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INSTITUTO POLITNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA

Y ELCTRICA

Unidad Azcapotzalco

SISTEMA DE INSTRUMENTACIN CONTROL Y MONITOREO DE PROCESO INDUSTRIALES

ASISTIDO POR COMPUTADORA

Tesis

PARA OBTENER EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO EN ROBTICA INDUSTRIAL

NOMBRE DE LOS ALUMNOS:

Almanza Snchez Yonathan ngel

Mrquez Lpez Oscar Jos Rosas Ochoa Jaime

DIRECTOR DE TESIS:

Ing. Jos Galvn Ramrez

M. C. Antonio Camarena Gallardo Mxico Distrito Federal 4 DE Abril del 2006

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AGRADECIMIENTOS

Por Yonathan ngel Almanza Snchez

Quiero agradecer y al mismo tiempo brindar este trabajo a todas las personas importantes en mi vida que me han apoyado a lo largo de toda ella.

A mis Padres (Javier Almanza Snchez y Ma. De los ngeles Snchez Razo) que han sido parte de mi vida. Y sin ellos esto no habra podio realizarse adems de su Amor y apoyo incondicional. No tengo como pagarles todo lo que han hecho por m. Mas que viviendo mi vida dignamente y feliz como me han enseado y ha sido gracias a ustedes. Y que son el ejemplo ha seguir.

A mi Dios que me ha permitido llegar a este punto de mi vida y que nunca me abandona en el camino y me impulsa a continuar. (Te amo y gracias)

A Misshel Janette queme Ama y ha sido un pilar en mi vida para poder concluir (Eres el por que de mi vida)

A mis hermanos Javier y Liliana que me han apoyado, enseando y respaldado a largo del camino sin olvidar lo que les he aprendido.

A toda mi familia que me han apoyado, respaldado y enseado tanto. A ustedes que han estado aqu para cuando me he cado para levantarme y aconsejarme

Gracias Que Dios los bendiga a todos por darme tanto. Los amo a

todos.

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DEDICATORIA

Por Yonathan ngel Almanza Snchez

A mis padres por todo su apoyo que me han brindado y que por ellos, sigo alcanzando mis metas, por su amor, sobre todo por estar conmigo en todos los momentos de mi vida. Los quiero mucho y gracias

A mis hermanos que han sido un apoyo cuando lo he necesitado, as como su afecto y amor.

A mi Dios por permitirme vivir y realizar todas mis metas.

A el amor de mi vida por su apoyo y amor.

Y a todos mis familiares y personas que me han apoyado y brindadazo su apoyo, confianza y amor.

AGRADECIMIENTOS

Por Oscar Mrquez Lpez

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Agradezco a todas esas personas que con su ayuda y apoyo se ha podido realizar esta tesis.

A los profesores por su apoyo en la elaboracin y en la revisin de esta tesis.

A nuestros dos amigos y compaeros que estuvieron al principio de este trabajo pero que no pudieron continuar hasta este punto, gracias Gabriel Arteaga Fuentes y Rubn Pineda Pia.

A la familia Rosas Ochoa y a la Familia Almanza Snchez por todo su apoyo.

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DEDICATORIA

Por Oscar Mrquez Lpez

Dedico esta tesis primeramente a Dios por haberme permitido llegar hasta este momento, por haberme dado la oportunidad de tener unos padres que me han apoyan en todo y por haberme dado la oportunidad de conocer a mis compaeros y amigos de trabajo que con los cuales se ha podido terminar este trabajo.

En segn instancia a mis padres por todo su apoyo durante toda este tiempo, por que sin el no hubiera podido llegar a este punto tan importante en mi vida. Gracias Pap y Gracias Mam.

Y en tercera instancia a todo mi equipo de trabajo por que sin su ayuda, cooperacin y esfuerzo no hubiramos podido llevar acab este trabajo.

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INDICE.

INTRODUCCION 10 DESCRIPCION DEL SISTEMA 11 OBJETIVOS DEL PROYECTO 12 JUSTIFICACIN 12 CAPTULO 1

GENERALIDADES 13

HISTORIA DE LA INSTRUMENTACION Y EL CONTROL INDUSTRIAL 14

o BREVE HISTORIA 14 o INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION DEL

PROCESO 15 o IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE MEDICION Y CONTROL EN PRODUCCION 16

LA INSTRUMENTACION VIRTUAL DE PROCESOS INDUSTRIALES 17

o LA INSTRUMENTACION VIRTUAL COMO TECNOLOGIA DE MODERNIZACION DE LAS EMPRESAS 17

o VENTAJAS DE LA INTRUMENTACION VIRTUAL 18 o LOS SISTEMAS SCADA 19

LOS SISTEMAS DE CONTROL Y SU CLASIFICACION 20 o INTRODUCCION AL CONTROL 20 o SISTEMA DE LAZO ABIERTO 20 o SISTEMA DE LAZO CERRADO 21 o PERTURBACIONES O RUIDO EN EL PROCESO 22 o TCNICAS O ESTRATEGIAS DE CONTROL 23

REDES EN LA AUTOMATIZACION 26 o INTRODUCCION DE LAS REDES DE EQUIPOS

COMPUTACIONALES 26 o LOS TIPOS PRINCIPALES DE REDES (LAN/WAN) 27 o CONFIGURACION DE REDES 28 o INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS DE

REDES 29 o LAS REDES APLICADAS A LOS PROCESOS

INDUSTRIALES 29

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PROCESOS DE DESTILACION 30 o INSTRUCCIN TEORICA 30 o DESTILLACION DE ACEITES ESENCIALES 31 o CONSTITUYENTES DE UN EQUIPO DE DESTILACION 32

LA INSTRUMENTACION VIRTUAL Y CONTROL INDUSTRIAL APLICADOS AL PROCESO DE DESTILACION 35

o TRABAJOS DE LABORATORIO POSIBLES 36 o DESCRIPCION 38

CAPTULO 2

GENERACION DE PROYECTO 40

PROCESO DE EXTRACCION DE ESENCIAS 41 o DESTILACION POR ARRASTRE DE VAPOR 41 o PASOS PARA LLEVAR A CABO LA DESTILACION 42

SISTEMA D E TRANSPORTE Y LLENADO DEL PRODUCTO 48 o FUNDAMENTOS DE LA CADENA 48 o APLICACIONES DE LA CADENA DE TRANSMICION DE

ENERGIA 51 o DINAMICA DE LA CADENA 53

SENSORES ELEMENTALES DE ADQUISICION DE DATOS 59 o DETECTORES DE PROXIMIDAD 59 o TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA 62 o TRANSDUCTORES DE PRECION 64 o TRANSDUCTORES DE CAUDAL 65 o CONVERTIDORES DE SEALES 68 o PUERTO PARALELO DE LA PC 69

LENGUAJES DE PROGRAMACION Y GESTION DE REDES DE DATOS 73

o LENGUAJE DE PROGRAMACION C 73 o EL LENGUAJE DE MARCA DE HIPERTEXTOS HTML 75 o GESTOR DE BASE DE DATOS MYSQL 77

ARQUITECTURA DE RED LAN 78 o SISTEMA OPERATIVO LINUX 78 o SERVIDOR APACHE 81 o ELEMENTOS Y PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

DE LA RED 82 o LOS PROTOCOLOS DE COMUNICACIN 83 o EL MODELO OSI 85

CAPTULO 3

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DESARROLLO TECNICO 87

SISTEMA MECANICO 88 o ANLISIS ESTATICO Y DINAMICO DEL PALLETS 88 o CALCULO DE MOTOR Y REDUCTOR 89 o CALCULO DEL SEGUNDO PAR DE ENGRANES

DEL REDUCTOR 96 o CALCULO DE TRANSMICION POR CADENA DE

RODILLOS 102 o CALCULO DE TRANSPORTACION 104 o CALCULO DE LOS RBOLES DE TRANSMICION 106 o CALCULO DE RODAMIENTO 109 o CALCULO DE CUAS 111 o CALCULO DEL PERFIL 112

SISTEMA ELECTRONICO 115 o EL SENSOR DE TEMPERATURA LM35DZ 115 o EL SENSOR DE PRECION MPX100AP 117 o EL SENSOR FOTOELECTRICO LTM8834-2 120 o EL CONVERTIDOR ANALOGICO A DIGITAL ADC0804 123

CAPTULO 4

EVALUACION ECONOMICA 127

PORQUE ESCOGER LA RAMA PERFUMERA? 128

EVALUACION DEL SECTOR 128 o ANLISIS DEL SECTOR PERFUMERO 128

ASPECTOS ECONOMICOS DE CADA PROCESO 134 o PIESAS DE TRANSFORMACION 135 o CATARINA MAYOR 136 o CATARINA MENOR 138 o CATARINA DE LA TRANSMICION 139

PROCESO ELECTRONICO 141

PROCESO QUIMICO 142

PROCESO INFORMATICO 144 o GNU/LINUX

ESTADO FINANCIERO 146 o INSTRUMENTOS VIRTUALES VERSUS INSTRUMENTOS

TRADICIONALES o EL SOFTWARE EN LA INSTRUMENTACION VIRTUAL o APLICACIONES DISTRIBUIDAS

ANEXOS 150

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BIBLIOGRAFIA 157

CONCLUCIONES 158

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INTRODUCCIN.

La humanidad siempre ha tenido la necesidad de transformar los elementos de la naturaleza para poder aprovecharse de ellos. En un sentido genrico a esa transformacin de la naturaleza es a lo que podramos llamar industria. Al elemento de la naturaleza que vamos a transformar le llamamos materia prima y al objeto transformado y dispuesto para usar lo llamamos producto elaborado. Si el producto obtenido necesita una segunda elaboracin se trata de un producto semielaborado, como por ejemplo las planchas de acero que an deben usarse para hacer coches, o clavos.

Desarrollo histrico Hacia finales del siglo XVIII, y durante el siglo XIX, el proceso de transformacin de los

recursos de la naturaleza sufre un cambio radical, que se conoce como revolucin industrial. Este cambio consiste, bsicamente, en la disminucin del tiempo de trabajo necesario para transformar un recurso en un producto til, gracias a la utilizacin de mquinas. Esto permite reducir los costes unitarios, y aumentar la productividad, si bien es necesario incrementar los costes totales, lo que hace imprescindible la acumulacin de capital. Para entonces est plenamente asentado en modo de produccin capitalista, que pretende la consecucin de un beneficio aumentando los ingresos y disminuyendo los gastos. Con la revolucin industrial el capitalismo adquiere una nueva dimensin, y la transformacin de la naturaleza alcanza lmites insospechados hasta entonces. Gracias a revolucin industrial las regiones se pueden especializar, sobre todo, debido a la creacin de medios de transporte eficaces, un mercado nacional y otro internacional lo ms libre posible de trabas arancelarias y burocrticas. Algunas regiones se van a especializar en la produccin industrial, conformando lo que conoceremos como regiones industriales.

Importancia de la industria

Situacin de las principales reas industriales en el mundo.

La industria fue el sector motor de la economa desde el siglo XIX y, hasta la Segunda Guerra Mundial la industria era el sector econmico que ms aportaba al producto interior bruto (PIB), y el que ms mano de obra ocupaba. Desde entonces, y con el aumento de la productividad por la mejora de las mquinas y el desarrollo de los servicios, ha pasado a un segundo trmino. Sin embargo, contina siendo esencial, puesto que no puede haber servicios sin desarrollo industrial. El capital de inversin en Europa procede de

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la acumulacin de riqueza en la agricultura. El capital agrcola se invertir en la industria y en los medios de transporte necesarios para poner en el mercado los productos elaborados. En principio los productos industriales harn aumentar la productividad de la tierra, con lo que se podr liberar fuerza de trabajo para la industria y se podrn obtener productos agrcolas excedentarios para alimentar a una creciente poblacin urbana, que no vive del campo. La agricultura, pues, proporciona a la industria capitales, fuerza de trabajo y mercancas. Todo ello es una condicin necesaria para el desarrollo de la revolucin industrial. En los pases del Tercer Mundo, y en algunos pases de industrializacin tarda, el capital lo proporciona la inversin extranjera, que monta las infraestructuras necesarias para detraer la riqueza y las plusvalas que genera la fuerza de trabajo; sin liberar de las tareas agrcolas a la mano de obra necesaria, sino slo a la imprescindible. En un principio hubo de recurrirse a la esclavitud para garantizar la mano de obra. Pero el cambio de la estructura econmica, y la destruccin de la sociedad tradicional, garantiz la disponibilidad de suficiente fuerza de trabajo asalariada y voluntaria.

Por lo tanto hoy en da las empresas necesitan con sistemas flexibles de manufactura, que integren tecnologas de monitoreo, control e instrumentacin virtual de alta calidad el cual tiene un alto costo de adquisicin y para aquellas empresas que no cuentan con este nivel de infraestructura solo han implementado sistemas de instrumentacin obsoleta y de prestaciones muy reducidas.

La tecnologa de Monitoreo, control e instrumentacin en el campo de la automatizacin industrial es un campo en desarrollo y con posibilidades enormes, tal es el caso que en los centros de educacin de postgrados se estudian las materias de instrumentacin virtual y control automtico.

Un sistema de instrumentacin, control y monitoreo de procesos es de los mas completo ya que cuenta con las prestaciones de la informtica, la ciberntica, la electrnica y esto aplicado a una clula de manufactura que a su vez se encuentra conformado por el rea mecnica, electricidad, control, y dems ciencias que lo conforman; nos permite tener una aplicacin multidisciplinara aplicable a las reas de robtica industrial, mecatrnica y sistemas automatizados de produccin en general.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA.

El sistema es un dispositivo de monitoreo, control y extraccin de fragancias, as como el proceso de llenado de la fragancia.

Adems nos ofrece la posibilidad de compartir la informacin en red mediante las prestaciones de la tecnologa ciberntica como lo hacen hoy en da los sistemas flexibles de manufactura, los sistemas de instrumentacin virtual y los sistemas de supervisin de anlisis.

Cabe mencionar que el sistema es aplicable a cualquier tipo de proceso de produccin ya sea a la industrial qumica, farmacutica, alimenticia, refrsquera, cervecera, tequilera, etc.; en nuestro caso decidimos aplicarlo a una clula de extraccin de aceites esenciales, ya que es un procesos sencillo de realizar y tomando en cuenta que el tiempo que se tiene para realizar el proyecto es de solo cuatro meses, se podr llevar a cabo por completo el proyecto, aclarado que se podr apreciar el monitoreo y control del proceso a travs de la instrumentacin virtual.

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OBJETIVOS DEL PROYECTO.

Desarrollo de la clula de manufactura de acuerdo al proceso. Implementacin del sistema automatizado al sistema de produccin. Supervisin del proceso. Medicin de algunas de las variables que intervienen en el proceso. Procesamiento de seales para su correspondiente anlisis. Anlisis estadstico de la produccin. Almacenamiento automtico de la informacin del proceso. Control de calidad de la produccin. Gestin de Bases de datos mediante la Intranet Montada, con esto se consigue un

anlisis estadstico y financiero de los insumos. Produccin contina. Mantenimiento Preventivo mediante la supervisin virtual del proceso. Deteccin de fallas o anomalas en la produccin y por ende la aplicacin inmediata de

acciones correctivas.

JUSTIFICACIN.

Hoy en da La globalizacin en Mxico es un factor imprescindible en la industria, ya que aquellas empresas que solan trabajar con mtodos artesanales deben de adaptarse a las normas actuales de produccin ya que las grandes empresas de manufactura y desarrollo extranjeras estn equipadas con alta tecnologa y dispuestas a satisfacer las exigencias de los clientes; por ende un ingeniero en el rea de automatizacin debe de ser capaz de adaptar las nuevas tecnologas a aquellas empresas que pretenden sobrevivir en este mercado tan competitivo.

La ingeniera en Robtica Industrial Resulta de la sinergia de la ingeniera Mecnica, Elctrica, Electrnica, y Computacin.

El proyecto como se puede apreciar es un proyecto interdisciplinario de actualizacin y competitivo en el rea de Control, Instrumentacin y Manufactura ya que va desde el diseo de la clula, pasando por la deteccin, anlisis y almacenamiento de las variables que intervienen en el proceso, hasta el control optimo de la informacin con tecnologa Informtica y Ciberntica Con herramientas imprescindibles como lo son los gestores de bases de datos, la Intranet para Intercambio de Informacin local y protegida de los virus cibernticos y los procesadores de grficos para el anlisis estadstico de la produccin.

Como se describi anteriormente el proyecto resulta justificable debido a que se adapta perfectamente a las necesidades econmicas, tecnolgicas y practicas del ramo industrial. Dirigido principalmente a las empresas o negocios que no acceder a sistemas comerciales como lo el que ofrece la compaa SIMENS llamado LAbview adems de poder ofrecer tambin y en especial la estructura mecnica bajo el cual se soporta este proyecto.

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Capitulo I

Generalidades

Este capitulo pretende darle al lector una introduccin del proyecto, para ello cuenta con la descripcin del panorama general que presentan los sistemas de Instrumentacin, monitoreo y control de procesos industriales, su evolucin y su demanda en la industria; Por lo tanto describe todas y cada una de las herramientas que se usaran para la conformacin de este sistemas, ya que como podremos darnos cuenta se encuentra conformado por el rea mecnica. Electrnica, Informtica y ciberntica; Por ende este capitulo contempla una descripcin esencial de las herramientas a utilizar en el desarrollo de dicho proyecto.

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HISTORIA DE LA INSTRUMENTACIN Y EL CONTROL INDUSTRIAL.

El control puede ser definido como el manejo indirecto de variables de un sistema denominado Planta a travs de un elemento denominado Sistema de Control.

Los sistemas de control pueden ser muy amplios, desde un simple interruptor que gobierna una lmpara, hasta un sistema que maneje toda una lnea de proceso dentro de una fabrica de automviles, por ejemplo. Asimismo, un sistema de control puede ser manual o automtico, o lo mismo. De lazo abierto o de lazo cerrado.

BREVE HISTORIA.

Primeros sistemas de control Revolucin industrial finales del siglo XIX y principios del XX.

Basados en componentes mecnicos y electromagnticos, bsicamente engranajes, palancas, pequeos motores, relees, contadores y temporizadores.

Uso de contadores, relees, temporizadores, para automatizar tareas fue aumentando a lo largo del tiempo. PROBLEMAS DERIVADOS:

Armarios donde se alojaban muy grandes y voluminosos Probabilidad de avera muy alta Localizacin de la avera muy difcil y complicada Stock de material muy importante. Costo econmico muy alto No flexibles

A partir de los aos 50 semiconductores y los primeros circuitos integrados. Sustituiran las funciones realizadas por los relees.

Mejoras

Sistemas de menor tamao y con menor desgaste. Reduca el problema de fiabilidad y de stock.

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Problema de estos sistemas: su falta de FLEXIBILIDAD.

A finales de los aos 60, la industria estaba demandando cada vez n ms un sistema econmico, robusto, flexible y fcilmente modificable.

En 1968 nacieron los primeros autmatas programables (APIs o PLCs).

INTRODUCCIN A LA AUTOMATIZACIN DE PROCESOS.

Un automatismo es un dispositivo que realiza una labor de manera automtica de acuerdo a los parmetros con los cuales ha sido diseado. Con un sistema automtico se busca principalmente aumentar la eficiencia del proceso incrementando la velocidad, la calidad y la precisin y disminuyendo los riesgos que normalmente se tendran en la tarea si fuese realizada en forma manual.

Con el avance de la tecnologa, los procesos industriales han sufrido grandes cambios y quienes estamos involucrados de una u otra forma con el tema, debemos estar permanentemente informados acerca de los nuevos productos, mtodos de procesos, soluciones y fallas, sistemas de control, etc.

Prcticamente todas las industrias alrededor del mundo poseen al menos un pequeo sistema automtico, lo cual significa que la automatizacin es un rea que esta permanentemente en contacto con nosotros. Por esta razn y debemos estar preparados y conocer el funcionamiento de dichos sistemas, por significante que parezcan.

Los automatismos estn compuestos por tres partes principales, como son la obtencin de seales por parte de los sensores, el procesamiento de dichas seales hecho por los procesadores inteligentes y la ejecucin de respuestas efectuadas por actuadotes. Los procesadores inteligentes reciben los datos de entrada captados por los sensores, los procesan y entregan datos de respuesta que son ejecutados por los actuadotes.

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IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE MEDICIN Y CONTROL EN PRODUCCIN.

La industria moderna es hoy en da inimaginable sin la presencia de la instrumentacin de control; la medicin de los distintos parmetros que intervienen en el proceso de fabricacin o transformacin industrial es fundamental para obtener un mando y vigilancia sobre los productos y su control de calidad.

No es imaginable, en la actualidad, la existencia de una industria moderna sin un completo sistema de instrumentacin y control. La medicin de los distintos parmetros que intervienen en un proceso de fabricacin o transformacin industrial es bsica para obtener un control directo sobre los productos y poder mejorar su calidad y competitividad. As pues, el conocimiento del funcionamiento de los instrumentos de medicin y de control, y su papel dentro del proceso que intervienen, es bsico para quienes desarrollan su actividad profesional dentro de este campo, como por ejemplo el jefe u operador del proceso, el proyectista, el tcnico en instrumentos, el estudiante, etc.

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LA INSTRUMENTACIN VIRTUAL DE PROCESOS INDUSTRIALES.

Por aos, las mediciones han sido de vital importancia dentro de las industrias; sin importar su naturaleza. Por ende se han desarrollado aplicaciones completas para la adquisicin de los datos de las variables de inters en los procesos industriales.

LA INSTRUMENTACIN VIRTUAL COMO TECNOLOGA DE MODERNIZACIN DE LAS EMPRESAS.

Con la aparicin de nuevas herramientas flexibles, fciles de usar y de bajo costo para la automatizacin, monitoreo y control de procesos industriales y productivos, se abre una nueva gama de servicios de diseo, instalacin y desarrollo de sistemas para el control de la produccin. Los instrumentos virtuales son herramientas flexibles y poderosas para la implementar sistemas de recoleccin y manejo de datos. Este tipo de instrumentos les permite a cientficos, ingenieros, investigadores y tcnicos automatizar

las tareas de captura de datos, mediciones automticas, o control de procesos por medio de programacin amigable en un entorno orientado a objetos y de programacin visual de pantallas y paneles.

En cualquier sistema automtico la deteccin de eventos durante el proceso es de suma importancia. Las computadoras son ampliamente utilizadas con esta finalidad gracias a que adems de detectar los eventos, pueden generar reportes e informes almacenndolos en archivos para una posterior revisin. La instrumentacin con PC presenta grandes ventajas contra los dems sistemas de medicin, ya que sus sistemas y tarjetas electrnicas de interfase pueden ser configurados de acuerdo al tipo de variables fsica que se desea medir.

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VENTAJAS DE LA INSTRUMENTACIN VIRTUAL.

Con estas herramientas, el concepto de esquematice, tome los elementos o aparatos, conctelos y ponga en marcha la maquina sigue vigente, pero a diferencia de la integracin de sistemas tradicional, no tendremos que tomar desarmadores, probadores u osciloscopios, etc.

Estas herramientas toman la informacin de campo y ponen la informacin en una PC a disposicin del usuario. Pudiendo implementar sistemas de procesamiento, alarma, monitoreo en pantalla, accionamiento, etc. Las mediciones y accionamientos se realizan sobre el campo real, pero

los sistemas de control, mecanismos, registradores, y otros dispositivos sern adquiridos e interconectados en el campo virtual.

Entre los sistemas de control y adquisicin de datos que implementamos se encuentran los siguientes:

Simulacin de procesos industriales. Simulacin de sistemas mecnicos, electromecnicos, fsicos, etc. Lectura de temperaturas y presiones. Clculo y estadstica. Simulacin de modelos econmicos. Control y adquisicin de datos en la industria. Adquisicin de datos en laboratorios. Ensayos de materiales. Electromedicina. Toma de datos en lneas de produccin. Robtica.

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LOS SISTEMAS SCADA.

Telemetra, SCADA, Adquisicin de datos, monitoreo remoto son trminos usados para describir la recepcin y transporte de informacin desde una localizacin remota hacia una localizacin central.

Los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) consisten primordialmente de cinco componentes principales: una computadora maestra, una terminal remota, perifricos para la comunicacin, software de aplicacin y trasductores. Estas componentes y nuestra asistencia en la seleccin del equipo y desarrollo de la aplicacin, le ayuda a asegurar el mejor sistema que se ajuste a sus necesidades.

LOS SISTEMAS DE CONTROL Y SU CLASIFICACIN.

A medida que avanza la tecnologa aplicada en la fabricacin de los instrumentos industriales, los usuarios tienen en sus manos cada da herramientas ms poderosas para fabricar los productos con mayor calidad a costos bajos y tiempos de entrega ms cortos.

El uso de las computadoras no solamente se extiende a nivel hogareo y comercial. Tambin esta incluido en el control y supervisin de procesos industriales. Con ello se obtiene informacin completa de determinado proceso y a la vez se ejecutan labores automticas que prescinden de la intervencin del hombre. Esto es muy importante ya que dichas maquinas pueden tomar decisiones de manera ms rpida y confiable, permitiendo as que el hombre se dedique a otras actividades. Este medio de automatizacin se ha extendido masivamente gracias a que rene las caractersticas de control y manejo de informacin, llevando los datos a programas de procesamiento que suministran una estadstica completamente actualizada del proceso que se lleva a cabo.

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INTRODUCCIN AL CONTROL. Objetivo de un sistema de control es gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. El operador manipula nicamente las magnitudes de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a travs de los accionamientos. Que el sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas genricamente seales, y gobierna unos accionamientos que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta.

Tipos de topologas :

Lazo Abierto Lazo Cerrado

Implementar una tcnica de control a un proceso dado, implica un conocimiento amplio sobre la dinmica del proceso y de todas las variables que intervienen en el, adems de tener presente los algoritmos de control de cada lazo.

Independientemente del sistema de control que se aplique a un proceso dado, los algoritmos y las estrategias son aplicables.

Estas estrategias, se aplican con el fin de lograr un control regulatorio ptimo sobre la variable o variables de inters, las cuales toman estados inestables en la operacin normal del proceso, como resultado de las perturbaciones internas y externas al proceso.

En consecuencia, el funcionamiento correcto de un sistema de control esta determinado por la naturaleza del proceso, de las caractersticas de los lazos de control y de los ruidos externos.

SISTEMA DE LAZO ABIERTO.

Un sistema de lazo abierto es aqul donde la salida no tiene efecto sobre la accin de control. La exactitud de un sistema de lazo abierto depende de dos factores:

a) La calibracin del elemento de control.

b) La repetitividad de eventos de entrada sobre un extenso perodo de tiempo en ausencia de perturbaciones externas.

Un esquema tpico de un control de lazo abierto se puede apreciar en la figura. En esta se muestra que para que la temperatura del agua en el tanque permanezca constante es necesario que las temperaturas en las tomas de agua fra y caliente no sufran cambios. Otro factor que incide sobre el estado final de la salida es la temperatura de operacin del proceso. Si por cualquier motivo esta cambia, entonces la salida cambia en casi la misma proporcin.

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SISTEMA DE LAZO CERRADO.

Un sistema de control de lazo cerrado es aqul donde la seal de salida tiene efecto sobre la accin de control. En un sistema de control de este tipo se puede apreciar que la salida es medida y retroalimentada para establecer la diferencia entre en valor deseado y el valor obtenido a la salida, y en base a esta diferencia, adoptar acciones de control adecuadas.

Consideremos el caso clsico ejemplo del conducir un automvil: el conductor s: fija una pauta o valor deseado de su manejo.

La persona conduce, mira y compara en forma constante posicin del vehculo sobre el pavimento con su propia idea de una posicin segura; cuando sta no coincide con tal referencia, el conductor decide accionar sobre el volante para reducir el error.

Esta descripcin la podemos ilustrar mediante el diagrama en bloques de la figura siguiente:

El operador humano no slo aporta (o propone) el valor deseado, sino que tambin mira (mide) la condicin controlada, compara, decide y acta sobre el sistema, constituyendo todos los bloques excepto el proceso mismo.

Este es un caso particular de control de lazo cerrado, que asigna al humano el medir, evaluar la situacin y el inicio de una accin correctiva para reducir la diferencia "entre lo que tenemos y lo que queremos tener".

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PERTURBACIONES O RUIDO EN EL PROCESO.

En una planta industrial, por condiciones mismas de la carga existente para su operacin, el ruido esta implcito en ellas, por lo tanto hay que tomar en cuenta sus efectos en la regulacin de alguna variable.

Los ruidos son de distintos tipos, como son:

1. Ruidos elctricos:

1.1. Variacin de tensin

1.2. Variacin de corriente

1.3. Armnicas en la seal elctrica

1.4. Factor de potencia

1.5. Cortos circuitos

1.6. Inductivos

1.7 Por semiconductores

1.. Etc.

2. Ruidos trmicos:

2.1. Temperatura ambiente

2.2. Constante trmica de los

materiales

2.3. Reacciones exotrmicas

3. Ruidos por tiempos muertos:

3.1. En motores

3.2. En tanques

3.3. En tuberas

3.4. En reacciones qumicas

3.5. En transmisiones de seal electrnicas

3.6. En transmisiones de seales

elctricas

3.7. En transmisiones de seales

mecnicas

2. Etc.

4. Ruidos por transmisin de seales:

4.1. Va inalmbrica

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TCNICAS O ESTRATEGIAS DE CONTROL. En la industria, la aplicacin del control retroalimentado en un proceso para regular la

magnitud de una variable en un valor deseado, es comn, que en algunos casos el error esttico existente es pequeo y es relativamente sencillo mejorar el control a travs de correcciones simples, pero en ocasiones no es posible, ya que, por condiciones del proceso se tiene un error esttico considerable y/o inestable.

Antes de aplicar una tcnica de control diferente a la retroalimentada en un proceso, es importante tomar en cuenta que un regulador instalado, al iniciar su operacin, requiere de una sintonizacin en lnea sin importar la calidad de esta.

Si por algn motivo no es posible reducir el error esttico a la inestabilidad del proceso, se debe pensar entonces en la estrategia de control, para mejorar la respuesta de esa variable en funcin a la calidad del producto.

1. Control retroalimentado.

2. Control anticipativo.

3. Control en cascada.

4. Control de relacin.

5. Control selectivo.

6. Control de set point programmable.

7. Control de set point programmable cclico.

8. Control de rango dividido.

9. Control de ajuste de punto final.

CONTROL RETROALIMENTADO (FEED BACK). Objetivo: Mantener constante una variable en un valor deseado o variable a travs del tiempo.

El control retroalimentado, es la forma ms simple de aplicar un control en lazo cerrado. El problema en este tipo de control, es que la correccin se hace despus de que se present el problema y una cantidad del producto no lleva la calidad deseada, ya que la correccin llega un tiempo despus.

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CONTROL ANTICIPATIVO (FEED FORWARD). Objetivo: Sensar la perturbacin de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la accin correctiva para evitar un efecto daino al producto.

En los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones en magnitud y frecuencia variables, la seal de error se detecta un tiempo despus de que se produjo el cambio en la carga y ha sido afectado el producto, y como consecuencia la correccin acta cuando ya no es necesario.

El problema anterior se resuelve aplicando al proceso esta tcnica, que parte de la medicin de una o varias seales de entrada y actan simultneamente sobre la variable de entrada, produciendo la salida deseada sobre el proceso.

Aplicar esta tcnica de control implica un conocimiento amplio, exacto y completo de las caractersticas estticas y dinmicas del proceso. La relacin entre la variable de salida y la variable de entrada, constituye el modelo del proceso y es la funcin de transferencia del sistema de control en adelanto.

El controlador es quien debe responder a los cambios de las perturbaciones, pero como es lgico, su eficiencia depende de la exactitud del captor y elementos de interfase de una o ms variables de entrada y de la exactitud alcanzada en el modelo, calculada en el proceso.

Cabe sealar que es costoso y algunas veces imposible determinar y duplicar el modelo exacto del proceso, por lo tanto, siendo realmente un control en lazo abierto, su aplicacin dar lugar a un offset significativo, es decir, se tendr un error esttico permanente y a veces creciente.

El control anticipativo es capaz de seguir rpidamente los cambios dinmicos (estado transitorio), pero puede presentar un error esttico considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.

CONTROL EN CASCADA.

Objetivo: Mejorar la estabilidad de una variable del proceso aun con una optima sintonizacin del controlador en lazo retroalimentado.

La aplicacin de esta tcnica de control, es conveniente cuando la variable no puede mantenerse dentro del valor de set point deseado, debido a las perturbaciones inherentes al proceso.

Para que un sistema de control en cascada est bien aplicada es necesario que se tomen en cuenta algunos aspectos importantes para su aplicacin, estos son:

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1. Localizar las variables ms importantes del proceso.

2. Localizar la variable bsica a controlar.

3. Localizar la variable que introduce la inestabilidad.

4. Determinar la velocidad de cambio de ambas seales.

5. Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea ms lento y el controlador tambin (control maestro).

6. El lazo menor deber contener la variable ms rpida y el controlador debe ser de respuesta con retardos mnimos (control esclavo).

7. La relacin de la constante de tiempo: TM/TE = 5 mayor.

8. El controlador del lazo menor deber sintonizarse con la ganancia ms alta posible.

9. El controlador esclavo se selecciona con set point remoto, mientras que el controlador maestro es de tipo local.

Naturalmente que estas recomendaciones son, basndose en la experiencia que se tiene sobre la dinmica del proceso, sobre el controlador y algo de sentido comn.

CONTROL DE RELACION.

Objetivo: Controlar el flujo o el volumen de una variable en funcin de otra.

Esta tcnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que deben mantener una relacin prefijada por el usuario.

Por lo general se tiene una lnea de flujo de un fluido libre y sobre esta se mide la cantidad del fluido existente en velocidad o volumen, este valor se enva a un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya seal acta sobre la vlvula de control de otra lnea con flujo proporcional al valor censado (flujo controlado).

El flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama flujo dependiente.

Para este tipo de estrategia de control, es muy importante tomar las siguientes consideraciones:

1. Ambas seales deben tener las mismas unidades.

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2. Ambas seales deben estar linealizadas o en forma cuadrtica.

3. El rango de los controladores deben ser compatibles con las seales recibidas de un 0% a un 100%.

4. Tomar en cuenta que en la medicin de fluidos la linealidad se pierde en los extremos de la medicin.

5. Las caractersticas de los fluidos deben ser muy similares.

REDES EN LA AUTOMATIZACIN.

El propsito de las redes de equipos es compartir. La capacidad de compartir informacin de forma eficiente es lo que le da a las redes de equipos su potencia y atractivo. Y en lo que respecta a compartir informacin, los seres humanos actan en cierto modo como los equipos. As como los equipos son poco ms que el conjunto de informacin que se les ha introducido, en cierto modo, nosotros somos el conjunto de nuestras experiencias y la informacin que se nos ha dado. Cuando queremos incrementar nuestros conocimientos, ampliamos nuestra experiencia y recogemos ms informacin. Por ejemplo, para aprender ms sobre los equipos, podramos hablar informalmente con amigos de la industria informtica, volver a la escuela e ir a clase, o seguir un curso de autoaprendizaje....

INTRODUCCIN A LAS REDES DE EQUIPOS COMPUTACIONALES. En su nivel ms elemental, una red de equipos consiste en dos

equipos conectados entre s con un cable que les permite compartir datos. Todas las redes de equipos, independientemente de su nivel de sofisticacin, surgen de este sistema tan simple. Aunque puede que la idea de conectar dos equipos con un cable no parezca extraordinaria, al mirar hacia atrs se comprueba que ha sido un gran logro a nivel de comunicaciones.

Las redes de equipos surgen como respuesta a la necesidad de compartir datos de forma rpida. Los equipos personales son herramientas potentes que pueden procesar y manipular rpidamente grandes cantidades de datos, pero no permiten que los usuarios compartan los datos de forma eficiente. Antes de la aparicin de las redes, los usuarios necesitaban imprimir sus documentos o copiar los archivos de documentos en un disco para que otras personas pudieran editarlos o utilizarlos. Si otras personas realizaban modificaciones en el documento, no exista un mtodo fcil para combinar los cambios. A este sistema se le llamaba, y se le sigue llamando, trabajo en un entorno independiente.

En ocasiones, al proceso de copiar archivos en disquetes y drselos a otras personas para copiarlos en sus equipos se le denomina red de alpargata (sneakernet). Esta antigua versin de trabajo en red la hemos usado muchos de nosotros, y puede que sigamos usndola actualmente.

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Este sistema funciona bien en ciertas situaciones, y presenta sus ventajas (nos permite tomar un caf o hablar con un amigo mientras intercambiamos y combinamos datos), pero resulta demasiado lento e ineficiente para cubrir las necesidades y expectativas de los usuarios informticos de hoy en da. La cantidad de datos que se necesitan compartir y las distancias que deben cubrir los datos superan con creces las posibilidades del

intercambio de disquetes.

Pero qu sucedera si un equipo estuviera conectado a otros? Entonces podra compartir datos con otros equipos, y enviar documentos a otras impresoras. Esta interconexin de equipos y otros dispositivos se llama una red, y el concepto de conectar equipos que comparten recursos es un sistema en red.

LOS TIPOS PRINCIPALES DE REDES ( LAN / WAN ).

Las redes de equipos se clasifican en dos grupos, dependiendo de su tamao y funcin. Una red de rea local (LAN, Local rea Network) es el bloque bsico de cualquier red de equipos. Una LAN puede ser muy simple (dos equipos conectados con un cable) o compleja (cientos de equipos y perifricos conectados dentro de una gran empresa). La caracterstica que distingue a una LAN es que est confinada a un rea geogrfica limitada.

Por otra parte, una red de rea extensa (WAN, Wide rea Network), no tiene limitaciones geogrficas. Puede conectar equipos y otros dispositivos situados en extremos opuestos del planeta. Una WAN consta de varias LAN interconectadas. Podemos ver Internet como la WAN suprema.

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CONFIGURACIN DE REDES. En general, todas las redes tienen ciertos componentes, funciones y caractersticas

comunes. stos incluyen:

Servidores: Equipos que ofrecen recursos compartidos a los usuarios de la red. Clientes: Equipos que acceden a los recursos compartidos de la red ofrecidos por

los servidores. Medio: Los cables que mantienen las conexiones fsicas. Datos compartidos: Archivos suministrados a los clientes por parte de los

servidores a travs de la red. Impresoras y otros perifricos compartidos: Recursos adicionales ofrecidos por

los servidores. Recursos: Cualquier servicio o dispositivo, como archivos, impresoras u otros

elementos, disponible para su uso por los miembros de la red.

En un entorno con ms de 10 usuarios, la mayora de las redes tienen servidores dedicados. Un servidor dedicado es aquel que funciona slo como servidor, y no se utiliza como cliente o estacin, Los servidores se llaman dedicados porque no son a su vez clientes, y porque estn optimizados para dar servicio con rapidez a peticiones de clientes de la red, y garantizar la seguridad de los archivos y directorios. Las redes basadas en servidor se han convertido en el modelo estndar para la definicin de redes.

A medida que las redes incrementan su tamao (y el nmero de equipos conectados y la distancia fsica y el trfico entre ellas crece), generalmente se necesita ms de un servidor. La divisin de las tareas de la red entre varios servidores asegura que cada tarea ser realizada de la forma ms eficiente posible.

Aunque resulta ms compleja de instalar, gestionar y configurar, una red basada en servidor tiene muchas ventajas ya que se pueden conseguir las siguientes prestaciones:

Compartir recursos: Un servidor est diseado para ofrecer acceso a muchos archivos e impresoras manteniendo el rendimiento y la seguridad de cara al usuario.

La comparticin de datos basada en servidor puede ser administrada y controlada de forma centralizada. Como estos recursos compartidos estn localizados de forma central, son ms fciles de localizar y mantener que los recursos situados en equipos individuales.

Seguridad: La seguridad es a menudo la razn primaria para seleccionar un enfoque basado en servidor en las redes. En un entorno basado en servidor, hay un administrador que define la poltica y la aplica a todos los usuarios de la red, pudiendo gestionar la seguridad.

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Copia de seguridad: Las copias de seguridad pueden ser programadas varias veces al da o una vez a la semana, dependiendo de la importancia y el valor de los datos. Las copias de seguridad del servidor pueden programarse para que se produzcan automticamente, de acuerdo con una programacin determinada, incluso si los servidores estn localizados en sitios distintos de la red.

Redundancia: Mediante el uso de mtodos de copia de seguridad llamados sistemas de redundancia, los datos de cualquier servidor pueden ser duplicados y mantenidos en lnea. Aun en el caso de que ocurran daos en el rea primaria de almacenamiento de datos, se puede usar una copia de seguridad de los datos para restaurarlos.

Nmero de usuarios: Una red basada en servidor puede soportar miles de usuarios. Este tipo de red sera, imposible de gestionar como red Trabajo en Grupo, pero las utilidades actuales de monitorizacin y gestin de la red hacen posible disponer de una red basada en servidor para grandes cifras de usuarios.

Hardware: El hardware de los equipos cliente puede estar limitado a las necesidades del usuario, ya que los clientes no necesitan la memoria adicional (RAM) y el almacenamiento en disco necesarios para los servicios de servidor.

INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS OPERATIVOS DE RED. Al igual que un equipo no puede trabajar sin un sistema operativo, una red de equipos no

puede funcionar sin un sistema operativo de red. Si no se dispone de ningn sistema operativo de red, los equipos no pueden compartir recursos y los usuarios no pueden utilizar estos recursos.

Dependiendo del fabricante del sistema operativo de red, tenemos que el software de red para un equipo personal se puede aadir al propio sistema operativo del equipo o integrarse con l.

El software del sistema operativo de red se integra en un nmero importante de sistemas operativos conocidos, incluyendo Windows 2000 Server/Professional, Windows NT Server/Workstation, Windows 95/98/ME, UNIX, LINUX, etc. Este ltimo es el ms popular en el mercado ya que mantiene el 80% de las redes en el mundo y se caracteriza por ser de dominio pblico.

LAS REDES APLICADAS A LOS PROCESOS INDUSTRIALES.

En la industria, los procesos pueden ser monitoreados o controlados ya sea en el sitio exacto de la aplicacin o bien desde otro lugar en el cual se concentra la mayor parte de la informacin. Es por esto que las redes son una pieza fundamental en la automatizacin, ya que son el medio por el cual se transportan datos de control y la informacin de los procesos en general. El bus de campo por ejemplo, es una forma de disear automatizacin de una manera ms ptima y de evitar costosos cableados.

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PROCESOS DE DESTILACIN.

La destilacin es el proceso que consiste en calentar un lquido hasta que sus componentes ms voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma lquida por medio de la condensacin. El objetivo principal de la destilacin es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales voltiles de los no voltiles. En la evaporacin y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos voltil; el componente ms voltil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura. Por ejemplo, la eliminacin del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporacin, pero la eliminacin del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilacin, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

Si la diferencia en volatilidad (y por tanto en punto de ebullicin) entre los dos componentes es grande, puede realizarse fcilmente la separacin completa en una destilacin individual. El agua del mar, por ejemplo, que contiene un 4% de slidos disueltos (principalmente sal comn), se puede purificar con facilidad evaporando el agua, y condensando despus el vapor para recoger el producto: agua destilada. Para la mayora de los propsitos, este producto es equivalente al agua pura, aunque en realidad contiene algunas impurezas en forma de gases disueltos, siendo la ms importante el dixido de carbono.

Si los puntos de ebullicin de los componentes de una mezcla slo difieren ligeramente, no se puede conseguir la separacin total en una destilacin individual. Un ejemplo importante es la separacin de agua, que hierve a 100 C, y alcoh ol, que hierve a 78,5 C. Si se hierve una mezcla de estos dos lquidos, el vapor que sale es ms rico en alcohol y ms pobre en agua que el lquido del que procede, pero no es alcohol puro.

INTRODUCCIN TERICA.

Cuando un lquido determinado se introduce en un recipiente cerrado y vaco, se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presin que depende slo de la temperatura. Esta presin, que es la ejercida por el vapor en equilibrio con el lquido, es la presin del vapor del lquido a esa temperatura. Cuando la temperatura aumenta, tambin lo hace la presin de vapor. La temperatura a la cual la presin de vapor alcanza el valor de 760 mmHg se llama punto de ebullicin normal. Cada lquido que no se descompone antes de alcanzar la presin de 760 mmHg tiene su punto de ebullicin caracterstico. En general el punto de ebullicin de una sustancia depende de la intensidad de las fuerzas atractivas entre las molculas y de su peso molecular, as generalmente en una serie homloga los puntos de ebullicin aumentan al aumentar el peso molecular.

La destilacin es un proceso de vaporizacin, condensacin de vapor y recoleccin del condensado en un recipiente aparte, es el mtodo ms frecuente e importante para la purificacin de lquidos. Se utiliza siempre para separar un lquido de diversas impurezas no voltiles, o para la separacin de los componentes de una mezcla de lquidos con diferentes puntos de ebullicin.

En la destilacin de un lquido puro, el punto de ebullicin permanecer constante mientras el lquido y el vapor se encuentren en equilibrio. Cuando se trata de una mezcla de dos

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lquidos, A y B que tienen diferente presin de vapor, el vapor contiene una proporcin mayor del componente ms voltil como puede observarse en la figura siguiente:

En esta grfica los puntos de ebullicin de A y B son TA y TB respectivamente y los puntos de ebullicin de las diferentes mezclas de los dos lquidos estn dados por la curva inferior. La composicin del vapor en equilibrio con cualquiera de los lquidos est dada por el punto donde la lnea horizontal correspondiente al punto de ebullicin del lquido intercepta a la curva superior a la izquierda.

Cuando una mezcla equimolar de A y B (X1) se calienta hasta el punto de ebullicin (T1 en la

curva inferior), la composicin del vapor en equilibrio a esta temperatura est dada por X2 en la curva superior. La condensacin del vapor dar un destilado inicial de composicin X2 ms rico en el componente ms voltil A. En la medida en que la destilacin prosigue el lquido aumenta la temperatura de ebullicin puesto que se va haciendo ms rico en el componente B de mayor punto de ebullicin.

Para mejorar la separacin entre A y B, el destilado inicial de composicin X2 puede ser condensado y predestilado, en este paso, el vapor en equilibrio con el lquido X2 tendr la composicin X3 estando ms rico en el componente A. Con suficiente nmero de etapas, se puede obtener un destilado de A puro. Para llevar a cabo estas etapas de destilacin repetidas en una sola operacin, la destilacin se efecta en una columna de fraccionamiento, la cual contiene una gran rea de superficie para que exista un equilibrio constante entre el lquido y el vapor.

Una grfica del volumen de destilado vs. Temperatura se reflejara en las curvas mostradas en la figura. En una destilacin simple hay relativamente poca separacin de los componentes a menos que los puntos de ebullicin difieran en ms de 50 C.

DESTILACIN DE ACEITES ESENCIALES. Existen procedimientos perfeccionados para la extraccin de aceites esenciales, pero el

productor rural encontrar que el ms adaptado a sus posibilidades es la destilacin.

Dentro de la prctica tres tipos o mtodos son los ms utilizados:

Destilacin con agua (hidrodestilacin) Destilacin con agua y vapor (vapor hmedo) Destilacin directa con vapor (vapor seco)

En el primero, las hierbas entran en contacto directo con el agua hirviente, es una especie de cocimiento donde el material cargado flota o se sumerge segn la densidad. El sistema de

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calentamiento del agua puede ser: a fuego directo, camisa de vapor, serpentinas cerradas con circulacin de vapor o serpentinas abiertas o perforadas, tambin con vapor. Este mtodo no es el conveniente.

En el segundo, las hierbas se colocan sobre un fondo perforado o criba ubicado a cierta distancia del fondo de un tanque llamado retorta. La parte mas baja de esta contiene agua hasta una altura algo menor que el nivel de la criba. El calentamiento se produce con vapor saturado que se provee de una fuente de calor que compone el equipo, fluye mojado y a presin baja, penetrando a travs del material vegetal.

El tercero, el de destilacin directa con vapor, es similar al anterior, pero en el fondo de la retorta no hay agua. El vapor saturado o sobre calentado es provisto por una caldera y a presiones ms elevadas que la atmosfrica, se inyecta por medio de serpentinas cribadas que estn debajo de la carga y se dirige hacia arriba, atravesando la masa vegetal colocada sobre una parrilla interior.

Conviene realizar la destilacin inmediatamente de cosechado el vegetal, despus de un oreado o un desecado al

aire que le quite algo de la humedad.

En el vegetal, los aceites esenciales se almacenan o sitan en glndulas, conductos, sacos o pelos glandulares o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que conviene hacer un desmenuzamiento del material a destilar para exponer esos reservorios a la accin del vapor de destilacin.

El espesor del material, reducido, permite tambin una mejor vaporizacin y destilacin, as como una aceleracin del proceso.

En lo que respecta a las partes de la planta que se va a destilar, las flores, hojas y partes blandas o delgadas pueden tratarse sin ningn tratamiento previo.

Las semillas o frutos deben ser triturados con rodillos lisos, cuya separacin en la maquina depende del grosor de aquellos y tambin del grado de desmenuzamiento que se necesite.

Las races, tallos y otros materiales leosos, se cortaran en trozos pequeos o en astillas.

CONSTITUYENTES DE UN EQUIPO DE DESTILACIN. El equipo para destilar debe ser tal que permita la operacin mas conveniente cualquiera

sea el material vegetal del que se quieran destilar sus esencias.

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En cambio, las dimensiones del equipo siempre debern estar en concordancia con las cantidades de hierbas producidas y del tiempo disponible para su destilacin

El primero, la retorta o alambique, es donde se deposita el material a destilar. Consiste en un tanque cilndrico de un dimetro igual o algo inferior a la altura, que tiene en la parte superior una tapa que debe poder ser asegurada y su cierre hermtico.

Preferentemente del centro de esta tapa sale un tubo llamado "cuello de cisne" que es el conductor de los vapores hacia el condensador.

La retorta se construye en diversos materiales de chapa cuyo espesor es tambin variable segn el trabajo, pero es preferible que sea de acero inoxidable. En el fondo de la retorta se coloca la criba que soporta el material por destilar.

Los tubos de conexin deben ser amplios y de acuerdo a la rapidez de destilacin, ms grande cuanto mas veloz sea esta.

Debajo de la parrilla o criba, se encuentra el tubo de entrada de vapor, cuidando que entre el fondo y el tubo la distancia sea lo suficientemente grande, como para que se produzca aqu la condensacin de agua. La distribucin del vapor se asegura por la disposicin en espiral o en cruz, de la prolongacin del tubo alimentador, que tiene tambin, una serie de agujeros chicos en la parte superior y a lo largo del mismo, dndole as uniformidad a la distribucin. En el fondo de la retorta, hay una vlvula de drenaje de capacidad suficiente como para permitir que cualquier cantidad de agua que se condense dentro de la carga y gotee hacia el fondo, pueda ser extrada durante la destilacin.

Un alambique bien construido debe ser hermtico; para esto deber cuidarse el ajuste de las juntas y el cierre de la tapa. La carga de material no debe estar comprimida; para obtener los mejores resultados se pueden hacer separaciones, por medio de patas, de las cargas que estn mas abajo. El objeto principal es buscar que el vapor atraviese correctamente la masa vegetal y que no se deslice por las paredes de la retorta. Debido a que el vapor se difunde por los lugares que le oponen menos resistencia, no son recomendables los cestos de alambres o perforados, pues el vapor tiende a dirigirse a travs de las mallas y entre los costados del cesto y la retorta. Los mejores cestos son los que tienen costados de chapa sin agujeros, pero con el fondo perforado. El empleo de cestos ayuda a la carga y descarga del material, sobre todo en alambiques grandes.

La carga y descarga del alambique es un punto importante. Ahorra tiempo el contar con gras y que el lugar de cultivo est cercano al de la planta de destilacin.

El condensador contina a la retorta, all vuelve a su estado lquido el vapor y los productos voltiles.

U n equipo de destilado consta

de cuatro elementos bsicos:

La retorta o alambique propiamente dicho

El condensador

El recipiente donde se deposita el condensado

La caldera generadora del vapor

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El condensador mas usado es el compuesto por un serpentn que se ubica en un tanque, aunque hay condensadores tubulares que son mas eficientes en el trabajo, en el que corre agua fra que entra por la parte inferior y asciende en sentido contrario a los vapores de agua y aceite esencial que circulan por los tubos.

Los tubos que forman este aparato se colocan en forma vertical u horizontal, su forma, longitud y dimetro dependen de la condensacin de las esencias que se procesan.

El agua de enfriamiento debe ser potable en lo posible, porque se eliminan as las probables incrustaciones y depsitos, cuando estn cargadas con sales. Los tubos mejores son los construidos en acero inoxidable, pues evitan coloraciones indeseables en la esencia obtenida.

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LA INSTRUMENTACIN VIRTUAL Y CONTROL INDUSTRIAL APLICADOS AL PROCESO DE DESTILACIN.

Se han hecho considerables avances en la instrumentacin y el control de las columnas de destilacin en los ltimos aos, debido a la aparicin de sistemas enlazados a computadoras con paquetes de software para el manejo de datos operativos de la planta. Para reflejar estos avances, Armfield ha desarrollado dos nuevas columnas de destilacin de laboratorio de ltima tecnologa que permiten una formacin prctica segura para estudiantes de ingeniera y operadores de plantas:

> Una columna compatible con computadora para la operacin continua o discontinua (referencia de modelo UOP3CC), que permite una gama completa de demostraciones, desde las etapas introductorias de un curso de ingeniera de procesos hasta las ms complejas demostraciones de modernas estrategias de control.

> Una versin de operacin discontinua solamente (referencia de modelo UOP3BM) de control manual, que permite un completo estudio de los principios bsicos de la destilacin.

TRABAJOS DE LABORATORIO POSIBLES.

Para la Columna de destilacin discontinua UOP3BM - bajo control manual:

> Cada de presin en la columna como funcin del reflujo interno de evaporacin. > Eficiencia de la columna como funcin del reflujo interno de evaporacin, con reflujo total. >Perfiles de temperatura placa a placa a lo largo de la columna. >Construccin McCabe-Thiele de la lnea de operacin. > Destilacin con relacin de reflujo constante: variacin de la composicin del producto de cabeza con el tiempo. >Balance de materia en el sistema control manual de la relacin de reflujo, por ejemplo para obtener un producto de cabeza de composicin especificada. > Comparacin de rendimientos entre una columna de relleno y una columna de platos. Nota: Estos trabajos tambin pueden realizarse con la UOP3CC.

TRABAJOS DE LABORATORIO POSIBLES.

Para la Columna de destilacin UOP3CC con interfaz de computadora solamente operacin continua, manual o computerizada:

Incluye todos los trabajos relacionados para la UOP3BM bajo 'Columna de destilacin discontinua UOP3BM' destilacin continua, de estado estable, incluyendo perfiles de temperatura y anlisis McCabe-Thiele destilacin bajo condiciones de presin reducida

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> comparacin de operacin continua entre una columna de relleno y una columna de platos > efecto del pre-calentamiento del lquido de alimentacin > efecto de la posicin del lquido de alimentacin > demostraciones de destilacin aseo trpica y extractiva > trabajos de control por computadora - uso en lnea de diagramas esquemticos - configuracin del registro de datos y posterior anlisis de los datos capturados, incluyendo el uso de hojas de clculo > destilacin discontinua con relacin de reflujo constante o variable con el tiempo - destilacin discontinua con control de la relacin de reflujo a partir de una temperatura de columna - destilacin continua con control de 3 trminos del calentador del caldern a partir de una temperatura de columna - destilacin continua con la relacin de reflujo controlada por la temperatura de cabeza - destilacin continua con control de temperatura del calentador del caldern y de la relacin de reflujo (sistema de control de dos lazos) - ajustes ptimos del controlador para cambios en el caudal de alimentacin, la composicin o la temperatura - algoritmos de control alternativos del usuario - dinmica de procesos, por ejemplo monitorizacin y control del arranque-parada de la planta para la operacin continua > demostraciones de controladores propietarios: - control por PLC del calentador del caldern y/o la relacin de reflujo y el funcionamiento de las alarmas (requiere la unidad Armfield PCT19BR que incorpora un PLC industrial estndar) - demostracin de la supervisin por PC de controladores PLC y PID - una introduccin a los sistemas de control distribuidos - control analgico PID del calentador del caldern a partir de la temperatura de columna (requiere la unidad Armfield PCT20H que incorpora un controlador industrial estndar)

DESCRIPCIN. Columna de destilacin discontinua (manual) UOP3BM.

La unidad es una instalacin de destilacin autnoma con instrumentacin completa, apropiada para trabajos prcticos de laboratorio pertinentes a la enseanza de las operaciones unitarias.

El equipo utiliza circuitos intrnsecamente seguros, aislados galvnicamente, y dispositivos ignfugos, para permitir la destilacin segura de mezclas de ensayo estndar,tales como metilciclohexano-tolueno, alcohol metlico-agua, etc.

El equipo consta de dos unidades interconectadas: una unidad de proceso de suelo y una consola de control de banco. Se incluyen las siguientes caractersticas:

Unidad de proceso

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> Una columna de destilacin de platos de 50mm de dimetro con 8 platos y tubos de bajada. Cada plato incluye un sensor de temperatura situado de tal forma que mide con precisin la temperatura del lquido que est sobre el plato. Las fundas de los sensores de temperatura de cada plato miden no ms de 1,5mm de dimetro, para asegurar una respuesta dinamica.

> Una columna de relleno de 50mm suministrada como elemento individual, pero fcilmente intercambiable por el usuario con la columna de platos, para la realizacin de estudios comparativos de los dos tipos de columna de destilacin.

> Caldern con calentamiento elctrico, de capacidad suficiente para 1-2 horas de operacin discontinua.El calentador del caldern est protegido contra el sobrecalentaniento.

> Un condensador de cabeza con medicin y ajuste del caudal de agua de refrigeracin.

> Un recipiente de recogida de condensado, equipado con doble rebosadero con tubos de salida para separar lquidos inmiscibles.

> una vlvula de retorno de reflujo, accionada por solenoide, que proporciona reflujo de 0%-100%, ajustable por seal elctrica.

> un manmetro diferencial conectado a la cabeza y al fondo de la columna, para monitorizar cadas de presin en la columna.

> un sistema de vaco con indicador, que permite realizar estudios de destilacin a presiones reducidas de hasta 200mbar (abs).

> Puntos de muestreo en todo el sistema para anlisis de composicin.

> Los materiales de construccin de las superficies que entran en contacto con los fluidos de proceso son vidrio, acero inoxidable, PTFE o materiales similares resistentes a los disolventes.

> La altura total de la unidad de proceso no supera los 2,5 metros (8,2 pies).

> Se proporciona revestimiento aislante, aunque es posible ver al menos un plato en operacin cuando la destilacin est en progreso.

> La temperatura mxima de operacin de la columna es de al menos 130C.

Consola de Control

> Indicacin monitorizada y seleccionable de al menos 13 temperaturas de sistemas, incluyendo las del lquido en cada plato, el caldern y el condensador.

> Monitorizacin, visualizacin y ajuste manual de:

i) La potencia elctrica suministrada al calentador del caldern. ii) El ajuste de la relacin de reflujo.

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> Conexiones en el panel frontal para que el usuario conecte controladores industriales estndar de 0-5 voltios, analgicos o de lgica programables, que proporcionan control en lnea del reflujo interno de evaporacin o la relacin de reflujo usando mediciones seleccionadas de temperatura de columna. Los puntos de conexin tambin permiten el uso de registradores en papel y registradores de datos de laboratorio estndar. (Hasta dos mediciones simultneas de temperatura).

> Conexin elctrica de red (suministro monofsico de 3kW mx.) protegida por interruptor diferencial (disyuntor de corriente residual). Circuitos de seguridad sin tensin para evitar un arranque accidental.

> Circuitos individuales protegidos contra exceso de corriente con disyuntores reiniciables.

DESRIPCIN.

Columna de destilacin con interfaz a computadora UOP3CC

Esta unidad incorpora todas las caractersticas de la columna discontinua de operacin manual descrita (UOP3BM) pero incluye los siguientes elementos adicionales:

Unidad de proceso

> dos recipientes de alimentacin de 5 litros, con cambio rpido para permitir cambios de paso en la composicin del lquido de alimentacin.

> Bomba de alimentacin peristltica, intervalo 0-0,25 litros/minuto, ajustable por la variacin de la tensin de entrada al controlador del motor de la bomba.

> Caldern con calentamiento elctrico, de capacidad suficiente para 1-2 horas de operacin discontinua, pero equipado con un rebosadero interno en el caso de necesitarse la operacin contina.

> un intercambiador de calor de producto de fondo que puede ser refrigerado por agua o utilizado como precalentador del lquido de alimentacin (variable). Puntos de alimentacin de columna alternativos y la capacidad de variar la temperatura de entrada del lquido de alimentacin a la columna.

> Recipiente de dosificacin del lquido de alimentacin, conectado a la columna para la adicin continua de un tercer componente lquido, que, junto con el recipiente de separacin de la fase de condensado, permite el estudio de las destilaciones aseo trpica y extractiva.

> Sensores de temperatura en cada caudal que entra y sale del condensador y de las temperaturas del lquido de alimentacin, sistema de producto y caldern.

Consola de Control

indicacin monitorizada y seleccionable de al menos 14 temperaturas del sistema, incluyendo los del lquido en cada plato, el caldern y el condensador, y de los caudales del lquido de alimentacin y producto.

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Monitorizacin, visualizacin y ajuste manual de:

i) la potencia elctrica suministrada al calentador del caldern.

ii) El ajuste de la relacin de reflujo. iii)El ajuste del caudal de alimentacin.

>unos conectores de cable plano en la parte trasera de la consola permiten el uso de registradores en papel y registradores de datos de laboratorio estndar (todas las mediciones simultneamente).

>un conector de 50 vas en la parte trasera de la unidad permite la conexin a una PC suministrada por el usuario, va la unidad de interfaz USB integrada. Pantalla de control PID de software Armfield

Software

> software especfico bajo Windows, suministrado en CD-ROM, que permite la adquisicin de datos en tiempo real va el puerto USB, diagrama esquemtico del proceso, visualizacin grfica y tabular de los resultados, y exportacin a una hoja de clculo externa.

> Estrategias de control de mltiples lazos, totalmente configurables. las opciones de control incluyen:

i) control manual del caudal de alimentacin, la potencia del caldern y la relacin de reflujo.

ii) ajuste de la alarma.

iii) control PID ajustable de la potencia suministrada al calentador de caldern desde un sensor de temperatura.

iv) algoritmos alternativos para el control de la relacin de reflujo, en particular por variacin programada con el tiempo y a partir de una temperatura de columna.

v) control de temperatura de 'dos puntos' de la potencia del caldern y la relacin de reflujo simultneamente.

> Completo sistema de ayuda incluyendo pantalla de presentacin con una breve descripcin del equipo, y textos detallados que contienen toda la informacin necesaria para realizar los experimentos.

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Capitulo 2

Generacin de proyecto

En este capitulo abordaremos las especificaciones y detalles de cada una de las reas que conforman el proyecto, asi como la descripcin detallada de cada una de sus herramientas que lo conforman. Para ello comenzaremos con la descripcin y funcionamiento del proceso de extraccin de esencias, posteriormente se encuentra la estructuracin de el sistema de transporte y llenado del producto, continuando con el estudio y anlisis de los sensores y los elementos de adquisicin de datos, enseguida encontramos la informacin correspondiente a los lenguajes de programacin y el gestor de base de datos a utilizar, finalizando con las especificaciones de la arquitectura de la red LAN y la tecnologa cliente - servidor.

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PROCESOS DE EXTRACCIN DE ESENCIAS.

DESTILACIN POR ARRASTRE DE VAPOR.

Introduccin

En la destilacin por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporizacin selectiva del componente voltil de una mezcla formada por ste y otros "no voltiles". Lo anterior se logra por medio de la inyeccin de vapor de agua directamente en el seno de la mezcla, denominndose este "vapor de arrastre", pero en realidad su funcin no es la de "arrastrar" el componente voltil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que ceder su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporacin. En este caso se tendrn la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilacin (orgnica y acusosa), por lo tanto, cada lquido se comportar como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercer su propia presin de vapor y corresponder a la de un lquido puro a una temperatura de referencia.

Si dos lquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el lquido ms ligero no forme una capa impenetrable sobre el ms pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado. El porcentaje de cada componente en el vapor slo depende de su presin de vapor a esa temperatura. Este principio se puede aplicar a sustancias que podran verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

Teora

En 1918 Hausbrand public un diagrama de presin de vapor til para la destilacin por arrastre. Se grafic Ptotal - PH2O contra temperatura a tres presiones totales: 760, 300 y 70 mmHg (curvas descendentes) a las cuales se les conoce como curvas de agua. A su vez grafic la presin parcial (P) contra temperatura para diversos materiales a destilar (curvas ascendentes). La interseccin de la curva de agua con la del material a destilar nos proporciona la temperatura a la cual se dar la destilacin por arrastre.

En la figura mostrada se presenta la curva de presiones de vapor del tolueno en mmHg en funcin de las temperaturas en C. Tambin esta representada en esta figura la curva de presiones del vapor de agua expresada en la forma de 760 menos la presin de vapor del agua a la temperatura considerada. Se tiene un cadern o alambique que contiene una cierta cantidad de tolueno impuro con algn aceite cuya presin de vapor es casi despreciable (presentan ambas sustancias gran diferencia en su volatilidad relativa). Se introduce una corriente de vapor de agua en el interior del mismo. Se asume que el lquido se calienta nicamente por la condensacin del vapor de agua. Por esta razn se ir acumulando una corriente de agua.

A medida que la temperatura se eleva, la presin de vapor del tolueno sube y tambin la de vapor de la capa de agua. Cuando la suma de las dos presiones de vapor se hace igual a la presin de 760 mmHg, la mezcla comienza a destilar. En este momento la presin de vapor del tolueno es P y la presin de vapor del agua es 760-P. En la Figura 1 se observa que eso sucede a 83C. En este caso, la mezcla que sale del caldern estar formada por vapor de tolueno con una presin parcial de 350 mmHg y vapor de agua con una presin parcial de 410 mmHg. La relacin tolueno-agua ser: 350/410=0.85.

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Diagrama de Hausbrand

La condicin mas importante para que este tipo de destilacin pueda ser aplicado es que tanto el componente voltil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto destilado (voltil) formar dos capas al condensarse, lo cual permitir la separacin del producto y del agua fcilmente. Como se mencion anteriormente, la presin total del sistema ser la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgnica y del agua, sin embargo, si la mezcla a destilar es un hidrocarburo con algn aceite, la presin de vapor del aceite al ser muy pequea se considera despreciable.

Por otra parte, el punto de ebullicin de cualquier sistema se alcanza a la temperatura a la cual la presin total del sistema es igual a la presin del confinamiento. Y como los dos lquidos juntos alcanzan una presin dada, ms rpidamente que cualquiera de ellos solos, la mezcla hervir a una temperatura ms baja que cualquiera de los componentes puros. En la destilacin por arrastre es posible utilizar gas inerte para el arrastre. Sin embargo, el empleo de vapores o gases diferentes al agua implica problemas adicionales en la condensacin y recuperacin del destilado o gas. El comportamiento que tendr la temperatura a lo largo de la destilacin ser constante, ya que no existen cambios en la presin de vapor o en la composicin de los vapores de la mezcla, es decir que el punto de ebullicin permanecer constante mientras ambos lquidos estn presentes en la fase lquida. En el momento que uno de los lquidos se elimine por la propia ebullicin de la mezcla, la temperatura ascender bruscamente.

PASOS PARA LLEVAR A CABO LA DESTILACIN.

A continuacin se describe cada uno de los pasos a seguir para montar el equipo de destilacin para, con el cual se conseguir tener el procesos de extraccin de esencias

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Fotografa panormica del equipo a emplear

En primer lugar se fija la pinza con la nuez a las barras de la mesa o vitrina

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A continuacin se coloca el matraz de fondo redondo sobre la placa calefactora y ajustado en su embocadura por la pinza.

Posteriormente colocamos la cabeza de destilacin sobre el matraz.

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Seguidamente se sita termmetro con su adaptador en la parte superior de la cabeza de destilacin.

A continuacin ajustamos otra pinza con nuez lateralmente a la primera.

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Se coloca el refrigerante recto con la 2 pinza y se une a la cabeza de destilacin.

Se monta la cola de destilacin junto con un recipiente (Erlenmeyer o vaso de precipitados) donde se recoger el destilado.

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Y por ltimo conectamos las gomas del refrigerante recto a las tomas de agua.

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SISTEMA DE TRANSPORTE Y LLENADO DEL PRODUCTO.

FUNDAMENTOS DE LA CADENA.

Qu es una cadena?

Una cadena es un componente confiable de una mquina, que transmite energa por medio de fuerzas extensibles, y se utiliza sobre todo para la transmisin y transporte de energa en los sistemas mecnicos. La funcin y las aplicaciones de la cadena son similares a la de una correa.

La cadena de rodillo de acero est formada por una serie de piezas de revolucin que actan como cojinetes, estando situados cada conjunto a una distancia precisa del otro mediante otras piezas planas llamadas placas. El conjunto cojinete est formado por un pasador y un casquillo sobre el que gira el rodillo de la cadena. El pasador y el casquillo son cementados para permitir una articulacin bajo presiones elevadas, y para soportar las presiones generadas por la carga y la accin de engrane impartida a travs de los rodillos de cadenas, generalmente las placas exteriores e interiores se someten a un proceso de templado para obtener una mayor tenacidad.

Hay muchas clases de cadena, por ello es conveniente clasificar cada tipo de cadena por el material utilizado en su composicin o por el mtodo de construccin de ellas.

Podemos clasificar cadenas en cinco tipos:

1. Cadena de hierro fundido. 2. Cadena de acero de molde. 3. Cadena forjada. 4. Cadena de acero. 5. Cadena plstica.

El uso y demanda para los primeros tres tipos de cadena hoy en da ha disminuido, sin embargo, se utilizan solamente en algunas situaciones especiales. Por ejemplo, la cadena del hierro fundido es parte del equipo que se utiliza en el tratamiento del agua; la cadena forjada se utiliza en los transportadores superiores para las fbricas de automviles.

Dado el extenso tipo de cadenas nos centraremos en los ltimos dos nombradas anteriormente: la "cadena de acero" especialmente el tipo llamado "cadena del rodillo," que pertenece al grupo de mayor produccin mundial, y la "cadena plstica." La mayor parte, nos referiremos a la "cadena del rodillo" simplemente como "cadena."

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NOTA: La cadena del rodillo es una cadena que tiene una placa interior, placa exterior, casquillo, pasador y rodillo como se muestra en la figura siguiente:

Clasificaremos las cadenas segn sus aplicaciones, que se pueden dividir ampliamente en seis tipos:

1. Cadena de la transmisin de energa. 2. Cadena pequea del transportador de paso largo. 3. Cadena del transportador de precisin. 4. Cadena superior. 5. Cadena de flujo. 6. Cadena grande del transportador de paso largo.

El primero se utiliza para la transmisin de energa, los otros cinco se utiliza para el transporte. En la seccin de los usos, describiremos las aplicaciones y las caractersticas de cada tipo de cadena siguiendo la clasificacin antes dicha.

Estructura bsica de la transmisin de energa en la Cadena

Una configuracin tpica para la cadena de RS60-type se demuestra en el la figura

Composicin de una cadena

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Funciones de las piezas de cadena

Placa exterior e interior: La placa es un componente que soporta la tensin que se ejerce en la cadena. Estas generalmente estn sometidas a cargas de fatiga y acompaado a veces por fuerzas de choque. Por lo tanto, la placa debe tener no solamente gran fuerza extensible esttica, sino que tambin debe soportar a las fuerzas dinmicas de las cargas de choque. Adems, la placa debe soportar condiciones ambientales, las que podran provocar por ejemplo, corrosin, abrasin, etc.

Pasador: El pasador est conforme a las fuerzas que se ejercen sobre ella y de flexiones transmitidas por la placa. Este a su vez acta junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del pin, cuando las flexiones de la cadena se ejercen durante el contacto con el pin. Por lo tanto, las necesidades el pasador deben soportar toda la fuerza de transmisin, resistencia a la flexin, y tambin deben tener suficiente resistencia contra fuerzas de choque.

Casquillo: El casquillo es de estructura slida y se rectifican si son curvados, con el resultado que da una base cilndrica perfecta para el rodillo. Esta caracterstica maximiza la duracin del rodillo en condiciones de alta velocidad y da una seguridad ms consistente de la placa interior sobre el casquillo.

Rodillo: El rodillo est sometido a la carga de impacto cuando esta en contacto con los dientes del pin con la cadena. Despus del contacto, el rodillo cambia su punto del contacto y de balance. Se sostiene entre los dientes del pin y del casquillo, y se mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de compresin.

Componentes bsicos de una cadena de transmisin de energa

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Adems, la superficie interna del rodillo constituye una pieza del cojinete junto con la superficie externa del buje cuando el rodillo rota en el carril. Por lo tanto, debe ser resistente al desgaste y todava tener fuerza contra choque, fatiga, y la compresin.

APLICACIONES DE CADENAS DE TRANSMISIN DE ENERGA.

Las mquinas de transmisin de energa en gran parte utilizan cadenas, engranajes o correas. La tabla presentada a continuacin proporciona una comparacin de ellas.

Generalmente, la cadena es una pieza que resulta econmica para las mquinas de transmisin de energa que operan a velocidades bajas y de grandes cargas. Sin embargo, es tambin posible utilizar la cadena en condiciones de alta velocidad como en la transmisin del eje de levas del motor del automvil. Esto se logra ideando un mtodo apropiado de operacin y lubricacin.

Bsicamente, existen lmites de esfuerzo de fatiga tanto en los engranajes como en las cadenas, pero no as en las correas. Adems, si un diente de un engranaje falla o se rompe, el engranaje se detendr en el siguiente paso o diente. Por lo tanto la secuencia correcta para un buen funcionamiento y confiabilidad es engranaje > cadena > correa.

En la mayora de los casos:

(1)Aumento en el ruido del engranaje indica que el fin de la vida til est prximo. (2)Se reconocer que la cadena est casi en el final de su vida til producto del aumento en el desgaste o por un aumento en las vibraciones. (3)Es difcil detectar la vida til del dentado de la correa sin detener la mquina e inspeccionar la correa cuidadosamente.

Vista detallada de una cadena.

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Es posible disminuir el ruido que produce el engranaje haciendo un ajuste exacto de los engranajes o adaptando un tipo de engranaje helicoidal doble, ambas de estas formas resultan demasiado costosas, adems en los engranajes helicoidales se producen cargas de empuje no deseadas.

El uso de la cadena es ms conveniente en la transmisin de energa permanente por un periodo largo de funcionamiento con la variacin limitada del esfuerzo de torsin.

Mientras mayor es la distancia del centro del eje, mayor ser el uso prctico de las cadenas y correas, no tanto as como el de los engranajes.

Tabla de comparacin

Generalmente, bajo las mismas condiciones de la transmisin, el costo de las correas dentadas y las poleas es mucho ms alto que el costo de cadenas y piones.

Tipo Cadena Del Rodillo Correa Del Diente V Correa Engranaje De Estmulo

Sincronizacin

Eficacia De la Transmisin

Antichoque

Ruido/vibracin

Condicin Circundante Evite El Agua, Polvo Evite El Calor, Aceite, Agua, Polvo

Evite El Calor, Aceite, Agua, PolvoEvite El Agua, Polvo

Ahorro Del Espacio (Velocidad/Arriba Carga Bajas)

Polea Pesada

Una Polea Ms ancha

Menos durabilidad debido a menos contrato

Lubricacin Requerido

Ningn Lubricante

Ningn Lubricante

Requerido

Flexibilidad De la Disposicin

Exceso de carga sobre el cojinete

ExcelenteBueno Pobre

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Caractersticas de las transmisiones de cadena

1. La reduccin y aumento de la velocidad puede ser acomodada fcilmente. 2. La cadena se puede acomodar a grandes distancias de eje-centro (menos de 4 m), y son ms

verstiles. 3. Es posible utilizar la cadena con los ejes mltiples o puede ser operada a ambos

lados de la cadena. 4. La estandardizacin de cadenas bajo la American National Standard Institute

(ANSI), la organizacin internacional de la estandardizacin (ISO), y estndares industriales japoneses (JIS) permite la facilidad de la seleccin de las cadenas.

5. Es fcil cortar y ensamblar las cadenas. 6. El dimetro del pin para un sistema de cadena puede ser ms pequeo que una

polea de una correa, mientras que en ambas se transmite el mismo esfuerzo de torsin.

7. Los piones estn conforme a menor desgaste que los engranajes porque los piones distribuyen la carga de esfuerzo a travs de sus dientes.

DINMICA DE LA CADENA.

Fenmenos caractersticos en cadena del transportador

Hasta ahora solo se ha referido sobre materias que se aplican especficamente a las cadenas de transmisin de energa. Sin embargo, existen diversos problemas que ocurren al usar cadenas transportadoras.

Coeficiente de friccin

La tensin de la cadena de transmisin es calculada dividiendo la energa transmitida (indicada en kilowatts o caballos de fuerza) por la velocidad de cadena y multiplicndose por un coeficiente adecuado. Pero para velocidades constantes tales como el transportador horizontal, la tensin es seleccionada por factores mostrados a continuacin:

1.El coeficiente de friccin entre la cadena y el carril cuando los objetos transportados se ponen en la cadena ver figura)

2.El coeficiente de la friccin entre los objetos transportados y el carril cuando los objetos transportados se llevan a cabo en el carril y son empujados por la cadena.

Roce entre cadena y carril

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Nota: Hay dos tipos de tensin: el primero ocurre cuando los objetos transportados se estn moviendo a una velocidad constante, y el segundo se debe a los efectos de la inercia que ocurre al encender y detener la mquina.

La tensin (t) en un transportador horizontal, como se muestra en la figura anterior, es calculada bsicamente por esta frmula:

T = M 1 x g x f 1 x 1,1 + M 1 x g x f 2 + M 2 x g x f 3

Donde:

T = tensin total en la cadena. M 1 = peso de la cadena. M 2 = peso de los objetos transportados. f 1 = coeficiente de la friccin cuando la cadena est volviendo. f 2 = coeficiente de la friccin cuando la cadena est transportando objetos. f 3 = coeficiente de la friccin cuando los objetos transportados se estn moviendo g = constante gravitacional 1,1 = prdidas del pin debido a los cambios direccionales de la cadena

NOTA: En esta frmula, un coeficiente de la friccin es multiplicado por cada trmino en la ecuacin. Por lo tanto, si el coeficiente de la friccin es alto, se requiere aumentar la tensin y que la cadena sea ms grande. Tambin, la energa necesaria del motor, que se calcula como coeficiente de la velocidad x de la tensin x, aumenta. Un motor de mayor potencia es necesario cuando el coeficiente de la friccin es alto.

Reduciendo el coeficiente de friccin, podemos reducir la tensin. Esto permite que podamos elegir una cadena y motor ms econmicos, disminuyendo los costos iniciales y energa elctrica para el equipo transportador.

El coeficiente de friccin de la cadena diferencia a cada tipo de esta, por el material y por el tipo de rodillo. El coeficiente de friccin para diversos tipos de cadena y de carriles de gua superiores se muestra en la tabla siguiente. El coeficien