PLC AVANZADOARTCULO 2

PROCESO PRODUCTIVO DE LA LECHE TRATADA TRMICAMENTE

Nicols Junca MartanJohn Fredy MartnezHoosman Andres Monroy

Resumen

El proyecto o producto va a ser desarrollado en esta electiva se enmarca en el desarrollo de un modelo de programacin de un proceso agroindustrial, basado en el estndar IEC 61131.

En este caso se tomar como proceso La ultra pasteurizacin, que es un proceso trmico que se utiliza para reducir en gran medida el nmero de microorganismos presentes en alimentos como la leche o los zumos, cambiando su sabor y sus propiedades nutricionales en mayor o menor medida, dependiendo del alimento.A diferencia de la pasteurizacin tradicional, en la ultra pasteurizacin se aplica ms calor aunque durante un tiempo menor al alimento.Con el mtodo UHT no se consigue una completa esterilizacin (que es la ausencia total de microorganismos y de sus formas de resistencia), se consigue la denominada esterilizacin comercial.

Abstract

The project or product to be developed in this elective is part of the development of a programming model of an agro industrial process, based on the IEC 61131 standard.

In this case is taken as the ultra-pasteurization process, which is a thermal process that is used to greatly reduce the number of microorganisms present in foods such as milk or juice, changing its flavor and nutritional properties to a greater or lesser extent, depending on the food.Unlike traditional pasteurization, ultra pasteurization in more heat for a shorter time if the food is applied.UHT with complete sterilization (which is the total absence of microorganisms and their forms of resistance) is not achieved, the so-called commercial sterilization is achieved.

Palabras claves

Estndar 61131-3, modelo, operacin, estabilidad, conservacin, calidad, proceso de elaboracin de la leche, plc.

Introduccin

En este artculo se dar a conocer los elementos esenciales que se deben tener claros a la hora de llevar a cabo un proceso de tratamiento de la leche, tambin se dar a conocer los lineamientos principales que regirn el desarrollo del proyecto. Para tener un acercamiento al proceso en este artculo se tendrn en cuenta algunos antecedentes de trabajos que se han realizado de tal manera nos puedan servir como gua para el planteamiento y finalmente implementacin de este proyecto. Tambin en este artculo se dar a conocer la dinmica de desarrollo planteada para el proceso, su posible solucin, teniendo en cuenta posibles variaciones en la implementacin del mismo y dando una informacin aproximada de algunos tipos de datos, funciones y dems elementos que nos ayudarn a llevar a cabo y las etapas del proceso que debe realizar para realizarlo con xito

Marco terico

La leche es el primer alimento que recibe el ser humano. Gracias a l puede duplicar su peso en seis meses, ayuda a formar los tejidos y es la mejor fuente de calcio asimilable que existe. A pesar de que su consumo masivo es relativamente reciente, la leche y sus derivados han pasado a ser alimentos fundamentales de nuestra dieta diaria. Los nutrientes y vitaminas que aportan, la inmensa variedad de productos lcteos que existe en el mercado y la capacidad de enriquecerlos y adaptarlo a las necesidades alimentarias de casi la totalidad de la poblacin son sus principales bazas. Pero qu proceso ha de seguir la leche desde que se ordea hasta que se consume? Las nuevas tcnicas han multiplicado sus aportes nutritivos y la capacidad de conservarla durante largos periodos sin alterar sus beneficios ni su sabor. La leche debe ordearse con mtodos modernos e higinicos de succin en los que no haya contacto fsico con ella. Adems de ello, y dependiendo de la aplicacin comercial que vaya a tener la leche, sta puede pasar por una gran cantidad de procesos de depuracin que aseguran su calidad sanitaria. (Tortora, Funke y Case 2007)

RecepcinNormalmente la leche llega hasta la planta de tratamiento en camiones cisterna, en tanques o en cntaras. Estos tanques son de acero inoxidable, aluminio o en algunos casos pueden ser incluso de plstico. La capacidad de los mismos es tambin muy variable. Hay que sealar que durante esta etapa puede detectarse leche que no cumpla con los requisitos de calidad requeridos por lo que puede dar lugar a un rechazo de la leche recibida.

Figura # 1. Recepcin y almacenamiento.

Filtracin/Clarificacin

En esta operacin se generan los llamados lodos de clarificacin. Estos lodos son residuos semipastosos formados por partculas de suciedad, componentes sanguneos, grmenes y por otras sustancias principalmente de tipo proteico. Si son vertidos con el efluente final pueden producir aumentos importantes de la carga contaminante del vertido dando lugar a problemas en el medio receptor. Tambin se producen prdidas de leche que pueden ser arrastradas junto con las aguas residuales hasta el vertido final. (Elliott, Valerie (2007))En la filtracin aparecen como residuo los filtros usados en esta etapa. Tanto en la filtracin como en la clarificacin se produce el consumo de energa elctrica. (Elliott, Valerie (2007)).

Figura # 2. Filtracin/Clarificacin

Desnatado y normalizacin

En el desnatado se produce la separacin de la materia grasa (nata) del resto de componentes de la leche (leche desnatada). Generalmente se realiza empleando centrfugas que separan la nata, con aproximadamente un 40% de grasa, de la leche, con aproximadamente un 0,5% de materia grasa.Posteriormente, se realiza la normalizacin del contenido graso de la leche, que consiste en aadir nata a la leche desnatada en distintas proporciones en funcin de lo que se quiera obtener: lecha entera, semidesnatada o desnatada. La nata sobrante se destina a la elaboracin de otros productos como nata para consumo o mantequilla. Elliott, Valerie (2007)

Figura #3.Desnatado

Tratamiento trmico

El propsito del tratamiento trmico es la destruccin casi completa de los microorganismos que hay contenidos en la leche. Un efecto adicional es la inactivacin en mayor o menor grado de los enzimas lcteos. Por lo general, para la pasteurizacin y esterilizacin se utilizan sistemas de calentamiento indirecto, mientras que para tratamiento UHT pueden emplearse sistemas directos o indirectos. El consumo energtico derivado de esta operacin es elevado, aunque disminuye en funcin del porcentaje de recuperacin de calor. En los sistemas de calentamiento directos se hace pasar la leche por un evaporador a vaco para eliminar el agua aadida durante el tratamiento trmico directo con vapor de agua. El vapor desprendido es condensado, por lo que en caso de verterse se considera como una corriente residual. Elliott, Valerie (2007).

Figura # 4. Tratamiento trmico

Homogenizacin

La homogeneizacin reduce la estabilidad de las protenas frente al calor por lo que cuando se va a exponer la leche a altas temperaturas esta operacin se realiza tras el tratamiento trmico.En los homogeneizadores se hace pasar la leche a elevada presin a travs de estrechas hendiduras cuyas medidas sean menores que las de los glbulos grasos, de esta forma se reduce el dimetro de los glbulos grasos mantenindose stos en suspensin. En esta operacin se produce un consumo de energa elctrica debido al funcionamiento de los equipos de homogeneizacin. Elliott, Valerie (2007).

Figura # 5. Homogeneizacin

Almacenamiento refrigerado La leche, una vez tratada y refrigerada se almacena en tanques hasta su envasado. Este almacenamiento refrigerado permite controlar la calidad de la leche antes de su envasado e independizar esta etapa del proceso de produccin. Elliott, Valerie (2007).

Figura #6. Almacenamiento Refrigerado

EnvasadoEl envasado es la ltima etapa del proceso y consiste en el llenado de los envases con el producto. La condicin indispensable para conseguir la conservacin del producto durante un largo perodo de tiempo es mantener las condiciones aspticas durante el envasado. Elliott, Valerie (2007).

Diagrama de Proceso de leche UHT

Figura # 7. Proceso General

Related Work

Poblete, A. 2000. En su tesis llamada Tratamientos Trmicos UHT en Leche: Efecto del Almacenamiento a Dos Temperaturas en la Actividad Protesica, Grado de protelisis, Color y HMF. Tesis Lic. Ing. Alimentos. Valdivia. Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias. 132p se plantea problema principal que se enfrenta en la produccin de leche evaporada es la coagulacin por calor durante el procesamiento, y la gelificacin durante el almacenamiento.La concentracin por evaporacin trmica reduce marcadamente la estabilidad de la leche.La leche concentrada es generalmente fabricada de acuerdo a ciertos requisitos.En las industrias se especifican la concentracin de slidos totales, nivel de materia grasa, tratamiento trmico y condiciones de procesamiento. Los concentrados lcteos ofrecen economa en los costos de transporte y espacio de almacenamiento, pero deben ser transportados a una temperatura de 4C a 5C y utilizados dentro de 5 das para asegurar su calidad. El transporte en grandes cantidades de leche concentrada desde zonas productoras de leche a plantas procesadora de alimentos ubicadas a grandes distancias y cercanos a los mercados consumidores.

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica Unidad Azcapotzalco, MONITOREO Y REGISTRO DE DATOS DE PROCESO DE PASTEURIZACIN.En los procesos industriales se requiere no slo administrar la mano de obra, la materia prima y la maquinaria de la planta, sino tambin disponer de la informacin necesaria para la toma de decisiones. Contar con informacin es importante la calidad del producto, incrementar al mximo la eficiencia en la produccin, y conservar la inversin de capital realizada en la planta.Es necesario poseer una herramienta que permita visualizar, almacenar y manejar la informacin del proceso industrial en cuestin. Las plantas industriales actuales, exigen la integracin de sistemas de instrumentacin, control, monitoreo y adquisicin de datos de ltima generacin adems de estar actualizados, especialmente en la evolucin de equipamiento de Tecnologa digital.Por esta razn la adquisicin de datos, se hace mediante el proceso de obtener un conjunto de variables fsicas del mundo real, desde recursos de medidas analgicas y digitales, como sensores y dispositivos bajo prueba, convertirlas en tensiones elctricas y digitalizarlas, de manera que se puedan procesar y manipular por medio de un ordenador, PC PAC. (Controlador de automatizacin programable).

El presente proyecto DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN EQUIPO PARA LA PASTEURIZACIN DE LECHE Quito, de Agosto 2013 ha sido implementado en una microempresa de productos lcteos, con el objetivo principal de disminuir el esfuerzo fsico realizado por los trabajadores, para llevar a cabo el proceso de pasteurizacin de leche utilizada en la elaboracin de quesos, pues anteriormente este proceso era completamente manual. Para conseguir este objetivo, se ha automatizado dicho proceso, realizando los Cambios necesarios en la infraestructura fsica de la microempresa e instalando los elementos y actuadores necesarios.

ESTNDAR IEC 61131-8

De acuerdo al estndar IEC 61131-8 se tienen en cuenta una serie de conceptos puntuales, los cuales sern tratados en el desarrollo metodolgico para la implementacin de la norma. Teniendo en cuenta lo anterior se establecen los siguientes conceptos:

Tipos de datos, es el tipo de informacin que se est utilizando y evita errores de mezcla entre datos, por ejemplo multiplicar un entero por un real.Variables, hace referencia a los datos que pueden cambiar su estado, por ejemplo las entradas y salidas. Configuracin, es el elemento de software requerido para solucionar un problema de control particular.Recurso, se puede definir como un procesador capaz de ejecutar programas IEC.Tarea, controlan la ejecucin de un conjunto de programas y/o bloques de funcin.Unidades de organizacin de programas, son los programas, bloques funcionales y funciones.

PROPUESTA METODOLGICA PARA LA IMPLEMENTACIN DE LA ESTNDAR IEC 61131-3

Para llevar a cabo la emulacin del proceso de la leche, se debe plantear una metodologa de trabajo la cual se ha dividido etapas, en la que en cada una de ellas se irn realizando tareas que ayuden al cumplimiento del objetivo general.

ETAPA 1Consiste en llevar a cabo un trabajo de investigacin, el cual consistir en la bsqueda de informacin referente a la temtica en cuestin, dicha informacin servir a la hora de realizar la programacin de los controladores bajo la estndar 61131-1, adems la informacin obtenida sobre las etapas que componen este proceso ser utilizada para la elaboracin del programa de cada estacin y a su vez la interfaz que se debe observar en la panel view.

ETAPA 2Posterior a la fase de investigacin y una vez adquirido el conocimiento acerca de las etapas que componen la fabricacin de leche, se procede a la elaboracin de la lgica que deber tener cada una de las estaciones que componen, esto se realizara por medio del uso de diagramas grafcet.ETAPA 3Se dejar determinado que variables o seales de sensores harn que las etapas se ejecuten en el momento requerido. En esta fase del proyecto, tambin se considera ir realizando de manera paralela la interfaz para cada una de las estaciones que comprendern el proceso de fabricacin final.

ETAPA 4el siguiente paso es normalizar estos programas, teniendo en cuenta los parmetros que propone el estndar 61131-1, la cual rige que la programacin del main principal debe ser auxiliada con el uso de bloques de funcin y de tareas por eventos.ETAPA 5Se lleva a cabo la comunicacin entre las estaciones del proceso, la cual se llevara cabo mediante la implementacin de bloques de comunicacin en cada uno de los programas, teniendo siempre en cuenta la variable que har que funcione cada una de las estaciones.

ETAPA 6Se realiza las pruebas tanto de funcionamiento del proceso para detectar los posibles errores de ltimo momento que pueda presentar el sistema.

ETAPA 7Tambin se llevaran a cabo las pruebas y la verificacin de la produccin que alcanza el proceso emulado.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA A continuacin se describe los procesos que cada PLC manejara

PLC1PLC2PLC3PLC4PLC5

RECEPCION FILTRACIONDESNATADOTRATAMIENTO TERMICOALMACENAMIENTO

Normalmente la leche llega hasta la planta de tratamiento en camiones cisterna, en tanques o en cntaras.Se puede realizar una filtracin para eliminar las partculas ms groserasse produce la separacin de la materia grasa (nata) del resto de componentes de la leche (leche desnatada)Es la destruccin casi completa de los microorganismos que hay contenidos en la leche.permite controlar la calidad de la leche antes de su envasado e independizar esta etapa del proceso de produccin

ALMACENAMIENTOCLARIFICACIONNORMALIZACIONHOMOGENIZACIONENVASADO

La leche se almacena en condiciones refrigeradas hasta la entrada en lnea, as se garantiza la leche hasta su tratamientoLuego se clarifica la leche (se eliminan partculas orgnicas e inorgnicas y los aglomerados de protenas)Que consiste en aadir nata a la leche desnatada en distintas proporciones en funcin de lo que se quiera obtener: lecha entera, semidesnatada o desnatada.Reduce la estabilidad de las protenas frente al calor por lo que cuando se va a exponer la leche a altas temperaturas esta operacin se realiza tras el tratamiento trmico.El envasado es la ltima etapa del proceso y consiste en el llenado de los envases con el producto.

GRAFCET DEL PROCESOSe utilizara una metodologa por etapas por la cual se manejaran vario grafcet lso cuales debern ser llamados para la realizacin de cada una de las etapas como lo muestra el grafico que se propuso:Por lo cual tendremos un grafcet inical el cual ser:

PROGRAMACION

ADDON

COMUNICACIN Y VISUALIZACION

Se llevara a cabo la comunicacin entre las estaciones del proceso, por medio de Tags productoras y consumidoras, Los cuales simplemente se configuran de forma que no es necesario la intervencin de instrucciones de programacin para su difusin: lo que escribamos en un tag productor de un controlador se ver reflejado en los tags consumidores del controlador o controladores consumidores.

Cuando configuramos tags productores o consumidores son conexiones punto a punto entre un controlador productor y un controlador consumidor.

La conexin entre los diferentes Plc se har por medio de la topologa tipo estrella

SUPERVISION

Para esta parte se tendr un HDMI general y otros anexos para cada una de las PanelView

VALIDACIN.

Todo el proyecto se realizara en programacin tipo ladder, utilizando Add-on y programacin de tareas por eventos.

CONCLUSIONES

Siempre que se habla de control de procesos industriales, los PLC son los dispositivos ms adecuados para el desarrollo de sistemas de este tipo, incluyendo la automatizacin en la industria, donde el uso de un PLC facilita la automatizacin del proceso por las altas prestaciones que brinda en cuanto a comunicaciones y flexibilidad.

De acuerdo a los conocimientos del control, comunicaciones, y redes industriales se lleg a una solucin de automatizacin debidamente simulada y probada que puede aplicarse a las industrias. Como conclusin para el proyecto implementado se puede decir que los sistemas automatizados, hoy en da, tienen una funcin muy importante, como es el facilitar el trabajo al hombre, aumentar la Produccin, as como la calidad de la misma, adems mejora las condiciones de trabajo aumentando la seguridad para los operadores, etc. En el proyecto estos beneficios se traducen principalmente a manera que el operador no tiene que aplicar su fuerza para realizar su trabajo, y por consiguiente, su rendimiento se prolonga

La emulacin del sistema por estaciones de proceso enlazadas entre s mediante un sistema de transporte de producto, y a su vez comunicadas a una estacin central, permite que el sistema tenga un control centralizado maximizando la produccin y haciendo que lneas y procesos de produccin sean flexibles. Adems este modelo muestra que hay una facilidad para introducir cambios en el diseo del producto ya que el sistema est dividido por estaciones, lo cual permite cambiar el diseo tan solo modificando el sistema del moldeo de la estacin de formado de pan. Por tal motivo este modelo es flexible en el diseo. La utilizacin del estndar genera grandes beneficios tanto para el programador como para el usuario, dentro de ellos llevar un mejor control del proceso, adems de que posee la posibilidad de la integracin de sistemas y tal vez el ms importante, la facilidad de mantenimiento, ya que si se trabaja bajo el estndar se minimizan las restricciones del programador.BIBLIOGRAFA

J. Webb y R. Reis, "Programmable Logic Controllers: Principles and Applications", 4th. edition, Prentice Hall, ISBN 0-13-679408-4, 1999 S. Brian Morriss, "Programmable Logic Controllers", Prentice Hall, ISBN 0-13-095565-5, 2000 ABB, "40 & 50 Series, Technical Manual"

ABB, "AC31GRAF Programming Software, Software Manual", 1997

ABB, "ABB Procontic CS31", Edition 11.95 Andy Swales, Schneider Electric, "Open MODBUS/TCP Specification", Release 1.0, 29 March 1999 [8] Santos (2004), GESTION Y CONTROL DE LA PRODUCCION

CIBERGRAFIA

http://proyectplc-implementaciondeplc.blogspot.com/2008/08/conclusiones.html

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2438/10/T-ESPE-019560-7.pdf