARROTANQUES .................................. 22

4

2.4 INCONVENIENTES ACTUALES EN EL PROCESO: ............................................ 25

2.4.1 Tiempos de lavado no controlados:..................................................................... 25

2.4.2 Concentración: .................................................................................................... 25

2.4.3 Desplazamientos: ................................................................................................ 27

2.4.4 Accionamiento de válvulas: ................................................................................ 27

2.4.5 Tablero de control de temperatura y bombas: ..................................................... 28

2.4.6 Tablero de transferencia: ..................................................................................... 29

2.4.7 Tablero de control de válvulas de retorno de lavado: ......................................... 29

2.4.8 Accionamiento de válvulas de presión para devoluciones y silo de Tampico: ... 30

2.5 ESQUEMA DE LIMPIEZA ACTUAL DEL CIP CARROTANQUES ..................... 31

3 DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................................... 32

3.1 EQUIPOS INSTALADOS EN EL PROCESO........................................................... 32

3.1.1 Tanques de solución ............................................................................................ 32

3.1.2 Válvulas: ............................................................................................................. 32

3.1.3 Bombas ............................................................................................................... 33

3.1.4 Intercambiadores de calor: .................................................................................. 34

3.1.5 Instrumentación ................................................................................................... 34

3.1.6 Redes: .................................................................................................................. 37

3.2 SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO.............................................................. 37

3.2.1 PLC (controlador lógico programable): .............................................................. 37

3.2.2 Software de diseño EASY MANAGER para la Panel view: .............................. 39

3.2.3 Sistema SCADA: ................................................................................................ 40

3.2.4 Redes Industriales: .............................................................................................. 43

3.2.5 Tableros de control y potencia. ........................................................................... 43

3.3 ASPECTOS DE INGENIERIA .................................................................................. 44

5

3.4 DIAGRAMA P&ID DEL NUEVO SISTEMA DE LAVADO CIP DE CARROTANQUES Y SILOS DE LECHE ............................................................................ 46

3.4.1 DESCRIPCIÓN Y SIMBLOGÍA DEL DIAGRAMA DE FLUJO. ................... 47

CONCLUSIONES. ..................................................................................................................... 53

BIBLIOGRAFÍA. ....................................................................................................................... 54

6

LISTA DE FIGURAS.

FIGURA 1: ESQUEMA DE ASPERSIÓN PARA TANQUES DE SOLUCIÓN...................... 14

FIGURA 2: TANQUES DE SOLUCIÓN PARA EL CIP DE CARROTANQUES ACTUAL . 18

FIGURA 3: NÚMERO DE CARROTANQUES VS NÚMERO DE LAVADAS TOTALES

PARA EL 2009 ................................................................................................................... 24

FIGURA 4: RECOLECCIÓN DE MUESTRAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE LOS

TANQUES DE SOLUCIÓN .............................................................................................. 26

FIGURA 5: ESCALERAS DE DESPLAZAMIENTO DE OPERARIOS DE LAVADO ......... 27

FIGURA 6: MATRIZ LÍNEA DE PRESIÓN DE CIP Y MATRIZ DE RETORNO DE CIP ... 28

FIGURA 7: TABLERO DE CONTROL DE TEMPERATURA Y BOMBAS DE PRESIÓN .. 28

FIGURA 8: TABLERO DE TRANSFERENCIA DE SOLUCIÓN PARA LOS SILOS DE

ALMACENAMIENTO ...................................................................................................... 29

FIGURA 9: TABLERO DE CONTROL PARA BOMBAS DE DESCARGUE DE LECHE Y

BOMBAS DE RETORNO DE CIP .................................................................................... 29

FIGURA 10: ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS PARA LA ZONA DE DEVOLUCIONES

Y SILO DE TAMPICO....................................................................................................... 30

FIGURA 11: DIAGRAMA P&ID DEL SISTEMA CIP CARROTANQUES ACTUAL .......... 31

FIGURA 12: ESQUEMA DE TANQUES DE SOLUCIÓN PARA EL LAVADO CIP ........... 32

FIGURA 13: VÁLVULAS CON ACTUADOR NEUMÁTICO ................................................ 32

FIGURA 14: BOMBA DOSIFICADORA DE ÁCIDO NÍTRICO. ........................................... 33

FIGURA 15: LÍNEA DE VAPOR PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ........... 34

FIGURA 16: TRANSMISOR DE CONCENTRACIÓN. .......................................................... 35

FIGURA 17: TRANSMISOR DE FLUJO .................................................................................. 36

FIGURA 18: TRANSMISOR DE PRESIÓN ............................................................................. 36

FIGURA 19: CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE SLC ......................................... 38

FIGURA 20: INGRESO DEL PASSWORD PARA EL OPERARIO DE LAVADO ............... 40

FIGURA 21: PANTALLA PRINCIPAL DE LA PANEL VIEW .............................................. 40

FIGURA 22: CONFIGURACIÓN DE LAS ENTRADAS Y LAS SALIDAS .......................... 41

7

FIGURA 23: ESCALIZACIÓN DE VARIABLES .................................................................... 41

FIGURA 24: PANTALLA PRINCIPAL DEL SCADA DEL CIP ............................................. 42

FIGURA 25: ESQUEMA DE LOS TANQUES DE CIP ........................................................... 43

FIGURA 26: TABLERO DE CONTROL PARA EL SISTEMA NUEVO DE CIP

CARROTANQUES ............................................................................................................ 44

FIGURA 27: DIAGRAMA P&ID NUEVO SISTEMA DE LAVADO DE CARROTANQUES

Y SILOS DE LECHE ......................................................................................................... 46

8

LISTA DE TABLAS

TABLA 1: DESCRIPCIÓN DE PARÁMETROS DE SODA Y ÁCIDO .................................. 18

TABLA 2: LAVADO DIARIO DE SILOS DE LECHE CRUDA ............................................. 19

TABLA 3: LAVADO TOTAL DE SILOS DE LECHE CRUDA .............................................. 19

TABLA 4: LAVADO PARCIAL DE CARROTANQUES........................................................ 20

TABLA 5: LAVADO TOTAL DE CARROTANQUES............................................................ 20

TABLA 6: LAVADO PARCIAL ACTUAL DE CARROTANQUES ...................................... 21

TABLA 7: LAVADO TOTAL ACTUAL DE CARROTANQUES .......................................... 21

TABLA 8: LAVADO DE SILOS DE ALMACENAMIENTO PARCIAL ACTUAL .............. 22

TABLA 9: LAVADO DE SILOS DE ALMACENAMIENTO TOTAL ACTUAL .................. 22

TABLA 10: CONSOLIDADO DE LAVADOS DE CARROTANQUES EN EL 2009 ............ 23

TABLA 11: RANGO DE VALORES MEDIANTE LA LUMINOMETRÍA ............................ 24

TABLA 12: CÓDIGOS DEL LUMINÓMETRO Y LUGAR DE PRUEBA ............................. 25

TABLA 13: TIEMPOS DE TRASIEGO DE QUÍMICOS DE SODA Y ÁCIDO ..................... 26

TABLA 14: CARACTERÍSTICAS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR ......................... 34

TABLA 15: CARACTERÍSTICAS SENSOR CAPACITIVO .................................................. 35

TABLA 16: CARACTERÍSTICAS TRANSMISOR DE CONDUCTIVIDAD ........................ 35

TABLA 17: CARACTERÍSTICAS TRANSMISOR DE FLUJO. ............................................. 35

TABLA 18: CARACTERÍSTICAS TRANSMISOR DE NIVEL .............................................. 36

TABLA 19: CARACTERÍSTICAS TRANSMISOR DE PRESIÓN ......................................... 36

TABLA 20: CARACTERÍSTICAS TRANSMISOR DE TEMPERATURA ............................ 37

TABLA 21: DESCRIPCIÓN DIAGRAMA P&ID CIP CARROTANQUES Y SILOS DE

LECHE ................................................................................................................................ 52

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RESUMEN

La limpieza de equipos e instalaciones en una Industria Láctea, específicamente en la Cooperativa Colanta es uno de los factores fundamentales para garantizar y asegurar que un producto sea apto para el consumo. Por lo tanto, el siguiente trabajo presenta el estudio técnico previo acerca del proceso de lavado en línea CIP (clean in place) de los carrotanques y silos de almacenamiento de leche cruda en la cooperativa, el cual consiste en una transferencia por un tiempo determinado de soluciones de ácido nítrico, soda cáustica y agua a través de las diferentes tuberías y equipos involucrados en el proceso como bombas, tanques, intercambiadores de calor, manqueras flexibles y los vehículos. En el comienzo de la investigación se tenía que las operaciones eran totalmente manuales y que no se tenía ningún control sobre el proceso por lo tanto no se llevaban registros de insumos gastados de tiempos y no se realizaba control de inventarios.

Finalmente se llega a tener un proceso automatizado en donde todas las variables son controladas por medio de un PLC encargado de realizar todas las funciones de lavado de los carrotanques y silos de almacenamiento con las funcionalidades propias en el desarrollo de ingeniería, con la instrumentación pertinente para asegurar que apertura de las diferentes válvulas de presión y descarga de las soluciones, manejo de bombas y tiempos de circulación, hasta el manejo de las variables de temperatura, nivel, presión, concentración sean monitoreadas a través de un sistema SCADA. El sistema es respaldado por el diagrama P&ID en donde se evidencia los diferentes flujos ya sea de leche o de CIP, los equipos y la instrumentación involucrada.

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INTRODUCCCIÓN

Un prerrequisito básico para la producción de lácteos de alta calidad, es que el proceso desde su inicio este completamente controlado y en condiciones higiénicas ideales, es decir, en partes como carro tanques, mangueras, tuberías, enfriadores, tanques de almacenamiento. El propósito final del CIP (clean in place) que se desea optimizar es remover los depósitos de compuestos orgánicos como residuos de grasas, proteínas, minerales, entre otros.

Es fundamental en el sistema de lavado de silos de leche cruda y carro tanques que se cumpla a satisfacción un lavado total en la superficie interior de los mismos, incluyendo los accesorios como válvulas, empaques, manifole ó flauta de descargue de la leche, mangueras y que se asegure de que estos fluyan hacia afuera y se re-circule constantemente para evitar la acumulación y así conllevar a una contaminación del producto. En las tuberías, compartimientos de los carros y los silos se debe garantizar una limpieza química basada en las velocidades de los flujos, concentraciones adecuadas de ácido nítrico y soda caustica y tiempos de circulación de la solución tanto para el lavado de los carro-tanques como para los silos de leche cruda.

La evaluación o validación del proceso de limpieza, garantiza que los procedimientos realizados en la actualidad y los futuros, cumplan con el objetivo específico de reducir la suciedad sobre el equipo específico ya sea silos o carrotanques de manera que no asegure un peligro para el consumidor final.

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OBJETIVOS

OBETIVO GENERAL Optimizar el proceso de lavado CIP de los silos de almacenamiento y carrotanques mediante un sistema automatizado que permita tener controladas las diferentes variables de proceso como temperatura, concentración, flujo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Obtener indicadores de gestión mediante gráficos y tablas a través de paneles de

supervisión, teniendo registros históricos para el análisis en el sistema de gestión de calidad.

• Implementar un protocolo de comunicaciones en el cual se enlacen las diferentes

recetas, parámetros, condiciones de operación desde un acceso remoto.

• Instrumentar de la manera más eficiente el proceso de lavado de carrotanques y silos de forma que tenga un proceso de limpieza adecuado y en óptimas condiciones de operación.

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1 MARCO TEÓRICO

1.1 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN CIP (CLEANING IN PLACE)

En la industria láctea, la limpieza de equipos se efectúa, generalmente, por medio de instalaciones CIP, los cuales permiten alcanzar altos estándares higiénicos, equivalentes a los logrados mediante el desmantelamiento y limpieza manual de tuberías y de otros componentes de instalación. Además, además al eliminar el factor humano, se puede controlar mejor el uso de componentes químicos peligrosos, ganando, por lo tanto, en seguridad y realizando un uso más económico de dichos productos.

Estos sistemas CIP, funcionan de una de estas maneras que se indican a continuación:

• Uso único: Es el más sencillo, se tiene un CIP por acá equipo y la disolución de limpieza de realiza después de una utilización.

• Reutilización: El CIP se centraliza para utilizarla con varios equipos, y la misma disolución de limpieza se utiliza en varios ciclos y se vierte cuando su concentración en materia orgánica es muy elevada.

• Uso múltiple: El cual combina las ventajas de los dos anteriores, ya que las soluciones de detergentes se distribuyen desde una instalación central hacia varias pequeñas en las cuales se ajusta su concentración y temperatura de acuerdo con el equipo a limpiar. La disolución retorna entonces a la instalación central desde donde es re circulada al proceso hasta que su concentración en materia orgánica sea tan elevada que se necesite botar dicha solución.

Por lo tanto, los sistemas de limpieza CIP, utilizados en las diferentes instalaciones de producción operan mediante las circulación de las disoluciones de limpieza que se hallan estimado adecuadas, en circuito cerrado. Dicha limpieza automática en circuito cerrado exige las siguientes condiciones:

1. Deben instalarse válvulas que impidan la mezcla del producto con la disolución de detergente o con el agua recuperada.

2. El diseño e construcción debe ser tal que todas sus partes establezcan contacto con la disolución de limpieza.

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3. Todas las partes que sean objeto de limpieza deben estar construidas de materiales resistentes a la corrosión, por ejemplo en acero inoxidable.

La organización de un sistema de limpieza dependerá de la complejidad del proceso en el cual estará involucrado, pero en esencia, se prepara la solución de limpieza en tanques de almacenamiento, desde donde se impulsa a través del sistema. En condiciones normales de operación, este tanque y las condiciones a través de las que se impulsan las soluciones de limpieza, deben de estar aisladas, para evitar la fuga de la disolución de los productos químicos involucrados en el proceso y su contacto con las corrientes de alimento, es decir, deben evitar contaminaciones cruzadas. Ahora una instalación de fase única cuenta normalmente con cuatro tanques cuya función es la siguiente:

1. Tanque de detergente: este tanque contiene el detergente o disolución de limpieza propiamente dicha, ya diluida a la concentración necesaria para la limpieza. El detergente más común para el lavado es la soda cáustica y este por lo general es siempre re circulado.

2. Tanque de agua recuperada: a este tanque no re circula tanto el agua del primer aclarado como el agua limpia como el detergente ya agotado que no es devuelto al tanque de detergente por no cumplir con los requisitos mínimos.

3. Tanque de agua de desinfección: Un ciclo de limpieza finaliza, con una

desinfección química, por lo tanto, este químico y la mezcla con el agua son almacenados en este tercer tanque.

4. Tanque de agua limpia: este tanque se convierte en un pulmón para realizar el

primer y último aclarado.

En una operación real, al término del funcionamiento del sistema de producción se aíslan totalmente los tanques de almacenamiento de materia prima y carrotanques. A continuación se drena el sistema y se hace un primer enjuague con agua limpia ya que permite reducir la cantidad de soda utilizada para eliminar la suciedad residual. Posteriormente se hacen pasar sucesivamente a través de un sistema de detergente adecuado, agua para el aclarado, un desinfectante y luego agua fría. las tuberías se limpian por medio de un flujo turbulento de la disolución apropiada, pero en las partes que contienen gran volumen, cuyo llenado resultaría muy costoso, estos sistemas están equipados con cabezas aspersoras, estas cabezas pueden ser fijas o

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rotativas y están diseñadas de maneras que la aspersión alcance toda la superficie interna.

Figura 1: Esquema de aspersión para tanques de solución

A la hora de diseñar un sistema de limpieza es necesario tener en cuenta los factores que condicionan la eficacia de esta operación, la temperatura, la concentración de las soluciones afectan la velocidad de reacción entre el detergente y la suciedad, por otro lado el tiempo de contacto entre dichas disoluciones de detergentes y las superficies sucias, así como el grado de turbulencia, modificaran el proceso de limpieza mecánico del sistema, lógicamente el espesor y la naturaleza de la capa de suciedad determinaran la eficacia de la operación. En cuanto a la calidad del agua empleada, se debe asegurar que el agua sea bacteriológicamente aceptable y que el contenido mineral sea pequeño, por lo tanto será necesario añadir sustancias que ablandezcan el agua con el fin de de evitar precipitados sobre las superficies de las tuberías y demás elementos que constituyen la instalación. Como se ha descrito anteriormente en las etapas del ciclo de limpieza, el control de las concentraciones de las disoluciones de limpieza se realiza a través de las medidas de las fluctuaciones de una determinada propiedad física en dicha disolución, normalmente esto se refiere a la conductividad de la disolución.

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Por último hay que resaltar que debido a la multitud de variables que influyen en el sistema de limpieza CIP es difícil ajustar el funcionamiento, y comúnmente se requiere consumos elevados de tiempo, agua y energía, tomando en cuenta también que no todos los sistemas CIP requieres en mismo nivel de concentración y tiempo de recorrido.

1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES (SODA CÁUSTICA Y ÁCIDO NÍTRICO)

El ácido nítrico y la soda cáustica, son las dos sustancias utilizadas para realizar el lavado en la línea CIP para los carrotanques y los silos de almacenamiento de leche cruda.

Estos químicos son de vital importancia dentro de la planta y es necesario conocer sus propiedades físicas y químicas para saber cómo actúan y tener conocimiento de que pasos realizar durante una eventual emergencia, también es necesidad conocer cuál es la función de cada uno y función realizan durante el lavado.

1.2.1 Ácido nítrico.

El compuesto químico ácido nítrico (HNO3) es un líquido corrosivo, tóxico, que puede ocasionar severas quemaduras.

Propiedades Físicas. El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. A menudo, distintas impurezas lo colorean de amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos rojos o amarillos. El ácido nítrico concentrado tiñe la piel humana de amarillo al contacto, debido a una reacción con la Cisteína presente en la queratina de la piel. Propiedades Químicas. El ácido nítrico es un agente oxidante potente; sus reacciones con compuestos como los cianuros, carburos, y polvos metálicos pueden ser explosivas. Las reacciones del ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos, como de la terebentina, son violentas, la mezcla siendo hipergólica (es decir, auto inflamable). Es un fuerte ácido: en solución acuosa se disocia completamente en un ion nitrato NO3

- y un protón hídrico. Las sales del ácido nítrico (que contienen el ion nitrato) se llaman nitratos. La casi totalidad de ellos son muy solubles en el agua. El ácido nítrico y sus sales, los nitratos, no deben confundirse con el ácido nitroso y sus sales, los nitritos. Esta sustancia dentro del lavado es especial para remover la piedra producto de la leche quemada, remueve sales minerales y proteínas. En la planta PTAR se utiliza en el trampa grasas para neutralizar el pH del agua, puesto que generalmente está por encima de 10 y es necesario bajarlo a 4 aproximadamente

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1.2.2 Soda Cáustica

El hidróxido sódico (NaOH) o hidróxido de sodio, también conocido como sosa cáustica o soda cáustica, es un hidróxido cáustico usado en la industria (principalmente como una base química) en la fabricación de papel, tejido, y detergentes.

A temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire. Es una sustancia manufacturada. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. El hidróxido de sodio es muy corrosivo. Generalmente se usa en forma sólida o como una solución de 50%. Esta sustancia se utiliza en la línea de lavado CIP para remover generalmente grasas presentes en el proceso.

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2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Recuperación de los residuos de producto por medio de empuje: En esta etapa, se ingresa agua a temperatura ambiente en la línea de presión que lleva al tanque, con el fin de evacuar la cantidad presente de leche o crema en los compartimientos del vehículo, de la misma manera en los silos de leche, el tiempo de este primer empuje de agua es de aproximadamente un (1) minuto; ya que se facilita la limpieza y se reduce la carga de contaminantes presentes.

Enjuague con agua recuperada para eliminar la suciedad suelta: Después de terminar el descargue de los carro-tanques o terminar el almacenamiento de leche en los silos, se realiza inmediatamente el enjuague con agua proveniente de lavadas anteriores, con un tiempo de residencia de dos (2) a tres (3) minutos aproximadamente, para facilitar la remoción de grasas y otros compuestos.

Ciclo de soda caustica: Es muy importante tener en cuenta factores importantes como la temperatura de la solución a trabajar, la concentración, el efecto mecánico y tiempo de duración. Se deben cumplir con estos parámetros con el fin de garantizar la limpieza en todas las líneas de lavado, estos parámetros son mencionados en las tablas 2 a 5.

Luego se realiza un nuevo barrido de agua limpia sobre todas las líneas y garantizar que la soda es retirada de la tubería y así no perder concentración, el tiempo de residencia es aleatorio y es controlado por el operador el cual acciona la bomba para realizar este lavado.

Ciclo de acido nítrico: Luego de que se lava con agua limpia, se realiza un barrido con acido y garantizar un lavado en condiciones de operación optimas de temperatura, concentración y tiempo de residencia en el proceso.

Enjuague con agua limpia: cuando se lleva a cabo el lavado y se cambia de una solución de ácido a soda es de vital importancia el enjuague con agua limpia con el fin de garantizar la limpieza total de los componentes intervenidos.

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Figura 2: Tanques de solución para el CIP de carrotanques actual

Para el lavado CIP de los silos de almacenamiento se debe tener en cuenta que la concentración y temperatura de las soluciones alcalina y acida se mantenga en los parámetros establecidos.

2.1 LAVADO DE LOS SILOS DE LECHE CRUDA:

Ahora se presenta los valores nominales de los valores de concentración requerida para el proceso de lavado.

Solución Descripción Concentración de

limpieza Concentración

comercial

Alcalina Soda cáustica 0.5 % ± 0.1 % 50 %

Ácida Ácido nítrico 0.64 % ± 0.1 50 %

Tabla 1: Descripción de parámetros de soda y ácido

Fuente: Instructivo del sistema integral de calidad “LAVADO CIP SILOS DE ALMACENAMIENTO DE LECHE”, documento No C I01102-10201; Cooperativa Colanta

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2.1.1 LAVADO PARCIAL (DIARIO):

Descripción Solución Temperatura Tiempo

Pre-enjuague Agua Ambiente 2 ± 1 minutos

Lavado alcalino Soda cáustica 74 ºC ± 10 ºC 2 ± 1 minutos

Enjuague alcalino Agua Ambiente 2 ± 1 minutos

Tabla 2: Lavado diario de silos de leche cruda

Fuente: Instructivo del sistema integral de calidad “LAVADO CIP SILOS DE ALMACENAMIENTO DE LECHE”, documento No C I01102-10201; Cooperativa Colanta.

2.1.2 LAVADO TOTAL (UNA VEZ POR SEMANA), GENERALMENTE MIÉRCOLES Y DOMINGO:


Pre-enjuague Agua Ambiente 2 ± 1 minutos

Lavado alcalino Soda cáustica 74 ºC ± 10 ºC 20 ± 5 minutos

Enjuague alcalino Agua Ambiente 10 ± 3 minutos

Lavado ácido Ácido nítrico 60 ºC ± 10 ºC 20 ± 5 minutos

Enjuague ácido Agua Ambiente 10 ± 3 minutos

Tabla 3: Lavado total de silos de leche cruda

Fuente: Instructivo del sistema integral de calidad “LAVADO CIP SILOS DE ALMACENAMIENTO DE LECHE”, documento No C I01102-10201; Cooperativa Colanta.

2.2 LAVADO DE CARRO TANQUES:

Las propiedades de concentración y temperatura y frecuencia requeridos para este lavado se presentan a continuación:

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2.2.1 LAVADO PARCIAL (DIARIO):

Actividad Producto Concentración Temperatura Tiempo

Pre-enjuague Agua Ambiente 2 ± 1

minutos

Lavado alcalino

(Soda cáustica) Soda cáustica 0.5 % ± 0.1 % 74 ºC ± 10 ºC

3 ± 1 minutos

Enjuague alcalino

Agua Ambiente 2 ± 1

minutos

Tabla 4: Lavado parcial de carrotanques

Fuente: Instructivo del sistema integral de calidad “LAVADO CIP CARROTANQUES”, documento No C I01102-10203; Cooperativa Colanta.

2.2.2 LAVADO TOTAL (UNA VEZ POR SEMANA):

Actividad Producto Concentración Temperatura Tiempo

Pre-enjuague Agua Ambiente 2 ± 1

minutos

Lavado alcalino

(Soda cáustica) Soda cáustica 0.5 % ± 0.1 % 74 ºC ± 10 ºC

3 ± 1 minutos

Enjuague alcalino

Agua Ambiente 3 ± 1

minutos

Limpieza ácida Ácido nítrico 0.64 % ± 0.1 % 60 ºC ± 10 ºC 3 ± 1

minutos

Enjuague Ácido Agua 3 ± 1

minutos

Tabla 5: Lavado total de carrotanques

Fuente: Instructivo del sistema integral de calidad “LAVADO CIP CARROTANQUES”, documento No C I01102-10203; Cooperativa Colanta.

Las soluciones de limpieza ácida o alcalina se descartan cuando se presenta excesiva turbiedad, sedimento u olor no corresponde y se prepara una nueva solución de limpieza.

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Nota aclaratoria: Cabe anotar que actualmente los tiempos de residencia dentro del lavado han cambiado debido a las no conformidades en el mismo, es decir, la solución tanto de ácido como de soda no circulan durante un buen tiempo en el proceso, sin embargo los niveles de concentración y de temperatura se conservan y se mantienen los estándares de lavado. A continuación se presentan las tablas de CIP actuales:

LAVADO DE CARRO TANQUES PARCIAL Y TOTAL RESPECTIVAMENTE:

Descripción Solución Temperatura Concentración Tiempo

Pre-enjuague Agua Ambiente 1 minuto

Lavado alcalino Soda cáustica 74 ºC ± 10 ºC 0.5 % ± 0.1 % 10 minutos

Enjuague alcalino

Agua Ambiente

3 minutos

Tabla 6: Lavado parcial actual de carrotanques


Pre-enjuague Agua Ambiente 1 minuto aprox.


Enjuague alcalino

Agua Ambiente 3 minutos

aprox.

Lavado ácido Ácido nítrico 60 ºC ± 10 ºC 0.64 % ± 0.1% 10 minutos

Enjuague ácido Agua Ambiente 3 minutos

aprox.

Tabla 7: Lavado total actual de carrotanques

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LAVADO DE CARRO TANQUES PARCIAL Y TOTAL RESPECTIVAMENTE:


Pre-enjuague Agua Ambiente 10 minutos


Enjuague alcalino

Agua Ambiente

10 minutos

Tabla 8: Lavado de silos de almacenamiento parcial actual


Pre-enjuague Agua Ambiente 10 minutos

Lavado alcalino Soda cáustica 74 ºC ± 10 ºC 30 minutos

Enjuague alcalino Agua Ambiente 10 minutos

Lavado ácido Ácido nítrico 60 ºC ± 10 ºC 30 minutos

Enjuague ácido Agua Ambiente 10 minutos

Tabla 9: Lavado de silos de almacenamiento total actual

Según lo visto en el área de recibo de leche, actualmente se tienen 42 carros tanques matriculados a los cuales se les realiza el CIP parcial y total, por otro lado se descargan también y se lavan los carros provenientes de otras plantas procesadoras.

2.3 CONTROL DE LAVADO Y ASEO DE CARROTANQUES

Para el control de descargue se tienen ítems como número de carro tanque, lugar de procedencia, compartimientos, hora de inicio del descargue, hora de finalización del descargue y silo al cual va destinada la leche cruda que transportan.

Ahora para el control de aseo del carro tanque se tiene en cuenta si el carro es enjuagado correctamente, en una primera instancia temperaturas y concentraciones del lavado alcalino y en segunda instancia las mismas variables si al vehículo se le realiza lavado total, tiempos de inicio y fin de la tarea y por último nombre de la persona encargada de realizar el lavado, ver anexo 1. Ahora se presenta el consolidado del número de lavadas totales que se han realizado a los carrotanques en el transcurso del presente año:

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# CARROTANQUE PLACA CARROTANQUE # LAVADAS 2009

1 091 14 2 108 18 3 109 19 4 111 16 5 116 17 6 125 14 7 126 11 8 127 19 9 139 17 10 140 14 11 152 16 12 155 15 13 159 17 14 169 18 15 175 17 16 177 18 17 181 15 18 185 14 19 190 13 20 221 16 21 227 15 22 254 15 23 270 16 24 276 18 25 289 14 26 321 14 27 401 13 28 411 13 29 481 15 30 511 15 31 581 13 32 601 17 33 641 14 34 681 14 35 711 14 36 721 18 37 731 15 38 751 1 39 761 15 40 821 17 41 831 15 42 941 14 Tabla 10: consolidado de lavados de carrotanques en el 2009

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Figura 3: Número de carrotanques vs número de lavadas totales para el 2009

Se maneja también otro formato el cual se completa cuando la lavada es total en donde se lleva el registro de fechas, número de carro tanque, tiempos de lavado para el enjuague, soda, enjuague, ácido, y lavada final con agua limpia, ver anexo 2. En el mismo formato se lleva el registro luminométrico el cual indica la calidad de la lavada realizada ya sea al carro-tanque o al silo de almacenamiento de donde se obtienen los siguientes rangos de valores.

RESULTADO CARACTERISTICA

1,0 ≤ X < 2,5 PASA

2,5 ≤ X < 3,0 ALERTA

3,0 ≤ X ≤ 6,0 MALO

Tabla 11: Rango de valores mediante la luminometría

Este resultado es tomado de acuerdo a los valores arrojados por el luminómetro donde se ingresan los diferentes códigos previamente programados, el equipo automáticamente arroja el valor final.

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CÓDIGO PRUEBA

CARROTANQUE

81 MANGUERA ENTRADA 82 MANGUERA SALIDA 83 BOMBA (PARTES) 84 COMPARTIMENTOS(PARTES) 85 MANHOLE(EMPAQUES) 86 RESPIRADERO 87 FLAUTA(PARTES) 88 GRANADA 89 VÁLVULAS(PARTES) 90 OTROS CARROTANQUES

SILOS DE LECHE

91 PISO SILO 92 PAREDES SILO 93 VÁLVULA ENTRADA SILO 94 VÁLVULA SALIDA SILO 95 MANHOLE(EMPAQUES) 96 TOMA MUESTRAS SILO 97 TUBO MUERTO SILO 98 TUBO REBOSE SILO 99 BOMBA1 100 BOMBA2 101 TUBERIA 102 ENFRIADOR DE PLACAS 103 MANGUERA ENTRADA 104 MANGUERA SALIDA 105 CODOS Y UNIONES 106 OTROS SILO LECHE CRUDA

Tabla 12: Códigos del luminómetro y lugar de prueba

2.4 INCONVENIENTES ACTUALES EN EL PROCESO:

Debido a que el proceso del CIP de carro tanques y silos es completamente manual, se presentan varios inconvenientes:

2.4.1 Tiempos de lavado no controlados:

Los tiempos de lavado no son controlados tanto para los silos de leche cruda como para los carro tanques, lo cual implica un mayor o menor tiempo de residencia.

2.4.2 Concentración:

La concentración de los tanques de CIP se lleva manualmente, es decir, se lleva a cabo la prueba en campo del porcentaje de concentración en la solución. Cuando esta medida no cumple con las especificaciones se remite a un archivo de Excel en donde están consignadas fórmulas que describen la cantidad de ácido o soda se le debe adicionar a la solución. El problema de este método es tal que para una cantidad (n) de litros

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necesarios no siempre está en valor exacto de duración de la bomba de dosificación encendida, por lo tanto no se garantiza una concentración exacta de solución en los tanques de CIP.

TIEMPO PARA TRASIEGO DE QUIMICOS SODA ACIDO NITRICO

LITROS TIEMPO LITROS TIEMPO 1,0 24 segundos 1,0 17 segundos 2.5 1 minuto 3,5 1 minuto 5,0 2 minutos 7 2 minutos 10,0 4 minutos 10,5 3 minutos 15,0 6 minutos 14 4 minutos 20,0 10 minutos 17,5 5 minutos 25,0 10 minutos 21,0 6 minutos 30,0 12 minutos 24,5 7 minutos

28,0 8 minutos

31,5 9 minutos

35,0 10 minutos

38,5 11 minutos

Tabla 13: Tiempos de trasiego de químicos de soda y ácido

Figura 4: Recolección de muestras para la dosificación de los tanques de solución

En esta foto se evidencia la forma manual de recoger la muestra para tener el dato de concentración de soda y ácido presentes en los tanques, luego este dato en comparado con la tabla 1 para dosificar la solución.

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La solución que se prepara para medir concentración en la soda presente en el tanque se realiza mediante la combinación de ácido clorhídrico más fenolftaleína, de la misma manera para preparar la solución para la concentración del ácido nítrico se realiza la combinación entre hidróxido de sodio mas la fenolftaleína

2.4.3 Desplazamientos:

Largos desplazamientos de los operarios al tener que subir muchas escaleras para poder abrir y cerrar válvulas en las líneas de presión y retorno del CIP en el turno de trabajo, de esta manera no se optimiza el proceso de CIP ya que se pierden tiempo de lavado al utilizarse en desplazamientos los cuales podrían ser aprovechados en otras actividades involucradas.

Figura 5: Escaleras de desplazamiento de operarios de lavado

2.4.4 Accionamiento de válvulas:

El control sobre las válvulas se realiza mediante una matriz las cuales dan paso a las diferentes líneas de presión, de manera similar para las líneas de retorno. El principal inconveniente de este proceso manual es la fácil posibilidad de que el operario accione una válvula incorrecta. Actualmente el estado de válvulas no es el ideal, por lo tanto los operarios deben tener el mayor cuidado con la manipulación de éstas.

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Figura 6: Matriz línea de presión de CIP y Matriz de retorno de CIP

2.4.5 Tablero de control de temperatura y bombas:

El tablero control 1 ubicado en el segundo piso de la zona de CIP se encuentran todos los accionamientos de las bombas tanto de ingreso de solución como de retorno, adicionalmente se encuentran los controles “maxthermo”, los cuales dan la orden para la apertura o cierre de la línea de vapor de acuerdo a la señal entregada por la Pt-100 ubicada en los tanques de soda y ácido

Figura 7: Tablero de control de temperatura y bombas de presión

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2.4.6 Tablero de transferencia:

El ingreso del CIP a los silos es manejado por un sistema de tablero de transferencia (teléfono) en las cuales se realiza el envío a los diferentes silos de almacenamiento de leche cruda, en el momento de que al operario tenga un olvido para realizar el cambio de boquilla se corre el riesgo de contaminar el producto.

Figura 8: Tablero de transferencia de solución para los silos de almacenamiento

2.4.7 Tablero de control de válvulas de retorno de lavado:

En la zona de lavado se encuentra el tablero 2, el cual mediante pulsadores acciona las bombas de descargue de leche cruda hacia los silos de almacenamiento, además de los retornos de CIP carro-tanques.

Figura 9: Tablero de control para bombas de descargue de leche y bombas de retorno de CIP

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2.4.8 Accionamiento de válvulas de presión para devoluciones y silo de Tampico:

Condiciones poco óptimas para el manejo de las válvulas de ingreso y retorno de los CIP tanto de la zona de devoluciones, como del lavado del silo de Tampico, esto implica un alto conocimiento del operario de las tuberías de proceso como del accionamiento de las válvulas y así evitar contaminaciones de producto.

Figura 10: Accionamiento de válvulas para la zona de devoluciones y silo de Tampico

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2.5 ESQUEMA DE LIMPIEZA ACTUAL DEL CIP CARROTANQUES

Figura 11: Diagrama P&ID del sistema CIP carrotanques actual

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3 DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1 EQUIPOS INSTALADOS EN EL PROCESO

3.1.1 Tanques de solución Se requiere una batería de 4 tanques en acero inoxidable con capacidad de 3.000 litros, los dos primeros serán de agua limpia y agua recuperada respectivamente, luego un tercer tanque de soda cáustica y un cuarto de ácido nítrico. Dichos tanques estarán equipados con un sistema de control de nivel, válvulas mariposa con actuador neumático para las líneas de alimentación y retorno de CIP.

Figura 12: esquema de tanques de solución para el lavado CIP

3.1.2 Válvulas:

Válvulas mariposa con actuador neumático para alimentación y retorno de las 3 líneas de CIP de carro tanques.

Figura 13: Válvulas con actuador neumático

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Válvulas mariposa con actuador neumático para las líneas de alimentación y retorno de CIP para los silos 4 silos de leche cruda.

Válvulas mariposa con actuador neumático para la línea de CIP para los 3 tanques de devolución.

Válvulas mariposa con actuador neumático para las 2 líneas de dosificación de ácido y soda.

Válvulas manuales para las líneas de drenaje.

Válvulas tipo cheque para inversiones de flujo.

3.1.3 Bombas

Tres (3) bombas sanitarias para la línea de impulsión de CIP para los carrotanques.

Tres (3) bombas sanitarias para retorno de CIP de los carrotanques.

Una (1) bomba sanitaria para impulsión de CIP en los silos de leche cruda y tanques de devolución.

Una (1) bomba sanitaria para retorno de CIP en los silos de leche cruda y tanques de devolución.

Tres (3) bombas sanitarias para descargue de leche a los silos de almacenamiento.

Se requiere de igual forma bombas de dosificación para las soluciones de ácido nítrico y soda cáustica para mantener la concentración requerida en los tanques.

Figura 14: Bomba dosificadora de ácido nítrico.

Para la selección de las bombas se debe tener en cuenta que sean de Bajo costo en precio y mantenimiento, adaptables a diferentes condiciones de operación.

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3.1.4 Intercambiadores de calor:

Tres (3) intercambiadores de placas para el enfriamiento de la leche del descargue con las siguientes características de diseño.

Presión máxima 10 bar Temperatura máxima 150 °C Caudal máx. (l/h) 35.000 Longitud 1.400-3.800 mm Material Acero inoxidable

Tabla 14: Características del intercambiador de calor

Intercambiadores de placas para calentamiento de las soluciones para las líneas de lavado de carro-tanques y silos de leche y de devoluciones.

Línea de vapor y condensados de acuerdo a la potencia calorífica requerida por las líneas de solución los cuales incluyan líneas de corte de vapor, válvula reguladora de presión línea, filtros de vapor, manómetros, entre otros.

Figura 15: Línea de vapor para los intercambiadores de calor

3.1.5 Instrumentación

Fue necesario seleccionar instrumentación que cumpla con las características propias del proceso del CIP carrotanques en variables como temperatura, presión, flujo, conductividad, seleccionados de tal manera que pudieran ser calibrados con facilidad y que cuenten con una buena precisión en la medida.

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SENSOR CAPACITIVO (tablero de transferencia) Tipo Capacitivo Alimentación 4.5 a 5.5 V Rango de operación 4 a 30 cm Temperatura de operación -10 a +60 °C Tolerancia ± 0.3 mm aprox.

Tabla 15: Características sensor capacitivo

TRANSMISOR DE CONCENTRACIÓN Tipo pH Alimentación 12-30 V CC - filtrada y regulada Temperatura de operación -30 a +140 °C Intervalo de medición 0...14 pH Resolución 0,01 pH Carcasa del sensor Acero inoxidable Presión del líquido 0 - 6 bar

Tabla 16: Características transmisor de conductividad

Figura 16: transmisor de concentración. TRANSMISOR DE FLUJO Tipo Flujo Alimentación 18...30 V DC Flujo 0.03 m/s a 3 m/s (0-100%) resolución 1% Temperatura de operación –40...+85 °C Material Acero inoxidable

Tabla 17: Características transmisor de flujo.

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Figura 17: Transmisor de flujo

TRANSMISOR DE NIVEL Tipo Nivel Alimentación 10...35 V DC Temperatura de operación –40...+150 °C Presión del líquido 40 bar máx. Material Acero inoxidable

Tabla 18: Características transmisor de nivel

TRANSMISOR DE PRESIÓN Tipo Presión Hidrostática Alimentación 4 a 20 mA Temperatura de operación –10 a +100°C Material Acero inoxidable Rango Presión 0-14 MPa (0-140 bar).

Tabla 19: Características transmisor de presión

Figura 18: transmisor de presión

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TRANSMISOR DE TEMPERATURA (PT100) Tipo Temperatura Salida 4 a 20 mA Temperatura de operación –20 a +80°C Material Acero inoxidable Precisión ±0,1% de la lectura Longitud 147 mm Linealidad entrada / salida 0,06%

Tabla 20: Características transmisor de temperatura

3.1.6 Redes:

Redes de impulsión de CIP para carro-tanques y silos

Redes de retorno de CIP para carro-tanques y silos

Red de descargue de leche

Red de suministro de agua

Red de suministro de ácido nítrico

Red de suministro de soda cáustica

Red de vapor para los intercambiadores

Red de aire para las válvulas neumáticas.

Red de energía

Red de comunicación y datos

3.2 SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO

Para el control del proceso del CIP de carro-tanques y silos de leche y devoluciones debe albergar los siguientes elementos:

3.2.1 PLC (controlador lógico programable):

PLC (Allan Bradley familia SLC 500 E), con su correspondiente CPU, fuente de alimentación, y diferentes módulos de entradas y salidas análogas y digitales.

Se requirió un PLC ideal para aplicaciones de control dedicado, el cual ofrezca un amplio rango de elecciones en memoria, capacidad de E/S, conjunto de instrucciones,

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puertos de comunicación para diseñar un sistema de control y para requerimientos exigentes particulares del proceso de CIP.

El SLC 500 de Allen-Bradley es de la familia modular pequeña basada en un chasis de Rockwell Automation de controladores y E/S programables. El SLC fue diseñado para adaptarse. Puede funcionar independientemente o conectado en red. Puede controlar una sola máquina o se puede distribuir ampliamente para las aplicaciones SCADA. El uso de un SLC para hacer funcionar su aplicación le permite ampliar fácilmente las capacidades del procesador o añadir E/S conforme crezca el sistema El PLC posee características de ser modular y que ofrezca flexibilidad en las E/S digitales para diferentes configuraciones y que pueda soportar entradas de 24V DC ó 120/240V AC, salidas tipo relé o transistor.

Figura 19: Controlador Lógico Programable SLC

El procesador SLC 500 está diseñados para ofrecer una amplia gama de memoria (desde 1 K hasta 64 K), opciones de chasis (4, 7, 10 ó 13 ranuras), conjunto de instrucciones, fuentes de alimentación eléctrica y la posibilidad de redes incorporadas. El chasis permite albergar la CPU, la fuente de alimentación y los módulos de comunicación y de E/S, asegurándolos mecánica y eléctricamente, y permitiendo la comunicación de los diversos módulos con la CPU a través del bus. El chasis puede ser local o remoto y es importante porque:

• El tamaño y montaje uniformes proporcionan la configuración “universal”. • Puede dejar ranuras vacías para expansión futura

• Brazos de cableado extraíbles.

El sistema necesitó una fuente de alimentación rectificada que asegure su funcionamiento normal y seguro. Para configurar el sistema modular, debe tenerse una fuente de alimentación para cada chasis. Esta fuente de alimentación proveerá potencia al procesador y a cada tarjeta de E/S.

Módulos de E/S

Fué necesario incluir un PLC que incluya gran variedad de módulos dependiendo de las necesidades del proyecto, con características como:

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• Una plataforma de hardware compartida lo cual hace conveniente la utilización de diversos módulos y permitir la expansión futura.

• Que posea una combinación de entradas y salidas en el mismo modulo digital y analógico para que provea capacidad de expansión sin sacrificar espacio y sin incrementar el costo.

• No sea necesario desconectar el cableado para reemplazar módulos de 16 o más E/S.

• Los leds indicadores visualicen el estado de E/S para facilitar la detección de fallas.

• Los módulos E/S incluyan acoplamiento óptico y circuitos filtros para la reducción de la señal de ruido.

• Los módulos sean utilizados en diferentes densidades (máximo de 32 E/S por modulo), para así tener mayor flexibilidad.

• Variedad en los rangos de las interfaces de las señales para los sensores/actuadores en AC y DC.

Los módulos de entrada/salida se solicitaron con características como:

Entradas Digitales: Con estados ON/OFF, abierto/cerrado. Niveles de señal de: 5 VDC, 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC dependiendo de la instrumentación y salidas Digitales: Tipo ON/OFF, abierto/cerrado, salida a Relé (DC, AC).

Se necesitaron módulos analógicos que utilizaran valores binarios de 16 bits. El rango decimal, el número de bits significativos y la resolución del convertidor dependerán del rango de entrada que se utilice para cada canal.

3.2.2 Software de diseño EASY MANAGER para la Panel view:

Panel view para la supervisión, selección y visualización del programa de funcionamiento y otra para supervisión desde un lugar remoto.

El Easy-Manager - software de programación y diseño, fue el software con el cual se diseñó la interfaz gráfica para la pantalla táctil, ésta es una aplicación para la plataforma Windows diseñado especialmente para la programación de los terminales gráficos EasyView500, que comprende los modelos MT5xx, modelo al que pertenece el panel utilizado, el Maxtech. Este software permite la creación de hasta 6 ventanas superpuestas en una pantalla con posibilidad de minimizarlas a un icono, emulando el entorno Windows directamente en el terminal, simplificando así su operación y por lo tanto haciendo mucha más fácil la simulación en línea del panel, siendo ésta una de sus potentes características ya que es posible una simulación directa en el PC de una aplicación creada previamente a su envió al terminal. Para los botones, imágenes y demás elementos de diseño su hizo uso de una serie de librerías de objetos, cuyas características eran podían configurarse, las cuales permitieron

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realizar aplicaciones profesionales y funcionales. El software cuenta con un almacenamiento ‘no volátil’ de hasta 32167 recetas (conjuntos de parámetros) bajo nombres, gestionados con una única pantalla y con funciones especificas para su tratamiento.

Figura 20: Ingreso del password para el operario de lavado

Figura 21: Pantalla principal de la panel view

Permite asignar identificadores a direcciones del PLC y asociarlas a objetos, scripts, etc. Así fue posible obtener plena independencia entre el diseño del proyecto y el acceso al controlador, creando la plataforma perfecta para un mejor mantenimiento.

3.2.3 Sistema SCADA:

Sistema SCADA, para el control desde un PC que podría estar ubicado en la oficina del recibo de leche.

Estructura de programación Con el uso del software RSLogix 500, en el cual se utilizó un lenguaje ladder o lenguaje de escalera para programar el PLC, fue posible apreciar las ventajas de dicha

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programación, donde la unión de bloques previamente caracterizados para un objetivo en particular, permitían dar forma a una estructura secuencial en forma organizada. La primera parte de la programación consistió en inicializar los módulos a utilizar en el PLC, los cuales se escogen según los requerimientos de entradas y salidas tanto análogas como digitales, luego se procedió a crear las subrutinas para “saltar” a otras partes del programa.

Figura 22: Configuración de las entradas y las salidas

Debido a que la salida de los sensores a utilizar era de 4 a 20mA, se procedió a escalizar las variables de tal forma que los límites máximos y mínimos de las variables (nivel, temperatura, presión, conductividad, entre otras), fueran de 4 a 20mA respectivamente. En la programación se utilizaron algunos timers con el fin de dar movimiento a los agitadores de algunos tanques con el fin de que a través del SCADA fuera posible visualizar su movimiento.

Figura 23: Escalización de Variables

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Las alarmas y el control de encendido y apagado de bombas también hicieron parte de la programación contribuyendo con uno de los objetivos a cumplir que era el de velar no sólo por la seguridad del proceso como tal sino también, y más importante aún, de las personas que lo supervisan. Estructura del scada Con el RSView32 fue posible crear una interfaz gráfica donde se pudiera mostrar, en la forma más real posible, todo el proceso del CIP de carrotanques y silos de almacenamiento de leche y así mismo visualizar el valor de las variables y el cambio en las mismas junto a sus respectivas gráficas estadísticas; todo esto con el fin de mantener un historial del comportamiento de cada variable por un tiempo determinado dentro del sistema y hacer más fácil el análisis al momento de requerirlo.

Figura 24: Pantalla principal del SCADA del CIP

Los resultados de la unión entre la interfaz gráfica, el software de programación y los sensores a utilizar fueron bastante satisfactorios ya que la precisión y exactitud visualizada en el SCADA era bastante cercana a la medida real que marcaba el instrumento de medida utilizado.

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Figura 25: Esquema de los tanques de CIP

3.2.4 Redes Industriales:

Sistema de redes industriales para la configuración de los diferentes dispositivos como PLC, HMI, sensores, entre otros. Con el fin de comunicar los programas, recetas, parámetros desde un acceso remoto o en sitio directamente. Este protocolo de comunicación será Ethernet ya que es un protocolo fácil de implementar y que en la planta de Colanta Caribe ya está estructurado.

3.2.5 Tableros de control y potencia.

Dos (2) tableros en acero inoxidable, de ubicación exterior, calibre 14 MSG aproximadamente tanto para las puertas como para las tapas y perfiles de refuerzo ubicados en la zona de recibo de leche, todos los elementos menores, tales como tornillos, tuercas y arandelas deben ser en acero inoxidable como protección contra la corrosión, los elementos deberán entregarse debidamente instalados, alambrados y listos para entrar en funcionamiento una vez se entregue lo requerido en la licitación:

• Relés de salida • Unidades de mando y señalización • Borneras de potencia (fases, neutros y tierra) y de control. • PLC • Módulos de I/O • Canaletas • Rieles tipo DIN • Accesorios: Terminales de conexión, Marcaciones, relés, contactos y las

funciones de control deberán adaptarse a los diseños particulares y cumplir con las funciones de control requeridas por el proceso determinado en las especificaciones.

Características nominales de los tableros: POTENCIA: Tensión de operación: 110/220 Voltios AC Frecuencia: 60 Hz

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CONTROL: Tensión de operación: 24 Voltios DC

Figura 26: Tablero de control para el sistema nuevo de CIP carrotanques

3.3 ASPECTOS DE INGENIERIA

Se debe tener en cuenta para la etapa de ingeniería las diferentes etapas de diseño, planificación, puesta en funcionamiento del sistema CIP de carro-tanques y silos.

Para la programación del PLC se deben tener en cuenta especificaciones propias del proceso las cuales deberán ser visibles y controlables por la panel view tales como:

Funcionalidades generales tenidas en cuenta en el desarrollo de la ingeniería:

� Posibilidad de trabajar en modo manual y automático.

� Ingresará un código de operario con el cual se identifica y se lleva el registro de cuantas lavadas lleva cada uno de los trabajadores llevando la cuenta diaria de las mismas y guardando históricos.

� En el caso del CIP al carrotanque o de silos de almacenamiento indicar también si la lavada es parcial o total.

� Registro visualización y almacenaje de datos de tiempos de circulación de la solución en los lavados de silos de leche y carrotanques.

� Registro, visualización y almacenaje de datos de concentraciones en los retornos de las soluciones a los tanques agua recuperada, soda cáustica, ácido nítrico.

� Registro, visualización y almacenaje de datos de temperaturas en el proceso de limpieza antes y después de los intercambiadores de calor.

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� Registro, visualización de datos de flujos en las tuberías de presión de CIP tanto para los silos como para los carrotanques.

� Registro, visualización de datos de presiones en las líneas de suministro de agua fría para los enfriadores de leche.

� Alarmas sonoras y visuales cuando el proceso CIP se salga de especificaciones.

� Indicación de niveles alto, medio y bajo para los tanques de solución.

� Registro y visualización de niveles alto, medio, bajo y las temperaturas para los silos de almacenamiento de leche cruda.

Para el lavado especial de los carrotanques tener en cuenta:

� Valores de concentración de soda y ácido de la solución.

� Valor de las temperaturas finales en las soluciones de ácido y soda.

� Ingreso por pantalla del valor del registro de luminometría en las siguientes partes de carrotanques: compartimiento, manhole, bomba, válvulas, manifole, empaques, entre otros.

� Hora de inicio y finalización del lavado.

Para el descargue de leche cruda tener en cuenta:

� Placa del carrotanque.

� Fecha de ingreso del carro a descargue.

� Hora de ingreso y retiro del carro que se desea descargar.

� Ingresar el número de compartimientos del carrotanque.

� Seleccionar de una lista la procedencia del carrotanque a descargar.

� Indicar a cual silo de almacenamiento se dirigirá la leche del carrotanque.

� Seleccionar si el descargue irá para el silo de 100.000 litros que posteriormente se usará para termizar.

� Alarma sonora y visual si el teléfono en el tablero de transferencia de descargue no está conectado correctamente.

� Visualizar las condiciones de temperatura en los silos de almacenamiento y accionar las diferentes válvulas en caso de que falte frío en los serpentines.

� Verificar el estado de los agitadores de los silos.

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3.4 DIAGRAMA P&ID DEL NUEVO SISTEMA DE LAVADO CIP DE CA RROTANQUES Y SILOS DE LECHE

Figura 27: Diagrama P&ID nuevo sistema de lavado de carrotanques y silos de leche

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3.4.1 DESCRIPCIÓN Y SIMBLOGÍA DEL DIAGRAMA DE FLUJO.

SÍMBOLO DESCRIPCIÓN DETALLADA

INSTRUMENTACIÓN

cs01 sensor capacitivo en tablero de transferencia a la entrada de CIP silo 2




cs05 sensor capacitivo salida de leche tablero de transferencia silo 1



cs08 sensor capacitivo salida retorno de CIP tablero de transferencia

cs09 sensor capacitivo salida a pasteurizadores en tablero de transferencia


CT-01 Transmisor de conductividad línea de retorno de CIP silos de leche

CT-02 Transmisor de conductividad línea de retorno de CIP carrotanques 1



LT-01 Transmisor de nivel tanque 3 000 lts Agua limpia

LT-02 Transmisor de nivel tanque 3 000 lts Agua Recuperada

LT-03 Transmisor de nivel tanque 3 000 lts Acido Nítrico

LT-04 Transmisor de nivel tanque 3 000 lts Soda Cáustica

LT-05 Transmisor de nivel Silo 1 de 150 000 lts



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PT-01 Transmisor de presión línea de leche cruda a la entrada del enfriador 1

PT-02 Transmisor de presión línea de leche cruda a la salida del enfriador 1





FT-01 Transmisor de Flujo salida leche cruda del enfriador 1



FT-04 Transmisor de Flujo salida bomba de presión CIP carrotanques 3



FT-07 Transmisor de Flujo salida bomba de presión CIP silos de leche

TT-01 Transmisor de temperatura línea de leche cruda a la entrada del enfriador 1

TT-02 Transmisor de temperatura línea de leche cruda a la salida del enfriador 1





TT-07 Transmisor de Temperatura salida intercambiador línea de presión CIP carrotanques 3



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TT-10 Transmisor de Temperatura salida intercambiador línea de presión CIP silos de leche

TT-11 Transmisor de Temperatura línea de retorno de CIP silos de leche

TT-12 Transmisor de Temperatura línea de retorno de CIP carrotanques 1



TT-15 Transmisor de Temperatura Silo 1 de 150 000 lts




PI-01 Indicador de presión línea de vapor intercambiador de calor CIP silos de leche

PI-02 Indicador de presión línea de vapor intercambiador de calor CIP silos de leche

PI-03 Indicador de presión línea de vapor intercambiador de calor CIP carrotanques 1






TI-01 Indicador de temperatura tanque silo de devoluciones


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TI-04 Indicador de temperatura salida agua fría enfriador 1

TI-05 Indicador de temperatura entrada agua fría enfriador 1





INTERCAMBIADORES

ENF_1 Enfriador 1 descargue de leche cruda




IC_CIP_01 Intercambiador de calor línea de presión de CIP carrotanques 1



IC_CIP_SILOS Intercambiador de calor línea de presión de CIP silos de leche

BOMBAS

B1_SILOS Bomba 1 presión de CIP a silos

B2_CTQS1 Bomba 2 presión CIP carrotanques 1



B5_RET_CTQS1 Bomba 5 retorno CIP carrotanques 1



B8_RET_SILOS Bomba 8 retorno CIP silos de leche

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B9_LECHE Bomba 7 descargue de leche enfriador 1



B12_DEV Bomba 10 retorno CIP zona de devoluciones

VÁLVULAS

V1 - V4 válvulas de 2 vías entrada de agua fría a los silos de leche

V5 - V8 válvulas de 2 vías de alivio de presión para la línea de agua fría a los silos de leche

V9 - V12 válvulas de 3 vías entrada de producto y salida de CIP a los silos de leche

V13 válvula 3 vías ingreso de leche para silo 4

V14 válvula 3 vías ingreso de leche a silos de leche o a silo de leche para termizar

V15 - V17 válvulas 2 vías salida de leche silos 1,2,3 respectivamente

V18 válvula 3 vías seleccionadora salida de leche a tablero de transferencia ó pasteurizador 1

VS_CIP_01 válvula solenoide línea de vapor para intercambiador de calor 1

VR_CIP_01 válvula reguladora línea de vapor para intercambiador de calor 2





V19 válvula 3 vías retorno de CIP de silos de leche y zona de devoluciones

V20 válvula 3 vías línea de presión de CIP para tablero de transferencia de silos de leche ó tanques de devolución

V21 válvula 3 vías línea presión de CIP para enfriador 1 ó línea de carrotanques 1

V22 válvula 3 vías línea presión de CIP para enfriador 2 ó línea de

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carrotanques 2

V23 válvula 3 vías línea presión de CIP para enfriador 3 ó línea de carrotanques 3

V24 - 26 válvulas de 2 vías entrada de agua fría a los enfriadores de leche

V27 - V29 válvulas de 2 vías de alivio de presión para la línea de agua fría a los silos de leche

V30 - V33 válvulas de 2 vías salida tanques de solución de CIP hacia bomba de presión de silos

V34 - 37 válvulas de 2 vías salida tanques de solución de CIP hacia bomba de presión de carrotanques 1

V38 - V41 válvulas de 2 vías salida tanques de solución de CIP hacia bomba de presión de carrotanques 2

V42 - V45 válvulas de 2 vías salida tanques de solución de CIP hacia bomba de presión de carrotanques 3

V46 - V50 válvulas de 3 vías de retorno de CIP hacia tanque de agua recuperada

V51 - V55 válvulas de 2 vías de retorno de CIP hacia tanque de soda cáustica

V56 - V60 válvulas de 2 vías de retorno de CIP hacia tanque de ácido nítrico

V61 - V63 válvulas de 3 vías entrada de CIP a los tanques de devolución

V64 - V66 válvulas de 3 vías retorno de CIP de los tanques de devolución

V67 - V70 válvulas de 2 vías salida de los tanques de solución hacia la matriz principal de presión de CIP

V71 - V73 Válvulas de 3 vías de descargue de leche entre carrotanques y enfriadores

Tabla 21: Descripción diagrama P&ID CIP carrotanques y silos de leche

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CONCLUSIONES.

� El estudio general de todo el funcionamiento del sistema antes de entrar a realizar cualquier trabajo en una planta, es de gran importancia para conocer las características importantes de cada uno de los procesos que interactúan entre sí. El conocimiento en este caso del funcionamiento del CIP (clean in place), permitió saber cuáles eran las necesidades y las falencias del sistema, junto con todos los cuidados que se deben tener con la calidad del producto y con la integridad de los operarios.

� La instrumentación industrial requerida en el proceso de lavado CIP, en este caso, transmisores de presión, de temperatura, de conductividad, de flujo fueron seleccionados teniendo en cuenta los rangos de medida requeridos, la precisión y sensibilidad del instrumento, las normas sugeridas en la industria alimenticia y el ambiente al cual iban a ser expuestos.

� Las ayudas de las herramientas informáticas, en estos tiempos de gran tecnología

es de gran importancia, en este caso la modelación del sistema a automatizar por medio del estudio técnico previo, nos permitió conocer el comportamiento y la estructura del mismo, y poder llevar el modelo a condiciones limites para lograr un perfecto funcionamiento a la hora de implementar el proyecto.

� Un estudio previo del software de programación que se iba a utilizar hizo más

fácil la programación y el diseño del sistema SCADA, teniendo en cuenta también que a medida que se trabajaba con cada uno de ellos se avanzaba tanto en el desarrollo del proyecto como en el conocimiento propiamente del software.

� El trabajo de programación fue desarrollado con el software perteneciente una

misma familia donde se facilitó la integración del diseño gráfico en el RSView 32, la programación en el RSLogix 500 y la comunicación con el PLC a través del RSLinx.

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BIBLIOGRAFÍA.

• Lewis. R.W. (1997). Programming industrial control systems using PLC’s

• Michel, Gilles. D.L. (1990). Autómatas programables industriales

• Piedrahita Moreno, Ramón. (1999). Ingeniería de la automatización industrial

• Manual de programación para PLC Allen Bradley (Rockwell). [En línea]

www.automatas.org

• Medición y control - Manual para instrumentación industria

tdg automatizaci n cip de carrotanques y silos de …bdigital.unal.edu.co/939/1/8031774_2009.pdf ·...

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