hernÁndez carrillo berenice.tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/10525/1/82.pdf · 2017. 12....

HERNÁNDEZ CARRILLO BERENICE.

México DF.

OBJETIVO.

Controlar la temperatura de un horno de elaboración de esmalte cerámico

utilizando un algoritmo y estrategia de control para asegurar la calidad de

producto.


México DF.

JUSTIFICACIÓN.

En la producción del esmalte cerámico de una empresa llamada Cerámicos

San José, principalmente al inicio del proceso, se detectó que las variaciones

de caudal en la válvula de control hacen que el esmalte para cerámico no

cubra con los requerimientos necesarios, esto debido a cambios de nivel el

contenedor de combustible, el caudal de combustible necesario para la

fundición están sujetas a perturbaciones ya que toda la planta está alimentada

del mismo contenedor.

La calidad del producto se ha visto afectada ya que no cumple con los

requerimientos específicos del cliente, esto debido a cambios de nivel del

contenedor de combustible que provocan perturbaciones, esto se debe a que el

contenedor del combustible empleado para la producción del esmalte

cerámico, no tiene ningún tipo de control, este se llena y consume de forma

irregular o no constante.

La calidad que ha estado buscado la empresa en el esmalte cerámico, mejora

la competitividad de sus productos y productividad de operación. Las

perturbaciones ocasionan que la calidad del esmalte presente error, esto es

gránulos en la frita cerámica sin fundir.

La calidad que requiere la producción para su mejoramiento ha estado

presento en todos los cambios que la empresa a echo en diferentes secciones

de la producción.


México DF.

En un lazo retroalimentado, todo producto que no cumpla las características

mínimas para decir que es correcto, será eliminado, sin poderse corregir los

posibles defectos de fabricación que podrían evitar esos costos añadidos y

desperdicios de material. La diferencia de caudal, debida a la falta de control

en la variable manipulada, ocasiona defectos que son detectados ya que el

proceso dio por terminado.

La fundición, del esmalte cerámico, siendo este el primer proceso, requiere de

mayor atención ya que es el primer proceso para la fabricación del esmalte, el

resto de los procesos, para obtener el producto final, dependen de la fundición.

Las perturbaciones en la variable manipulada afecta directamente a la calidad

del producto, la fundición del esmalte cerámico tiene como variable

primordial la temperatura, si esta tiene perturbaciones la fundición se fe

afectada y por tal motivo la calidad del esmalte para cerámico.


México DF.

INTRODUCCIÓN.

Los trabajos de control contribuyen a modificar los aspectos físicos de la

obra que se esta realizando. Ayudan a cambiar la funcionabilidad y a

resolver acciones que se consideran problemáticas, es decir que no

contribuyen al objetivo de control.

Las aplicaciones que se realizan nos permiten visualizar el

funcionamiento real físico de los componentes integrados en el sistema de

control, esto permite visualizar el comportamiento de nuestro sistema de

control, la secuencia con la que esta operando, los tipos de conexiones que

esta requiere etc.

La automatización no solo resuelve problemas de control sino que

contribuye a la mejora de calidad de trabajo de las personas que muchas

veces están en contacto con secuencias de operación incomodas, es decir

que cause un efecto físico doloroso al ejecutar su labor.

La importancia de controlar y automatizar sistemas ayuda a mejorar los

aspectos de vida y a conservar en condiciones idóneas los componentes

relacionados con el sistema de control.


México DF. Página i

ÍNDICE.

CAPITULO 1

OBJETIVO. ........................................................................................................................................................ 3

Controlar la temperatura de un horno de elaboración de esmalte cerámico utilizando un algoritmo y estrategia

de control para asegurar la calidad de producto. ................................................................................................ 3

JUSTIFICACIÓN. .............................................................................................................................................. 4

1.0 ORÍGENES. ............................................................................................................................................. 1

1.2 INTRODUCCIÓN A LAS PASTAS Y ESMALTES CERÁMICOS. ..................................................... 2

1.3 PASTA CERÁMICA. .............................................................................................................................. 2

1.4 SECADO. ................................................................................................................................................. 4

1.5 COCCIÓN. ............................................................................................................................................... 5

1.6 ESMALTE. ............................................................................................................................................... 6

1.7 DEFECTOS EN LOS ESMALTES.......................................................................................................... 8

1.7.1 Cuarteo. ................................................................................................................................................ 8

1.7.2 Saltado del esmalte. ............................................................................................................................. 9

1.7.3 Recogido del esmalte. .......................................................................................................................... 9

1.7.4 Pinchado del esmalte. ........................................................................................................................ 10

1.7.5 Reventado del esmalte. ...................................................................................................................... 10

1.7.6 Piel de Naranja. .................................................................................................................................. 11

1.8 TIPOS DE ESMALTE. .......................................................................................................................... 12

1.8.1 Esmalte alveolado o tabicado. ............................................................................................................ 13

1.8.2 Esmalte vaciado o campeado. ............................................................................................................ 13

1.8.3 Esmalte de bajo-relieve. ..................................................................................................................... 14

1.8.4 Esmalte traslúcido o transparente. ..................................................................................................... 14

1.8.5 Esmalte pintado o de pintores. ........................................................................................................... 14

1.8.6 Esmalte de aplicación. ....................................................................................................................... 14

1.8.7 Esmalte cuadriculado. ........................................................................................................................ 14

2.0 ANÁLISIS DEL PROCESO Y DETECCIÓN DEL PROBLEMA. ....................................................... 15

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA. ........................................................................................ 15

2.3 CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL HORNO DE FUNDICCION. .......................................... 17

2.3.1 Lazo cerrado ...................................................................................................................................... 17

2.3.2 Lazo cerrado con control PID. ........................................................................................................... 21

2.4 TIEMPO MUERTO. .............................................................................................................................. 25

3.0 SOLUCIÓN PROPUESTA. ................................................................................................................... 31

3.1 CONTROL EN LA TEMPERATURA DEL HORNO DE FUNDICIÓN. ........................................... 32

3.2 CONTROL REALIMENTADO. ............................................................................................................ 33


México DF. Página ii

3.2.1 Características del control realimentado. ........................................................................................... 34

3.3 CONTROL EN CASCADA. .................................................................................................................. 35

3.4 PROBLEMA EN EL HORNO DE FUNDICIÓN DE ESMALTE CERÁMICO. ................................. 36

3.5 DETECCIÓN DE VARIABLES DE PROCESO PARA EL CONTROL EN CASCADA. .................. 37

3.5.1 Variable controlada. ........................................................................................................................... 37

3.5.2 Variable manipulada. ......................................................................................................................... 37

3.6 ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA. .................................................................................. 38

3.7 ELEMENTOS FÍSICOS O HARDWARE. ............................................................................................ 41

3.7.1 Válvula solenoide. ............................................................................................................................. 41

3.8 TRANSDUCTOR................................................................................................................................... 43

3.8.1 Definición. ......................................................................................................................................... 44

3.8.2 Conceptos básicos transductores de temperatura. .............................................................................. 45

3.9 SENSORES INFRARROJOS. ............................................................................................................... 47

3.9.1 Sensores de temperatura infrarrojos. .................................................................................................. 47

3.10 MEDIDOR DE FLUJO DE PROCESO. .............................................................................................. 54

3.10.1 Factores para la elección del tipo de medidor de fluido. .................................................................. 54

3.10.2 Campo de aplicación. ....................................................................................................................... 56

3.11 PROCESO DE CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS. .............................................................. 58

3.11.1 Definiciones. .................................................................................................................................... 58

3.12 TOPOLOGÍA DE REDES FRECUENTEMENTE USADAS. ............................................................ 63

3.12.1Redes de araña .................................................................................................................................. 64

3.12.2Redes de árbol. .................................................................................................................................. 64

3.12.3 Redes de bus. ................................................................................................................................... 65

3.12.4 Redes de anillo. ................................................................................................................................ 66

3.13 TOPOLOGÍAS FÍSICAS TENEMOS. ................................................................................................ 66

3.13.1 Topología de BUS / Linear Bus. ...................................................................................................... 67

.................................................................................................................................................................... 68

3.13.2 Cable USB. ...................................................................................................................................... 68

3.13.3 Como Funciona. ............................................................................................................................... 68

3.14 DEFINICIÓN DEL PLAN DE MANTENIMIENTO. ......................................................................... 73

3.15 PLAN DE MANTENIMIENTO PARA EL HORNO DE FUNDICIÓN. ............................................ 74

4.0 DISEÑO Y PROGRAMACIÓN. ........................................................................................................... 80

4.1 INTRODUCCIÓN A HMI (INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA). ....................................................... 80

4.2 CONTROL EN LA TEMPERATURA DEL HORNO DE FUNDICIÓN. ........................................... 81

4.3 SIMULINK. ........................................................................................................................................... 81

4.4 LABVIEW. ............................................................................................................................................. 82

4.5 LOS BENEFICIOS DE LA PROGRAMACIÓN GRÁFICA EN NI LABVIEW.................................. 82

5.0 COSTOS. ................................................................................................................................................ 87

5.1 INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................................. 87


México DF. Página iii

5.2 COSTOS INDIRECTOS. ....................................................................................................................... 88

5.3 IMPACTO ACTUAL. ............................................................................................................................ 89

6.0 EXPLICACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS. ............................................................................ 92

6.1 INICIO DEL PROCESO. ....................................................................................................................... 92

6.2 PROCESO DE FUNDICIÓN. ................................................................................................................ 93

6.3 SIMULACION DEL PROCESO. .......................................................................................................... 93

6.4 PERTURBACIONES. ............................................................................................................................ 93

6.5 CONTROL EN CASCADA. .................................................................................................................. 93

6.6 SIMULACION DE LA RESPUESTA CONTROLADA. ...................................................................... 94

6.7 CONCLUSIONES. ................................................................................................................................. 95


México DF. Página iv

ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS Y ECUACIONES.

FIGURAS.

CAPITULO 1

FIGURA 1. 1 FIGURA ANTIGUA. .................................................................................................................................. 1 FIGURA 1. 2 MODELADO CON MATERIA PARA ESMALTE CERÁMICO.................................................................................... 3 FIGURA 1. 3 BRIQUETA DE PASTA. .............................................................................................................................. 4 FIGURA 1. 4 BOTÓN DE MATERIAL PARA ESMALTE ANTES Y DESPUÉS SU COCCIÓN. ................................................................ 7 FIGURA 1. 5 APLICACIÓN DE ESMALTE. ........................................................................................................................ 7 FIGURA 1. 6 CUARTEO EN ESMALTE CERÁMICO. ............................................................................................................. 8 FIGURA 1. 7 SALTADO DE ESMALTE CERÁMICO. ............................................................................................................. 9 FIGURA 1. 8 RECOGIDO DE ESMALTE. .......................................................................................................................... 9 FIGURA 1. 9 PINCHADO DE ESMALTE CERÁMICO. ......................................................................................................... 10 FIGURA 1. 10 REVENTADO DE ESMALTE. .................................................................................................................... 10 FIGURA 1. 11 PIEL DE NARANJA. .............................................................................................................................. 12 FIGURA 1. 12 TIPOS DE APLICACIONES DE ESMALTES. ................................................................................................... 12 FIGURA 1. 13 PLACA DE LA DORMICIÓN EN LA QUE SE UTILIZA ESMALTE DE BAJO-RELIEVE.................................................... 13

CAPITULO 2 FIGURA 2. 1 CONTROL EN LAZO CERRADO SIN CONTROLADOR PID. .................................................................. 18 FIGURA 2. 2 ELEMENTO FINAL DE CONTROL MANUAL. ...................................................................................... 19 FIGURA 2. 3 DIAGRAMA DE BLOQUE DEL CONTROL EN LAZO CERRADO SIN PID. .............................................. 20 FIGURA 2. 4 GRAFICO DEL CONTROL SIN PID. ................................................................................................... 20 FIGURA 2. 5 DIAGRAMA DTI CON EL CONTROLADOR PID. ................................................................................ 21 FIGURA 2. 6 DIAGRAMA DE BLOQUES CON EL CONTROLADOR PID.................................................................... 22 FIGURA 2. 7 GRAFICA DEL SISTEMA CONTROLADO CON PID. ............................................................................ 22 FIGURA 2. 8 CONTROL DE TEMPERATURA DEL HORNO CON PERTURBACIÓN EN LA VARIABLE MANIPULADA. .... 24 FIGURA 2. 9 GRAFICA DE LA TEMPERATURA DEL HORNO CON PERTURBACIÓN EN LA VARIABLE MANIPULADA. 24 FIGURA 2. 11 GRAFICAS CORRESPONDIENTES AL ANÁLISIS YA MENCIONADO. .................................................. 29

CAPITULO 3 FIGURA 3. 1 DIAGRAMA BÁSICO DE CONTROL LAZO CERRADO. ........................................................................................ 33 FIGURA 3. 2 CONTROL EN CASCADA. ......................................................................................................................... 36 FIGURA 3. 3 CONTROL ANTE LA PERTURBACIÓN. .......................................................................................................... 39 FIGURA 3. 4 VÁLVULA DE CONTROL. ......................................................................................................................... 42 FIGURA 3. 5 DIAGRAMA DE LA VÁLVULA DE CONTROL. .................................................................................................. 43 FIGURA 3. 6 PIRÓMETRO RADIOACTIVO. .................................................................................................................... 48 FIGURA 3. 7 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSDUCTOR DE TEMPERATURA. ............................................................................ 50 FIGURA 3. 8 FABRICANTE. ....................................................................................................................................... 50 FIGURA 3. 9 RANGOS DE OPERACIÓN. ....................................................................................................................... 51 FIGURA 3. 10 PIRÓMETRO ACTUAL. .......................................................................................................................... 52 FIGURA 3. 11 DIFERENTES TIPOS DE CONEXIONES. ....................................................................................................... 53 FIGURA 3. 12 MAG 5000 CAUDALIMETRO. ............................................................................................................... 57 FIGURA 3. 13 VISTA REAL. ...................................................................................................................................... 57 FIGURA 3. 14 NI USB 6212 ................................................................................................................................... 62 FIGURA 3. 15 CONEXIONES DE BUS. ........................................................................................................................ 68 FIGURA 3. 16 PIRÁMIDE DE BUS. ............................................................................................................................ 69 FIGURA 3. 17 USB. ............................................................................................................................................... 70 FIGURA 3. 18 DIAGRAMA DE CONEXIONES FINAL. ........................................................................................................ 72

CAPITULO 4 FIGURA 4. 1 CASCADA. ........................................................................................................................................... 85


México DF. Página v

FIGURA 4. 2 CASCADA CON PERTURBACIÓN Y LAZO CERRADO CON PERTURBACIÓN. ............................................................ 85

CAPITULO 5 FIGURA 5. 1 COSTOS. ............................................................................................................................................. 88 FIGURA 5. 2 PERTURBACIONES EN EL SISTEMA CAUSAN IMPACTO DIRECTO EN LA CALIDAD DEL PRODUCTO. ............................. 90 FIGURA 5. 3 CONTROL EN CASCADA REDUCE COSTOS, MEJORA LA CALIDAD. ...................................................................... 91

TABLAS.

TABLA3. 1SENSORES DE TEMPERATURA. .................................................................................................................... 47 TABLA3. 2 PLAN DE MANTENIMIENTO. ...................................................................................................................... 75 TABLA3. 3 PLAN DE MANTENIMIENTO PARA EL HORNO DE FUNDICIÓN. ............................................................................ 78 TABLA3. 4 HORARIOS DE MANTENIMIENTO. ............................................................................................................... 79

ECUACIONES.

ECU. 2. 1 ............................................................................................................................................................. 25 ECU. 2. 2 ............................................................................................................................................................. 25 ECU. 2. 3 ............................................................................................................................................................. 26 ECU. 2. 4 ............................................................................................................................................................. 28

ANEXO A……………...…………………………………………………......1

APÉNDICE.

Apéndice A…………………………………………………………………..I

Apéndice B…………………………………………………………………..II

Apéndice C…………………………………………………………………..III

Apéndice D…………………………………………………………………..IV

México DF.

CAPITULO 1

[ANTECEDENTES.]

HERNÁNDEZ CARILLO BERENICE.

México DF. Página 1

1.0 ORÍGENES.

El origen del esmalte cerámico se halla íntimamente ligado a los inicios de la metalurgia,

con la escasez de los elementos puros nativos, obligó a usar el horno cerámico para diversas

pruebas. Ello se desprende del hecho de que las turquesas o azules que se encuentran en el

Egipto de principios de la era dinástica, han sido compuestos de cobre.

En Egipto, donde poco después aparecen los esmaltes de sodio-cobre, en los comienzos de

la era dinástica.

Son pequeños objetos esmaltados, cuentas, figurillas, amuletos etc. sobre el 2.600 a. C.

aparecen revestimientos para uso constructivo, con esmaltes turquesas o azulados, de donde

nace la tradición oriental que enlaza la cerámica con la arquitectura y que culminará luego

en el Islam.

Y hacia el 1.200 a. C. ya surgen piezas cerámicas de mayor tamaño, como ejemplo se

muestra en la figura 1.1 que se encuentra en la siguiente página.

El esmalte arqueológicamente atestiguado más antiguo, es un vidriado alcalino compuesto a

base de carbonato de sodio o de bórax más cuarzo, y coloreado con carbonato de cobre.

Figura1 Predynastic female figurine, Louvre.

http://images.wikia.com/ceramica/images/e/e5/PredynasticFemaleFigurine_BrooklynMuseum.png



En una tablilla de arcilla cocida Asiría, que se guarda en el British Museo, se halla escrita la

fórmula de un esmalte de plomo y cobre (verde), de Babilonia, nos relata el procedimiento

desde la extracción de la mina zuku-glass.

1.2 INTRODUCCIÓN A LAS PASTAS Y ESMALTES CERÁMICOS.

Tabiques, floreros, vajillas, pisos, lavabos y sanitarios, entre otros, son productos de

cerámica. En la actualidad, esta industria en nuestro país enfrenta una dura competencia en

el mercado mundial, ya que a pesar de que la cerámica popular tiene una gran tradición a

nivel industrial, no ha logrado un buen desarrollo.

La mayoría de las líneas de negocios de este sector enfrentan una fuerte competencia en el

mercado, por lo que se deberían buscar estrategias para que los productores de cerámica

invirtieran en nuevas plantas, en automatización y capacitación de personal, con el

objetivo de lograr una mayor calidad y reducir las pérdidas económicas.

La capacitación continua permitirá a pequeños productores conocer la forma de manipular

las pastas y los esmaltes de manera más técnica, ya que la comprensión de su

comportamiento y el conocimiento sobre las pruebas para conocerlo son esenciales si se

quiere fomentar el desarrollo. A continuación se explica que es y cómo se prueban las

pastas y esmaltes cerámicos.

1.3 PASTA CERÁMICA.

Ésta se obtiene de la mezcla de distintas arcillas y sustancias. Una vez que se han elegido

las materias primas que conformarán la pasta, se mezclan, se trituran y se efectúa la

conformación o moldeado de piezas.

En el conformado se añade agua a las arcillas con el fin de plastificar la mezcla para poder

moldear, cuidando siempre de mantener la rigidez necesaria para evitar que las piezas

sufran fractura.



Luego viene la fase de cocción, en donde se pretende conseguir la máxima densidad

aparente que proporcione a la pieza cerámica las características físicas, químicas y térmicas

que de ella se espera. Así pues, y a grandes rasgos, el proceso cerámico es sinónimo de

densificación, la cual, se logra con el conformado y la cocción.

Para diseñar correctamente la pasta se debe tener información sobre las materias primas

disponibles, las propiedades del producto a fabricar y las características del proceso de

fabricación. El acabado depende de:

La composición y estructura de la arcilla.

Las condiciones de cocción: temperatura y su perfil en tiempo y atmósfera del

horno.

El colorante añadido (si se usa esta técnica).

Las arcillas que contienen óxido férrico, tienen un color rojo.

A medida que se aumenta la temperatura de cocción el color se oscurece, en parte porque

una parte del óxido férrico se convierte en magnetita, que es de color negro. La figura 1.2

muestra un modelado con acabado.

Figura 1. 2Modelado con materia para esmalte cerámico.



En las arcillas calcáreas, la alteración del color (del rojo hacia amarillo) depende del

contenido en carbonato de calcio.

1.4 SECADO.

Cuando la pasta cerámica ha sido moldeada con la forma deseada, debe tratarse para

eliminar el exceso de agua. Para ello se somete a un secado, el cual es un fenómeno en

donde el agua de humedad emigra a la superficie para su evaporación. A medida que

avanza el secado, las partículas se van aproximando y la contracción aumenta.

Entonces, se va eliminando el agua que se encontraba tanto absorbida como en los poros,

van apareciendo poros vacíos. La suma del volumen de poros más el volumen de arcilla

seca equivale a la dimensión final de la pieza.

El ceramista no suele tomar en cuenta el volumen, sino la contracción lineal que a efectos

prácticos es lo mismo. Para ello, utiliza distintas pruebas, una de ellas consiste en moldear

una pieza en forma de paralelepípedo y hacer marcas antes y después del secado con el fin

de medir la contracción, como se observa en la figura 1.3 que se encuentra en la siguiente

página. También pesa la pieza antes y después del secado con lo cual puede estimar la

plasticidad.

Figura 1. 3Briqueta de pasta.



Durante el secado, también puede ser determinada la curva de Bigot. Estas curvas permiten

conocer el comportamiento al secado (ubicación del punto crítico, declive de la curva

porciento de contracción con porciento de humedad).

Una vez determinada la curva de Bigot, el cruce entre las prolongaciones de los tramos

correspondientes a la primera y segunda etapa de secado corresponde a la llamada humedad

crítica. Este punto depende únicamente de la pasta y debe determinarse en cada caso.

1.5 COCCIÓN.

La cocción cerámica es un proceso de densificación. El calor que llega a la pasta sirve para

desencadenar todo un conjunto de reacciones, entre las que cabe distinguir: Reacciones

químicas, porosidad, Transformaciones cristalinas polimórficas, producción de micro

grietas.

El proceso de cocción se inicia con reacciones en estado sólido: rotura de enlaces químicos,

descomposición de minerales y formación de puentes de unión. Más tarde se inicia la

generación de líquido, ya que una parte de los componentes funden. Todo ello conduce a

una densificación de la masa y el cuerpo adquiere una rigidez que le confiere las

propiedades esperadas.

En la etapa de calentamiento de la pieza, la periferia está más caliente que el interior, así

pues, existe un gradiente de temperatura que provoca una deformación. Durante el

enfriamiento, el fenómeno es el contrario.

Ahora la temperatura mayor se halla en el núcleo y las fuerzas exteriores quedan sometidas

a tracción, esfuerzo mecánico que la cerámica resiste con mucha dificultad. De ahí el hecho

que sean más frecuentes las roturas en el enfriamiento que en el calentamiento.

A la salida del horno el producto cerámico presenta una porosidad cerrada y una porosidad

abierta. La calidad, cantidad y distribución de los poros condiciona y clasifica los productos

cerámicos, así como también lo hizo la composición de la arcilla.



1.6 ESMALTE.

El esmalte o barniz es una suspensión líquida de minerales muy finamente molidos, y que

se aplica a las piezas cerámicas, por lo general una vez que ésta ha tenido un pre cocido por

medio de pincel, baño de inmersión, o aspersión con algún tipo de pistola, spray o soplete.

Estas piezas barnizadas se queman nuevamente en el horno, hasta la temperatura necesaria

para obtener la fusión de la mezcla de los ingredientes, la mezcla se convierte entonces en

un recubrimiento vítreo firmemente adherido al cuerpo de arcilla.

Existen diversas maneras de clasificar los esmaltes: de alta o baja temperatura, según la

temperatura a que deban llegar para alcanzar su punto de madurez; plúmbicos (de plomo),

alcalinos o feldespáticos según los fundentes utilizados en su preparación; también

podemos distinguirlos según su textura, aspecto visual o táctil, en barnices mates,

cristalinos, transparentes, opacos, semimates, satinados, iridiscentes y otros.

Para diseñar un esmalte se prueba con distintas fórmulas Seger para conocer el

comportamiento del esmalte. La fórmula de Seger se utiliza para expresar la composición

de los esmaltes cerámicos. Para calcularla los óxidos se clasifican en básicos, anfóteros y

ácidos y se indica la cantidad de sustancia de cada tipo de óxido con respecto a un mol de

óxidos básicos totales.

Con cada fórmula se fabrica un botón que se coloca sobre la pasta cerámica formulada y se

somete a cocción en el horno a la temperatura escogida, para conocer la respuesta. Puede

observarse en la figura 1.4 que se encuentra en lasiguiente página, un botón de los polvos

que formulan el esmalte, antes y después de su cocción en el horno.



Figura 1. 4Botón de material para esmalte antes y después su cocción.

Una vez aplicado, debe darse tiempo para que seque antes de someterlo a la cocción; en

caso contrario la humedad superficial al evaporarse bruscamente puede provocar que el

esmalte se abra, separe, desconche o se formen burbujas.

La Frita es un Barniz parcial o completo, fundido en el horno hasta alcanzar la condición

de vidrio, enfriado y luego molido. Luego se usa para esmaltar piezas o en la preparación

de otros barnices. Con este procedimiento se elimina la toxicidad del plomo y la solubilidad

de los fundentes alcalinos. La aplicación del esmalte cerámico por los artesanos o

compañías de inmuebles sanitarios es la última aplicación del proceso como se puede

observar en la figura 1.5 que se muestra a continuación.

Figura 1. 5Aplicación de esmalte.



El fundente se agrega al esmalte además de la sílice y la alúmina, para lograr que el punto

de fusión sea más bajo, esto es, reduce la temperatura de maduración de las dos primeras.

Según las temperaturas que se deseen alcanzar, los compuestos que se agregan como

fundentes varían: el plomo y los álcalis para las temperaturas más bajas, y el sodio y el

potasio de los feldespatos para las altas.

1.7 DEFECTOS EN LOS ESMALTES.

Los defectos en la calidad del producto final, han estado afectando la economía de la

empresa ya que estos defectos hacen que los requerimientos de los compradores no sean

cubiertos, es decir, que no se alcanza el objetivo de calidad. A continuación se presentan la

descripción de alguno de estos defectos causados por la falta de control ante perturbaciones

en la variable manipulada.

1.7.1 Cuarteo.

Se caracteriza por la aparición de finas rajaduras en la superficie vidriada. Este defecto se

debe a que el coeficiente de dilatación del esmalte utilizado es excesivamente alto respecto

al coeficiente de la pasta cerámica. Un ejemplo se muestra en la figura 1.6.

Figura 1. 6Cuarteo en esmalte cerámico.



1.7.2 Saltado del esmalte.

Es el defecto inverso del cuarteo y es producido cuando el coeficiente de dilatación del

esmalte es muy bajo respecto a la pasta. Se detecta por partes de vidriado que saltan o se

despegan, particularmente en superficies curvas y bordes. Este problema, generalmente es

causado por defecto de la pieza previamente cocida, por alto contenido de cuarzo o por

estar muy finamente molido. Un ejemplo se muestra en la figura 1.7.

Figura 1. 7Saltado de esmalte cerámico.

1.7.3 Recogido del esmalte.

El esmalte se recoge dejando ver la pasta como si este no hubiera sido ―mojado‖ por el

esmalte. Un ejemplo se muestra en la figura 1.8. El problema es debido, a veces, a que el

tamaño de partícula de esmalte es muy pequeño respecto al de los granos sintetizados de la

pasta previamente cocida.

Figura 1. 8Recogido de esmalte.



1.7.4 Pinchado del esmalte.

Se detecta como pequeños poros en la superficie ya vitrificada. Es muy frecuente por

causas de contaminación de pequeñas partículas de suciedad. Pero en muchos casos son

varios los motivos que producen este problema. Un ejemplo se muestra en la figura 1.9.Así,

aparece pinchado cuando la pieza de pasta esta excesivamente cocido; cuando el caolín o

arcillas como aditivo de molienda en el esmalte contienen laminillas de mica, si el agua es

muy dura, cuando hay gases en el horno, cuando se utilizan esmaltes muy viscosos.

Figura 1. 9Pinchado de esmalte cerámico.

1.7.5 Reventado del esmalte.

Ocurre cuando el esmalte ya vitrificado salta como si reventara en pequeñas áreas o zonas,

dejando ver el material en el que el esmalte se aplica. El defecto se debe siempre a que la

pasta contiene granos de cal. Un ejemplo se muestra en la figura 1.10.

Figura 1. 10Reventado de esmalte.



1.7.6 Piel de Naranja.

La superficie vitrificada no está lisa, presenta un defecto como de pequeños granos u olas,

similar al efecto que le da nombre.

Este problema la mayoría de las veces aparece cuando el esmalte es aplicado por pistola. El

volumen del aire de atomización por unidad de volumen de esmalte es el factor

predominante, también puede influir en el ángulo de incidencia, que debe ser de 60° o más.

Se puede identificar fácilmente cuando la pieza quedo cruda o fue sobrecosida. Las piezas

crudas se caracterizan por:

Presentar pequeños cráteres en la superficie del vidriado como consecuencia de un

hervido incompleto.

Pinchado, indicando de falta de maduración del esmalte.

Falta de brillo.

Falta de estirado.

Mal desarrollo de los colores de los esmaltes si estos son coloreados.

Cuarteo.

Las piezas sobrecosidas se caracterizan por:

Pobre desarrollo de colores o colores atacados por el esmalte muy fluido.

Esmalte corrido por exceso de fluidez.

Piezas deformadas por exceso de temperatura.

Superficie del esmalte con pequeñas burbujas, ampollas, falta de brillo,

piel de naranja.

Un ejemplo se muestra en la figura 1.11.



Figura 1. 11 Piel de naranja.

1.8 TIPOS DE ESMALTE.

Es importante tener en consideración que los esmaltes que la empresa elabora, están

clasificados por temperatura de fundición, por esto, los valores de consignas serán distintos

para las diferentes cargas para fundición. La temperatura es seleccionada con respecto al

esmalte que se vaya a ser procesado en el horno de fundición.

La idea de fundir diferentes esmaltes para cerámicos es con la finalidad de abarcar más

mercado de aplicación en materiales. Existen diferentes materiales que requieren de la

aplicación de esmalte para su venta, uso sanitario, domestico, industrial etc. En la figura

1.12 se muestran diferentes tipos de materiales de aplicación de esmalte cerámico.

Figura 1. 12Tipos de aplicaciones de esmaltes.



Debido a que todas las fritas cerámicas son empleadas para diferentes tipos de esmaltes, los

tiempos de fundición y temperaturas son también distintos para cada carga de esmalte

cerámico lista para la fundición. A continuación se presentan diferentes tipos de esmaltes

cerámicos.

Se conocen diversas formas y maneras de esmalte en la decoración de joyas y muebles y en

la formación de dibujos y figuras con el mismo, las cuales se caracterizan por el distinto

procedimiento que en la operación se ha seguido como ejemplo se muestra en la figura

1.13.

1.8.1 Esmalte alveolado o tabicado.

Colisioné de los franceses, llamado así porque se obtiene depositando la masa vitrificable

en alvéolos o compartimentos formados por láminas de oro adheridas por un canto o borde

al objeto metálico que se trata de ornamentar, las cuales marcan el contorno y líneas

principales de las figuras.

1.8.2 Esmalte vaciado o campeado.

Champlevé que es una simplificación del precedente del que se diferencia en que los

alvéolos están excavados en el espesor del metal y forman el campo.

Figura 1. 13Placa de la Dormición en la que se utiliza esmalte de bajo-relieve.

http://ceramica.wikia.com/index.php?title=Joya&action=edit&redlink=1

http://ceramica.wikia.com/index.php?title=Mueble&action=edit&redlink=1

http://ceramica.wikia.com/index.php?title=Oro&action=edit&redlink=1

http://images.wikia.com/ceramica/images/4/45/PlacaDormicion_MAN.JPG



1.8.3 Esmalte de bajo-relieve.

De basse-taillé, que se logra cincelando una plancha u objeto metálico en finos relieves y

cubriéndolos luego con esmalte de color y en polvo para que al someterlo a la acción del

fuego quede la sustancia vítrea depositada en los surcos.

1.8.4 Esmalte traslúcido o transparente.

Que puede ser el anterior y también el que se deposita sobre fondos de oro o de plata para

darles brillo.

1.8.5 Esmalte pintado o de pintores.

Lleva figuras pintadas sobre una placa lisa (o previamente esmaltada) y sometida de nuevo

a la fusión, apareciendo el conjunto como un verdadero cuadro de pintura sobre fondo

blanco.

1.8.6 Esmalte de aplicación.

Que sencillamente consiste en un esmalte alveolado, hecho fuera de la pieza que con él se

adorna y aplicado a ella como si se tratara de engastarle una piedra preciosa.

1.8.7 Esmalte cuadriculado.

Es una incrustación de oro practicada en surcos abiertos en una pieza artística de cristal de

roca o de vidrio blanco y que lleva encima una capa de esmalte muy fusible. El nielo o niel

es una forma de esmalte negro.

http://ceramica.wikia.com/index.php?title=Plata&action=edit&redlink=1

http://ceramica.wikia.com/index.php?title=Cristal_de_roca&action=edit&redlink=1



México DF.

CAPITULO 2

[DETECCIÓN DEL

PROBLEMA.]

Las condiciones físicas de cada componente que interviene en el proceso de elaboración de

esmalte cerámico son cambiantes con el tiempo y estas determinan el estado del sistema en todo

momento. La calidad resultante del producto terminado y la optimización del proceso dependerán

de las técnicas de control que se empleen para lograr dicho resultado. La detección de las causas

de la problemática nos permitirá saber con exactitud qué estrategia de control es la más idónea

para proponer para cada caso en específico.



2.0 ANÁLISIS DEL PROCESOY DETECCIÓN DEL PROBLEMA.

En el comienzo no se consideraron las perturbaciones que la variable que se estaba

manipulando tenía a causa de una diferencia de caudal, esta diferencia era ocasionada por

falta de control en el caudal del contenedor del combustible. Los diferentes procesos que se

requiere para la obtención del producto final, están alimentados del mismo contenedor que

el horno de fundición, por esta razón las variaciones de caudal en la variable manipulada

provocan perturbaciones que afectan en el periodo de fundición.

El control automático (PID) que en un principio se implementó, corrigió el offset que el

sistema está creando, pero dado a la perturbación arriba mencionada el control PID no

cubre con las exigencias de la producción, es decir , no cubre con el objetivo de control.

El controlador establece la consigna principal (que es la temperatura de fundición del

esmalte) en función de la cual se genera la señal de salida que determina la posición de la

válvula, esta a su vez, ajusta el caudal, que es la variable manipulada, para que al actuar

sobre el proceso se alcancen unas nuevas condiciones de operación similares a las deseadas.

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA.

La falta de control en la fundición de esmalte cerámico provoca defectos en la calidad final

de esmalte, los defectos más sobresalientes fueron mencionados en el capitulo 1.

El algoritmo de control de nuestro proceso es por medio de un control PID, se lleva a cabo

mediante una configuración en lazo cerrado, en la que la medida de la variable controlada,

que se efectúa por medio de un pirómetro radioactivo, se devuelve al controlador para que

efectúe la comparación con el punto de consigna. En el ANEXO A se encuentra el

diagrama de flujo del proceso de toda la planta de fabricación de esmalte para cerámicos

SAN JOSE.



El horno por el que circula el material cerámico que se va a fundir por medio de un

calentamiento, responde con una temperatura de salida, esta está en función con el caudal

en la línea de del flujo de combustible que se le está suministrando, haciendo que la

fundición de comienzo para lograr que en la salida obtengamos cristal líquido o esmalte

cerámico en forma líquida.

Las constantes de tiempo y T1 y T2 así como las constantes de tiempo muerto o retardo Tm

y ganancias Kp, Ku Km, fueron datos que se obtuvieron del resultado del modelado ya

planteado por un ingeniero de procesos. Confiando en que los valores ofrecidos por esta

persona sean reales, las funciones de transferencia, que contiene estos valores, serán

analizadas para poder observar su respuesta dinámica.

T1 y T2 = Constantes de tiempo.

Tm = Tiempo muerto.

Kp Ku Km = Ganancia estática.

La diferencia de caudal con el tiempo, provoca una perturbación, esta perturbación es una

señal a afecta negativamente el valor de la salida de nuestro sistema controlado, esta

perturbación es originada en la variable manipulada, por lo tanto es una perturbación

externa y se considera como una perturbación de entrada.

Según la simulación del sistema de control retroalimentado, sin ningún algoritmo de

control, la respuesta ante una entrada escalón apenas alcanza el 50% de la respuesta total,

esto ocasiona que el material no tenga una fundición completa. Más adelante se mostraran

las gráficas del sistema sin un control PID y una simulación con el sistema controlado, el

resultado fue considerado satisfactorio en un comienzo, hasta que el caudal o la variable

manipulada fue perturbada.



2.3 CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL HORNO DE

FUNDICCION.

2.3.1 Lazo cerrado.

En cualquier sistema de control en lazo cerrado, la salida se compara con la entrada de

referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa

fija, como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración.

Ante la presencia de perturbaciones en la variable manipulada, un sistema de control en

lazo cerrado, no realiza ninguna acción correctora. En la práctica, el control en lazo

cerrado sólo se utiliza cuando no se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no

hay perturbaciones en la variable que estamos manipulando, en caso de que existan

perturbaciones se tiene que recurrir otra estrategia de control.

Para corregir este problema se optó por establecer un control realimentado (feedback) o

control en lazo cerrado con la finalidad de mejorar la respuesta del sistema. Una vez que la

variable controlada es medida, el controlador reajusta el caudal, la variable manipulada, con

los valores indicados para mantener la variable controlada en el punto requerido para la

fundición.

En un principio se planteó un sistema retroalimentado compuesto por una tarjea de

adquisición de datos NI USB 6212 para el monitoreo de las variables involucradas con

nuestro proceso, una válvula solenoide como elemento final de control y un medidor de

radiación como transductor de la variable controlada.

La parte de control se hace mediante la programación en LABVIEW. Cabe denotar que el

objetivo principal es la simulación y control ante perturbaciones enla variable manipulada

ocasionados por una falta de control de caudal en el contenedor de combustible, esta

simulación será por medio de MATLAB.

Los retrasos dependen de las características físicas de los elementos ya antes mencionados.

En el siguiente capítulo se describirá de forma más detallada la interacción actual de



nuestro proceso. El intervalo entre el momento en que el disturbio entra al proceso y el

tiempo que la temperatura empieza a responder se conoce como tiempo muerto, retardo de

tiempo o retardo de transporte. El tiempo muerto es parte integral del proceso y se debe

tomar en cuenta en las funciones de transferencia. En la mayoría de los procesos el tiempo

muerto no se define fácilmente, generalmente es inherente y se distribuye a lo largo del

proceso, es decir, la válvula de regulación de caudal, horno de fundición, transductor de

temperatura.

En la figura 2.1 se muestra el diagrama de control manual del proceso de fundición en el

horno de esmalte cerámico con un control manual de lazo cerrado. En un comienzo así era

como se operaba nuestro horno de fundición, esto ocasionaba una gran pérdida ocasionada

por el offset.

.

Como se mostró en la figura 2.1 podemos observar que el flujo de información que se

efectúa en el control de este proceso circula cerrándose sobre sí mismo a través del flujo de

señal que está siendo operada por un ser humano sin la aplicación de ningún algoritmo de

control.

Figura 2. 1Control en lazo cerrado sin controlador PID.



La figura 2.2 muestra la válvula de control y operación con la que con anterioridad se

modificaba el caudal del combustible de fundición, en este caso era de operación

mecánica, el operador tenía que estar constantementesometido a condiciones extremas para

su ajuste. Por otra parte, el ajuste del caudal no es el necesariopara alcanzar la consigna

necesaria, por tal motivo la calidad del producto está en función de la experiencia generada

por el tiempo de operación del horno de fundición.

Se tomaba la temperatura que estaba operando, después se tomaba por experiencia el

tiempo necesario para que la fundición diera comienzo, después de esto se mantenía el

caudal constante el tiempo requerido para que la fundición se diera por terminada.

En el comienzo, se detectó que la falta de disposición de un instrumento de control que nos

bridara la oportunidad de mantener al sistema en la consigna deseada, provocaba que la

temperatura, que es la variable que se está controlando, no alcanzara la temperatura deseada

para la fundición y creerá al mismo tiempo un offset, este se manipulaba ajustando el

caudal de aportación de combustible manualmente.

En este caso la temperatura de fundición para cada esmalte para cerámicos es la entrada y la

temperatura del esmalte cerámico fundido es la salida a controlar, la función de

transferencia del horno depende del diseño del propio horno, características del tipo de

Figura 2. 2Elemento final de control manual.



esmalte que se va a fundir, características del combustible entre otras, por otra parte

tenemos que denotar que es la temperatura de fundición del horno lo que se desea controlar.

Alguien demuestro que el sistema mejora su respuesta si se introduce un control PID

retroalimentado a efectos de mejorar la respuesta dinámica del sistema.

La figura 2.3 muestra el sistema retroalimentado con el que en un principio se estaba

operando. El personal era el encargado de ajustar la válvula de control con el valor correcto

para la fundición.

Figura 2. 3Diagrama de bloque del control en lazo cerrado sin PID.

La figura 2.4 muestra la gráfica del diagrama de bloques de la figura 2.3 simulada. Nótese

que el sistema solo alcanza el 50% de la respuesta final deseada, por tal motivo, se requirió

de un algoritmo de control PID para llevar al sistema al 100% de la respuesta final. La

respuesta final, es decir, que la temperatura para la fundición llegue a la temperatura real

deseada o la requerida para que el proceso de comienzo.

Figura 2. 4Grafico del control sin PID.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 22000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1SISTEMA SIN CONTROL

TIEMPO

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

(%

)

Solo el 50% de la respuesta final ente una entrada escalón unitario.



Se puede ver como la respuesta alcanza el 50% de la entrada a una señal escalón unitario

sin control, con la que se simula la respuesta del sistema, nótese que esta con

retroalimentación pero sin un controlador.

2.3.2 Lazo cerrado con control PID.

En principio se estableció un sistema de control como el que se muestra en la figura 2.5, la

temperatura que se requiere para la fundición es transmitida al controlador, el cual en

función de la diferencia del valor deseado y el obtenido por el transductor, colocara la

posición de la válvula para ajustar el caudal preciso de la válvula de alimentación de

combustible. Con lo que se logra una acción de control, que en comparación con la que no

se le aplica ningún algoritmo de control, que hace que sistema alcanzo el 100% de la

respuesta deseada.

La figura 2.6 muestra el diagrama de bloques correspondiente al control de temperatura del

horno en retroalimentación con un controlador PID, esto con el fin de que podamos

observar la diferencia de las respuestas del control en lazo cerrado sin controlador y control

en lazo cerrado con uno.

Figura 2. 5Diagrama DTI con el controlador PID.



Figura 2. 6 Diagrama de bloques con el controlador PID.

El diagrama anteriormente mostrado, arroja la gráfica de la figura 2.7. Se puede ver como

la salida del sistema alcanza un valor mayor del 100%, lo cual se consideraron satisfactorio

en un comienzo. Las oscilaciones son producto de las ganancias PID del controlador.

Figura 2. 7Grafica del sistema controlado con PID.

Sin embargo, si el caudal de la línea de alimentación, que es nuestra variable manipulada,

sufre un cambio o perturbación, supongamos una disminución en el nivel del contenedor

del combustible para la fundición, como primera estancia crearía una diferencia en el

caudal, a continuación esto provocaría un descenso en la temperatura del esmalte cerámico

que sería detectado por el transmisor. El transductor detectara este cambio una vez que la

temperatura yacambio, lo que afecta en la fundición ocasionando que la frita ceramica no

tenga la cocción necesaria, cuando no se alcanza la temperaturaadecuada, la fritacontiene

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 22000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

SISTEMA CONTROLADO PID

TIEMPO

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

(%

)



gránulos de material no fundido, si la temperatura aumenta más de lo necesario, ocasiona

que el esmalte cerámico se torne obscuro o que no cubra con los requerimientos adecuados

para la venta. Algunos defectos de este tipo fueron explicados en el capítulo 1, DEFECTOS

EN LOS ESMALTES.

Se debe de considerar que estos sucesos vienen afectados por el retardo de tiempo y el

tiempo muerto inherentes a la dinámica propia del horno de fundición, así como por el

retardo de tiempo del sensor de temperatura y también por un pequeño tiempo muerto

debida a la situación física del sensor. El controlador realimentado no rechaza las

perturbaciones hasta que su efecto modifica la salida del sistema o variable controlada.

En conjunto el controlador modificara su señal de salida lo que provoca una mayor apertura

de la válvula a efectos de compensar la disminución en la presión de combustible tendiendo

así a recuperar el caudal inicial.

El horno se encuentre perfectamente optimizado, es evidente que la variable controlada se

ve alterada como consecuencia de la perturbación en la variable manipulada. Precisamente

si hay acción correctora es porque hay señal de desviación.

Hay que tomar en cuenta diferentes constantes de tiempo muerto en el sistema de control,

T1, T2 y los retardos son datos proporcionados por el departamento de control de procesos

de la planta de esmalte cerámico. La función de transferencia del horno fue modelada y

obtenida por el mismo departamento, así como las constantes de tiempo son

correspondientes a los elementos que actualmente están en funcionamiento en la planta.

En diagrama de bloques de la figura 2.8 se muestra como un cambio en la línea de presión

crea un cambio en el caudal y este a su vez perturba nuestro sistema. Esta perturbación se

encuentra entre nuestro elemento final de control y la planta, esto ocasiona que la variable

controlada se vea modificada, esdecir, que la perturbación que afecta a nuestro sistema es

detectada una vez que ya tuvo efecto sobre nuestro proceso a controlar.



Esta perturbación tienes la misma función de transferencia que la válvula de control ya que

representan la misma parte del proceso, la válvula de control modifica o cambia el caudal y

la perturbación es una modificación o cambio de caudal.

Figura 2. 8Control de temperatura del horno con perturbación en la variable manipulada.

La grafica de la figura 2.9, que se muestra en la siguiente página, muestra la gráfica del

diagrama de bloques de la figura 2.8 en la cual se puede ver como la perturbación

afecta el sistema. Esta grafica muestra la respuesta del sistema ante una entrada de

escalón unitario con una perturbación con señal de entrada unitaria, esta representa

el cambio de caudal en la variable manipulada.

Figura 2. 9Grafica de la temperatura del horno con perturbación en la variable manipulada.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 22000

0.2

0.4

0.6

0.8

1X: 890

Y: 1.099

SISTEMA RETROALIMENTADO CON PERTURBACION DEL 20%

TIEMPO

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

(%

)

Perturbación del 20 % en

la variable manipulada.



A continuación se presenta la definición del tiempo muerto de primer y segundo

orden, esto con el fin de explicar que los elementos fiscos reales tienes presentan un

atraso por transporte, es decir, las respuestas reales se ven atrasadas por un tiempo

definido por las características físicas de cada elemento.

Nótese que en la figura 2.9 se muestra un recuadro de valores en x, y; el valor de y es

de 1.099 esto significa que la perturbación hace que nuestro sistema alcance un sobre

impulso de .099 con respecto a la consiga simulada, con una perturbación en la

variable manipulada del 20%.

2.4 TIEMPO MUERTO.

Un fenómeno que se presenta muy a menudo en los sistemas de flujo es el del atraso por

transporte, que se conoce también como tiempo muerto.

Sistema de primer orden.

Ecu. 2. 1

Sistema de segundo orden.

Ecu. 2. 2

Siendo K, la ganancia estacionaria, to el tiempo muerto τ, τ1, τ2, los atrasos dinámicos y ζ

la razón de amortiguamiento.

Estos datos se pueden comprobar en el libro de CONTROL DE PROCESOS 2ª edición, el

modelado proporcionado por el departamento de control de procesos es igual al que se

puede observar en el libro ya antes mencionado.

Los datos dinámicos correspondientes son de acuerdo a condiciones dinámicas del sistema.



El comportamiento dinámico del horno de fundición de esmalte cerámico puede ser

descrito mediante la siguiente función de transferencia.

Ecu. 2. 3

Tal modelado fue demostrado por alguien con las condiciones actuales de operación, los

cual nos muestra los siguientes parámetros.

Kp = Ganancia estática, o relación (incremental) entre la temperatura de salida y el

caudal de combustible (en estado estacionario).

Tm = un tiempo muerto, función del tiempo medio de residencia.

T1, T2 = Constantes de tiempo, dependientes de la concepción (diseño) y de la

dinámica del horno, estos datos fueron proporcionados por el departamento de

control de procesos de la planta.

Hay que notar que un cambio en el nivel de combustible en el contenedor, genera

instantáneamente un cambio en el caudal de la válvula, lo que genera un cambio en la

variable principal a controlar.

Los numeradores de las funciones de transferencia representan la ganancia estática de cada

función de transferencia involucrado con nuestro análisis, esto significa la proporcionalidad

con que cada entrada afecta a nuestra variable de salida.



Detrás del punto suma se tiene al caudal del combustible. La ganancia Ku se calcula

linealizando la función en el punto de trabajo. Se recuerda una vez más que las variables

representadas por una notación operacional se refiere a lasdesviaciones de su punto de

trabajo con lo que la salida del bloque perturbación será nula cuando la presión en la línea

de combustible sea la deseada.

La variable presión a la entrada del bloque perturbación debe ser entendido como la

diferencia entre la presión instantánea y la normal. Esto es que la ganancia Ku es la

variación del caudal de combustible por unidad de cambio de presión en el punto de

operación normal.

Del mismo modo la ganancia estática Kp del horno será la variación de temperatura a la

salida del horno por unidad de variación de caudal de combustible. Algo similar se puede

explicar de las ganancias Kv y Km.

El bloque válvula debe ser entendido en realidad como una composición de dos elementos,

la válvula en si como un componente mecánico y un pequeño proceso de caudal.

La válvula tiene como como variable de entrada la señal de control y como variable de

salida la posición de su vástago (más exactamente su capacidad de paso).

El proceso de caudal tendrá como variable de entrada la posición del vástago (capacidad de

paso) de la válvula y como variable de salida el caudal. Al proceso le agregamos

implícitamente un bloque de ganancia con K=1 por lo que no es necesario dibujarlo.

La perturbación que hemos descrito actúa realmente en el proceso de caudal y es por esta

razón que le agregamos un bloque de tipo ganancia (como el del proceso) y no un bloque

retardo como el de la válvula.



Definiendo una función de costo de la forma:

Ecu. 2. 4

Donde Φ es una función del error y del tiempo, se obtiene un valor que caracteriza la

respuesta del sistema. Entre menor sea el valor de Φ, mejor será el desempeño del sistema

de control, por ello, un desempeño optimo se obtienecuando Φ es mínimo.

Los criterios de desempeño utilizados por el departamento de control de procesos fueron:

Integral del error absoluto (IAE). Hay que tener presente que físicamente hablando la

variación de caudal con relación a la apertura de la válvula sufrirá un pequeño retardo

debido al efecto de inercia que presenta un cambio de caudal (fenómeno de golpe de ariete).

Si la alteración sufrida por la variable controlada, debido a un cambio de presión, es

inadmisible, una posible solución sería controlar, en un lazo separado, el caudal de la línea

de combustible, aunque por diversas razones esto no siempre sería conveniente o factible.

Recordemos que por otra parte la linealidad de la característica efectiva de la válvula no es

lo bueno como se podría desear.

Tomando en cuenta de que el controlador envía su señal a la válvula se espera que el caudal

siga una ley lineal con le señal de control pero dado que la característica de la válvula no lo

es se tiene una fuente de alinealidades que son nocivas.

En la figura 2.11, que se encuentra en la siguiente página, muestra la gráfica del sistema de

control en lazo cerrado, sin la perturbación y con la perturbación de la diferencia de caudal

de combustible en la línea de alimentación de la válvula de control, este grafico

corresponde a los diagramas de bloque ya antes mencionados.

En esta figura se puede apreciar como una acción de control PID permite que la repuesta

del sistema es estado estacionario llegue al 1, que es en este caso nuestra señal de prueba o

escalón unitario, esta señal la usamos para representar el porcentaje del el valor final



deseado de la respuesta del sistema, es decir que la respuesta final va del cero al cien por

ciento.

En la misma figura, la gráfica con la perturbación en la variable manipulada, muestra como

el sistema sufre un cambio a causa de un cambio en el caudal de alimentación de

combustible para la fundición. Debe de tomarse en cuentaque son varios procesos los que

están alimentados por el mismo contenedor de combustible que está conectado el horno de

fundición.

Figura 2. 10Graficas correspondientes al análisis ya mencionado.

Como la variable manipulada no está exenta de las perturbaciones ocasionadas por el

cambio de presión en la línea de combustible para la fundición, el diagrama de bloques de

nuestro sistema de control en lazo cerrado con la perturbación, se conecta a un punto suma

ya que la perturbación añade información al sistema, es decir que se suma el bloque válvula

y el bloque perturbación.

Los cambios en la presion de linea en la conbustible probocan un cambio en la salida del

sistema.Se puede ver como en el minuto 6 que es cuando en la simulacion se hace pasar una

perturbacion representada por un retardo de primer orden con constante de tiempo igual a

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 22000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

SISTEMA DE CONTROL PID CON PERTURBACIÓN.

TIEMPO

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

(%

)

Perturbación.

Sistema sin offset PID.

Sistema sin control.

Entrada de forzamiento.



.05 y ganancia Ku igual a ,1esto significa que la ganancia sera la variacion del caudal de

combustible por unidad de cambio de presion de este.

La accion del control PID provoca que el sistema alcanze el valor requerido para que la

fundicion de nuestro esmalte ceramico de comienzo. Esto mejora la calidad de nuestros

productos ya que el offset se reduce el 50%, esto es que cada que un lote de produccion de

comienzo para la fundicion, el producto final saldra con la fundicion necesaria para cada

frita de esmalte ceramico.

Ahora se analizo que las perturbaciones en la entrada del flujo de combustible, ocacionan

desviaciones de la salida con repecto a lo deseado. Estas desviaciones generan defectos en

la calidad final de nuestro producto. Las perdidas de produccion por refundicion son

inecesarias si se implementa un control a la perturbacion.

Esto se logra con una estrategia de control avanzada. Esto consiste en anidar un control

retroalimentado para que corrija las perturbaciones antes de que afecta nuetra variable

controlada.

En el siguiente capitulo se analizara las diferencias del control PID convencional y el

control en cascada, se podra observar como las perturbaciones son controladas. La

implementacion de un control avanzado a nuestro sistema corrije las desviaciones genradas

por los perturbaciones, asi de esta manera mantiene la variable controlada en el punto

deseado para la fundicion.

CAPITULO 3

[SOLUCIONES.]



3.0 SOLUCIÓN PROPUESTA.

Como se ha visto en el capítulo anterior, la problemática principal en esta parte del proceso

es la diferencia de caudal que se crea en base al gasto del combustible que se usa en toda la

planta. En este caso solo nos enfocaremos a la simulación del proceso, para observar la

diferencia del algoritmo de control PID en lazo abierto y el control en cascada, en este

capítulo se dará una solución al control del horno de fundición ante una perturbación en la

variable manipulada.

La variable manipulada es la correspondiente al caudal necesario para la fundición y la

señal de esta es un cambio de caudal en la válvula de control, es decir la señal de

perturbación procede del exterior del lazo cerrado, esta es detectada por un elemento

denominado caudalimetro, este se encargara de detectar cualquier cambio de caudal antes

de que este cambio afecta la señal de salida del sistema.

La perturbación en lazo abierto hace que nuestro sistema tenga un sobre impulso, esto

afecta a la producción, ya que la fundición no se realiza por completo para los diferentes

tipos de esmaltes cerámicos, esto fue en un comienzo, el offset se compenso gracias a las

acción de control PID, pero no se contempló que la diferencia de caudal (variable

manipulada) presentan cambios, es decir, no es constante el caudal de combustible, esto

genera perturbaciones que afectan el producto final, algunas de estas fayas fueron

mostradas en capítulos posteriores.

Con un control anidado, el controlador esclavo obtendrá la consigna remota del controlador

maestro, el controlador maestro es el que recibe directamente las consigna adecuada para la

fundición de cada uno de los esmaltes cerámicos que en la planta se manufactura, la señal

de salida del controlador maestro es al mismo tiempo el set point del controlador esclavo.

Esta es una ventaja ya que como es diferente la temperatura de cocción de cada esmalte

cerámico, no se tiene que ajustar dos consignas distintas ya que el set point del controlador



maestro es heredado por el controlador esclavo, así este modifica el caudal de la válvula

para ajustarlo en medida necesaria para la fundición correspondiente.

El impacto que esta perturbación tiene en nuestro periodo de fundición, afecta directamente

a la calidad del producto final así como la falta de un control ante perturbaciones en nuestra

variable manipulada y la ausencia de un control de caudal en el contenedor de combustible

empleado para la fundición así como otras partes del proceso.

1. SIMULACIÓN DEL CONTROL EN LA TEMPERATURA DEL HORNO DE FUNDICIÓN

ANTE PERTURBACIONES.

Existen variadas formas de dar solución esta causa que nos está originando problemas de

diferentes aspectos, principalmente económicos.

Para comenzar a analizar la solución propuesta a esta causa, comenzaremos por definir

detalladamente algunos términos y definiciones de cada uno de los elementos relacionados

en el análisis y solución al problema del control en cascada.

3.1 CONTROL EN LA TEMPERATURA DEL HORNO DE

FUNDICIÓN.

La configuración de control en cascada se utiliza cuando la variable manipulada sufre

perturbaciones que afectan a la variable controlada, es decir, cuando la estrategia de control

que se tomó en un principio no está generando las soluciones necesarias para alcanzar el

objetivo de control, en este caso es la calidad total del producto final.

En el caso del caudal de la alimentación de combustible para la fundición, si la presión del

gas está sometida a variaciones, se observara variaciones considerables en la temperatura

de fundición (variable controlada), esta variación afecta directamente a la calidad del

producto final que es el esmalte cerámico.



La regulación o control automático en lazo cerrado, fue en un comienzo la solución

planteada, ya que el algoritmo de control PID corrigió en un 50% el offset creado por la

falta de un controlador, esta consistió en sustituir la acción del hombre por un dispositivo

llamado controlador o regulador.

El conjunto de componentes que lleva a cabo el control automático, en el proceso de

fundición de esmalte cerámico, es nombrado sistema de control automático o con

regulación automática.

La figura 3.1muestra un diagrama de bloques de la disposición básica de los compontes que

forman un proceso con control automático a lazo cerrado.

Cabe denotar que el flujo de señal se cierra sobre sí mismo, además que el sistema tiene

como entrada el punto de consigna que será la temperatura de fundición del esmalte

cerámico y tendrá por otra parte como señal de salida la variable controlada.

3.2 CONTROL REALIMENTADO.

En un inicio, el control realimentado fue la solución para mejorar la respuesta dinámica del

sistema, lo resultados obtenidos fueros considerados satisfactorios en un comienzo. El

modelado y la sintonización del controlador PD, así como los instrumentos involucrados

para el control en el horno defundición,fueron proporcionados por el departamento

encargado del control de procesos en la planta.

Figura 3. 1 Diagrama básico de control lazo cerrado.



El lazo de control de un proceso es diseñado para tener todas las variables bajo control. El

término utilizado para llamar a la variable que ha sido manipulada, es el de ―VARIABLE

MANIPULADA‖. A la o las variables que han sido medidas con anterioridad se les

denomina ―VARIABLE MEDIDA‖.

De la misma manera, el término utilizado para expresar el valor de ajuste, es ―SET

POINT‖, y la diferencia entre el valor actual de la variable y el set point, se denomina

―DESVIACIÓN‖.

La acción es realizada para eliminar la desviación. En el proceso de control, la acción es el

ajuste de la variable, a este ajuste se le denomina ―VARIABLE MANIPULADA‖.

En términos prácticos, el control es un ciclo continuo de medición, toma de decisión, y

realizar una acción. El proceso de control es un lazo diseñado para mantener la variable

controlada en el set point.

Las gráficas estarán simuladas en MATLAB SIMULINK, para el sistema de adquisición y

control estará simulado en LABVIEW esto mejora la visualización de la respuesta del

sistema.

3.2.1 Características del control realimentado.

Ventajas:

Produce acción correctora en cuanto existe error.

La acción correctora es independiente de la fuente y tipo de la perturbación.

Necesita poco conocimiento del proceso a controlar (un modelo aproximado).

El controlador PID es uno de los controladores de realimentación más versátil y

robusta.

Desventajas:



No produce acción correctora hasta que la perturbación se propaga a la variable

controlada.

No es capaz de generar una acción preventiva (aunque las perturbaciones sean

conocidas o se puedan medir).

En procesos con grandes tiempo muertos, la dinámica del sistema en bucle cerrado

no suele ser aceptable.

En algunas aplicaciones la variable controlada no puede medirse y la

realimentación no puede realizarse.

A pesar de sus desventajas, la mayoría de las aplicaciones industriales utilizan bucles de

realimentación simple, para las situaciones en las que el control realimentado no resulta

satisfactorio, es necesario utilizar otras estrategias para obtener los resultados requeridos,

para complementar a estas estrategias que se combinan con el bucle de realimentación (no

lo sustituyen) se les denomina estructuras avanzadas de control.

3.3 CONTROL EN CASCADA.

Se ha observado que hay perturbaciones que están afectando la variable manipulada

directamente, en el caso de nuestro proceso es el caudal del material empleado para la

fundición del esmalte cerámico. Este tipo de perturbación la denominaremos perturbación

de entrada.

Un punto importante del control en cascada es que utiliza la medida de variables internas o

auxiliares para detectar el efecto de las perturbaciones e iniciar, antes de que afecte a

nuestro proceso, una acción correctora.

Esta acción de control se realiza mediante ciclos o bucles de realimentación (feedback)

anidados.



La estrategia de control en cascada consiste en implantar un lazo de control secundario

dentro del lazo principal con el fin de controlar de manera independiente la propia variable

manipulada, la señal de perturbación de entrada se encuentra entre el elemento de control y

el horno de fundición esto es debido a que la perturbación es una diferencia de caudal, y

esto desvía la variable controlada del valor deseado.

La figura 3.2 muestra el diagrama de bloques de un control en cascada, la perturbación se

conecta al sistema como una adición ya que representa la señal de perturbación de entrada.

3.4 PROBLEMA EN EL HORNO DE FUNDICIÓN DE ESMALTE

CERÁMICO.

El objetivo es calentar una mezcla de esmalte cerámico hasta el punto de fundición en un

horno horizontal, manipulando el caudal de combustible que entra al mismo para la

fundición, este debe mantenerse constante durante cierto periodo de tiempo, pero no lo es.

La caída de presión en la válvula ocasiona variaciones en el caudal, lo que afecta

directamente la calidad del producto final. La planta cuenta con un contenedor de

combustible especial para la fundición del esmalte, la presión de este no esconstante lo que

representa una perturbación en nuestro sistema de control del horno de fundición.

Figura 3. 2 Control en cascada.



Los proceso subsecuentes al proceso de fundición, emplean el mismo combustible que

suministrados por el mismo recipiente, es decir, que todos los procesos que intervienen en

la elaboración del esmalte cerámico están alimentados con el mismo contenedor.

La válvula, nuestro elemento final de control para la fundición, se ve afectada por esta

perturbación haciendo que nuestro proceso se encuentre perturbado por los cambios en el

caudal de combustible en la válvula.

3.5 DETECCIÓN DE VARIABLES DE PROCESO PARA EL

CONTROL EN CASCADA.

A continuación se menciona las variables que se están involucrando en nuestro proceso,

esto con la finalidad de abordar una explicación clara del proceso.

3.5.1 Variable controlada.

La variable controlada será la temperatura del producto a la salida del horno de fundición

que es cristal líquido de esmalte cerámico, los diferentes tipos de esmaltes se funden a

diferentes temperaturas, por lo tanto la variable controlada no es la misma para todas las

fundiciones.

3.5.2 Variable manipulada.

La variable manipulada es el caudal. En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de

fluido que pasa en una unidad de tiempo.El caudal de combustible es por tal motivo nuestra

variable de proceso manipulada.

La variable de perturbación de nuestra variable manipulada, es la diferencia de caudal en la

válvula debida a los cabios de nivel del contenedor de combustible.

http://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1mica_de_fluidos



3.6 ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA.

El empleo de una regulación en cascada se consigue colocando en primer lugar el lazo

secundario y después el lazo principal.

El lazo secundario por tener escasos elementos con constantes de tiempo pequeñas suele

admitir ganancias muy grandes muy grandes del controlador antes de volverse crítico por lo

que normalmente suele ensayarse una ganancia elevada.

Por esta razón en general es suficiente un controlador proporcional ya que la desviación

permanente será pequeña y en todo caso carece de importancia ya que no estamos

interesados en la variable manipulada por otro lado la pequeña desviación permanente

resultante será compensada por el controlador principal.

El lazo secundario pasa a ser como conjunto un bloque más del lazo principal. Debemos de

tomar en cuenta de que incluso siendo el lazo secundario inestable en sistema global puede

ser estable.

En la siguiente grafica se muestra la respuesta del sistema en lazo cerrado con la

perturbación al sistema. La perturbación que se añadió al sistema se puede ver observada en

la gráfica. Esta perturbación es un cambio en el caudal, por lo mismo la perturbación y la

función de transferencia tienen en mismo denominador con las mismas constantes de

tiempo y ganancia.

La solución está en implantar un sistema de control según una configuración en cascada

como se muestra en la figura 3.3.



En general consiste en regular la variable manipulada creando un lazo secundario. En este

caso es preciso instalar una medida del caudal de combustible cuya señal será enviada a un

controlador de caudal el cual a su vez será quien gobierne la válvula de control.

El punto de consigna de este nuevo controlador, llamado controlador secundario o esclavo,

procederá de la señal de salida del controlador de temperatura llamado ahora controlador

principal o controlador maestro.

La señal de salida del controlador maestro (función de la señal de error de temperatura)

representa ahora por tanto la demanda de caudal de combustible al controlador secundario.

Cualquier variación del caudal en el combustible debida a una variación de presión será

corregida rápidamente por el controlador secundario sin esperar a que la perturbación afecte

a la temperatura controlada y a la totalidad del lazo principal como sucedería si no existiese

el lazo secundario.

Una de las características de este tipo de configuración es que el lazo secundario suele ser

muy rápido en comparación con el lazo de control principal. El controlador secundario

puede ser solo de acción proporcional.

Figura 3. 3 Control ante la perturbación.



Teniendo en cuenta de que no importara que el lazo secundario mantenga una desviación

permanente, ya que, con relación al control de temperatura este error será perfectamente

compensado por la acción integral del controlador principal.

Sin embargo, es posible también incorporar acción integral al controlador secundario pero

es poco usual dotarlo de acción derivativa precisamente por hecho de tratarse de un lazo de

respuesta rápida y cuya medida puede contener ruido que sería amplificado por acción

derivativa.

A continuación se introducirá un bloque de perturbación a nuestro proceso, un cambio de

caudal en la variable manipulada.

La ganancia será la variación de temperatura a la salida del horno por cada grado de

variación de temperatura en la entrada. Esto significa que una pequeña variación de caudal

en la entrada repercutiría aproximadamente en la misma proporción en la temperatura de

salida.

El empleo de una regulación en cascada se consigue colocando en primer lugar el lazo

secundario y después el lazo principal.

El lazo secundario por tener escasos elementos con constantes de tiempo pequeñas suele

admitir ganancias muy grandes muy grandes del controlador antes de volverse crítico por lo

que normalmente suele ensayarse una ganancia elevada.

Por esta razón en general es suficiente un controlador proporcional ya que la desviación

permanente será pequeña y en todo caso carece de importancia ya que no estamos

interesados en la variable manipulada por otro lado la pequeña desviación permanente

resultante será compensada por el controlador principal.

El lazo secundario pasa a ser como conjunto un bloque más del lazo principal. Debemos de

tomar en cuenta de que incluso siendo el lazo secundario inestable en sistema global puede

ser estable.



3.7 ELEMENTOS FÍSICOS O HARDWARE.

3.7.1 Válvula solenoide.

En muchas aplicaciones es necesario controlar el paso de algún tipo de flujo, desde

corriente eléctrica hasta gases o líquidos. Esta tarea es realizada por válvulas. En particular,

las accionadas por solenoides permiten su implementación en lugares de difícil acceso y

facilitan la automatización delproceso al ser accionadas eléctricamente.

Este tipo de válvulas es controlada variando la corriente que circula a través de un

solenoide (conductor ubicado alrededor de un émbolo, en forma de bobina). Esta corriente,

al circular por el solenoide, genera un campo magnético que atrae un émbolo móvil.

Por lo general estas válvulas operan de forma completamente abierta o completamente

cerrada, aunque existen aplicaciones en las que se controla el flujo en forma lineal. Al

finalizar el efecto del campo magnético, el émbolo vuelve a su posición por efecto de la

gravedad, un resorte o por presión del fluido a controlar.

Existen muchos tipos de válvulas de solenoide. Todas ellas trabajan con el principio físico

antes descrito, sin embargo se pueden agrupar de acuerdo a su aplicación, construcción o

forma:

Según su aplicación: Acción Directa u Operadas mediante piloto.

Según su construcción: Normalmente abierta o Normalmente cerrada.

Según su forma: De acuerdo al número de vías.

La figura 3.4, que se muestra en la siguiente página, muestra la válvula que está

actualmente en operación. Esta fue diseñada con las especificaciones necesarias para el



proceso de fundición, entre ellas cabe mencionar el diámetro, características químicas del

combustible líquido entre otros.

Las especificaciones técnicas de la válvula que se muestra arriba, se encuentran en el

APÉNDICE A, esta fue proporcionada por el departamento de control de procesos de la

planta. Las dimensiones físicas de esta válvula de control proporcional fuero con respecto a

nuestro proceso.

La regulación proporcional de la apertura y cierre de las válvulas EV260B se alcanza

mediante la regulación progresiva de la corriente de la bobina y de la fuerza de conexión de

la bobina.

Cuando aumenta la corriente de la bobina, lafuerza de conexión de esta sobrepasara en un

punto concreto la fuerza equivalente del muelle de cierre la armadura se mueve

verticalmente, abriendo el orificio piloto del diafragma el cual debido al efecto servo sigue

el movimiento de la armadura. La válvula se abre completamente cuando lacorriente de la

bobina alcanza su valor máximo.

Mediante la regulación progresiva de la corriente de la bobina, la armadura se puede

colocar en cualquier posición en el tubo de la armadura y ajustar laválvula a cualquier

Figura 3. 4 Válvula de control.



posición entre completamente cerrada y completamente abierta. En la figura 3.5 se muestra

el diagrama de la válvula.

El rango efectivo de la corriente de bobina para las válvulas proporcionales EV260B sin

generador de señales es de aprox. 300-600 mA.

Las válvulas EV260B se encuentran también disponibles con un generador de señales

incorporado en la caja de terminales de la bobina.

Los terminales de salida del generador de señales están conectados a la bobina. El

generador de señales regula la corriente de la bobina de manera que sea proporcional a la

señal de entrada (señal de control).

La señal de control puede ser:

Señal de tensión de 0-10 V cc.

Señal de corriente de 4 a 20 mA.

3.8 TRANSDUCTOR.

Figura 3. 5 Diagrama de la válvula de control.



3.8.1 Definición.

Es fácil realizar medidas de la temperatura con un sistema de adquisición de datos, pero la

realización de medidas de temperatura exactas y repetibles no es tan fácil.

La temperatura es un factor de medida engañoso debido a su simplicidad. A menudo

pensamos en ella como un simple número, pero en realidad es una estructuraestadística

cuya exactitud y repetitividad pueden verse afectadas por la masa térmica, el tiempo de

medida, el ruido eléctrico y los algoritmos de medida.

Esta dificultad se puso claramente de manifiesto en el año 1990, cuando el comité

encargado de revisar la Escala Práctica Internacional de Temperaturas ajustó la definición

de una temperatura de referencia casi una décima de grado centígrado. (Imaginemos lo que

ocurriría si descubriéramos que a toda medida que obtenemos normalmente le falta una

décima de amperio.)

Dicho de otra forma, la temperatura es difícil de medir con exactitud aún en circunstancias

óptimas, y en las condiciones de prueba en entornos reales es aún más difícil. Entendiendo

las ventajas y los inconvenientes de los diversos enfoques que existen para medir la

temperatura, resultará más fácil evitar los problemas y obtener mejores resultados.

En el siguiente informe se comparan los cuatro tipos más corrientes de transductores de

temperatura que se usan en los sistemas de adquisición de datos: detectores de temperatura

de resistencia (RTD), termistores, sensores de IC y termopares.

La elección de los transductores de temperatura adecuados y su correcta utilización puede

marcar la diferencia entre unos resultados equívocos y unas cifras fiables. Los termopares

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO



http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/contamacus/contamacus.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/algoritmos/algoritmos.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evo

http://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml#PLANT

http://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml


http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/humed/humed.shtml



son los sensores más utilizados pero normalmente se usan mal. Por eso vamos a dedicar una

atención especial a estos dispositivos.

Una vez conocido la forma en que operan cada tipo de transductor de temperatura se

analizaran las especificaciones técnicas de los mismos (de manera comercial) para

determinar cuáles son los factores más importantes a considerar para la elección de los

mismos.

3.8.2 Conceptos básicos transductores de temperatura.

Los transductores eléctricos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos

por la temperatura y entre los cuales figuran:

Variación de resistencia en un conductor (sondas de resistencia).

Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

Fuerza electromotriz creada en la unión de dos metales distintos

(termopares).

Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de

radiación).

Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas,

frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

Los metales puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo bastante

constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente llamado coeficiente

de temperatura es la razón de cambio de resistencia al cambio de temperatura.

http://www.monografias.com/trabajos14/deficitsuperavit/deficitsuperavit.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtml

http://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/enuclear/enuclear.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos5/elso/elso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

http://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml



Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la

temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre

la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se

graficarán en una línea recta.

Cuando se usa un alambre de metal puro para la medición de temperatura, se le refiere

como detector resistivo de temperatura, o RTD (por las siglas en ingles de resistive

temperature detector).

Cuando se usan óxidos metálicos para la medición de temperatura, el material de óxidos

metálicos conformado en forma que se asemejan a pequeños bulbos o pequeños

capacitores.

El dispositivo formado así se llama Termistor. Los termistores tienen coeficientes de

temperatura negativos grandes que no son constantes. En otras palabras, el cambio de

resistencia por unidad de cambio de temperatura es mucho mayor que para el metal puro,

pero el cambio es en la otra dirección: la resistencia disminuye a medida que se aumenta la

temperatura.

El hecho de que el coeficiente no sea constante significa que el cambio en la resistencia por

unidad de cambio de temperatura es diferente a diferentes temperaturas.

La linealidad extrema de los termistores los hace poco apropiados para la medición de

temperatura a través de rangos amplios. Sin embargo, para lamedición de temperaturas

dentro de bandas angostas, están muy bien dotados, pues dan una gran respuesta a un

cambio de temperatura pequeño.

Como regla general, los termistores son preferibles cuando la banda de temperaturas

esperada es angosta, mientras que los RTD son preferibles cuando la banda de temperatura

esperada es amplia.

http://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/factorpotencia/factorpotencia.shtml#como

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml



Ningún transductor es el mejor en todas las situaciones de medida, por lo que tenemos que

saber cuándo debe utilizarse cada uno de ellos.

Como podemos ver, en la Tabla 3.2 que se encuentra en la siguiente página, se están

comparando los cuatro tipos de transductores de temperatura más utilizados, y refleja los

factores que deben tenerse en cuenta: las prestaciones, el alcance efectivo, el precio y la

comodidad.

Tabla3. 1Sensores de temperatura.

3.9 SENSORES INFRARROJOS.

3.9.1 Sensores de temperatura infrarrojos.

RTD Termistor Sensor de IC Termopar

Ventajas.

Más estable.

Más preciso.

Más lineal que

los Termopares.

Alto

rendimiento.

Rápido.

Medida de dos

hilos.

El más lineal

El de más alto

rendimiento.

Económico

Autoalimentado.

Robusto.

Económico.

Amplia variedad

de formas físicas.

Amplia gama de

temperaturas.

Desventajas. Caro.

Lento.

Precisa fuente de

alimentación.

Pequeño cambio

de resistencia.

Medida de 4

hilos.

Autocalentable.

No lineal.

Rango de

temperaturas

limitado.

Frágil.

Precisa fuente

de

alimentación.

Autocalentable.

Limitado a

< 250 ºC

Precisa fuente

de

alimentación.

Lento.

Autocalentable.

Configuraciones

limitadas.

No lineal.

Baja tensión.

Precisa referencia.

El menos estable.

El menos sensible.

http://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPL

http://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECED



Los sensores de temperatura infrarrojos (IR), denominados también piró-metros de

radiación, son dispositivos de no contacto que miden indirectamente la temperatura de

cuerpos calientes a partir de la radiación térmica emitida en forma natural por los mismos.

Se utilizan en los casos en los cuales resulta imposible o peligroso el uso de un termistor,

una termocupla u otro tipo de sensor de contacto.

Es el caso, por ejemplo, de procesos industriales donde se manejan temperaturas muy

superiores a las del punto de fusión del transductor, de cuerpos calientes muy pequeños,

inaccesibles o en movimiento, de atmósferas de alto voltaje o que deben permanecer libres

de contaminación la figura 3.6 se muestra un ejemplo de un pirómetro de radiación.

Los sensores IR están basados en el concepto de que todos los cuerpos, a temperaturas por

encima del cero absoluto (-273.5°C), producen radiación térmica en cantidad dependiente

de su temperatura y sus propiedades físicas. Esta energía se incrementa a medida que el

objeto se torna más caliente los cuales miden la energía emitida, reflejada y transmitida.

Figura 3. 6 Pirómetro radioactivo.



En los sensores IR prácticos la energía emitida, que es la que indica realmente la

temperatura de un objeto, se captura mediante un detector apropiado, precedido de un

sistema óptico, se amplifica y procesa mediante circuitos electrónicos.

La función de la óptica es concentrar la energía y limitar la influencia de la radiación

proveniente de otras fuentes distintas del objeto bajo medida. Esta es la parte más crítica del

sistema y la que determina el campo de vista de la unidad.

El detector, por su parte, se encarga de convertir la energía IR a una variable eléctrica

medible, es decir un voltaje, una corriente o una resistencia equivalente. Incluye

típicamente un filtro espectral para limitar la energía a una banda estrecha.

El amplificador debe resolver y amplificar las débiles señales de salida enviadas por el

detector, las cuales pueden ser, por ejemplo, del orden de 1 mV/°C.

Una vez obtenida una señal estable y manejable, la misma debe ser linealizada, es decir

convertida en una función lineal de la temperatura y representada como una corriente de 4-

20 mA, un voltaje de 0-5 V, una señal digital.

Actualmente se dispone también de sensores de temperatura IR inteligentes, los cuales

pueden ser programados para comunicarse entre sí y con computadoras en una planta de

manufactura.

De este modo se facilita el direccionamiento, la configuración, la actualización y el

mantenimiento de las unidades desde sitios remotos durante su instalación y operación.

En la figura 3.7 que se encuentra en la siguiente página se muestra el diagrama de un

pirómetro de radiación.



La figura 3.8 muestra la marca del fabricante. En tabla de la figura 3.9, que se muestra en la

siguiente página, se pude observar los diferentes tipos de pirómetros, estos tienen diferentes

características técnicas, las aplicaciones vienen especificadas, lo posterior a realizar es la

elección para nuestro proceso del pirómetro que se ajuste al proceso de fundición de

cerámicos.

Figura 3. 7 Funcionamiento del transductor de temperatura.

Figura 3. 8 Fabricante.



Figura 3. 9 Rangos de operación.

En el APENDICE B se muestra la información técnica necesaria para su empleo.



El pirómetro que trabaja actualmente se muestra en la figura 3, este tiene diferentes

ventajas como salidas digitales y analógicas de 4 – 20 mA o 0 – 5 Vcc.

Esto permite que el controlador NI USB 6212 recoja la señal del pirómetro y la compare

con la consigna de operación. La figura 3.10 muestra una foto del pirómetro en operación

actual.

Figura 3. 10 Pirómetro actual.

En la siguiente página se muestra la figura 3.11, en esta se puede ver las diferentes posibles

conexiones con diferentes tipos de elementos como lo es un PC, una salida analógica para

un control, una salida digital para uso de interfaz entre otras.



Figura 3. 11 Diferentes tipos de conexiones.



3.10 MEDIDOR DE FLUJO DE PROCESO.

Los medidores de flujo son instrumentos utilizados para determinar la cantidad de flujo

másico que pasa a través de una tubería. Otros nombres con los cuales suelen llamarse:

flujómetros, caudalimetros o medidores de caudal.

Existe una gran cantidad de principios con los cuales operan este tipo de instrumentos, su

selección está en función de la precisión requerida de las lecturas, así como de su costo y

mantenimiento.

En general se clasifican en: diferencial de presión, desplazamiento positivo, por medición

de velocidad y por medición de masa.

Los medidores de flujo más comunes son los de diferencial de presión que se basan en el

cambio de presión debido a una reducción en el diámetro de la tubería. A mayor diferencia

de presión mayor es el flujo.

3.10.1 Factores para la elección del tipo de medidor de fluido.

RANGO: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios

mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles

de metros cúbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o agua municipal

o sistemas de drenaje.

Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud

general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

EXACTITUD REQUERIDA:cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y

operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real.

La mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen

tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores

importantes cuando se requiere de una gran exactitud.

http://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtml


http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo



PÉRDIDA DE PRESIÓN: debido a que los detalles de construcción de los distintos

medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de

energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos.

Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una

restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida de

energía.

TIPO DE FLUIDO: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra

afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el

fluido es un líquido o un gas.

Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la

conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad.

CALIBRACIÓN: se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos

fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real

versus indicación de la lectura.

Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en

las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales

como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones

estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles.

Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia

de presión o un nivel de fluido.

Los Flujómetros o caudalímetros electromagnéticos MAGFLO permiten medir el caudal de

líquidos con una conductancia desde 2 μS/cm2.

El sistema de medida consta de un sensor y un convertidor de señal.

Para mayor información técnica ver APENDICE C, esta información fue proporcionada por

el departamento de control de procesos de planta.

http://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/metodo-lecto-escritura/metodo-lecto-escritura.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/textos-escrit/textos-escrit.shtml




3.10.2 Campo de aplicación.

El flujómetro electromagnético MAGFLO ofrece un medio fiable, preciso yeconómico para

la medida de caudales de cualquier líquido conductor de laelectricidad. Tiene aplicaciones

características en todos los sectores.

Sector agua potable: agua potable, productos químicos, tratamiento de aguasresiduales.

Sector alimentación: productos lácteos, cerveza, vino, refrescos.

Sector químico: detergentes, productos farmacéuticos, ácidos, bases.Otros sectores: pasta

de papel, minería.

CARACTERÍSTICAS.

Montaje de módulos individuales con diferentes protocolos de comunicación, sin

ningún tipo de herramienta.

Resiste la inundación constante, gracias a uniones y cables especiales que

protegen al sensor y las bobinas; es posible aumentar en terreno el grado de

protección a IP 68.

Cuerpo del sensor de acero soldado y plástico moldeado.

Electrodos de puesta a tierra incorporados en medidor.



La tabla de la figura 3.12 muestra diferentes caudalimetros. El elemento que utilizaremos

para el control anidado es el MAG 5000 por las características físicas del componente.

Figura 3. 12 MAG 5000 caudalimetro.

La figura 3.13 muestra una fotografía del caudalimetro real.

Figura 3. 13 Vista real.



3.11 PROCESO DE CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS.

La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del

mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un

ordenador u otras electrónicas (sistema digital).

Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y

digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PC. Se requiere una

etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que

hace la transformación a señal digital.

El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de

Adquisición de Datos (DAQ).

3.11.1 Definiciones.

DATO: Representación simbólica (numérica, alfabética), atributo o característica de un

valor. No tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede

utilizar en la relación de cálculos o toma de decisiones.

ADQUISICIÓN: Recogida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y

digitalización de manera que se puedan procesar en un ordenador.

SISTEMA: Conjunto organizado de dispositivos que interactúan entre sí ofreciendo

prestaciones más completas y de más alto nivel. Una vez que las señales eléctricas se

transformaron en digitales, se envían a través del bus de datos a la memoria del PC.

Una vez los datos están en memoria pueden procesarse con una aplicación adecuada,

archivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc...

BIT DE RESOLUCIÓN: Número de bits que el convertidor analógico a digital (ADC)

utiliza para representar una señal.

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programable

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



RANGO: Valores máximo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo

funcionan bajo unas especificaciones.

TEOREMA DE NYQUIST: Al muestrear una señal, la frecuencia de muestreo debe ser

mayor que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada, para poder reconstruir la

señal original de forma exacta a partir de sus muestras. En caso contrario, aparecerá el

fenómeno del aliasing que se produce al infra-muestrear. Si la señal sufre aliasing, es

imposible recuperar el original. Velocidad de muestreo recomendada:

2*frecuencia mayor (medida de frecuencia)

10*frecuencia mayor (detalle de la forma de onda)

Los componentes de los sistemas de adquisición de datos, poseen sensores adecuados que

convierten cualquier parámetro de medición de una señal eléctrica, que se adquiriere por el

hardware de adquisición de datos.

Los datos adquiridos se visualizan, analizan, y almacenan en un ordenador, ya sea

utilizando el proveedor de software suministrado u otro software. Los controles y

visualizaciones se pueden desarrollar utilizando varios lenguajes de programaciónde

propósito general como Visual BASIC, C++, Fortran, Java, Lisp, Pascal.

Los lenguajes especializados de programación utilizados para la adquisición de datos

incluyen EPICS, utilizada en la construcción de grandes sistemas de adquisición de datos,

LabVIEW, que ofrece un entorno gráfico de programación optimizado para la adquisición

de datos, y MATLAB.

Estos entornos de adquisición proporcionan un lenguaje de programación además de

bibliotecas y herramientas para la adquisición de datos y posterior análisis.

De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digital para

enviarla al ordenador, se puede también tomar una señal digital o binaria y convertirla en

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

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=EPICS&action=edit&redlink=1

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

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



una eléctrica. En este caso el elemento que hace la transformación es una tarjeta o módulo

de Adquisición de Datos de salida, o tarjeta de control.

La señal dentro de la memoria del PC la genera un programa adecuado a las aplicaciones

que quiere el usuario y, luego de procesarla, es recibida por mecanismos que ejecutan

movimientos mecánicos, a través de servomecanismos, que también son del tipo

transductores.

Un sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores,

convertidores analógico - digital (A/D) y digital - analógico (D/A), para procesar

información acerca de un sistema físico de forma digitalizada.

La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto

(objeto de la investigación) que se desea medir.

Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de

una habitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro

de una cámara, la fuerza aplicada a un objeto, o muchas otras cosas.

Un eficaz sistema de adquisición de datos puede medir todas estas diferentes propiedades o

fenómenos.

Un sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una señal

eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en los valores de

resistencia o condensador, etc.

La capacidad de un sistema de adquisición de datos para medir los distintos fenómenos

depende de los transductores para convertir las señales de los fenómenos físicos

mensurables en la adquisición de datos por hardware.

Transductores son sinónimo de sensores en sistemas de DAQ. Hay transductores

específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la temperatura, la presión, o

flujo de fluidos.

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



DAQ también despliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificar

adecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión, que luego pueden ser digitalizados

usando CED.

Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o analógicas en

función del transductor utilizado.

El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor no es

adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser amplificada o des

amplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye

para realizar demodulación.

Varios otros ejemplos de acondicionamiento de señales podría ser el puente de conclusión,

la prestación actual de tensión o excitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Este

pre tratamiento del señal normalmente lo realiza un pequeño módulo acoplado al

transductor.

DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma

de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo, serie,

USB, etc.) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa madre. Por lo

general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiado pequeño para todas

las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de caja externa es obligatoria.

El cable entre este recuadro y el PC es cara debido a los numerosos cables y el blindaje

necesario y porque es exótico. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples

componentes (multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad,

memoria RAM).

Estos son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar

pequeños programas. El controlador es más flexible que una unidad lógica dura cableada,

pero más barato que una CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de

preguntas.

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

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

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



Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores, y

permite que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así a los

programas acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ.

Un buen conductor ofrece un alto y bajo nivel de acceso.

Ejemplos de Sistemas de Adquisición y control:

DAQ para recoger datos (datalogger) medioambientales (energías renovables e

ingeniería verde). · DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test). · DAQ +

control de movimiento (corte con láser).

DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robots modernos).

La tarjeta de adquisición de datos que está en operación es una NI USB 6212, está

programada en control de retroalimentación en LabView, lo que permite monitorear el

proceso en una PC. En la siguiente página se puede ver la figura 3.14 que muestra la tarjeta

NI USB 6212.

Figura 3. 14 NI USB 6212



En el APENDICE D se encuentra la información técnica de la NI USB 6212, esta fue

proporcionada por el encargado de departamento de control de procesos de la planta.

3.12TOPOLOGÍA DE REDES FRECUENTEMENTE USADAS.

La topología de red se define como la cadena de comunicación usada por los nodos que

conforman una red para comunicarse.

Un ejemplo claro de esto es la topología de árbol, la cual es llamada así por su apariencia

estética, por la cual puede comenzar con la inserción del servicio de internet desde el

proveedor, pasando por el router, luego por un switch y este deriva a otro switch u otro

router o sencillamente a los hosts (estaciones de trabajo).

El resultado de esto es una red con apariencia de árbol porque desde el primer router que se

tiene se ramifica la distribución de internet dando lugar a la creación de nuevas redes o

subredes tanto internas como externas. Además de la topología estética, se puede dar una

topología lógica a la red y eso dependerá de lo que se necesite en el momento.

En algunos casos se puede usar la palabra arquitectura en un sentido relajado para hablar a

la vez de la disposición física del cableado y de cómo el protocolo considera dicho

cableado.

Así, en un anillo con una MAU podemos decir que tenemos una topología en anillo, o de

que se trata de un anillo con topología en estrella.

La topología de red la determina únicamente la configuración de las conexiones entre

nodos. La distancia entre los nodos, las interconexiones físicas, las tasas de transmisión y

los tipos de señales no pertenecen a la topología de la red, aunque pueden verse afectados

por la misma.

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

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Topolog%C3%ADa_en_anillo&action=edit&redlink=1



3.12.1Redes de araña

La topología en estrella es la posibilidad de fallo de red conectando todos los nodos a un

nodo central.

Cuando se aplica a una red basada en la topología estrella este concentrador central reenvía

todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos

de la red, algunas veces incluso al nodo que lo envió.

Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo

del nodo central solamente.

Un fallo en la línea de conexión de cualquier nodo con el nodo central provocaría el

aislamiento de ese nodo respecto a los demás, pero el resto de sistemas permanecería

intacto. El tipo de concentradorhub se utiliza en esta topología, aunque ya es muy obsoleto;

se suele usar comúnmente un switch.

La desventaja radica en la carga que recae sobre el nodo central. La cantidad de tráfico que

deberá soportar es grande y aumentará conforme vayamos agregando más nodos

periféricos, lo que la hace poco recomendable para redes de gran tamaño.

Además, un fallo en el nodo central puede dejar inoperante a toda la red. Esto último

conlleva también una mayor vulnerabilidad de la red, en su conjunto, ante ataques.

Si el nodo central es pasivo, el nodo origen debe ser capaz de tolerar un eco de su

transmisión. Una red en estrella activa tiene un nodo central activo que normalmente tiene

los medios para prevenir problemas relacionados con el eco.

3.12.2Redes de árbol.

Una topología en árbol (también conocida como topología jerárquica) puede ser vista como

una colección de redes en estrella ordenadas en una jerarquía. Éste árbol tiene nodos

periféricos individuales (por ejemplo hojas) que requieren transmitir a y recibir de otro

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

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



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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_en_%C3%A1rbol



nodo solamente y no necesitan actuar como repetidores o regeneradores. Al contrario que

en las redes en estrella, la función del nodo central se puede distribuir.

Como en las redes en estrella convencionales, los nodos individuales pueden quedar

aislados de la red por un fallo puntual en la ruta de conexión del nodo. Si falla un enlace

que conecta con un nodo hoja, ese nodo hoja queda aislado; si falla un enlace con un nodo

que no sea hoja, la sección entera queda aislada del resto.

Para aliviar la cantidad de tráfico de red que se necesita para retransmitir todo a todos los

nodos, se desarrollaron nodos centrales más avanzados que permiten mantener un listado de

las identidades de los diferentes sistemas conectados a la red.

Éstos switches de red ―aprenderían‖ cómo es la estructura de la red transmitiendo paquetes

de datos a todos los nodos y luego observando de dónde vienen los paquetes respuesta.

3.12.3 Redes de bus.

Las topologías más corrientes para organizar las computadoras de una red son las de punto

a punto, de bus, en estrella y en anillo. La topología de punta a punta es la más sencilla, y

está formada por dos ordenadores conectados entre sí.

La topología de bus consta de una única conexión a la que están unidos varios ordenadores.

Todas las computadoras unidas a esta conexión única reciben todas las señales transmitidas

por cualquier computadora conectada. La topología en estrella conecta varios ordenadores

con un elemento dispositivo central llamado hub.

El hub puede ser pasivo y transmitir cualquier entrada recibida a todos los ordenadores —

de forma semejante a la topología de bus— o ser activo, en cuyo caso envía selectivamente

las entradas a ordenadores de destino determinados.



3.12.4 Redes de anillo.

La topología en anillo utiliza conexiones múltiples para formar un círculo de computadoras.

Cada conexión transporta información en un único sentido. La información avanza por el

anillo de forma secuencial desde su origen hasta su destino.

Las redes de área local (LAN, siglas en inglés), que conectan ordenadores separados por

distancias reducidas, por ejemplo en una oficina o un campus universitario, suelen usar

topologías de bus, en estrella o en anillo.

Las redes de área amplia (WAN, siglas en inglés), que conectan equipos distantes situados

en puntos alejados de un mismo país o en países diferentes, emplean a menudo líneas

telefónicas especiales arrendadas como conexiones de punto a punto.

Cuando hablamos de topología de una red, hablamos de su configuración. Esta

configuración recoge tres campos: físico, eléctrico y lógico. El nivel físico y eléctrico se

puede entender como la configuración del cableado entre máquinas o dispositivos de

control o conmutación. Cuando hablamos de la configuración lógica tenemos que pensar en

cómo se trata la información dentro de nuestra red, como se dirige de un sitio a otro o como

la recoge cada estación.

Así pues, para ver más claro cómo se pueden configurar las redes vamos a explicar de

manera sencilla cada una de las posibles formas que pueden tomar.

3.13 TOPOLOGÍAS FÍSICAS TENEMOS.

Topología de BUS / Linear Bus.

Topología de Estrella / Star.

Topología de Estrella Cableada / Star - Wired Ring.

Topología de Árbol / Tree.



3.13.1 Topología de BUS / Linear Bus.

Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos loes

elementos de una red. Todos los Nodos de la Red están unidos a este cable. Este cable

recibe el nombre de "Backbone Cable". Tanto Ethernet como LocalTalk pueden utilizar

esta topología.

En esta topología, los elementos que constituyen la red se disponen linealmente, es decir,

en serie y conectados por medio de un cable; el bus. Las tramas de información emitidas

por un nodo (terminal o servidor) se propagan por todo el bus (en ambas direcciones),

alcanzado a todos los demás nodos.

Cada nodo de la red se debe encargar de reconocer la información que recorre el bus, para

así determinar cuál es la que le corresponde, la destinada a él.

Es el tipo de instalación más sencillo y un fallo en un nodo no provoca la caída del sistema

de la red. Por otra parte, una ruptura del bus es difícil de localizar (dependiendo de la

longitud del cable y el número de terminales conectados a él) y provoca la inutilidad de

todo el sistema.

Ventajas de la topología de BUS:

Es fácil conectar nuevos nodos a la red.

Requiere menos cable que una topología estrella.

Desventajas de la topología de BUS:

En la figura 3.15 se muestra una conexión de BUS.

Toda la red se caería se hubiera una ruptura en el cable principal.

Se requiere terminadores.

Es difícil detectar el origen de un problema cuando toda la red cae.

No se debe utilizar como única solución en un gran edificio.



3.13.2 Cable USB.

USB Universal Serial Bus es una interfaz plug&play entre la PC y ciertos dispositivos tales

como teclados, mousses, scanner, impresoras, módems, placas de sonido, cámaras entre

otros elementos.

Una característica importante es que permite a los dispositivos trabajar a velocidades

mayores, en promedio a unos 12 Mbps, esto es más o menos de 3 a 5 veces más rápido que

un dispositivo de puerto paralelo y de 20 a 40 veces más rápido que un dispositivo de

puerto serial.

3.13.3 Como Funciona.

Trabaja como interfaz para transmisión de datos y distribución de energía, que ha sido

introducida en el mercado de PC´s y periféricos para mejorar las lentas interfaces serie (RS-

232) y paralelo. Esta interfaz de 4 hilos, 12 Mbps y "plug and play", distribuye 5V para

alimentación, transmite datos y está siendo adoptada rápidamente por la

industriainformática.

Es un bus basado en el paso de un testigo, semejante a otros buses como los de las redes

locales en anillo con paso de testigo y las redes FDDI. El controlador USB distribuye

testigos por el bus.

El dispositivo cuya dirección coincide con la que porta el testigo responde aceptando o

enviando datos al controlador. Este también gestiona la distribución de energía a los

periféricos que lo requieran.

Figura 3. 15 Conexiones de BUS.

http://www.monografias.com/trabajos10/digi/digi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/trimpres/trimpres.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/elso/elso.shtml


http://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtml

http://www.monografias.com/Salud/Nutricion/

http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtml

http://www.monografias.com/Computacion/Redes/

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml



Emplea una topología de estrellas apiladas que permite el funcionamiento simultáneo de

127 dispositivos a la vez. En la raíz o vértice de las capas, está el controlador anfitrión o

host que controla todo el tráfico que circula por el bus.

Esta topología permite a muchos dispositivos conectarse a un único bus lógico sin que los

dispositivos que se encuentran más abajo en la pirámide sufran retardo.

A diferencia de otras arquitecturas, USB no es un bus de almacenamiento y envío, de forma

que no se produce retardo en el envío de un paquete de datos hacia capas inferiores.

El sistema de bus serie universal USB consta de tres componentes:

Controlador.

Hubs o Concentradores.

Periféricos.

En la siguiente página se muestran dos figuras, la figura 3.16 muestra la pirámide de BUS,

la figura 3.17 muestra los diferentes tipos de conexiones de USB.

Figura 3. 16 Pirámide de BUS.

http://www.monografias.com/trabajos15/topologias-neural/topologias-neural.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml




El USB puede conectar varios tipos de dispositivos como pueden ser: mouse, teclados,

escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras,

discos duros externos entre otros ejemplos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de

datos y componentes de red.

Para dispositivos multimedia como escáneres y cámaras digitales, el USB se ha convertido

en el método estándar de conexión.

Para impresoras, el USB ha crecido tanto en popularidad que ha desplazado a un segundo

plano a los puertos paralelos porque el USB hace mucho más sencillo el poder agregar más

de una impresora.

Algunos dispositivos requieren una potencia mínima, así que se pueden conectar varios sin

necesitar fuentes de alimentación extra. La gran mayoría de los concentradores incluyen

fuentes de alimentación que brindan energía a los dispositivos conectados a ellos, pero

algunos dispositivos consumen tanta energía que necesitan su propia fuente de

Figura 3. 17 USB.

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Teclado_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Esc%C3%A1ner

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fono_m%C3%B3vil

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Adquisici%C3%B3n_de_datos



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

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



alimentación. Los concentradores con fuente de alimentación pueden proporcionarle

corriente eléctrica a otros dispositivos sin quitarle corriente al resto de la conexión (dentro

de ciertos límites).

En el caso de los discos duros, es poco probable que el USB reemplace completamente a

los buses (el ATA (IDE) y el SCSI), pues el USB tiene un rendimiento más lento que esos

otros estándares.

Sin embargo, el USB tiene una importante ventaja en su habilidad de poder instalar y

desinstalar dispositivos sin tener que abrir el sistema, lo cual es útil para dispositivos de

almacenamiento externo.

Hoy en día, una gran parte de los fabricantes ofrece dispositivos USB portátiles que ofrecen

un rendimiento casi indistinguible en comparación con los ATA (IDE).

Por el contrario, el nuevo estándar Serial ATA permite tasas de transferencia de hasta

aproximadamente 150/300 MB por segundo, y existe también la posibilidad de extracción

en caliente e incluso una especificación para discos externos llamada eSATA.

El diagrama de conexión física de la figura 3.18 que se encuentra en la siguiente página,

muestra la conexión física de los componentes para la implementación del control en

cascada, cabe denotar que el objetivo general es solo el control y la simulación del control

ante perturbaciones ya antes mencionadas.

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

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

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



Figura 3. 18 Diagrama de conexiones final.



3.14DEFINICIÓN DEL PLAN DE MANTENIMIENTO.

La empresa es nombrada como Cerámicos San Felipe que pertenece a un dueño cuyo

nombre es Don Felipe.

Dentro de esta planta de fabricación de esmalte cerámico se requiere planificar el

mantenimiento de los siguientes equipos.

Horno de fundición marca.

Circuito de muestreo.

El mantenimiento de las instalaciones se realiza con la periodicidad diaria, semanal,

mensual, trimestral o anual que previamente haya sido establecida para cada elemento

objeto de la misma.

Muchos responsables y expertos en mantenimiento en la planta coinciden en que al menos

los 2/3 de la actividad de mantenimiento debe ser planificada, lo cual no se toma en cuenta.

La herramienta que permite la planificación de las diferentes tareas de mantenimiento en el

area de fundiciones es plan de mantenimiento.

La mayor parte de las tareas preventivas y correctivas del horno de fundición, así como los

elementos que interactúan en el mismo sistema están incluidas en él.

A pesar de ello, hay muchos técnicos y responsables de mantenimiento que no conocen la

forma adecuada de elaborar un plan de mantenimiento, no conocen los pasos a seguir para

conseguir programar las diferentes tareas, e incluso algunos no disponen de un formato

adecuado.



Además, al igual que para el servicio de mantenimiento y a través de la misma aplicación

informática y bajo el mismo procedimiento, se pueden cumplimentar partes de trabajo para

cubrir las necesidades puntuales que no hayan sido previstas.

3.15PLAN DE MANTENIMIENTO PARA EL HORNO DE

FUNDICIÓN.

Al horno de fundición le vamos a realizar las siguientes operaciones.

Control de combustiones y rendimiento de interiores.

Calibrar instrumentación.

Inspección del estado de aislamiento térmico.

Comprobar el circuito de combustible de alimentación del horno de fundición.

Limpiar chimenea y conductos de humos residuales.

Verificar el funcionamiento correctivo de las válvulas de acuerdo a la señal de

control.

Calibrar unidades de mantenimiento.

La tabla 3.1 y la tabla 3.2 que se muestra en las siguientes páginas respectivamente nos

indica de forma resumida la frecuencia del servicio de mantenimiento en las instalaciones

generales del area de fundición donde se encuentra nuestro proceso principal que es la

fundición del esmalte cerámico.



El tipo de técnica para el desarrollo de nuestro plan de mantenimiento viene después de la

periodicidad en la cual este se tiene que ser ejecutado.

Tabla3. 2 Plan de mantenimiento.

PERIODICIDAD. TECNICA.

DIARIA Barrido de excesos de polvo acumulado.

Limpieza de polvo en instrumentación.

Limpieza de instrumentos de muestreo.

DIAS ALTERNOS Lavado en general del área de fundición.

Calibrar unidades de mantenimiento.

SEMANAL Control de combustiones y rendimiento de

interiores.

Verificar el funcionamiento correctivo de las

válvulas de acuerdo a la señal de control.

MENSUAL Calibrar instrumentación.

Limpiar chimenea y conductos de humos

residuales.

TRIMESTRAL Inspección del estado de aislamiento

térmico

ANUAL Comprobar el circuito de combustible de

alimentación del horno de fundición.



La fiabilidad y la disponibilidad del control del horno de fundición dependen, en primer

lugar, de su diseño y de la calidad de su montaje.

Si se trata de un diseño robusto y fiable, y la planta ha sido construida siguiendo fielmente

su diseño y utilizando las mejores técnicas disponibles para la ejecución, depende en

segundo lugar de la forma y buenas costumbres del personal de producción, es decir de

todo el personal que opera las instalaciones y planifica las actividades.

La fiabilidad y disponibilidad dependen del mantenimiento que se realice. Si el

mantenimiento es básicamente correctivo, atendiendo sobre todo los problemas cuando se

presentan, es muy posible que a corto plazo esta política sea rentable.

Debemos imaginar el mantenimiento como un gran depósito. Si realizamos un buen

mantenimiento preventivo, tendremos el depósito siempre lleno.

Si no hacemos nada, el depósito se va vaciando, y puede llegar un momento en el que el

depósito, la reserva de mantenimiento, se haya agotado por completo, siendo más rentable

adquirir un nuevo horno de fundición o incluso construir una nueva planta que atender

todas las reparaciones que van surgiendo conforme pasa el tiempo en la producción.

Debemos tener en cuenta que lo que hagamos en mantenimiento no tiene su consecuencia

de manera inmediata, sino que los efectos de las acciones que tomamos se revelan con seis

meses o con un año de retraso.

Hoy pagamos los errores de ayer, o disfrutamos de los aciertos.

La ocasión perfecta para diseñar un buen mantenimiento programado que haga que la

disponibilidad y la fiabilidad del horno de fundición industrial sean muy altas, es durante la

implementación de un sistema de control de éste.



Cuando el sistema de control ha sido implementado y el horno de fundición es entregada al

propietario para su explotación comercial, el plan de mantenimiento debe estar ya diseñado,

y debe ponerse en marcha desde el primer día que el horno entra en operación.

Perder esa oportunidad significa renunciar a que la mayor parte del mantenimiento sea

programado, y caer en el error (un grave error de consecuencias económicas nefastas) de

que sean las averías las que dirijan la actividad del departamento de mantenimiento.



3.16 PLAN PARA EL HORNO DE FUNDICION.

Tabla3. 3 Plan de mantenimiento para el horno de fundición.

INSTALACCION. PERIODICIDAD. OBSERVACIONES.

BANCADA DEL HORNO Barrido area

de fundición,

mezclado.

Diario.

Eliminación

de excesos

de polvo.

2 veces a la

semana.

TUBERIA DE

COMBUSTIBLE.

Limpieza de

polvo en

circuito de

combustión.

Trimestral.

Semanal.

REVESTIDURAS DE

INTERIORES

Cambio de

material

térmico.

Anual.

Reposición

de material

aislante.

Anual.

CARCASA EXTERIOR

DEL HORNO

Cubrir con

materiales

térmicos

aislantes de

calor

2 meses.



VALVULAS DE

CONTROL

Calibración. 2 meses.

Limpieza de

polvo.

Diario.

SISTEMA DE CONTROL Calibración.

6 meses.

CHIMENEAS Y

CONDUCTOS DE

HUMOS RESIDUALES.

Limpieza. Anual.

Calibración. Anual.

El cuadro de la figura 3.19 se muestra el personal destinado c cumplir con presentado plan

de mantenimiento. Cada persona involucrada con el proceso debe seguir este plan para la

mejora y optimización de la calidad del esmalte cerámico.

Tabla3. 4Horarios de mantenimiento.

México Df.

[DISEÑO.]

CAPITULO 4



4.0 DISEÑO Y PROGRAMACIÓN.

Los elementos de control automático en conjunto con la estrategia de control para cada uno

de los puntos que tocaremos en el presente trabajo, serán mostrados gráficamente por

medio de una Interfaz Hombre Maquina, de las siglas en ingles HMI (Human Interface

Machine), para obtener la ventaja de monitorear nuestros elementos involucrados en el

control de manera continua y poder analizar causa de problemas que se puedan originar,

además de poder prevenir posibles variaciones en la calidad del producto.

4.1 INTRODUCCIÓN A HMI (INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA).

La sigla HMI es la abreviación en inglés de Interfaz Hombre Máquina. Los sistemas HMI

podemos pensarlos como una ―ventana‖ de un proceso. Esta ventana puede estar en

dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. Los sistemas HMI

en computadoras se los conoce también como software HMI o de monitoreo y control de

supervisión.

Las señales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de

entrada/salida en la computadora, PLCs (Controladores Lógicos Programables), RTU

(Unidades remotas de I/O) o DRIVEs (Variadores de velocidad de motores). Todos estos

dispositivos deben tener una comunicación que entienda el HMI.

En el proceso de fundición del esmalte cerámico la Interfaz Gráfica permite monitorear de

manera continua las variables de control en tiempo real sin someter al personal a

condiciones extremas de temperatura.

Existen variadas formas de dar solución esta causa que nos está originando problemas de

diferentes aspectos. Para comenzar a analizar la solución propuesta a esta causa,

comenzaremos por definir detalladamente algunos términos y definiciones de cada uno de

los elementos relacionados en el análisis y solución al problema del control en cascada.



4.2 CONTROL EN LA TEMPERATURA DEL HORNO DE

FUNDICIÓN.

La configuración de control en cascada se utiliza cuando la variable manipulada sufre

perturbaciones que afectan a la variable controlada.

En el caso del caudal de la alimentación de combustible para la fundición, si la presión del

gas está sometida a variaciones, se observara variaciones considerables en la temperatura

de fundición (variable controlada), esta variación afecta directamente a la calidad del

producto final que es el esmalte cerámico.

4.3 SIMULINK.

Simulink es un entorno de programación visual, que funciona sobre el entorno de

programación Matlab.

Es un entorno de programación de más alto nivel de abstracción que el lenguaje

interpretado Matlab (archivos con extensión .m). Simulink genera archivos con extensión

.mdl (de "model").

En las imágenes, se puede apreciar el diagrama en bloques de un Radar, en el cuál se

muestra que uno de sus bloques de procesamiento de señal, es un filtro Kalman realizado en

un script de Matlab.

Luego, se puede apreciar un sistema de control automático, junto a su modelización y

finalmente un sistema de un automóvil, vinculando la simulación a un entorno de realidad

virtual.

Simulink viene a ser una herramienta de simulación de modelos o sistemas, con cierto

grado de abstracción de los fenómenos físicos involucrados en los mismos. Se hace

hincapié en el análisis de sucesos, a través de la concepción de sistemas (cajas negras que

realizan alguna operación).

http://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n_visual

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



Se emplea arduamente en Ingeniería Electrónica en temas relacionados con el

procesamiento digital de señales (DSP), involucrando temas específicos de ingeniería

biomédica, telecomunicaciones, entre otros. También es muy utilizado en Ingeniería de

Control y Robótica.

4.4 LABVIEW.

Labview es un entorno de programación gráfica usado por miles de ingenieros e

investigadores para desarrollar sistemas sofisticados de medida, pruebas y control usando

íconos gráficos e intuitivos y cables que parecen un diagrama de flujo.

Ofrece una integración incomparable con miles de dispositivos de hardware y brinda

cientos de bibliotecas integradas para análisis avanzado y visualización de datos, todo para

crear instrumentación virtual.

La plataforma LabView es escalable a través de múltiples objetivos y sistemas operativos,

desde su introducción en 1986 se ha vuelto un líder en la industria.

La regulación o control automático en lazo cerrado, fue en un comienzo la solución

planteada, esta consiste en sustituir la acción del hombre por un dispositivo llamado

controlador o regulador.

4.5 LOS BENEFICIOS DE LA PROGRAMACIÓN GRÁFICA EN NI

LABVIEW.

Durante más de 20 años, NI LabView a escuchado millones de ingenieros y científicos para

desarrollar test sofisticados y aplicaciones de medida y control.

Además de que LabView provee de una variada gama de características y herramientas de

asistentes e interfaces de usuario configurables, se diferencia por ser un lenguaje de

programación gráfico de propósito general (conocido como G), con su compilador

asociado, su enlazador, y herramientas de depuración.



LabView es diferente de la mayoría de lenguajes de propósito general principalmente en

dos vertientes. Primero, la programación G se desarrolla cableando iconos gráficos en un

diagrama que compila directamente a código máquina de modo que los procesadores del

ordenador pueden ejecutarlo.

Aunque se representa gráficamente en lugar de texto, G contiene los mismos conceptos de

programación que se pueden encontrar en la mayoría de los lenguajes tradicionales. Por

ejemplo, G incluye todas las construcciones estándar tales como tipos de datos, bucles,

eventos, variables, recursividad y programación orientada a objetos.

Como todo el mundo, los ingenieros y científicos aprenden observando y procesando

imágenes sin necesidad de pensamiento consciente. Se denominan ―pensadores visuales‖,

ya que son especialmente adeptos a organizar información con procesamiento visual.

En otras palabras, piensan mejor en imágenes. Esto se refuerza a menudo en facultades y

universidades donde se anima a los estudiantes a modelar soluciones a problemas como

diagramas de proceso.

Sin embargo, la mayoría de los lenguajes de programación de propósito general requieren

el empleo de cantidades ingentes de tiempo en aprender la sintaxis necesaria asociada con

el lenguaje y mapear la estructura del mismo al problema a solventar. La programación

gráfica con G provee de una experiencia más intuitiva.

El código G es más sencillo de entender por ingenieros y científicos porque están

familiarizados con la visualización y la modelización gráfica de procesos y tareas en

términos de diagramas de bloque y flujo gramas (que siguen también las reglas del flujo de

datos).

Además, ya que los lenguajes de flujo de datos requieren basar la estructura del programa

en el propio flujo, a usted se le anima a pensar en términos del problema que quiere

solucionar.



Por ejemplo, y programa típico en G puede adquirir, en primer lugar, de varios canales de

datos de temperatura, después pasarlos a una función de análisis y finalmente escribirlos a

disco. En conjunto, el flujo de datos y los pasos involucrados en este programa son

sencillos de comprender en el diagrama de LabView.

El conjunto de componentes que lleva a cabo el control automático, en este caso es el

proceso de fundición de esmalte cerámico, es nombrado sistema de control automático o

con regulación automática anidada con el fin de corregir la perturbación antes de que esta

afecta a nuestro sistema de controlado.

En la figura 4.1 se muestra el diagrama de bloques del control en cascada del horno de

fundición de esmalte cerámico.

Las gráficas obtenidas son mostradas en el CAPITULO 6, el diagrama de la figura 4

muestra nuestro sistema simulado en SIMULIK, el bloque de la perturbación no está

conectado al sistema.

El departamento de control de calidad proporciona el diagrama de la figura 3 en el cual se

pueden observar las funciones de transferencia con sus respectivas constantes, ganancias y

tiempos muertos.

El sistema esta retroalimentado por medio de un pirómetro, este tiene salidas digitales y

analógicas, lo que es una ventaja ya que el control puede ser monitoreado por medio de un

sistema de control y adquisición de datos.



Figura 4. 1 Cascada.

La figura 4.2 muestra dos gráficas, estas son el resultado de la diferencia del sistema de

control en lazo cerrado y el control en cascada del mismo sistema, hay que denotar que la

perturbación en la caída de presión en la línea de combustible para la fundición no afecta de

a nuestro nuestra variable controlada con el mismo sobre impulso. Esto es debido a la

acción de control de nuestro controlador anidado.

Figura 4. 2Cascada con perturbación y lazo cerrado con perturbación.

La perturbación es conectada y se observa que la respuesta del sistema. Al conectar el

bloque perturbación al sistema, este se ve afectado y muestra un sobre impulso, se detectó

que este es el responsable de que la calidad del producto final tenga impurezas.

650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

X: 889

Y: 1.006

CONTROL EN CASCADA Y LAZO CERRADO CON PERTURBACIÓN.

TIEMPO.

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

(%

)

LAZO CERRADO

CONTROL CASCADA

ENTRADA



La figura 4.2 muestra un cuadro en el cual podemos apreciar el valor de y que es de 1.006.

Esto significa que la perturbación tiene un sobre impulso del .6% ante una perturbación del

20% en la variable manipulada, mientras que la perturbación no controlada tienes un sobre

impulso de 9.9% sobre la señal de prueba.

La configuración en cascada nos permita implantar un lazo secundario dentro de nuestro

lazo principal, este se aplicó ya que la perturbación en nuestra variable manipulada afectan

a la variable controlada.

La perturbación se conecta al sistema y respuesta de este cambia. El caudalimetro tiene la

misma función de transferencia que la válvula de control ya que estas representan el mismo

proceso pero con diferentes entradas de excitación.

México DF.

CAPITULO 5

[COSTOS.]



5.0 COSTOS.

El costeo se refiere al procedimiento de determinar los costos con exactitud antes de la

producción. La ventaja de poder predeterminar el costo es obvia.

La mayoría de los contratos actuales se firman con base en un "costo firme", que significa

que el fabricante debe predeterminar los costos de producción, a fin de establecer un precio

firme suficientemente alto para tener una utilidad.

5.1 INTRODUCCIÓN.

Al tener estándares de tiempo en las operaciones de trabajo directo, los fabricantes pueden

asignar un precio a los elementos que integran el costo primario del producto.

En general, se piensa que el costo primario es la suma de los costos directos de material y

mano de obra.

Los costos son la base de las acciones dentro de una organización. Cuando los costos de

procesar una parte se vuelven demasiados altos comparados con los métodos de producción

competitiva, debe considerarse hacer algunos cambios.

Es invariable que existan distintas alternativas para la manufactura de un diseño funcional,

dado que compiten en términos de costos.

Por ejemplo, el moldeo compite con la forja, escariar con perforar, moldeo en matriz con

moldeo en plástico, el metal pulverizado con destornilladores automáticos, etcétera.

Los costos de manufactura se pueden clasificar en cuatro grupos: costos directos de

material, costos directos de mano de obra, gastos de fabricación y gastos generales.

Los dos primeros se refieren a la producción directa, mientras que los dos últimos son

gastos fuera de la producción, llamados costos generales.



Los costos directos de material incluyen materia prima, componentes compradas, artículos

comerciales estándar (sujetadores, alambre, conectores, etc.) y artículos subcontratados.

El ingeniero industrial comienza por calcular la cantidad básica requerida para el diseño. A

este valor se suman pérdidas por desperdicio por errores ya sea de manufactura, de proceso

o de diseño y mermas debidas a robo o efectos ambientales.

La cantidad aumentada que se obtiene, multiplicada por el precio unitario, proporciona el

costo final de material con un factor de resta por el valor de recuperación previsto, la figura

5.1 muestra algunos elementos involucrados para el cálculo de costos.

Figura 5. 1 Costos.

Los costos de fabricación incluyen aspectos como mano de obra indirecta, herramientas,

máquinas y costos de energía.

La mano de obra indirecta incluye aspectos como envió y recepción, flete, almacenamiento,

mantenimiento y servicios de intendencia.

5.2 COSTOS INDIRECTOS.

Los costos de trabajo indirecto, herramientas y máquinas pueden tener mayor influencia en

la selección de un proceso específico que el material y los costos de trabajo directo.



Una de las características de este tipo de configuración es que el lazo secundario suele ser

muy rápido en comparación con el lazo de control principal. El controlador secundario

puede ser solo de acción proporcional.

Teniendo en cuenta de que no importara que el lazo secundario mantenga una desviación

permanente, ya que, con relación al control de temperatura este error será perfectamente

compensado por la acción integral del controlador principal.

Sin embargo, es posible también incorporar acción integral al controlador secundario pero

es poco usual dotarlo de acción derivativa precisamente por hecho de tratarse de un lazo de

respuesta rápida y cuya medida puede contener ruido que sería amplificado por acción

derivativa.

A continuación se introducirá un bloque de perturbación a nuestro proceso, un cambio de


5.3 IMPACTO ACTUAL.

La ganancia será la variación de temperatura a la salida del horno por cada grado de

variación de temperatura en la entrada.

Esto significa que una pequeña variación de caudal en la entrada repercutiría

aproximadamente en la misma proporción en la temperatura de salida. Esto provoca pérdidas de ingresos, la calidad del producto depende de la fundición, si esta

parte del proceso mejora, la calidad mejora también.

A continuación se mostraran los resultados obtenidos del sistema ante una estrada escalón.

La figura 5.2 muestra las características necesarias para poder observar cómo afecta a

nuestro sistema la perturbación en la variable manipulada.



Figura 5. 2 Perturbaciones en el sistema causan impacto directo en la calidad del producto.

Este es un hecho generalizado ya que en realidad ambos bloques representan el mismo

proceso; tanto el pirómetro y el caudalimetro, cada una con sus variables de entrada

distintos.

La figura 5.3 muestra un sistema de control de caudal en la variable manipulada, la salida

del contenedor de combustible no presenta ningún tipo de control de caudal para el abasto

de cada uno de los procesos que a este están conectados, implantar un control para

mantener las demandas de caudal necesario para toda la plante seria costoso en

comparación de la implementación de un control en cascada solo en el proceso que lo

requiere, ya que el sistema de control de caudal requeriría la adquisición de pocos

elementos para llevar a cabo el objetivo de control.

0 500 1000 1500 2000 25000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4SISTEMA PERTURBADO.

TIEMPO.

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

. Perturbación.



Figura 5. 3 Control en cascada reduce costos, mejora la calidad.

La figura 5.3 muestra la respuesta del sistema con el control en cascada, el caudalimetro

corrige la perturbación antes de que se propague en el sistema.

La diferencia de estas dos estrategias de control nos muestra que un control en lazo cerrado

anidado evita que la perturbación afecte de la misma manera a nuestro sistema en lazo

abierto.

0 500 1000 1500 2000 25000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4SISTEMA CONTROLADA ANTE PERTURBACIÓN.

TIEMPO.

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

NT

RA

DA

.

Perturbación controlada.

México DF.

[CONCLUSIONES.]

CAPITULO 6



6.0 EXPLICACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS.

El control de la producción tiene que establecer medios para una continua evaluación de

ciertos factores: la demanda del cliente, la situación de capital, la capacidad productiva, etc.

Esta evaluación deberá tomar en cuenta no solo el estado actual de estos factores sino que

deberá también proyectarlo hacia el futuro.

Podemos definir el control de producción, como "la toma de decisiones y acciones que son

necesarias para corregir las perturbaciones de un proceso, de modo que se corrijan los

defectos en la producción que están ocasionando mala calidad en el producto".

Una definición más amplia, según el diccionario de términos para el control de la

producción y el inventario, sería:

"Función de dirigir o regular el movimiento metódico de los materiales por todo el ciclo de

fabricación, desde la requisición de materias primas, hasta la entrega del producto

terminado, mediante la transmisión sistemática de instrucciones a los subordinados, según

el plan que se utiliza en las instalaciones del modo más económico".

Para lograr el objetivo, la gerencia debe estar al tanto del desarrollo de los trabajos a

realizar, el tiempo y la cantidad producida; así como modificar los planes establecidos,

respondiendo a situaciones cambiantes.

6.1 INICIO DEL PROCESO.

La calidad de la producción de esmalte para materiales cerámicos, depende de todos las

partes en conjunto de pequeños procesos comenzando por la mezcla y pesado del material

para la fundición, la fundición, el secado, la molienda, el secada del esmalte, el pesado y

almacenado, por mencionar los procesos principales, entre ellos, primordialmente, es la

fundición.

http://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/conce/conce.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/ofertaydemanda/ofertaydemanda.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/sercli/sercli.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/capintel/capintel.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/decis/decis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/acciones/acciones.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos12/diccienc/diccienc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/conin/conin.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos3/gerenylider/gerenylider.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml



6.2PROCESO DE FUNDICIÓN.

Esta parte de todo el proceso que se tiene que llevar a cabo para la elaboración del esmalte,

se detectó que las variaciones de nivel en el contenedor de combustible afectaban en el

caudal necesario para la fundición, esto afectaba a la frita ceramica, haciendo que

contuviera material sin fundición a causa de falta de temperatura, o material oscurecido a

causa de temperaturas demasiado altas.

6.3SIMULACION DEL PROCESO.

Las pruebas en simulación realizadas muestran que el sistema alcanza el cien por ciento de

la respuesta necesaria para la fundición cunado en controlador PID se implementa en el

sistema, en cambio el sistema solo alcanza el cincuenta por ciento de la respuesta cuando

solo está siendo retroalimentado sin ningún algoritmo de control.

6.4PERTURBACIONES.

Los defectos en el producto fundido son a causa de una diferencia de caudal por cantidad de

combustible que es utilizado en toda la planta, este no tiene ningún sistema de control de

ningún tipo.

Como no es constante en caudal necesario para la fundición y siendo diferentes

temperaturas para diferentes fundiciones, un cambio en el caudal afecta directamente la

fundición del esmalte ocasionando defectos en la calidad del producto.

6.5CONTROL EN CASCADA.

Para la corrección de perturbaciones en la variable manipulada, se coloca un medidor de

caudal en la variable manipulada, esto detectada que existe una diferencia de caudal y



mandara la señal al controlador de caudal, esta controlador tiene dos consignas una

principal que proviene del controlador maestro y otra consigna remota que proviene del

controlador esclavo, el controlador esclavo coloca la posición de la válvula en la posición

necesaria para que salga el caudal necesario para cada fundición.

Las diferentes fundiciones tienen requieren de diferente consumo de combustible, esto se

respeta con el control en cascada ya que la consigna principal es la consigna maestra para el

controlador que manipula la variable manipulada.

6.6SIMULACION DE LA RESPUESTA CONTROLADA.

La simulación del sistema ante perturbaciones y la implementación de un control en

cascada hacen que el sistema tenga un control en la fundición cuando existan cambios de


En las gráficas mostradas con anterioridad se muestra la diferencia de los sistemas

controlados con y sin perturbaciones. La calidad del producto se mejora porque se corrigen

los defectos ocasionados por las perturbaciones.



6.7 CONCLUSIONES.

El control ha sido definido bajo dos grandes perspectivas, una perspectiva limitada cuando

el sistema no está sometido a perturbaciones y una perspectiva amplia que es cuando el

control industrial contempla las perturbaciones que físicamente son los responsables de los

defectos en la producción.

Desde la perspectiva limitada, el control se concibe como la verificación posterior de los

resultados conseguidos sin perturbaciones en el seguimiento de los objetivos planteados y

el control de gastos invertido en el proceso realizado por los niveles directivos donde la

estandarización en términos cuantitativos, forma parte central de la acción de control.

Bajo la perspectiva amplia, el control es concebido como una actividad no sólo a nivel

directivo, sino de todos los niveles y miembros de la entidad, orientando a la organización

hacia el cumplimiento de los objetivos propuestos bajo mecanismos de medición

cualitativos y cuantitativos.

Este enfoque hace énfasis en los factores sociales y culturales presentes en el contexto

institucional ya que parte del principio que es el propio comportamiento individual quien

define en última instancia la eficacia de los métodos de control elegidos en la dinámica de

gestión.

Todo esto lleva a pensar que el control es un mecanismo que permite corregir desviaciones

a través de indicadores cualitativos y cuantitativos dentro de un contexto social amplio, a

fin de lograr el cumplimiento de los objetivos claves para el éxito organizacional, es decir,

el control se entiende no como un proceso netamente técnico de seguimiento, sino también

como un proceso informal donde se evalúan factores culturales, organizativos, humanos y

grupales.


México DF.

BIBLIOGRAFIA.

1.- C. SMITH y A. CORRIPIO. "Principles and practice of automatic process control"

Wiley. 1985.

Modelos, simulación y síntesis de controladores especiales para procesos de ingeniería química. Otros

esquemas de control.

2.- G. STEPHANOPOULOS. "Chemical Process Control".

Prentice Hall. 1984.

Modelos y control retroalimentado de procesos de ingeniería química. Contiene otros esquemas de control y

sus aplicaciones en procesos químicos. Control digital.

3.- K. OGATA. "Ingeniería de control moderna".

Prentice Hall. 1997. 3era. Edición.

Análisis y control de sistemas eléctricos, neumáticos, mecánicos, electromecánicos e hidráulicos

retroalimentados. Diseño de compensadores.

Contiene análisis y diseño en espacio de estado. Uso de MatLab.

4.- R. DORF. ―Sistemas modernos de control. Teoría y práctica".

Adisson-Wesley Iberoamericana. 1989.

Análisis y compensación de sistemas eléctricos y mecánicos retroalimentados.

5.- E. O. DOEBELIN. "Control systems principles and design".

Wiley. 1985.

Análisis y compensación de sistemas retroalimentados. Ejemplos hidráulicos, electromecánicos y

aeroespaciales.

Contiene introducción a sistemas discretos y control digital.

6.- D. B. MIRON. "Design of feedback control systems".

HBJ Publishers. 1989.

Análisis y compensación de sistemas retroalimentados. Ejemplos eléctricos y térmicos sencillos.

7.- B. C. KUO. "Automatic control systems".

Prentice Hall. 1995.

Análisis y compensación de sistemas hidroeléctricos y mecánicos retroalimentados. Ejemplos de motores,

control de nivel y control de trayectoria en vehículos aéreos.

Contiene espacio de estado e introducción a sistemas discretos y control digital.

1

ANEXO A.

INICIO.

RECEPCIÓN DE

MATERIA PRIMA.

LISTO

PESADO DE

ESMALTE.

MEZCLADO DE

ESMALTE.

FUNDICIÓN DEL

ESMALTE.

SECADA DE LA

FRITA CERÁMICA.

MOLIENDA DE LA

FRITA CERÁMICA.

LISTO

LISTO

LISTO

SI

NO

SI

SI SI

LISTO

SI

SECADA Y PESADO

DEL PRODUCTO

FINAL.

ALMACENAMIENTO

DEL PRODUCTO

FINAL.

PRUEBA DE

CALIADAD. LISTO

SI

SI

PRUEBA DE

CALIADAD.

NO

LISTO

PRUEBA DE

CALIADAD.

NO

NO

NO

NO

I

APENDICE A.

II

APENDICE B.

III

APENDICE C.

IV

APENDICE D.

hernÁndez carrillo berenice.tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/10525/1/82.pdf · 2017. 12....

Documents