LINEAMIENTOS DEL PROYECTO DE INSTRUMENTACIN ELECTRNICA UNIVERSIDAD SANTIAGO MARIO

1) El proyecto ser entregado en pareja los das 22 y 24 de julio de la siguiente manera:

Lunes 22 de julio

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Miguel Abreu Adriana Lugo Daimely Guerra Ana Rodriguez Roger Coronado Carlos Villalba Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Luis Hernandez Sabaleta Willians Yosimar Leon Yian Alonzo Manuel Barroso Arteaga

Miercoles 24 de julio Grupo 7 Grupo 2 Grupo 3 Emily Castillo Aixa Bolivar Edward Torrealba Indira Guerrero Jose Ferrer Santiago de los Rios

La pareja se compromete con el profesor de entregar el proyecto en las fechas arriba sealadas de

lo contrario no ser evaluado.

2) El proyecto ser evaluado de la siguiente manera:

a) 15 % correspondiente a la entrega del proyecto con las siguientes partes:

Informe 3%: Introduccin, Desarrollo, Conclusin y Bibliografa, Donde el desarrollo estar la

impresin detallada de todas las partes que contempla la simulacin del proyecto asi como los

datasheet de los instrumentos utilizados

Simulacin 12%: Se puede traer en un pen drive si la pareja utiliza los programas: Zelio Logic y

Circuit Maker para realizar la simulacin, de lo contrario la pareja llevara una pc que tenga

instalados los programas que se utilizaron.

NOTA: los programas que se utilicen para el proyecto tiene que traer la opcin de poder simularlo,

de lo contrario no ser aceptado y si la simulacin no corresponde con el proyecto sealado o no

se realiza correctamente se perder el 7 % de evaluacin.

b) 10 % correspondiente a la confrontacin del proyecto, evaluado de la siguiente forma:

Preguntas 10%: El profesor le realizara una serie de preguntas relacionadas con la realizacin del

proyecto a cada integrante de cada grupo, la cual el alumno tiene que responder correctamente

de lo contrario el profesor tomar la medida de anular el 7% a dicho alumno, ya que no participo

en dicho proyecto. La nota correspondiente a este 7% ser individual.

Defensa 5%: El integrante de cada grupo tendr la opcin de defender el proyecto, convenciendo

al profesor de que efectivamente particip en su realizacin, esta defensa ser espontanea y clara

para que no quede ninguna duda que el alumno ayudo en la realizacin del mismo.

PROYECTO

AUTOMATIZACIN PARA EL AUTOCLAVE CASTLE A TRAVS DE UN CONTROL LGICO

PROGRAMABLE (PLC) EN LA EMPRESA C.A. LABORATORIOS ASOCIADOS

DESCRIPCIN DETALLADA DEL PROYECTO

Introduccin

Esterilizacin por Calor Hmedo.

La esterilizacin es el proceso de destruccin de los microorganismos, sean cuales sean sus

caractersticas, siendo lo mismo que sean patgenos o no, que estn sobre el material o dentro de l.

La esterilizacin por calor hmedo se realiza en una mquina esterilizadora (autoclave), mediante vapor

saturado a presin. El autoclave es en su forma ms bsica un aparato provisto de una llave y manmetro

para regular la presin y la temperatura.

Autoclave.

Autoclave es una mquina destinada a la esterilizacin de materiales. La mquina utiliza una combinacin

de vapor y presin para conseguir eliminar todas las bacterias que se puedan encontrar dentro de la cmara

de la mquina.

Teora de Funcionamiento de un autoclave.

Una autoclave es una olla a presin grande; funciona usando vapor a presin para realizar la

esterilizacin. Las altas presiones permiten al vapor alcanzar altas temperaturas, esto incrementa su

potencia para matar las bacterias. La mayor parte de la potencia calentadora procede calor latente de

vaporizacin. Esto es la cantidad de calor requerido para convertir el agua hirviendo en vapor. Esta cantidad

de calor es grande comparada con la requerida para hacer agua caliente. Por ejemplo, se necesita 80

caloras para hacer hervir un litro, pero en cambio se necesitan 540 caloras para convertir aquella agua

hirviendo en vapor.

Por lo tanto, el vapor en 100C tiene casi siete veces ms calor que el agua hirviendo. El vapor es capaz de

penetrar objetos con temperaturas mas bajas porque una vez que el vapor se pone en contacto con una

superficie con una temperatura mas baja, el vapor inmediatamente se condensa en agua, produciendo un

fenmeno concomitante de disminucin de pliegue de 1,870 en el volumen de vapor. Esto crea la presin

negativa en el punto de condensacin y deja ms vapor al rea. Las condensaciones siguen mientras que la

temperatura de la superficie en donde se condensa es menos que la temperatura del vapor; una vez las

temperaturas se equilibran, se forma un ambiente de vapor saturado.

Alcanzar un alto contenido de humedad en el ambiente. La habilidad del aire para llevar calor est

relacionada directamente con la cantidad de humedad presente en el aire.

Temperatura y tiempo de esterilizacin.

Del tiempo, temperatura y presin usados en la esterilizacin, depende el xito del proceso.

Generalmente los datos presin y temperatura son fijados, y el nico factor que se vara es el tiempo. Los

materiales necesitan diferentes tiempos de esterilizacin dependiendo de su textura, porosidad, y otras

caractersticas propias de cada material. Algunos materiales como el hule, necesitan poco tiempo, mientras

otros como el metal quirrgico necesitan ms. Los siguientes datos han sido tomados para una temperatura de

esterilizacin de 250F (121C) a 15-20 PSI.

Relacin presin - temperatura a vapor saturado.

El proceso de esterilizacin por calor hmedo implica la utilizacin de una atmsfera libre de aire y llena

de vapor saturado, lo que genera una relacin directa entre la temperatura y la presin, esto es una ventaja

importante que posee el proceso para as comprobar a travs de medidores de temperatura y presin, qu

tan puro es el vapor en el interior del autoclave, propiedad que puede ser de gran ayuda a la hora de

verificar el nivel de purga de aire que posee el sistema, as como detectar algn problema en la calidad del

vapor de agua saturado.

Caractersticas del vapor de agua saturado.

Si las caractersticas del vapor no son ptimas, disminuye la eficiencia en la transferencia del calor y por

lo tanto falla el proceso de esterilizacin. La pureza del vapor, la saturacin y la disponibilidad del vapor son

importantes variables del proceso. Otras impurezas que puede contener el vapor incluyen xido y sarro

producido por la dureza del agua entre otros. Existen opiniones diversas si stas influyen en forma

significativa en el resultado de la esterilizacin. Se sabe que algunas impurezas pueden oxidar los

instrumentos del equipo.

Pureza del vapor.

En algunos casos se encuentran gases en el vapor puro que pueden condensarse y estar compuestos por

dixido de carbono, nitrgeno, oxgeno o en combinacin formando aire. Desde el punto de vista de la

esterilizacin, estos gases y el aire representan un problema de impureza importante.

Otro aspecto importante en la pureza del vapor, es la calidad del vapor o saturacin. Esto se refiere a la

cantidad de humedad en el vapor. La calidad del vapores medida en trminos de presencia de agua como

mezcla sobresaturada versus el vapor seco o sobrecalentado.

Suministro de vapor

Las variaciones en la presin de vapor pueden afectar el tiempo que demora la cmara en alcanzar una

temperatura uniforme. Las variaciones de la presin pueden deberse a filtros tapados, deficiencia en el

diseo de las lneas o excesiva demanda de vapor. Pueden presentarse problemas cuando empieza el clima

fro y el vapor se ocupa para otras funciones.

Calentamiento de la mquina esterilizadora

Como ya se mencion, la esterilizacin de un producto a travs del mtodo por calor hmedo requiere

mantener una temperatura constante por un tiempo determinado a una presin adecuada. Antes de

llevarse a cabo esa etapa se requiere llegar a dicha temperatura, para la cual se pueden aplicar diferentes

acciones de calentamiento como son los siguientes.

PROBLEMA

En la actualidad la empresa C.A. Laboratorios Asociados necesita la incorporacin de un autoclave para el rea de aseguramiento de la calidad biolgica, haciendo que la empresa se decidiera a emprender el auge de la automatizacin, para as automatizar autoclaves que no estn en funcionamiento como lo es el autoclave Castle, para no verse en la obligacin de adquirir un autoclave en el mercado; ya que la empresa no cuenta con los recursos econmicos necesarios para ello.

De ello se desprende la necesidad de invertir, desarrollar y mantener sus procesos mediante el uso de las ltimas tecnologas que le puedan garantizar un importante margen competitivo no solo a nivel nacional donde en efecto es lder, sino tambin a nivel internacional.

La automatizacin del autoclave Castle, permitira adems de procesos de esterilizado altamente eficaces con lo cual se disminuiran casi totalmente los riesgos de contaminacin y las prdidas econmicas que para la empresa ello conllevara, sino permitira al personal operario de dicho equipo un mnimo margen de error en cuanto al manejo, sino que la adecuada planificacin en el rea de trabajo permitira un mayor rendimiento del personal pues dependiendo de la demanda de material a esterilizar es decir menos de 16 esterilizaciones por da, luego dicho personal podr llevar a cabo otras actividades generndose con ello una ganancia importante en la mano de obra que hagan posible la motorizacin de las diversas reas de aseguramiento de la calidad biolgica en la que se instalar el autoclave Castle .

PARTES DE UN AUTOCLAVE

1. Vlvula de seguridad

2. Manmetro de la cmara

3. Manmetro de la precmara

4. Empaque de compuerta

5. Compuerta

6. Cmara

7. Precmara (chaqueta)

8. Termmetro

9. Vlvula reguladora de presin

10. Trampa de vapor.

Procedimientos para poner en funcionamiento el Autoclave Castle.

2) Abra la puerta y acomode los materiales a esterilizar en la cmara.

3) Cierre la puerta y gire el volante hasta que los rayos se desplacen a su posicin final, asegrese

de que quede bien cerrada.

4) Haga pasar vapor a la cmara, abriendo la vlvula B, el tiempo de esterilizacin se comenzar

a contar hasta que el manmetro de la cmara (CHAMBER) marque la presin de 21 PSI y el

termmetro llegue a una temperatura de 121C. Mantener esta condicin durante el tiempo que dure

la esterilizacin.

5) Al terminar el tiempo de esterilizacin, se procede a expulsar el vapor de la cmara,

dependiendo del tipo de carga, que se tenga, as:

La evacuacin del vapor ser rpida, abriendo la vlvula C hasta que el manmetro de la

cmara indique cero de presin.

Listado de requerimientos tcnicos y operativos

Para automatizar el autoclave Castle se requiere lo siguiente:

a) Actuadores que se controlen de forma automtica comandadas por medio de un

controlador lgico programable, de tal forma que la presin que se desea alcanzar dentro de la

cmara tenga el menor error para evitar la apertura de las vlvulas de escape de aire, para asi

eliminar las vlvulas manuales que se utilizan en el proceso.

b) Un tablero donde el controlador debe de tener un revestimiento apantallado que evite

susceptibilidad al ruido, adems de estar hermticamente cerrado para que el polvo de los

qumicos utilizados en la fbrica no ingrese al tablero.

c) Un controlador Lgico Programable (PLC), que tenga a su disposicin 6 entradas y 8 salidas

de rel.

d) Un software que nos permita la comunicacin con el PLC.

Posterior a conversaciones con el rea del aseguramiento de la calidad biolgica, se obtuvieron

los siguientes requerimientos en cuanto a funcionalidad y operacin del sistema:

Capacidad de seleccionar una lista de recetas, para facilitar el proceso de esterilizacin de

diferentes productos; con los puntos de consignas y tiempo de esterilizacin suministrados por el

rea donde se va a colocar el autoclave automatizado..

Capacidades bsicas visuales para representar el estado actual del sistema.

Visualizacin en tiempo real de los principales parmetros del proceso en la pantalla del sistema.

Obligatoriamente temperatura y presin en tiempo real.

Capacidad de enfriamiento con alta presin para disminuir los tiempos de la etapa de

enfriamiento.

Utilizacin de accionamiento dual de botones y pulsadores, es decir, los principales botones a

utilizarse en el PLC, deben ser replicados en pulsadores, los cuales van a ser ubicados en el tablero.

Selector con llave, para evitar que los operadores desactiven un estado crtico en el sistema, sin

que el supervisor de rea tome las acciones correspondientes.

Equipos, instrumentos y sensores

La seleccin de marca y modelo de los equipos, instrumentos y sensores a cargo de la

empresa, corrern bajo su responsabilidad en cuanto a calidad y funcionamiento adecuado en su

tarea especfica, de aqu la necesidad de explicar detalladamente la funcin de los equipos,

instrumentos y sensores exigidos para la automatizacin; para posteriormente recibir de la

empresa las especificaciones de los equipos, instrumentos y sensores que all se encuentran para

su posterior acople con el sistema de control.

Los equipos, instrumentos y sensores requeridos para la automatizacin de una (1) mquina

esterilizadora, en concordancia con las peticiones adicionales, son las siguientes:

Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de vapor tanto como para la chaqueta como para

la cmara.

Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de aire.

Vlvula ON/OFF, para el control del drenaje.

Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de agua.

Sensor de temperatura, para el control y visualizacin de ste parmetro.

El error de lectura de ste sensor depende exclusivamente de los parmetros Exigidos por el

departamento de calidad y de produccin de la empresa.

Sensor de presin, para el control y visualizacin de ste parmetro. El error de lectura de ste

sensor depende exclusivamente de los parmetros exigidos por el departamento de calidad y de

produccin de la empresa.

Sensor de posicin, de tipo ON/OFF para detectar si la puerta de la autoclave se encuentra

cerrada.

Tres (6) luces piloto, para la indicacin visual del estado del autoclave.

Dos (2) pulsadores, para el manejo del sistema.

Un (1) selector con llave. Para evitar que los operadores desactiven un estado de parada de

emergencia sin autorizacin del supervisor del rea.

Un (1) selector para el encendido y apagado del tablero de control.

Se seguir el siguiente diseo

A) Etapa de Purga del Autoclave Castle.

Esta etapa se busco cumplir con dos funciones fundamentales la cuales son la limpieza total de

la cmara del autoclave y la realizacin de un vacio mnimo necesario para dar comienzo al

proceso de esterilizacin, esto es para que el sistema trabajar durante la etapa de esterilizacin a

una presin correcta y adems se busco una correcta evacuacin del agua que pudiera haber

quedado como condensado de un proceso previo de esterilizacin.

Para cumplir con el proceso de limpieza era necesario cumplir con la deteccin del tiempo

mnimo necesario para la extraccin de los niveles requeridos de aire, con el fin de lograr en el

mnimo tiempo requerido la limpieza total de la cmara del autoclave. Como el autoclave debe

estar seco para el proceso de esterilizacin, es decir, sin contener agua de condensado, adems se

conto con una bomba de vaco, para poder realizar el vacio mnimo correspondiente a esta etapa y

dejar la cmara del autoclave completamente seca para comenzar el proceso de esterilizado.

B) Etapa de levantamiento de temperatura y presin.

Posterior a la etapa de purga la temperatura y presin son los parmetros que se deben

controlar en el proceso de esterilizacin, ya que se debe tener una temperatura y presin de 121

grados Celsius y 15, 1 PSI respectivamente para dar inicio al proceso de esterilizacin, pero como

durante el levantamiento de temperatura, en condiciones normales, la presin no debera exceder

valores no deseados o peligrosos, por lo tanto no se requiere su control, pero s su supervisin,

porque de existir aire dentro del equipo, fallas en la pureza del vapor u otros problemas, la presin

podra elevarse a niveles peligrosos siendo necesario activar automticamente la parada de

emergencia.

C) Etapa de esterilizacin

Durante esta etapa la temperatura lograda en el levantamiento se debe mantener en 121

grados Celsius a travs de un control ON/OFF de la vlvula que da paso a la entrada de vapor a la

cmara del autoclave por el tiempo configurado en la receta seleccionada. La presin en sta fase

es de gran inters, debido a que alejarse de la relacin presin vs temperatura a vapor de agua

saturado sera peligroso para la eficiencia del proceso.

Adicionalmente, se tiene que el parmetro de temperatura debi ser supervisado, debido a

que el mismo no puede descender ms all de un rango de seguridad, establecido por la empresa

en +/- 2 C, ya que de ocurrir esto, la esterilizacin no es confiable y se considera fallida; por lo

tanto, se debe indicar cuando esto ocurra, para que as el operador pueda reiniciar el proceso o

tomar las acciones requeridas.

D) Etapa de Enfriamiento

Despus del proceso de esterilizacin se da inicio a la etapa de enfriamiento la cual se logra por

medio de la entrada de aire puro a la cmara de la autoclave, el tiempo para la entrada de aire se

determino por medio de la temperatura, y debi ser de 13 minutos ya que para que se culmine el

tiempo de enfriamiento no debe haber una temperatura mayor a 45 grados Celsius.

Al lograr la temperatura final del enfriamiento, la vlvula de aire se cierra, y se enciende la

bomba de vacio para dar paso al vacio total del autoclave.

E) Final del proceso.

Al finalizar el enfriamiento se indica que la esterilizacin finaliz y que se puede dar apertura a

la compuerta.

A continuacin se muestra un diagrama de flujo del proceso de esterilizacin incluyendo sus

etapas:

3.4.1. Lista de entradas y Salidas del Controlador Lgico Programable Zelio Logic SR2B20IBD.

A continuacin se presenta una tabla de la lista de entras y salidas del controlador lgico

programable con la tecnologa seleccionada:

Tabla 8. Lista de Entradas Del PLC.

Tabla 9. Lista de Salidas Del PLC.

ENTRADAS

DIGITALES ANALGICAS

I2 Sensor de

Puerta

IB Transmisor de Presin de Chaqueta, Marca Setra Model

256 de 0-17 bar.

I3 Pulsador Stop IC Transmisor de Presin de Cmara Setra Model 256 de 0-17

bar.

I5 Pulsador Start ID Sensor de Temperatura PT100.

SALIDAS DE REL

Q1 Bomba de Vacio (Contactor). Q5 Luz Indicadora de Esterilizacin

Q2 Vlvula de Drenaje de Cmara, Marca Magnatrol ON/OFF.

Q6 Luz Indicadora de Enfriamiento

Q3 Vlvula de Aire, Marca Magna trol ON/OFF.

Q7 Luz Indicadora de Estril

Q4 Luz Indicadora de Calentamiento Q8 Vlvula Solenoide para la Entrada de

Vapor de Cmara, Marca Magnatrol

ON/OFF.

QUE SE BUSCA

1) El PT100 que es el que va a indicar que temperatura tenemos en la cmara, como se sabe

es resistivo, se requiere que el instrumentista realice un diseo para convertir esa

variacin de impedancia a una variacin de voltaje de 0 a 10v que sea lineal con la

temperatura, que se maneje temperaturas de 0 a 140C ya que se esteriliza a 121C, es

decir en 0 v hay 0C y 10 V hay 140C. ya que la entrada analgica del PlC es de 0 a 10v.

Ese diseo va ser simulado en cualquier simulador electrnico como circuit Maker.

2) El transductor de presin de la cmara tiene un trasmisor de corriente de 4- 20mA, se

requiere que el instrumentista haga un diseo que convierta esa variacin de corriente a

una variacin de voltaje de 0 a 10v. que sea lineal. Ese diseo va ser simulado en cualquier

simulador electrnico como circuit Maker.

3) Se requiere un ingeniero de control para programar el PLC Zelio logic de la siguiente

manera:

a) el proceso no va a correr si la puerta no esta cerrada.

b) Si la puerta esta cerrada que el operador presione el botn Star.

c) Al presionarlo que haga un vacio en la cmara para eliminar cualquier residuo y agua que

haya quedado, para ello se va activar la vlvula de aire por 15 segundos, despus de

transcurrido el tiempo se activa la vlvula de drenaje de cmara y la bomba de vacio por

30 segundos.

d) Al pasar el tiempo que comience el ciclo de esterilizacin se activa solamente la vlvula de

vapor de cmara, hasta que la temperatura haya alcanzado los 121C y el transductor de

presin indique que hay 15 psi, y se active la salida de luz de calentamiento en la cmara

se tiene que mantener fija esa temperatura por un lapso de 3 minutos que es el ciclo de

esterilizacin, es decir que si pasa de 121C que no entre mas vapor y si baja que se active

la vlvula. Adems en este paso que se active la salida de la luz indicadora de

esterilizando.

e) Viene la etapa de enfriamiento por la que se va activar solamente la bomba de vacio la

vlvula de drenaje y aire por un tiempo de 15 minutos. Y se active la salida de luz de

enfriamiento

f) Al terminar el tiempo anterior se desactiva todas las vlvulas y se activa la salida producto

estril indicando por medio de una luz.