UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL REGISTRO DE LAS TEMPERATURAS DE TRABAJO DE LOS INCINERADORES DE VAPOR DE LA C.A. CIGARRERA BIGOTT SUCS – PLANTA CARACAS

Por: Andrés Guillermo Varga Sampedro, Carnet 03-36581

Sartenejas, Marzo de 2009

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL REGISTRO DE LAS TEMPERATURAS DE TRABAJO DE LOS INCINERADORES DE VAPOR DE LA C.A. CIGARRERA BIGOTT SUCS – PLANTA CARACAS

Por: Andrés Guillermo Varga Sampedro, Carnet 03-36581

Realizado con la Asesoría de: Ing. Lorena Zambrano (Tutor Académico) Ing. Nixon Mendoza (Tutor Industrial)

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico

Sartenejas, Marzo de 2009

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL REGISTRO DE LAS TEMPERATURAS DE TRABAJO DE LOS INCINERADORES DE VAPOR DE LA C.A. CIGARRERA BIGOTT SUCS – PLANTA CARACAS INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL, PRESENTADO POR: Andrés Guillermo Varga Sampedro, Carnet 03-36581

REALIZADO CON LA ASESORÍA DE: Ing. Lorena Zambrano (Tutor Académico) Ing. Nixon Mendoza (Tutor Industrial)

RESUMEN El presente informe de pasantía, describe el proceso de automatización del equipo registrador de temperaturas de los incineradores de vapor en Cigarrera Bigott C.A., con la finalidad de incrementar la eficiencia de su control y facilitar la supervisión del equipo a través del análisis y sustitución del equipo actual. Adicionalmente se desarrolló una herramienta de registro digital en un programa de uso común. Con esta herramienta podemos exportar los datos desde el proceso y tomar los datos de interés, así como la representación gráfica de su comportamiento temporal para la creación del registro. Éste será visible a través de la red presente en la compañía para poder su apreciación desde cualquier unidad de trabajo.

PALABRAS CLAVES Oxidador Térmico, termocuplas, controlador de temperatura.

Aprobado con mención:_______ Postulado para el premio:_______

Sartenejas, Marzo de 2009 iv

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN.…………………………………………………………………………………………….……………………...iv ÍNDICE GENERAL………………………………………………………………….………………………….....v ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………………………………..…..vii ÍNDICE DE TABLAS……………………………………………………………………………………………..ix TABLA DE ABREVIATURAS…………………………………………………………………………………...x INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................... 1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA .......................................................................................................................... 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................................................ 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................................ 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................................................... 3 CIGARRERA BIGOTT .......................................................................................................................................... 4 1.1. HISTORIA ...................................................................................................................................................... 4 1.2. MISIÓN ......................................................................................................................................................... 6 1.3. VISIÓN .......................................................................................................................................................... 6 1.4. ESTRUCTURA ORGANIZATIVA ....................................................................................................................... 6 1.5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN. .............................................................................................. 9 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................................................................ 15 2.1. OXIDADOR TÉRMICO .................................................................................................................................. 15 2.2. REGISTRADOR DE TEMPERATURA. GRABADOR GRÁFICO MODELO 392 DE EUROTHERM. ............................ 18 2.3. OXIDADOR #1. QUEMADOR DE 14MM BTU/H ........................................................................................... 20 2.4. MÓDULO DE RELÉ SERIE 7800 DE HONEYWELL .......................................................................................... 22 2.5. ACTUADOR “HONEYWELL MODUTROL IV MOTOR” ................................................................................... 25 2.6. TERMOCUPLAS............................................................................................................................................ 26 2.7. OXIDADOR #2. QUEMADOR DE 9MM BTU/H ............................................................................................. 29 2.8. ACTUADOR ECLIPSE DUNGS EMP-424-3 ................................................................................................... 31 PROPUESTAS DE AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO REGISTRADOR DE TEMPERATURAS............... 33 3.1. EQUIPO 6100A PAPERLESS GRAPHIC RECORDER DE EUROTHERM CHESSELL .............................................. 34 3.2. VR06 Y VR18 PAPERLESS RECORDER DE BRAINCHILD ELECTRONICS. ....................................................... 37 3.3. SISTEMA DE CONTROLADORES DIGITALES BTC-9100 DE BRAINCHILD ELECTRONICS ............................... 39 3.4. SISTEMA DE CONTROLADORES DIGITALES 900-TC DE ROCKWELL AUTOMATION ...................................... 42 3.5. SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE NATIONAL INSTRUMENTS Y UN CONTROLADOR DE TEMPERATURA. ............. 45 3.6. IMPORTADORES Y DISTRIBUIDORES OFICIALES DE PROPUESTAS FACTIBLES ................................................ 48 3.7. COMPARACIÓN DE PROPUESTAS FACTIBLES ................................................................................................ 49

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PROCESO DE INSTALACIÓN Y DESARROLLO DEL SISTEMA DE NATIONAL INSTRUMENTS Y UN CONTROLADOR DE TEMPERATURA ............................................................................................................ 52 4.1. CABLEADO DE ETHERNET ........................................................................................................................... 52 4.2. PROTECCIÓN ............................................................................................................................................... 52 4.3. ELÉCTRICA ................................................................................................................................................. 53 4.4. DESARROLLO DE LA APLICACIÓN REGISTRADORA DE TEMPERATURAS EN LABVIEW SIGNAL EXPRESS Y MICROSOFT EXCEL. ........................................................................................................................................... 55 4.4.1 LabView Signal Express...................................................................................................................... 55 4.4.2. Microsoft Excel .................................................................................................................................. 57 RESULTADOS ..................................................................................................................................................... 60 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................................... 65 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................................. 66 APÉNDICES ......................................................................................................................................................... 68

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1: Estructura Organizativa de Cigarrera Bigott

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Figura 1.2: Lámina y Vena de una Hoja de Tabaco

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Figura 1.3: Proceso de Preparación del Tabaco

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Figura 1.4: Proceso de Elaboración y Empaque de Cigarrillos

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Figura 2.1: Quemador Eclipse Serie IC

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Figura 2.2: Intercambiador de Calor

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Figura 2.3: Línea de Gas de ambos Oxidadores Térmicos

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Figura 2.4: Vista Frontal del Registrador de Temperatura

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Figura 2.5: Plano de Conexiones del Registrador de Temperatura

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Figura 2.6: Flujo de gases a través del oxidador #1

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Figura 2.7: Plano eléctrico del oxidador #1

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Figura 2.8: Cableado del modulo de Relé

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Figura 2.9: Parte del Plano eléctrico del módulo de relé.

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Figura 2.10: Actuador Honeywell Modutrol

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Figura 2.11: Ángulos de operación de Actuador Honeywell Modutrol

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Figura 2.12: Termocupla de tipo J

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Figura 2.13: Ley de Materiales Intermedios en Termocuplas

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Figura 2.14: Flujo de gases a través del oxidador #2

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Figura 2.15: Plano eléctrico del oxidador #2

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Figura 2.16: Actuador Eclipse-Dungs

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Figura 3.1: Vista frontal y trasera del 6100A

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Figura 3.2: Plano de conexiones del 6100A

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Figura 3.3: Dimensiones de equipo e instalación mecánica del 6100A

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Figura 3.4: Vista frontal y trasera del VR06 y VR18

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Figura 3.5: Plano conexiones de VR06 y VR18

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Figura 3.6: Dimensiones físicas del VR06 y VR18

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Figura 3.7: Controlador BTC-9100 y plano de conexiones

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Figura 3.8: Red RS-485 tipo bus de 2 cables multi-caída

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Figura 3.9: Sistema completo de controladores BTC-9100

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Figura 3.10: PC-E convertidor RS485-Ethernet

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Figura 3.11: Sistema completo de controladores 900-TC16

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Figura 3.12: Plano eléctrico del controlador 900-TC16

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Figura 3.13: Lazo simple de control

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Figura 3.14: Módulo NI- USB9211A

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Figura 3.15: Interfaz gráfica en LabView

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Figura 4.1: Trayectoria de cableado UTP

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Figura 4.2: Plano de azotea y cableado

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Figura 4.3: Gabinete de protección tipo NEMA 4

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Figura 4.4: Cables de termocuplas en Oxidador Térmico #1

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Figura 4.5: Parámetros de cada canal de termocupla

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Figura 4.6: Menú de visualización de data en Labview

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Figura 4.7: Visualización en Microsoft Excel

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Figura 5.1: Programa termocuplas.seproj

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Figura 5.2: Visualización de muestras en Excel

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Figura 5.3: Visualización gráfica en Excel

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Ventajas y desventajas del grabador gráfico 392

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Tabla 2.2: Puntos de operación de temperaturas del oxidador térmico #1

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Tabla 2.3: Composición y Designación estándar de letras de termocuplas

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Tabla 2.4: Puntos de operación de temperaturas del oxidador térmico #2

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Tabla 3.1: Ventajas y desventajas del equipo 6100A

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Tabla 3.2: Ventajas y desventajas del equipo VR06 y VR18

38

Tabla 3.3: Ventajas y desventajas de sistema de controladores BTC-9100

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Tabla 3.4: Ventajas y desventajas del sistema de controladores 900-TC

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Tabla 3.5: Ventajas y desventajas del sistema de National Instruments

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Tabla 3.6: Matriz de selección cualitativa

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TABLA DE ABREVIATURAS

ACFM: Actual Cubic Feet per Minute, en español, Pies Cúbicos Actuales por Minuto. ANSI: American National Standards Institute, en español, Estándares Nacionales Americanos. BTU: British Thermal Unit, en español, Unidad Inglesa Térmica ISO: International Organization for Standardization, en español, Organización Internacional de la Estandarización. Kbs: KiloBytes. mA: miliAmperios. Mbs: MegaBytes. PID: Proporcional, Integral y Diferencial. PC: Personal Computer, en español, Computadora Personal. UTP: Unshielded Twisted Pair, en español, Par Trenzado No Apantallado. V: Voltios. VAC: Voltage Alternative Current, en español, Voltaje con Corriente Alterna. VDC: Voltage Direct Current, en español, Voltaje con Corriente Directa.

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INTRODUCCIÓN

Para C.A. Cigarrera Bigott, la protección del ambiente y el desarrollo económico sostenido no son considerados retos separados. Por esta razón la compañía ha venido cumpliendo, desde hace varios años, un programa de control ambiental de sus efluentes, emisiones y olores, siendo su principal finalidad que las comunidades aledañas se vean afectadas lo menos posible por los procesos productivos de la planta. En el año 1993 se construyó un oxidador térmico destinado a controlar la emisión de olores generados en el proceso productivo. Posteriormente, se construyó un segundo oxidador en el año 2000 como equipo de respaldo; dicho dispositivo es un incinerador industrial encargado de calentar los gases y emisiones generados durante el proceso de preparación del tabaco, con el fin de degradar los compuestos químicos y orgánicos residuales en anhídrido carbónico y vapor de agua; de esta manera se busca una reducción significativa de las emisiones con olores molestos asociados al tabaco. Actualmente, el sistema de registro de temperaturas de los oxidadores térmicos es considerado un equipo obsoleto; únicamente es posible observarlo in situ, lo cual resulta ineficiente para su supervisión. Adicionalmente, los materiales consumibles que requiere para realizar los registros poseen cada vez una menor disponibilidad. La finalidad del presente informe es reportar las mejoras de la eficiencia de los sistemas de control y las facilidades proporcionadas para la supervisión de los oxidadores térmicos a través de la sustitución del equipo actual; estas mejoras permiten garantizar su correcto funcionamiento y reducir las descargas de emisión de olores al ambiente por medio de una supervisión más sencilla y eficaz.

Antecedentes del problema En la década de los 90, en consideración a la problemática ambiental, muchos gobiernos comenzaron a implementar sus propias normas de protección ambiental, las cuales variaban de un país a otro. Por esta razón se hizo necesario crear un indicador universal que evaluara los esfuerzos de una organización por alcanzar una protección ambiental confiable y adecuada.

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En octubre de 1996 la Organización Internacional de la Estandarización (ISO) dio a conocer el primer componente de la serie de estándares ISO 14000. Esta norma fue creada como un conjunto de documentos de gestión realizados con el fin de mejorar el comportamiento ambiental y las oportunidades de beneficio económico. Se centró en la organización, proveyendo un conjunto de estándares basados en procedimientos y unas pautas desde las que una empresa puede construir y mantener un sistema de gestión ambiental. La única norma de requisitos (registrable/certificable) es la ISO 14001. Esta norma internacional la puede aplicar cualquiera organización que desee establecer, documentar, implantar, mantener y mejorar continuamente un sistema de gestión ambiental. Actualmente Cigarrera Bigott se encuentra certificada por esta norma y este proyecto se realiza con la finalidad de seguirla cumpliendo.

Planteamiento del problema La problemática que se presenta actualmente en Cigarrera Bigott radica en un sistema de registro que no es capaz de transmitir a una estación remota la data proveniente de los dispositivos; además, no aporta la información necesaria de manera intuitiva y su operación es dependiente de insumos complicados de conseguir. Adicionalmente este equipo posee alarmas que indican la posibilidad de daño estructural (bajadas o subidas en la presión de gas, daños en el equipo, etc.); sin embargo, no posee ninguna alarma en caso de que no se encuentre en su punto óptimo de operación, es decir, no hay alertas que indiquen que no se estén calentando los gases a una temperatura adecuada con el fin de garantizar la degradación y oxidación de los compuestos químicos y orgánicos. Garantizar este punto óptimo de operación es lo que evita las descargas de emisiones a las comunidades aledañas, y esto resulta imprescindible debido a la gran cantidad de zonas residenciales e instalaciones educativas en las cercanías de la planta. Por esta razón se desea un equipo con la capacidad de crear registros digitales de la actividad de los oxidadores térmicos, los cuales a su vez puedan ser transmitidos a través de la red de la compañía para su observación y posterior análisis.

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Objetivo General Diseñar un sistema electrónico, que le permita a los incineradores de vapor registrar las temperaturas de trabajo en sus diferentes áreas, con la finalidad de tener un mejor control en las emisiones de olores que son producidos por nuestro proceso de manufactura. El sistema deberá tener la capacidad de registrar los datos y almacenarlos por un período mínimo de 12 meses, también deberá permitir la visualización gráfica de las temperaturas, por rangos de fechas, horas y días. El sistema debe ser amigable.

Objetivos específicos -

Analizar el sistema actual de registro de temperaturas, a fin de conocer bien en detalle, el

funcionamiento de los incineradores térmicos. -

Estudiar los registros de temperaturas de los incineradores térmicos de los últimos seis

meses, para ubicar y entender las fluctuaciones de las mismas. -

Desarrollar posibles nuevas propuestas de sistemas de registro de temperaturas evaluando

ventajas y desventajas de cada una. -

Implementar la propuesta seleccionada y analizar de los resultados de la misma.

-

Garantizar que el nuevo sistema posea los requerimientos solicitados de almacenamiento

de memoria, visualización gráfica y simplicidad durante un período de prueba de 30 días.

CAPITULO 1 CIGARRERA BIGOTT El presente capítulo, tiene como finalidad presentar a Cigarrera Bigott Sucs., filial de British American Tobacco, donde se desarrolló el presente proyecto. En este se expone la historia, misión, visión y estructura organizativa de la misma, además de la descripción del proceso de elaboración y empaquetado de cigarrillos.

1.1. Historia La empresa nace gracias a la visión de Luis Bigott, uno de los más respetados industriales venezolanos de comienzos del siglo XX, quien en 1915 decide establecer una fábrica de cigarrillos que llamó B.B., ubicada en lo que hoy se conoce como la avenida Baralt de Caracas. El trabajo, el tesón y la creatividad desarrollados en B.B. atrajeron la atención de la compañía transnacional British American Tobacco, interesada en incursionar en el mercado venezolano. Se inician, entonces, las conversaciones con Luís Bigott y es así como el 7 de enero de 1921 se crea C.A. Cigarrera Bigott Sucs. A finales del año 1940, la empresa comienza a brindar su apoyo a los agricultores del tabaco en los estados Portuguesa, Carabobo, Cojedes y Guárico. En 1957 estrena su sede principal en Los Dos Caminos, donde hasta el día de hoy permanecen la fábrica y oficinas administrativas. El 28 de octubre de 1961 se inaugura en Valencia la Planta Procesadora de Tabaco, ubicada cerca de las zonas de cultivo para facilitar la recepción y clasificación de la materia prima. En 1973, se introduce la marca Belmont Extra Suave en Venezuela, que desde entonces creció hasta otorgar a Bigott, en 1980, el liderazgo del mercado con 50,7% de participación. En 1981 se crea la Fundación Bigott, institución pionera en su tipo que tiene la misión de promocionar y fomentar la cultura popular venezolana. En el 2000, la Fundación muda sus

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oficinas y talleres hasta su sede actual ubicada en el Casco Histórico de Petare, una de las zonas populares por excelencia de nuestra capital. La marca Cónsul aparece en 1983, especialmente creada para el público venezolano que busca la adecuada relación precio-calidad, siendo la marca líder en ese segmento. En 1992 Bigott introduce Lucky Strike en el mercado venezolano. La prestigiosa marca internacional atiende las necesidades del público Premium joven que comparte una filosofía de libre pensamiento y expresión. En 1995 se da un nuevo paso al conformar Distribuidora Bigott, empresa con personalidad propia, cuya finalidad es manejar la logística de la colocación de los productos en el punto de venta y optimizar el servicio al cliente en el ámbito nacional. El lanzamiento de Kent en 1997 introduce en Venezuela una marca Premium de reconocida trayectoria y calidad, con los niveles más bajos de nicotina y alquitrán del mercado. En 2002, Bigott relanza la marca con la presentación de tres versiones: Premium, Ultra y One. Motivados por la necesidad de evolucionar, Bigott estrena en 1998 su nueva imagen corporativa, la cual se adaptó a una pauta mundial establecida por la casa matriz, British American Tobacco. En el 2001, Bigott redefine su Visión, Misión y Valores. La línea de atención al público 800- Bigott se crea en 1998. Dos años después la plataforma se expande en las modernas instalaciones de Atento Venezuela (filial de Telefónica de España) bajo el nombre 0800-Cbigott. En 2001, Bigott es reconocida con la certificación ISO 9001:2000, ratificando a la compañía como pionera en Calidad de Procesos del país. En 2002, Bigott es la primera filial latinoamericana de British American Tobacco que obtiene la certificación de Calidad clase A, otorgada por la consultora internacional Oliver Wight, lo que ratifica su excelencia en procesos de Planificación Estratégica, Planificación y Control, Desarrollo de Nuevos Productos, Calidad Total y Mejoramiento Continuo. En marzo de 2002, por iniciativa de Bigott, el Presidente de la República crea la primera Comisión Presidencial contra el fraude aduanero y derivada de ésta, en el mes de octubre, se crea la sub-comisión para la Lucha contra el Contrabando de Cigarrillos, de la cual Bigott es uno de los miembros principales.

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1.2. Misión “Garantizar al consumidor el placer de fumar y la defensa de su libertad de elección”. Garantizar al consumidor el placer de fumar implica ofrecer un producto de la más alta calidad, que satisfaga sus más exigentes expectativas. Al mismo tiempo, debemos defender la libertad de elección del fumador adulto en un entorno cada vez más adverso. 1.3. Visión “Ser la mejor y más respetada empresa de tabaco en el mundo”. Seremos la empresa más reconocida de Venezuela y del grupo British American Tobacco, modelo mundial por nuestros principios, logros, calidad de gestión, innovación y enfoque al cliente, en un ambiente de trabajo que maximiza la creatividad, compromiso y potencial de nuestra gente. 1.4. Estructura organizativa La estructura organizativa de C.A Cigarrera Bigott, Sucs., se muestra de forma piramidal y en línea recta, donde cada uno de los departamentos tiene un nivel jerárquico dentro del organigrama. A su vez cada departamento o Dirección tiene su propia estructura organizativa, en el cual se siguen conservando la forma lineal (Figura 1.1).

GTE. GENERAL

SECRETARIA EJECUTIVA BILINGUE

DIRECTOR DE FINANZAS

DIRECTOR DE OPERACIONES

DIRECTOR DE IT

DIRECTOR DE RECURSOS HUMANOS

DIRECTOR DE LEGAL

DIRECTOR DE CORA

DIRECTOR DE M TM & D

Figura 1.1: Estructura Organizativa de Cigarrera Bigott

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Dirección de Relaciones Corporativas (CORA): El objetivo fundamental de CORA en Bigott es el de gerenciar las relaciones de la empresa con su entorno nacional y mundial, con el fin de preservar su libertad de expresión comercial.

Finanzas: La Función de la dirección de Finanzas es actuar como un verdadero socio del negocio, agregando valor, en la consecución de imperativos estratégicos. Esto significa que esta activamente involucrada en las principales áreas del negocio, estableciendo retos e innovaciones a los procesos del negocio, contando al mismo tiempo con profesionales en tesorería, impuestos, auditoría y contabilidad.

Tecnología de la información (IT): Esta Dirección se encarga de desarrollar e incorporar las nuevas plataformas tecnológicas de software y hardware necesarias para un buen desempeño de la empresa; así como de prestarle apoyo a todas las direcciones y departamentos en las áreas de informática.

Operaciones: Esta dirección está conformada por los siguientes departamentos:  Departamento de Agricultura: Conformado a su vez por: Producción de tabaco: Tiene como responsabilidad el producir los tabacos requeridos por la empresa en la cantidad y calidad. Investigación agrícola: El objetivo principal de la Investigación Agrícola es ofrecer alternativas de solución a los problemas de producción y, por otro lado, la búsqueda de nuevas alternativas que ayuden a mejorar la eficiencia de la producción de tabaco. Módulos de cosecha: El objetivo principal de estos módulos es capacitar a los agricultores en el uso de nuevas tecnologías. Green Leaf Threshing (G.L.T.): El objetivo principal es procesar el tabaco mediante un proceso semi-industrial que separa la vena de la lámina.  Departamento de ingeniería, Ambiente y Seguridad Industrial (IAISI): Tiene como objetivo coordinar las actividades de ingeniería destinadas a:

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- Proveer y garantizar el correcto funcionamiento de los servicios de “Planta Caracas” como son el agua, electricidad, aire comprimido, vacío y otros. - Mantener estándares de Ambiente, Higiene y Seguridad Industrial que cumpla con las regulaciones locales y de B.A.T. - Desarrollar y ejecutar los proyectos asignados al Departamento. Esto incluye proyectos de remodelación, obras civiles proyectos eléctricos y en fin cualquier obra que requiera el desarrollo por parte de ingeniería.  Departamento Primario y secundario de Manufactura: El Departamento de Manufactura de Primaria (PMD), se encarga de la etapa de preparación del tabaco en la cadena de elaboración del cigarrillo, en esta cadena, el proveedor principal es el almacén de tabaco en la planta de Valencia y se suministra el tabaco procesado al Departamento de Secundaria (SMD), donde se elaboran y empaquetan los cigarrillos.  Departamento de Administración de producción: Este departamento agrupa las áreas de compras de materiales varios, almacén fiscal, distribución y logística.  Departamento de Aseguramiento de la Calidad: Se encarga de proveer a la dirección de producción y a todo su entorno el soporte necesario para mantener la mejora continua de la calidad de sus procesos y productos, ofreciendo el servicio requerido acorde con el cumplimiento de la política de la dirección. Entre sus principales programas están la medición de la calidad de los productos terminados, la implementación y mantenimiento del sistema integral de la gestión de la calidad, el mejoramiento continuo y la certificación de la Calidad con la Norma ISO 9000:2000.

Recursos Humanos: Tiene como objetivo coordinar y garantizar el capital humano existente en la empresa, favoreciendo su desarrollo y su crecimiento. Hace del personal que labora, la ventaja competitiva del negocio y atiende el lado humano como socio estratégico.

Mercadeo: Esta dirección tiene como misión: anticipar y satisfacer las necesidades del consumidor y cliente, garantizando el liderazgo del mercado y alcanzando el objetivo en forma efectiva.

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Legal: Se encarga de prestar soporte y asesoría jurídica a todas las direcciones de la compañía, en especialidades tales como: mercantil-corporativo, de mercadeo y ventas, tributario, laboral, de propiedad territorial, de pre-competencia (antimonopolio), de demandas judiciales relacionadas con el consumo de cigarrillos y asistencia a la Fundación Bigott.

1.5. Descripción del proceso de producción. La elaboración de los cigarrillos Bigott comienza con la recepción de las hojas de tabaco de tipo Burley y Virginia proveniente de los agricultores. El primer proceso semi-industrial se basa en separar la vena de la lámina de la hoja (Figura 1.2).

Figura 1.2: Lámina y vena de una hoja de tabaco tipo Burley

Este proceso se divide en las siguientes cuatro etapas: - Alimentación y acondicionado, donde el tabaco se acondiciona por medio de humedad y temperatura antes de entrar a las máquinas de desvenado. - Desvenado, donde se pasan las hojas de tabaco a través de una maquina de trillado donde es separada la lámina de la vena a lo largo de 5 pasos repetitivos. - Acondicionamiento, donde la lámina y la vena por separado son resecadas y acondicionadas a una humedad controlada para posteriormente ser empacadas para su almacenamiento.

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- Almacenamiento y envío de las cajas de lámina y vena a Caracas para la fabricación de los cigarrillos. El Almacén de Materiales en Caracas se encarga de recibir, almacenar adecuadamente, rotar y suministrar las cajas de lámina y vena a las áreas productivas de la empresa, como lo son el Departamento de Manufactura de Primaria (PMD) y el Departamento de Manufactura de Secundaria (SMD). El Departamento de Manufactura de Primaria es la etapa de preparación del tabaco en la cadena de elaboración de cigarrillos (Figura 1.3). La lámina y la vena son tratadas de maneras diferentes y en forma paralela. Posteriormente son combinadas para lograr el producto final del tabaco que se utiliza en los cigarrillos. La lámina se encarga de aportar el sabor, la robustez, y la calidad al cigarrillo, sin embargo, debido a que es muy delicada, un cigarrillo realizado solamente con lámina no es lo suficientemente consistente como para conservarse de manera íntegra. La vena se encarga de darle un poder de relleno y consistencia al cigarrillo pero no posee el sabor robusto del tabaco, por esta razón los cigarrillos son una combinación de ambos.

Figura 1.3: Proceso de Preparación del Tabaco

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El proceso de tratado de la lámina de tabaco comienza con la recepción de una caja de lámina en la volteadora de pacas, cuyo fin simplemente es retirar la caja en la que se encontraba y enviar el bloque de lámina a la cortadora de pacas. En la cortadora de pacas el bloque es picado en pedazos a través de cortes verticales y los envía al cilindro acondicionador en donde se realiza la cura de la lámina, es decir, en el tabaco Burley se balancean alguna propiedades físico-químicas como el impacto en la fumada y/o equilibrar los niveles de azúcar, mientras que para el tabaco Virginia se buscan equilibrar los niveles de nicotina. Adicionalmente asiste en el aumento y retención de la humedad de los tabacos para evitar la degradación del tabaco en los tratamientos posteriores. Posteriormente se encuentran tres cámaras de almacenamiento del tabaco y su función principal es estabilizar la humedad de los diferentes tipos. A la salida de éstas se realiza la mezcla de los distintos tipos de tabaco y es compactado y picado por un tambor de cuchillas giratorio para garantizar la mayor uniformidad posible. Finalmente la lámina es llevada a la secadora Dickinson la cual tiene como función llevar la humedad y temperatura de la lámina a la requerida para la producción de los cigarrillos, aumentar el poder de relleno de la lámina y garantizar la mayor absorción posible de los líquidos aromatizantes que se le serán rociados en el cilindro de esencia. El proceso de tratado de la vena comienza también con una volteadora de cajas. Luego la vena es llevada al alimentador y a la faja pesadora las cuales a su vez alimentan al pre-acondicionador (Admoist). El alimentador se encarga de mantener un suministro continuo de vena mientras que la faja pesadora se utiliza para controlar el flujo de producto. En el Admoist se aumenta la humedad de la vena por medio de la aplicación de vapor y agua. Posteriormente se encuentran tres cámaras de almacenamiento y su función principal es estabilizar la humedad de los diferentes tipos de vena. A la salida de estos se realiza la mezcla de los distintos tipos de tabaco y es compactado y picado por un tambor de cuchillas giratorio para garantizar la mayor uniformidad posible. Luego, la vena es llevada al cilindro de cura donde se balancean algunas propiedades FísicoQuímicas del tabaco como equilibrar los niveles de azúcar de la vena y además ayuda a la retención de la humedad de la vena. Después, la vena es llevada al STS donde se realiza una expansión de la vena para aumentar el poder de relleno, esto produce una reducción tanto en la

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densidad como en la caída de presión, mejor firmeza y un incremento en la estabilidad de la punta de los cigarrillos. Finalmente, la vena es llevada a la secadora de vena la cual tiene como función llevar la humedad y temperatura de la vena a la requerida para la producción de los cigarrillos, aumentar su poder de relleno y garantizar la mayor absorción posible de los líquidos aromatizantes que se le serán rociados en el cilindro de esencia. Posteriormente se encuentran tres cámaras para almacenamiento y su función principal es estabilizar la humedad de los diferentes tipos de vena. A la salida de estos se realiza la mezcla de los distintos tipos de tabaco y es llevado al cilindro de esencia. Al cilindro de esencia entran tanto la lámina como la vena y su función es rociar a la hebra con líquidos aromatizantes por medio de una pistola y aire comprimido. Este líquido llamado esencia o flavour es lo que le dará un determinado sabor al tabaco procesado. Finalmente el proceso de tratado del tabaco termina en el cuarto de hebra donde en 10 cámaras de almacenamiento se realizan la mezcla de la lámina y vena para lograr una liga de hebra de tabaco el cual es utilizado como materia prima para el departamento de secundaria. En estas cámaras se procura garantizar una correcta absorción de la esencia y se utilizan como reserva para la producción del 3er turno en secundaria. El Departamento de Manufactura de Secundaria es el responsable por la elaboración y empaquetado de los cigarrillos que van directamente a los consumidores (Figura 1.4). Recibe las distintas mezclas por parte del departamento de primaria desde el cuarto de hebra y el resto de la materia prima requerida la recibe por parte del Almacén de materiales. Los módulos presentes en este departamento tienen una capacidad de producir entre 5.000 y 10.000 cigarrillos por minuto. Por medio de un sistema neumático de succión, la hebra de las mezclas es llevada al alimentador del departamento de secundaria la cual se encarga de mantener un suministro continuo de la hebra para la elaboradora. La elaboradora es una máquina la cual logra realizar un mecha infinita de tabaco y papel de cigarrillo con la circunferencia y peso exactos según las especificaciones de cada una de las marcas. A dicha columna se le realizan cortes exactos a razón de dos columnas por tramo de corte los cuales serán la columna de tabaco del cigarrillo y adicionalmente imprime el logotipo respectivo de cada marca en el papel de cigarrillo.

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Figura 1.4: Proceso de elaboración y empaque de cigarrillos

La enviadora de filtros, como su nombre lo indica, envía varillas de filtro hasta el modulo de secundaria correspondiente. Cada varilla es cortada en una receptora de filtros y los tramos son enviados a la emboquilladora. La emboquilladora se encarga de cortar y separar cada una de las secciones de tabaco e insertar el tramo de filtro proveniente de la receptora de filtros. Posteriormente, la emboquilladora aplica pegamento a un tramo de papel corcho, el cual es aplicado a las dos columnas de tabaco que contienen la sección donde está el filtro. Este conjunto es separado finalmente en dos cigarrillos. Estos cigarrillos son luego transportados al depósito transitorio de cigarrillos. Estos depósitos permiten la continuidad entre el proceso de elaboración y empaque. Es decir, si alguna máquina de la sección de empaque se detiene, existe un espacio donde la elaboración puede almacenar temporalmente la producción de cigarrillos mientras arranca nuevamente la sección de empaque y viceversa. La encajetilladora es responsable de agrupar formaciones de 20 o 10 cigarrillos, según el formato, tal como van distribuidos en la cajetilla. A estos conjuntos de cigarrillos les coloca papel

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aluminio, la marquilla y el sello en caso de empaque Soft Cup. Todo este conjunto de materiales lleva pegamento para la construcción de la cajetilla. La encelofanadora recibe las cajetillas ya terminadas y las agrupa en filas, bien sea de 10 o de 12, dependiendo si es Hinge Lid o Soft Cup, respectivamente, y le coloca el papel envoltorio, el cual es fijado por medio de la aplicación de pegamento a la superficie del mismo. De esta forma se obtiene el paquete final. Finalmente, se procede al llenado de bultos donde esta máquina toma las cajas vacías de la tolva de alimentación que posee y las preparada para ser llenadas por el producto por medio de un empujador. Posteriormente, cuando la caja ha sido completada, ésta es cerrada mediante la aplicación de teipe en ambas tapas y expulsada a la faja transportadora de bultos que va al almacén fiscal. El almacén fiscal es el departamento responsable de velar por los inventarios de producto terminado en todas las sucursales de ventas a lo largo del país además de ejecutar todas las ventas directas a distribuidores exclusivos a nivel nacional.

CAPITULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS En este capítulo se introducen los conceptos fundamentales para el soporte teórico del presente trabajo, el cual se puede dividir en tres etapas. En primer lugar, se realizará una introducción al concepto de oxidador térmico como un sistema completo, sus partes, y elementos en común entre los dos oxidadores presentes en la compañía. Posteriormente, se explicará el equipo registrador de temperaturas actual con sus ventajas y desventajas, el concepto y tipos de termocuplas y el módulo de relés para el encendido del quemador. Finalmente, se explican las diferencias entre ambos oxidadores térmicos y los componentes que influyen de manera directa en este proyecto.

2.1. Oxidador Térmico El equipo oxidador de la C.A. Cigarrera Bigott es un incinerador diseñado para manejar y reducir las emisiones visibles y olorosas de la industria tabacalera, el cual se basa en la oxidación directa de dichas emisiones. Dicho método es el más efectivo para el tratamiento de olores provenientes de compuestos orgánicos; los compuestos son oxidados al aumentar su temperatura en una cámara de combustión, en donde se quema un combustible (gas natural). El oxígeno para la reacción es aportado por la corriente a tratar y en caso de ser necesario, puede ser introducido al sistema desde el exterior. La mezcla de gas natural y aire es realizada por un quemador, normalmente ubicado en la corriente de fluido. La llama generada se mezcla directamente con el aire contaminado, elevando su temperatura en la cámara de combustión, que está diseñada para garantizar un tiempo de retención suficiente para que se complete la descomposición. La temperatura alcanzada oscila entre los 650°C y los 800°C y los tiempos de retención están entre 1 y 1,5 segundos. Entre estos límites se oxidan todos los compuestos orgánicos que producen olores. (1)

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Un equipo oxidador se encuentra integrado por tres componentes principales con funciones específicas: •

Quemador (Figura 2.1): Es el equipo que permite realizar la combustión de gas natural

con el aire contaminado con los compuestos productores de olor. Este quemador está diseñado principalmente para ser montado con ductos de escape donde todo el aire que va a hacer combustión debe pasar por y a través del quemador. Esto, a su vez, permite una combustión limpia por lo cual es adecuado para aplicaciones que requieran una alta tasa de destrucción de compuestos orgánicos volátiles.

Figura 2.1: Quemador Eclipse Serie IC

•

Cámara de combustión: Aquí se lleva a cabo la mezcla y el calentamiento del resto del

fluido a tratar, el cual, luego de un tiempo de residencia de 1,5 segundos se oxida completamente en compuestos inodoros. •

Intercambiador de Calor (Figura 2.2): Precalienta la corriente de entrada al sistema,

utilizando el calor del fluido proveniente de la cámara de combustión, su objetivo es economizar el gasto de gas natural utilizado en el quemador. Además posee un sistema de control regido por un módulo de relés el cual es un controlador de quemadores basado en microprocesadores para su aplicación en sistemas de encendido automático de gas, diesel, o una combinación de combustibles en un solo quemador. Este incluye una secuencia automática de encendido de quemadores, supervisión de llama e indicación del estado del sistema entre otros. La supervisión de la llama se realiza con un detector de llama Ultra-Violeta de estado sólido.

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Figura 2.2: Intercambiador de Calor

Actualmente hay 2 oxidadores térmicos instalados en Cigarrera Bigott, de los cuales se presenta el diseño de los mismos: La línea de gas de ambos oxidadores es idéntica y se puede apreciar en la Figura 2.3.(2)

Figura 2.3: Línea de gas de ambos oxidadores térmicos

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Las emisiones gaseosas producidas en el proceso de preparación del tabaco se encuentran canalizadas por medio de tuberías desde el Departamento de Primaria hasta los oxidadores térmicos y provienen de las siguientes máquinas con un aporte de: -

Cilindro de Pre-Acondicionamiento y Cura de Lámina: 690 ACFM

-

Secadora Dickinson de Lámina: 2335 ACFM

-

Admoist de Vena: 2050 ACFM

-

Secadora de Vena: 4820 ACFM (3)

2.2. Registrador de temperatura. Grabador gráfico modelo 392 de Eurotherm. Ambos oxidadores poseen esta grabadora. Este equipo configurable por el usuario es un instrumento con uno a cuatro bolígrafos, los cuales producen trazos en un mapa circular de 100mm de ancho calibrado. Posee una interfaz con el operador basada en un tablero integral y una pantalla fluorescente de dos líneas con 20 caracteres/línea (Figura 2.4). (4)

Figura 2.4: Vista frontal del registrador de temperatura

Posee de una a cuatro entradas universales, las cuales en nuestro caso particular registran valores de cuatro termocuplas. Las entradas son interpretadas por un microprocesador el cual controla unos pequeños motores para mover los bolígrafos según los valores registrados. Tiene hasta 8 salidas de relé, manejadas por cualquier evento interno de grabación como por ejemplo un canal de alarma o una salida totalizadora; 2 salidas analógicas de retransmisión cuyos

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rangos de salida pueden ser de voltaje (0-5 V. ó 1-5 V.) o corriente (0-20 mA. ó 4-20 mA.). Con una de estas salidas analógicas de corriente de 4-20 mA es controlada la válvula servomotorizada de gas que se puede observar en la Figura 2.3 en la tubería principal de gas natural. Adicionalmente posee una salida serial de tipo RS422 para establecer comunicación con una computadora o un sistema de adquisición. Sus dimensiones son 360mm alto x 380 mm ancho x 150mm de profundidad. Requiere una entrada de línea de 120 o 240 VAC ó una entrada de 24 VDC como alimentación (Figura 2.5). (5) Costos de operación en materiales consumibles: - Caja de 5 bolígrafos de un solo color: $ 20 aproximadamente. - 100 Gráficas circulares de 24 horas de 100mm: $ 30 aproximadamente.

Figura 2.5: Plano de conexiones del registrador de temperatura (5)

20 Tabla 2.6: Ventajas y desventajas del grabador gráfico 392

Ventajas

Desventajas - Posee costos de consumibles en bolígrafos

- Un sólo equipo realiza el registro de temperatura y controla a la vez el actuador. - Crea automáticamente el histograma con las temperaturas del día. - Puede controlar hasta 2 dispositivos, como por ejemplo actuadores

y gráficos, los cuales son además difíciles de conseguir - Necesita que se le cambie el gráfico diariamente por lo que hay que desplazarse al equipo por lo menos 1 vez al día - No posee conexión remota a una PC ni crea un registro digital

2.3. Oxidador #1. Quemador de 14MM BTU/h Este oxidador térmico construido en los años 2000-2001 es el más nuevo y de mayor capacidad de los dos oxidadores. Posee un quemador diseñado para operar a un 125% de los requerimientos de calor del proceso, el tiempo de residencia de los gases en la cámara de combustión es de 1,37 segundos y su tasa máxima de flujo es de 14800 ACFM. En la Figura 2.6 podemos apreciar el flujo de fluido recorrido por los gases desde su entrada al oxidador hasta su salida pasando por el quemador. Este sistema posee 4 termocuplas en su extensión, las cuales se encuentran en los siguientes puntos de medición: entrada, vapores precalentados, cámara de combustión y chimenea. (6)

Figura 2.6: Flujo de gases a través del oxidador #1

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Los valores presentados en la Tabla 2.2 son los registrados por las termocuplas en el punto óptimo de operación del oxidador térmico.

Tabla 2.2: Puntos de operación de temperaturas del oxidador térmico #1

Lugar de medición

Pto. Operación

Alarma

Entrada al oxidador

50°C

70-80°C

280°C

300-320°C

Cámara de combustión (Sección radiante)

600°C

625-650°C

Salida de gases

220°C

250-300°C

Vapores pre-calentados (Después del intercambiador y antes de la cámara)

En la Figura 2.7 podemos apreciar el plano eléctrico externo del registrador de temperatura el cual es nuestro objetivo automatizar.

Figura 2.7: Plano eléctrico del oxidador #1

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Este posee 4 entradas provenientes de termocuplas tipo K y una salida entre 4-20 mA cuyo fin es controlar un actuador Honeywell, el cual a su vez controla la llave de paso de una válvula del tren de gas principal que alimenta al quemador. Las entradas a los canales vienen conectadas de la siguiente manera: -

Canal 1: Ducto de entrada de gases.

-

Canal 2: Salida del intercambiador de calor, vapores pre-calentados.

-

Canal 3: Sección radiante, cámara de combustión.

-

Canal 4: Chimenea de salida de gases.(7)

Adicionalmente, podemos apreciar en la Figura 2.7 que a la salida del registrador de temperatura y antes de llegar al actuador se pasa por un relé (R10) el cual es controlado por un conmutador del panel de control llamado selector de modulación. La razón de este relé viene dada inherente al funcionamiento del oxidador. El oxidador térmico tiene inicialmente un procedimiento de arranque el cual es netamente manual y realizado por el operador. Una vez que éste es realizado, se coloca el selector del quemador en posición “ON” para iniciar la secuencia de encendido del incinerador. Esta secuencia es regida por un programador dentro del módulo de relé mencionado inicialmente como parte del sistema de control. Cuando termina esta secuencia, se espera a que el equipo en su sección radiante alcance los 350°C. Luego se coloca el selector de modulación en “ON” y el equipo queda controlado por el registrador de temperatura, activando el relé R10.

2.4. Módulo de relé Serie 7800 de Honeywell Los módulos de relé son controles de quemadores basados en microprocesadores para su aplicación en sistemas de encendido automático de gas, diesel o una combinación de combustibles en un solo quemador. Las funciones que estos módulos proporcionan incluyen una secuencia automática de encendido de quemadores, supervisión de llama, indicación del estado del sistema, auto diagnóstico y detección de problemas. (8) La secuencia de arranque procede de la siguiente manera:

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 Inicio: Dura 10 segundos, se encarga de realizar una verificación de todas las alimentaciones, tanto de valores nominales como la frecuencia de la línea.  Espera: Entra en este estado cuando recibe una llamada de encendido, en este estado revisa todos los circuitos monitoreados por el microprocesador, interruptor del quemador, los límites y el control de operación.  Prepurga: Este período que puede durar desde 2 segundos hasta 30 minutos, se destina para probar todos los entrecierres de operación y preignición, además de los interruptores del quemador y bloqueo, así como el funcionamiento del motor del ventilador y del motor de modulación.  Pruebas de ignición: Primero comienza con el encendido de la llama piloto. En este proceso se energizan las válvulas del piloto y el transformador de ignición, si se comprueba la existencia de la llama a los 10 segundos, se desenergiza el transformador y se procede al encendido de la llama principal. Este paso se inicia colocando el conmutador del quemador en la posición ON.  Operación: Una vez que se estabiliza la llama principal, se puede proceder a liberar el motor de modulación para alcanzar la temperatura deseada en la cámara de combustión. En caso de que no se active el motor de modulación, la temperatura en la cámara de combustión se aproxima a los 350 °C, solamente activando el motor de modulación se puede llegar a los 600 °C deseados.  Postpurga: Se entra en el período de postpurga primero pasando el quemador de modulación a bajo fuego para reducir la temperatura de la cámara de combustión, luego se pasa a OFF el conmutador del quemador. Esto produce que se energice el motor del ventilador para extraer todos productos y combustibles de la cámara de combustión así como para quemar el sobrante de combustible en la línea de gas. Adicionalmente se cierran las válvulas principales y del piloto de combustible. Finalmente, después de 15 segundos se regresa al período de espera.

En la Figura 2.8 se aprecia el cableado del módulo de relé mientras que en la Figura 2.9, se aprecia el plano eléctrico del oxidador térmico referente a la parte de modulación. Se puede apreciar que al colocar el conmutador de modulación en “ON”, el relé R10 es activado y cerrado. Sin embargo, el hecho de que en el estado de modulación se pueda controlar si el oxidador es

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llevado a bajo o alto fuego no puede hacerse debido a que esto depende de los interruptores netamente controlados por el operador. Solamente se controlará el ángulo de apertura de la válvula de gas principal del actuador ya que esto es lo que controla el motor de modulación. El objetivo a lograr con este control es mantener la temperatura en la cámara de combustión en 600°C.

Figura 2.8: Cableado del modulo de relé

Figura 2.9: Parte del plano eléctrico del módulo de relé.

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2.5. Actuador “Honeywell Modutrol IV Motor” Es un motor con retorno sin resorte usado para controlar dámperes y válvulas (Figura 2.10). Este motor acepta una señal de corriente de 4-20 mA proveniente de un controlador electrónico, en este caso del registrador de temperaturas, con la cual se posiciona el dámper o la válvula en algún punto entre abierto y cerrado. Si se llega a recibir una señal de control de corriente, posee una resistencia de entrada de 100 Ω. A este modelo se le pueden seleccionar dos longitudes angulares de operación las cuales son 90 y 160° (Figura 2.11). Adicionalmente este motor en específico tiene la opción de ajustar el cero lógico y su rango de operación por medio de dos potenciómetros. (9)

Figura 2.10: Actuador Honeywell modutrol

Figura 2.11: Ángulos de operación del actuador (9)

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2.6. Termocuplas Para definir el concepto de termocupla, definiremos primero el significado de temperatura. Cualitativamente, la temperatura de un objeto se determina por la sensación de frío o calor experimentada al tocarlo. Más específicamente, la temperatura es una medida de energía cinética media de las partículas en una muestra de materia, expresada en unidades de grados en una escala estándar Una termocupla es un sensor de temperatura utilizado muy frecuentemente debido a su simplicidad, bajo costo y operar sobre un rango amplio de temperatura. Una termocupla se crea cuando dos metales distintos se unen y en el punto de contacto se produce un pequeño voltaje a circuito abierto en función de la temperatura. Este voltaje termoeléctrico se conoce como el efecto termoeléctrico o efecto Seebeck, nombrado por Thomas Seebeck, quién lo descubrió en 1821. Este voltaje no es linear con respecto a la temperatura. Sin embargo, para pequeños cambios en la temperatura, el voltaje es aproximadamente linear siguiendo la fórmula:

ΔV ≈ S x ΔT

Donde: ΔV es la variación en voltaje S es el coeficiente Seebeck ΔT es la variación en temperatura.

S varía con los cambios de temperatura, por lo que ocasiona que los voltajes de salida de las termocuplas no sean lineares sobre su rango de operación. Varios tipos de termocuplas se encuentran disponibles y sus diferentes tipos se designan con letras capitales las cuales indican su composición de acuerdo a las convenciones del Instituto de Estándares Nacionales Americanos (ANSI) presente en la Tabla 2.3.

27 Tabla 1.3: Composición y Designación estándar de letras de termocuplas

Tipo de

Conductores – Positivo

Conductores – Negativo

Termocupla B

Aleación platino-30% rodio

Aleación platino-6% rodio

E

Aleación níquel-cromo

Aleación níquel-cobre

J

Hierro

Aleación níquel-cobre

K

Aleación níquel-cromo

Aleación níquel-aluminio

Aleación níquel-cromo-

Aleación níquel-silicio

N

silicio

R

Aleación platino-13% rodio

Platino

S

Aleación platino-10% rodio

Platino

T

Cobre

Aleación níquel-cobre

Consideremos el circuito ilustrado en la Figura 2.13 en el cual una termocupla de tipo J se somete a la llama de una vela a la cual se desea medir su temperatura. Los dos cables de termocuplas son conectados a los cabezales de cobre de un equipo de adquisición. Note que el circuito posee 3 junturas de metales diferentes: J1, J2 y J3. La juntura de la termocupla (J1), genera un voltaje de Seebeck proporcional a la temperatura de la llama de la vela. J2 y J3 cada uno posee su propio coeficiente Seebeck y generan su propio voltaje termoeléctrico proporcional a la temperatura de los terminales del equipo de adquisición de datos. Para determinar el voltaje contribuido por J1, se necesita conocer la temperatura de las junturas J2 y J3 así como las relaciones de voltaje de estas junturas. Entonces, se podrá restar las contribuciones de las junturas parásitas en J2 y J3 del voltaje medido en la juntura J1.

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Figura 2.12: Termocupla de tipo J

Las termocuplas requieren alguna forma de temperatura de referencia para compensar estas no deseadas junturas parásitas. El método más común es medir la temperatura en la juntura de referencia con un sensor directo de temperatura y restar la contribución parásita de voltaje. Este proceso se llama compensación de juntura fría (CJC). También se debe considerar la Ley de Termocuplas de Metales Intermedios la cual dice que si se inserta cualquier tipo de cable en un circuito de termocupla, este no posee ningún efecto en la salida siempre y cuando los dos extremos de este cable se mantengan a la misma temperatura (Figura 2.14).

Figura 2.13: Ley de Materiales Intermedios en Termocuplas

Basándonos en esta Ley, se puede apreciar que las mediciones de voltaje de un equipo de adquisición dependen únicamente del tipo de termocupla, el voltaje de termocupla y la temperatura de la juntura fría.

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Además, las termocuplas pueden ser conectadas en serie formando termopilas, las cuales suman su voltaje de salida de la misma manera que una fuente de voltaje obteniendo una mayor salida, potencia y por ende permiten tener una mayor sensibilidad. Las termocuplas tipo K presentes en el Oxidador #1 son hechas de cromo-aluminio, trabajan en rango de temperaturas de -200 a 1350°C y su sensibilidad es aproximadamente 41μV/°C. El Oxidador #2 posee una termocupla tipo J la cual es de hierro y constantano, trabaja en un rango de temperaturas de 0 a 750°C y su sensibilidad es de 51 μV/°C aproximadamente.

2.7. Oxidador #2. Quemador de 9MM BTU/h Este oxidador térmico construido en los años 1993-1994 es el primero instalado, fue diseñado para operar a un 125% de los requerimientos del calor del proceso y una tasa de flujo máxima de 11500 ACFM.(10) Los valores presentados en la Tabla 2.4 son los registrados por las termocuplas en el punto óptimo de operación del oxidador térmico. En la Figura 2.15 podemos apreciar el flujo de fluido recorrido por los gases desde la entrada al oxidador #2 hasta su salida pasando por el quemador. Este sistema posee también 4 termocuplas en su extensión las cuales se encuentran en los puntos de medición antes mencionados.

Tabla 2.4: Puntos de operación de temperaturas del oxidador térmico #2

Lugar de medición Entrada al oxidador

Pto. Operación 50°C

Vapores pre-calentados 380°C (Después del intercambiador y antes de la cámara) Cámara de combustión (Sección radiante)

600°C

Salida de gases

250°C

Alarma 70-80°C 400420°C 625650°C 275300°C

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Figura 2.14: Flujo de gases a través del oxidador #2

En la Figura 2.16 podemos apreciar el plano eléctrico externo del registrador de temperatura. Este posee 4 entradas provenientes de las termocuplas (1 tipo J y 3 tipo K) y una salida entre 4-20 mA cuyo fin es controlar un actuador Eclipse-Dungs el cual a su vez controla la llave de paso de una válvula del tren del gas principal que alimenta al quemador. Las entradas a los canales vienen conectadas de la siguiente manera: -

Canal 1: Sección radiante, cámara de combustión.

-

Canal 2: Salida del intercambiador de calor, vapores pre-calentados.

-

Canal 3: Chimenea de salida de gases.

-

Canal 4: Ducto de entrada de gases. ( Termocupla de tipo J )

Adicionalmente, podemos apreciar en la Figura 2.16 que a la salida del registrador de temperatura y antes de llegar al actuador se pasa por un relé (R7) el cual es controlado por un conmutador del panel de control llamado selector de modulación. El funcionamiento de este oxidador es exactamente igual al otro en cuestión de procedimiento de arranque y control por

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medio del módulo de relés. El objetivo también es mantener la temperatura en la cámara de combustión en 600°C.(11)

Figura 2.15: Plano eléctrico del oxidador #2

2.8. Actuador Eclipse Dungs EMP-424-3 Es un motor con retorno sin resorte usado para controlar dámperes y válvulas (Figura 2.17). Este motor acepta una señal de corriente de 4-20 mA proveniente de un controlador electrónico, en este caso, el registrador de temperaturas, con la cual se posiciona el dámper o la válvula en algún punto entre abierto y cerrado. En caso de recibir una señal de control de corriente, posee una resistencia de entrada de 100 Ω. Este modelo tiene un rango de operaci ón angular de 90° configurado de fábrica. El cero lógico de la señal de entrada no es ajustable y está fijo en 4 mA. (12)

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Figura 2.16: Actuador Eclipse-Dungs

CAPITULO 3 PROPUESTAS DE AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO REGISTRADOR DE TEMPERATURAS Considerando las características de los oxidadores térmicos y del equipo registrador de temperaturas, procederemos a especificar las consideraciones de diseño requeridas: 1. Se requiere una forma de visualización de datos de manera gráfica en el sitio y de manera remota con la posibilidad de observar la operación tanto de manera instantánea como temporal. El software a utilizar para presentar la información debe ser amigable y de fácil manejo. 2. Se necesita una capacidad de memoria la cual pueda almacenar datos de las operaciones por un período mínimo de 12 meses. 3. Requiere 4 entradas analógicas para termocuplas y una salida analógica de corriente de 420 mA cuya función es controlar el motor de modulación.

Adicionalmente debemos tomar en cuenta las limitantes que nos impone la empresa para la selección de la propuesta deseada: 1. La Comisión de Administración de Divisas (CADIVI) es la principal limitante debido al restringido uso de divisas internacionales a causa del control cambiario. Por esta razón se quiere un producto costeable con moneda nacional para evitar tener que realizar trámites con este organismo. Una empresa o un distribuidor oficial ventas local es lo más deseado. 2. La presencia de servicio técnico local y la mínima necesidad de mantenimiento son consideraciones importantes que debe tener cada propuesta.

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3. Elimine la dependencia de insumos consumibles como lo sean los bolígrafos y las gráficas circulares del equipo actual. En caso de necesitarse un registro en físico, que se tenga la posibilidad de crear de una manera sencilla con cualquier dispositivo de impresión. Tomando en cuenta estas consideraciones, se presentan a continuación 5 propuestas posibles para la sustitución del equipo. Cada propuesta tendrá una breve descripción de la empresa la cual fabrica el producto deseado, el sistema a instalar, características de los equipos requeridos, ventajas, desventajas y costo total aproximado.

3.1. Equipo 6100A paperless graphic recorder de Eurotherm Chessell Eurotherm es uno de los proveedores más conocidos del mundo de instrumentación para control y medición para procesos industriales. Son parte de Invensys PLC, una compañía líder en la automatización y control. Eurotherm Controls fue fundada en 1965 en Inglaterra, específicamente para manufacturar controladores de temperatura mientras que Chessell Ltd. fue creada para manufacturar registradores de datos. Actualmente junto con Barber-Colman, la cual es una de sus marcas, son los más grandes proveedores de controladores de temperatura en Estados Unidos y el mundo. Además, es una compañía con oficinas en todos los países industriales del mundo como por ejemplo Estados Unidos y Brasil, sin embargo, no tienen representantes autorizados ni oficina de ventas en Venezuela. Basándonos en el registrador actual de temperaturas, se busca la posibilidad que la misma empresa, Eurotherm Chessell, posea un modelo superior al instalado actualmente en Cigarrera Bigott. El equipo 6100A paperless graphic recorder como su nombre lo indica, es una grabadora gráfica de datos que no requiere papel. Esta propuesta se basa en el reemplazo del equipo actual por este y el costo estimado es cercano a los 5000 dólares según el catálogo de equipos de Eurotherm 2008 (Apéndice A). A continuación se presentan las especificaciones técnicas: -

Pantalla táctil a color SVGA de alta resolución de 5.5 pulgadas (Figura 3.1).

-

6 ó 12 entradas universales las cuales son libremente configurables para adaptarse a los

requerimientos de los procesos (Figura 3.2). -

Tarjeta de 2 salidas analógicas de voltaje o corriente (Figura 3.2).

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-

Tiempo de muestreo por canal de 125 ms.

-

Memoria interna de 32 MegaBytes.

-

Entrada de tarjetas de memoria SD/CF y puerto USB.

-

Tarjeta de red Ethernet 10/100 BaseT con protocolos TCP/IP, DHCP y Modbus.

-

Opción de salida a puerto serial RS-232/422/485.

-

Opción de salida de una tarjeta de relés para alarmas.

-

Requiere una alimentación de 120 ó 240 VAC ó 24 VDC.

-

Dimensiones del equipo en Figura 3.3.

-

Puede controlar 1 ó los 2 oxidadores térmicos.(13)(14)

Tabla 3.1: Ventajas y desventajas del equipo 6100A

Ventajas - Un sólo equipo realiza el registro de

Desventajas - Propuesta con costo más elevado.

temperatura y controla a la vez el actuador. - No posee un distribuidor local en - Visualización y control amigable

Venezuela

con el usuario. - Crea un registro digital de las operaciones diarias, con respaldo de memoria (interna y SD/CF/USB) - No requiere mantenimiento

-No dispone de servicio técnico local

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Figura 3.1: Vista frontal y trasera del 6100A

Figura 3.2: Plano de conexiones del 6100A

Figura 3.3: Dimensiones de equipo e instalación mecánica del 6100A.

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3.2. VR06 y VR18 paperless recorder de Brainchild Electronics. Brainchild Electronics Ltd. es una empresa taiwanesa manufacturadora de grabadoras que no requieren de papel. Fue establecida en 1977 y son actualmente los más grandes fabricantes de controladores y grabadoras en Taiwán. Se encuentra certificada por la ISO 9001 (Ley que regula los estándares de calidad) y su filosofía es buscar la perfección a través de mejorar continuamente. Posee una red de ventas tanto de distribuidores como de clientes en más de 70 países, sin embargo, sólo poseen oficina de ventas en Taiwán y no tienen representantes autorizados en Venezuela. Buscando la posibilidad de conseguir otro equipo que de manera integral logre realizar todas las funciones, se propone la grabadora gráfica de datos VR06 y VR18. A continuación se presentan sus especificaciones técnicas: -

Pantalla LCD a color de 6,4 pulgadas ambos modelos (Figura 3.4).

-

6 Tarjetas combinadas entre canales de entradas universales y salidas analógicas. En

específico: VR06: 4 tarjetas de entradas universal (1 canal por tarjeta) y 1 tarjeta de salida analógica para control del actuador (Figura 3.5).(15)(16) VR18: 4 tarjetas de entradas universal (3 canal por tarjeta) y 1 tarjeta de salida analógica (2 por tarjeta) para control de los actuadores (Figura 3.5).(17)(18) -

Tiempo de muestreo por canal 200ms.

-

Memoria interna de 8 Megabytes.

-

Entrada de tarjetas de memoria Compact Flash.

-

Tarjeta de red Ethernet 10/100 BaseT con protocolos TCP/IP y MODBUS.

-

Sensor de proximidad infrarrojo para ahorro de energía.

-

Opción de salida a puerto serial RS-232/422/485.

-

Opción de salida de una tarjeta de relés para alarmas.

-

Requiere una alimentación de 120 ó 240 VAC ó 24 VDC.

-

Dimensiones del equipo apreciables en Figura 3.6.

Costos aproximados obtenidos a través de una cotización vía e-mail (Apéndice A).

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1.

VR06-4600-121-642 = 1062 $ (1 Oxidador térmico)

2.

VR18-4B00-121-642 = 1567 $ (2 Oxidadores térmicos)

Tabla 3.7: Ventajas y desventajas del equipo VR06 y VR18

Ventajas - Un sólo equipo realiza el registro de temperatura y controla a la vez el actuador. - Visualización y control amigable con el usuario.

Desventajas - Posee un costo considerablemente menor a la propuesta anterior. - Poca memoria interna en caso de ser utilizada

- El modelo VR06 puede ser utilizado solamente por un oxidador térmico, mientras que el VR18 puede ser usado por los dos. - No requiere mantenimiento

como

único

método

de

grabación. - No posee un distribuidor local en Venezuela -No dispone de servicio técnico local

- Crea un registro digital de las operaciones diarias, con respaldo de memoria

Figura 3.4: Vista frontal y trasera del VR06 y VR18

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Figura 3.5: Plano conexiones de VR06 y VR18

Figura 3.6: Dimensiones físicas del VR06 y VR18

3.3. Sistema de Controladores digitales BTC-9100 de Brainchild Electronics Esta propuesta también de la compañía Taiwanesa de Brainchild Electronics se basa en un sistema conformado por 4 controladores BTC-9100 (Figura 3.7),(19) los cuales registrarán los valores de las termocuplas. 3 serán utilizados como indicadores mientras que uno controlará el motor de modulación por medio de una salida analógica de 4-20mA, en específico, aquél controlador cuya entrada sea el de la cámara de combustión. Estos equipos poseen una salida de comunicaciones de tipo RS-485 con la cual se puede formar una red tipo Bus de 2 cables multi-caída (Figura 3.8).(20)(21)(22) Esta red se llevará a un adaptador de RS-485 a Ethernet para poder acceder y guardar la información en una computadora (Figura

40

3.9). Con la ayuda de un software se podrán crear histogramas a partir de estos valores de operación.

Los Controladores BTC-9100 son controladores de temperatura PID basados en un microprocesador con capacidad de lógica difusa. A continuación se presentan sus especificaciones técnicas: -

Pantalla con displays fluorescentes de 2 líneas y 4 caracteres.

-

Entrada universal y salida analógica de corriente.

-

Tiempo de muestreo de 200 ms.

-

Salida de puerto serial RS-485.

-

Controlador con mayor precisión debido a uso de lógica difusa.

-

Salida de relé para alarmas.

-

Dimensiones: 1/16 DIN, es decir, 48mm x 48 mm.

Costo aproximado obtenido a través de una cotización vía e-mail (Apéndice A): BTC-9100-4133010 (Controlador BTC-9100) = 60 $ x4 = 240 $ PC-E convertidor RS485-Ethernet (Figura 3.10) = 150 $ Communicator - PC software = 65 $

Costo total aproximado: 450 $ (1 oxidador) 700 $ (2 oxidadores)

Para un segundo oxidador, no serían necesarios ni el software ni el convertidor de RS485Ethernet, simplemente se añadirían al bus los 4 nuevos controladores.

41 Tabla 8.3: Ventajas y desventajas de sistema de controladores BTC-9100

Ventajas - Propuesta de menor costo - En caso de avería, un controlador puede sustituir a otro

Desventajas - No posee visualización temporal en el equipo, únicamente instantánea. - No posee un distribuidor local en

- Cada controlador puede controlar un equipo distinto

Venezuela -No dispone de servicio técnico local

- Crea un registro digital de las operaciones diarias en las computadoras - No requiere mantenimiento - Sistema expandible, se pueden unir otros equipos a la red RS-485

Figura 3.7: Controlador BTC-9100 y plano de conexiones

Figura 3.8: Red RS-485 tipo bus de 2 cables multi-caída

42

Figura 3.9: Sistema completo de controladores BTC-9100

Figura 3.10: PC-E convertidor RS485-Ethernet

3.4. Sistema de Controladores digitales 900-TC de Rockwell Automation Rockwell Automation es una empresa con más de 50 años de historia los cuales se basan en ayudar a los fabricantes a alcanzar el éxito con soluciones de control e información de automatización industrial diseñada para proporcionar una ventaja competitiva. Desde componentes industriales autónomos hasta sistemas integrados a nivel de toda la empresa, poseen soluciones para una amplia gama de industrias y en algunos de los más exigentes entornos de fabricación. Se encuentran en 80 países y abarcan una red de 5,600 socios locales de distribución, integración de sistemas y referencias de productos.

43

Esta propuesta posee un sistema parecido al anterior, la diferencia radica en que Allen-Bradley es una marca registrada por Rockwell Automation la cual posee oficinas locales en Venezuela, en específico, en la Zona Industrial La Trinidad de Caracas. Se basa en un sistema conformado por 4 controladores 900-TC los cuales registrarán los valores de las termocuplas. 3 serán utilizados como indicadores mientras que uno controlará el motor de modulación por medio de una salida analógica de 4-20 mA, en específico, aquél controlador cuya entrada sea el de la cámara de combustión. Estos equipos poseen la opción de una salida de comunicaciones de tipo RS-485 con la cual se puede formar una red tipo Bus de 2 cables multi-caída. Esta red se llevará a un adaptador de RS485 a Ethernet para poder acceder y guardar la información en una computadora (figura 3.11) y con la ayuda de un software se podrán crear histogramas a partir de estos valores de operación.(23)

Los Controladores 900-TC son controladores PID de temperatura. A continuación se presentan sus especificaciones técnicas: -

Pantalla con displays fluorescentes de 2 líneas y 4 caracteres.

-

Entrada universal y salida analógica de corriente (Figura 3.12).

-

Tiempo de muestreo de 250 ms

-

Opción de salida de puerto serial RS-485 (Figura 3.12).

-

Salida de relé para alarmas

-

Dimensiones: 1/16 DIN, es decir, 48mm x 48 mm.

Costo aproximado obtenidos a través de una cotización (Apéndice A). 900-TC16ACGTZ25 (Controlador 900-TC) = 324 $ x4 = 1296 $ 900-TC16NACCOM (Opción de comunicaciones RS485) = 65.2 $ x4 = 260.8 $ 900 Builder Software se encuentra disponible en Internet sin costo alguno. Convertidor RS485-Ethernet debe ser buscado localmente en tiendas. Su precio aproximado es de = 150$

44

Una segunda opción es utilizar un adaptador RS-485 a USB suministrado por Allen-Bradley en lugar de un RS485-Ethernet, sin embargo, es más costoso. 900-CONVZ25 (Convertidor RS485-USB) = 383.00 $

Costo total aproximado: 1700 $ (1 Oxidador)

3300 $ (2 Oxidadores)

Tabla 3.9: Ventajas y desventajas del sistema de controladores 900-TC

Ventajas

Desventajas

- Servicio técnico y oficina de ventas

- No posee visualización temporal en el

locales

equipo, únicamente instantánea

- En caso de avería, un controlador puede sustituir a otro

- En caso de usar convertidor RS485-

- Cada controlador puede controlar un equipo distinto

USB

se

pierde

la

visualización en la Intranet

- Crea un registro digital de las operaciones diarias en las computadoras - No requiere mantenimiento - Sistema expandible, se pueden unir otros equipos a la red RS-485.

Figura 3.11: Sistema completo de controladores 900-TC16

capacidad

de

45

Figura 3.12: Plano eléctrico del controlador 900-TC16

3.5. Sistema de adquisición de National Instruments y un controlador de temperatura. National Instruments es una empresa estadounidense fundada en 1976 que se encarga de diseñar sistemas de pruebas, control y aplicaciones de diseño embebidos. Se basa principalmente en la utilización del software de programación gráfico LabView y hardware modular. Esta posee un distribuidor oficial en Venezuela llamada Representaciones Mars C.A. en Los Chaguaramos, Caracas. Este sistema se basa en separar el registrador de temperaturas y el control del actuador en dos sistemas aislados. Utilizando el módulo NI USB-9211A de National Instruments (Figura 3.13), se pueden adquirir las entradas de 4 termocuplas en una computadora a través de una salida USB plug and play y crear los registros temporales utilizando LabView.(24) El controlador de temperatura a utilizar puede ser cualquiera de los mencionados en las propuestas anteriores y no necesitaría de un módulo de comunicaciones RS485 debido a que su valor de referencia se le puede asignar manualmente y tienen capacidad de auto-calibración. El esquema de control sobre el cual trabajaría este controlador es un lazo de control simple apreciable en la Figura 3.14 con una señal de referencia de 600°C

46

Figura 3.13: Lazo simple de control

Adicionalmente, se requiere de una computadora para su operación debido a que el módulo de NI es un dispositivo plug and play. Esto nos permite utilizar el disco duro como medio de almacenamiento y siempre que la computadora posea acceso a la red, se pueden transferir los registros y observar la operación del sistema en las computadoras de los supervisores de manera remota. La interfaz gráfica se puede apreciar en la Figura 3.15.

Figura 3.14: Módulo NI- USB9211A

Figura 3.15: Interfaz gráfica en LabView

47

El módulo NI USB-9211A presenta las siguientes especificaciones técnicas: -

4 canales de entrada para termocuplas con aislamiento térmico entre ellas y resolución de

24 bits. -

Conectividad Plug and Play via USB.

-

Incluye el software controlador NI-DAQmx y LabView SignalExpress LE para Windows.

-

No requiere de alimentación externa, es alimentado por el Bus de la PC

Costo aproximado obtenido a través de una cotización (Apéndice A): NI USB-9211A (Módulo de 4 canales de entrada de termocuplas para PC) = 550$ El software de LabView Signal Express y NI-DAQmx vienen incluidos con el módulo. Licencia de LabView Signal Express = 800$ PC Industrial con Sistema Operativo Windows = 600$ BTC-9100-4133010 (Controlador BTC-9100 de Brainchild Electronics) = 60 $ ó 900-TC16ACGTZ25 (Controlador 900-TC de Allen Bradley) = 324 $

En caso de querer expandir el sistema al segundo oxidador, sólo se necesitaría otro módulo de NI y un controlador adicional. Costo total aproximado: 2000-2300$ (1 Oxidador)

2500-2900$ (2 Oxidadores)

48 Tabla 3.10: Ventajas y desventajas del sistema de National Instruments

Ventajas

Desventajas

- Servicio técnico y oficina de ventas

- Requiere de protección en contra de

locales

condiciones climáticas para la computadora

- Crea un registro digital de las operaciones diarias en la computadora - Separa el sistema de registro al de

- Necesidad indispensable de la PC en el equipo debido a conectividad plug and play del módulo.

control - Visualización y control amigable con el usuario. - No requiere mantenimiento

3.6. Importadores y distribuidores oficiales de propuestas factibles No todas las propuestas anteriores poseen oficinas locales de ventas y soporte técnico en Venezuela, únicamente las propuestas de controladores Rockwell Automation y National Instruments poseen distribuidores oficiales, sin embargo, existen importadores de equipos de las otras propuestas los cuales son mencionados a continuación:

Importador de Eurotherm Chessell: Microinter, C.A. Boulevard Sabana Grande - Torre Provincial, piso 11, oficina "D", Caracas 1050. Teléfonos: (0212) 761.84.83 - 761.53.56 - 761.37.32 Fax: (0212) 761.99.49 E-Mail: [email protected]

Representante Legal: Haim Shmueli

Importador de Brainchild Electronics: Comercial AaZ, C.A. Av. Constitución Este 255, Maracay 2103, Aragua. Teléfonos: (0243) 232.53.33 - 232.89.05 Fax: (0243) 2331868

49

E-Mail: [email protected] Distribuidor oficial National Instruments: Representaciones Mars C. A. Calle los Abogados Qta. Santa Maria, Oficina 2, Los Chaguaramos – Caracas Teléfono: (58) 416 – 722.85.98

E-Mail: [email protected]

Contacto: Domingo Ramírez Distribuidor oficial Rockwell Automation: Rockwell Automation de Venezuela Av. Gonzalez Rincones, Edif. Allen-Bradley, Zona Industrial La Trinidad, Caracas 1080. Teléfono: (58) 212 – 9490616

Fax: (58) 212 – 9490751

E-Mail: [email protected]

Contacto: Anibal Hernandez

3.7. Comparación de propuestas factibles A continuación desglosaremos los requerimientos y limitaciones por la empresa, y cotejándolos con las características de cada propuesta elegiremos la más adecuada para su instalación. Enumeraremos las propuestas de la siguiente manera: Propuesta 1: Grabadora gráfica 6100A Propuesta 2: Grabadora gráfica VR06/VR18 Propuesta 3: Sistema de controladores BTC-9100 Propuesta 4: Sistema de controladores 900TC Propuesta 5: Módulo NI-USB9211A y un controlador de temperatura

- Se requiere una forma de visualización de datos de forma gráfica tanto en el sitio como remota y con la posibilidad de observar la operación de manera instantánea y temporal. El software a utilizar para presentar la información debe ser amigable y de fácil manejo. Las propuestas 1, 2 y 5 cumplen en su totalidad este requisito, mientras que las propuestas 3 y 4 solamente tienen la posibilidad de visualizar los datos de manera instantánea en el equipo.

50

- Se necesita una capacidad de memoria la cual pueda almacenar datos de las operaciones por un período mínimo de 12 meses. Las propuestas 3, 4 y 5 cumplen con efectividad este requerimiento debido a que utilizarán el disco duro de una computadora como fuente inicial de memoria, mientras que las propuestas 1 y 2 utilizan una memoria interna en el equipo ó una memoria flash externa la cual es considerablemente más limitada que un disco duro - Requiere 4 entradas analógicas para termocuplas y una salida analógica de corriente de 4-20 mA cuya función es controlar el motor de modulación. Todas las propuestas cumplen con estos requerimientos ya que son indispensablemente para el funcionamiento de las propuestas. Sin embargo, la propuesta 5 es la única que posee la opción de separar el sistema de registro del sistema de control, esto podría permitir seguir trabajando al equipo actual con el control del motor de modulación, ahorrarse el costo de un controlador de temperatura, y delegarle el registro al módulo de National Instruments. - La Comisión de Administración de Divisas (CADIVI) es la principal limitante debido al restringido uso de divisas internacionales a causa del control cambiario. Por esta razón se quiere un producto costeable con moneda nacional para evitar tener que realizar trámites con este organismo. Una empresa o un distribuidor oficial ventas local es lo más deseado. Las propuestas 4 y 5 son las únicas capaces de ser costeadas con moneda local y teniendo un contacto directo con la empresa. Las propuestas 1, 2 y 3 poseen importadores locales en los cuales se pueden comprar los equipos sin embargo no se entra en contacto con la empresa. En caso de no desear comprar los equipos con un importador local se deberán realizar los trámites con CADIVI para comprar directamente a las empresas. - La presencia de servicio técnico local y la mínima necesidad de mantenimiento son consideraciones importantes que debe tener cada propuesta. Las propuestas 4 y 5 poseen servicio técnico local debido a su presencia en el país mientras que con las otras propuestas este servicio no se dispondría. En cuestión de mantenimiento, todas las propuestas cumplen con este requisito. - Elimine la dependencia de insumos consumibles como lo sean los bolígrafos y las gráficas circulares del equipo actual. En caso de necesitarse un registro en físico, que se tenga la posibilidad de crear de una manera sencilla con cualquier dispositivo de impresión.

51

Todas las propuestas cumplen con este requisito.

Agrupando toda esta información, se presenta la tabla 3.6: Tabla 3.6: Matriz de selección cualitativa

Características \ Propuestas

P.1 6100A

P.2 VR06/VR18

P.3

P.4

P.5

BTC-9100

900-TC16

NI 9211A

Costo de capital inicial

5000$

1100$

500$

1700$

2000$

Visualización de datos

Preferida

Preferida

Aceptable

Aceptable

Preferida

Memoria

Memoria

interna

interna

Disco duro

Disco duro

Disco duro

limitada

limitada

En un solo

En un solo

Capacidad de memoria

Entradas y Salidas

equipo

de PC

En una red

En una red

Aceptable

Aceptable

equipo

analógicas

de PC

Aceptable

Aceptable

Trámites con CADIVI

Necesarios

Necesarios

Necesarios

Servicio Técnico local

No

No

No

de PC

Separadas en 2 sistemas.

No necesarios Si

Preferida No necesarios Si

Basándonos en esta información se puede afirmar que la propuesta más adecuada es:

-

La propuesta número 5, el sistema de adquisición de National Instruments con un

controlador de temperatura por cumplir de manera efectiva con todos los requerimientos y limitaciones del proyecto y las solicitadas por la empresa.

52

CAPITULO 4 PROCESO DE INSTALACIÓN Y DESARROLLO DEL SISTEMA DE NATIONAL INSTRUMENTS Y UN CONTROLADOR DE TEMPERATURA Habiendo seleccionado esta propuesta, el Departamento de Compras entra en negociaciones con el proveedor de National Instruments bajo la solicitud de pedido #11307639 solicitada por el departamento de mantenimiento preventivo del área de operaciones. El equipo es adquirido y llega a la empresa el 19 de Diciembre de 2008. Por decisión de la empresa, se decide dejar el equipo actual registrador de temperatura como medio de control del motor de modulación por lo que el controlador de temperatura no es solicitado por la compañía. Para lograr una instalación efectiva de este proyecto, se requieren ciertas obras de infraestructura las cuales serán consideradas a continuación:

4.1. Cableado de Ethernet Se requiere realizar un cableado desde la sala de terminales en la azotea de Cigarrera Bigott hasta un gabinete en los oxidadores térmicos donde colocaremos la PC destinada a usarse junto con el modulo de National Instruments. Su trayectoria (Figuras 4.1 y 4.2) será de cable UTP con terminales RJ45 para conexión a Ethernet. Las medidas tomadas fueron las siguientes: - 77 metros de tubería ¾’’ -97 metros de cable UTP para Ethernet con terminales RJ45

4.2. Protección Se requiere un gabinete de protección para la computadora que cumpla con grado de resistencia a intemperie NEMA 3 o IP 65 debido a la ubicación de la PC.

53

Este gabinete en cuestión fue diseñado según las medidas de la computadora asignada para este proyecto por el Departamento de IT. Es posible la adquisición de uno cuyas medidas son adecuadas del proveedor C.A. Servieleca. Esta solicitud de pedido se encuentra en el Departamento de Compras bajo el #11417336 y se presenta una foto de las dimensiones y aspecto de dicho gabinete en la figura 4.3.

Figura 4.1: Trayectoria de cableado UTP

4.3. Eléctrica Adicionalmente se necesita sacar un punto eléctrico de 110V de los paneles de control de los oxidadores térmicos para poder alimentar la PC en este nuevo módulo y realizarle una extensión a los cables de termocuplas del oxidador #1 (Figura 4.4). Esta extensión debe realizarse manteniendo la conexión de los cables al registrador de temperaturas y realizar la extensión con una conexión en paralelo.

54

Figura 4.2: Plano de azotea y cableado

Figura 4.3: Gabinete de protección tipo NEMA 4

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Figura 4.4: Cables de termocuplas en Oxidador Térmico #1

4.4. Desarrollo de la aplicación registradora de temperaturas en LabView Signal Express y Microsoft Excel. El módulo de adquisición de National Instruments NI-USB9211A trae consigo el programa LabView Signal Express Limited Edition junto con los drivers para equipos de adquisición. Se utilizó este programa para el registro en digital de valores de termocuplas en el equipo, mientras que para observarlos de manera remota, se utilizó un Add-in de National Instruments para Microsoft Excel. Este Add-in permite abrir los archivos de extensión .tdms que crea LabView y evita la necesidad de instalar este programa en las demás PCs de la empresa.

4.4.1 LabView Signal Express El software LabView trabaja con formatos de archivo los cuales son llamados proyectos. Estos poseen la ventaja de crear un sistema al cual se le pueden ir agregando pasos según su nivel de complejidad. Los parámetros considerados en la realización de este proyecto fueron: Parámetros de cada canal (Figura 4.5): -

Tasa de muestreo: 1 muestra / 2 segundos. Esto es debido a la limitación que posee

LabView de exportar un número máximo de 65535 valores por canal a un archivo de Excel contra los 86400 segundos que hay en un día -

Modo de adquisición: Continuo. Se registrarán valores continuamente por largos períodos

56

de tiempo sin saber el número exacto de muestras que se tomarán. -

Muestras a leer: 5 muestras. Esta tasa permite ver una actualización de los últimos 10

segundos de operación como medio de visualización instantáneo. -

Fuente para compensación de juntura fría: Montado internamente. Este dispositivo tiene

un medidor de temperatura interno que le permite hacer una compensación de juntura fría de forma más efectiva que simplemente asignarle un valor de una constante la cual sería la temperatura ambiente. -

Termocupla: Tipo K. Son las que poseen los oxidadores térmicos

-

Rango de la señal de entrada, mínimo y máximo: El valor mínimo será 0 °C, mientras que

el valor máximo depende de cada canal. -

Escala de Unidades: Grados Celsius. Pueden seleccionarse Kelvin, Celsius o Fahrenheit.

Figura 4.5: Parámetros de cada canal de termocupla

57

Parámetros de grabación: -

Selección de señal: Se registrarán los cuatro canales del dispositivo.

-

Reporte del registro: En el reporte del registro se posee la opción de definir el título,

autor, una descripción y carpeta de destino al registro que se va a realizar. -

Condiciones de inicio: Permite añadir distintas opciones para realizar inicios automáticos

de grabación, sin embargo, se utliza la condición de fecha y hora. En esta opción se puede definir el momento de comienzo del registro el cual puede ser inmediatamente o en una hora específica, la creación de un registro nuevo al finalizar la grabación o sobrescribirlo, y finalmente los intervalos de grabación. -

Condiciones de parada: Permite añadir distintas opciones para terminar las grabaciones,

de estas opciones se utiliza el tiempo de duración de 86400 segundos, es decir, un día. Es obligatoria esta condición para que el programa funcione ya que es necesaria una condición de parada, aún al saber que tiene que crear un nuevo registro. -

Alarmas: Permite añadir alarmas referentes a los niveles de operación de cada canal, estas

pueden ser por sonido, mensajes visuales, o alguna señal digital. Estas alarmas pueden configurarse si se encuentra por debajo o arriba de un nivel, o dentro y fuera de un rango de valores. Adicionalmente se le puede definir una histéresis en los valores límites para evitar repetidas activaciones en las alarmas. Visualización de data: Este menú se puede apreciar en la Figura 4.6.

4.4.2. Microsoft Excel El programa Microsoft Excel es utilizado como el registro de exportación para el control de los supervisores. Se utiliza un Add-in proporcionado por National Instruments llamado TDM importer el cual permite abrir los archivos de extensión .tdms en una hoja de cálculo. La información importada se presenta de la siguiente manera (Figura 4.7):

58

Figura 4.6: Menú de visualización de data en Labview

Figura 4.7: Visualización en Microsoft Excel

59

Información general del registro: Se encuentra en la parte superior de la hoja. Se observa el nombre del proyecto, nombre del archivo, la fecha del registro, el autor y fuente de muestras tomadas. Data total de los canales: Se encuentra debajo de la información general del registro. Aquí se puede apreciar los valores picos de cada canal, la cantidad de muestras tomadas y la unidad de medida utilizada. Data total decimada: Es un promedio de los valores de las muestras tomadas en distintos intervalos de tiempo. A medida que el nivel de decimación aumenta, se incrementa el intervalo en el cual se saca el promedio y por ende se reduce el número de muestras. Esta información es muy efectiva ya que permite realizar gráficas diarias más legibles con un mucho menor número de muestras. Data sobre eventos: Indica si fue activada alguna alarma o algún evento que se haya programado en LabView. Hojas de datos con valores de muestras tomadas: Para poder ver los valores de las muestras tomadas, se debe cambiar a la siguiente hoja, en donde de forma vertical se indica el canal, el momento en el que se tomó la muestra referenciada al momento que comenzó la grabación, y el valor de la muestra tomada. Si hay varios canales, se verán distintas columnas, cada una con este formato. A medida que se avanza en hojas, se observa este mismo patrón pero con la data decimada, hasta 6 niveles de decimación. Finalmente, se encuentra la hoja de eventos en donde se indica en específico qué evento fue activado y a qué hora.

CAPITULO 5 RESULTADOS Se adquirió el módulo NI USB-9211A de National Instruments con el cual se realizará la adquisición de data proveniente de las 4 termocuplas presentes en los oxidadores térmicos.

Se realizaron distintas obras de infraestructura para la implementación de este proyecto. Estas obras se dividieron en tres áreas:  Cableado de red, permite una conexión entre la nueva PC en los oxidadores térmicos con la red de la compañía. Es necesaria para poder exportar la información a otras unidades de trabajo y observar su operación de manera remota.  Eléctrica, se basa en suministrar la alimentación de los equipos y conexión a las termocuplas de uno de los oxidadores térmicos.  Protección, permite colocar el equipo en condiciones de intemperie sin sufrir riesgos ni daño alguno utilizando un gabinete con normativas NEMA 4.

Por medio de los softwares LabView Signal Express y Microsoft Excel se crearon los registros de temperaturas. En LabView se creó un programa llamado termocuplas.seproj el cual crea registros diarios de manera gráfica a una tasa de 1 muestra cada 2 segundos de cada canal del modulo NI-USB9211A, apreciable en la figura 5.1. La visualización de los registros en LabView se puede imprimir directamente desde este programa si así se prefiere.

A las PCs de supervisores que deseen ver los registros de temperaturas se les suministra el Addin TDM importer para Microsoft Excel lo que permite ver los valores de las muestras y crear gráficas con éstas o con los valores decimados para una mejor comprensión (Figuras 5.2 y 5.3).

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El consumo de memoria por cada registro diario se encuentra en el orden de los 400Kbs a 1 Mb. Considerando que se trabajan 245 días al año en la compañía, se utilizarían entre 100 Mbs a 245 Mbs al año de espacio en disco duro y en caso de que por comodidad se deje grabando los 365 días, se consumirían entre 150 Mbs y 400 Mbs. Esto permite mantener en el servidor de operaciones hasta 2 años de registros disponibles.

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Figura 5.1: Programa termocuplas.seproj

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Figura 5.2: Visualización de muestras en Excel

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Figura 5.3: Visualización gráfica en Excel

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se realizó el análisis del sistema registrador de temperaturas, para el cual se realizaron 5 propuestas que cumplieran con los parámetros para su adecuada automatización. Por medio de preferencias y limitaciones por parte de la empresa, se eligió la propuesta de National Instruments con un controlador de temperatura por cumplir de manera efectiva con dichos requerimientos, (visualización de datos adecuada, alta capacidad de memoria, evitar trámites con CADIVI, servicio técnico local, eliminar dependencia de insumos, separar el sistema de registro del control del motor de modulación) y se procedió a su instalación. Se realizaron distintas obras de infraestructura para la implementación de este proyecto divididas en tres áreas: -

Cableado de red, permite una conexión entre la nueva PC en los oxidadores térmicos con

la Intranet de la compañía -

Eléctrica, se basa en suministrar la alimentación de los equipos y conexión a las

termocuplas de uno de los oxidadores térmicos. -

Protección, instalación de un gabinete con normativa NEMA 4 para proteger la PC de

condiciones de intemperie. Por medio de los softwares LabView Signal Express y Microsoft Excel se crearon los registros de temperaturas. En LabView se creó un programa llamado termocuplas.seproj el cual crea registros diarios de forma gráfica en los oxidadores térmicos, mientras que en Microsoft Excel se tienen los valores de las muestras y los registros de manera remota. El consumo de memoria anual utilizado por estas aplicaciones para la creación de los registros no supera los 500 Mbs. Esto permite mantener en el servidor de operaciones hasta 2 años de registros disponibles. Considerando que solo un oxidador térmico se encuentra en operación a la vez, se recomienda poner un conmutador entre las entradas al módulo NI-USB9211A y las termocuplas de los 2 oxidadores térmicos a modo de alternarlas de una manera muy simple y crear el registro del oxidador que se encuentre en operación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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14. “6100A/6180A paperless graphic recorders user guide”. Eurotherm Chessell. (2005). 15. “VR06 paperless recorder specification sheet”. Brainchild Electronics. (Marzo 2007). 16. “VR06 paperless recorder user manual”. Brainchild Electronics. (Febrero 2007). 17. “VR18 paperless recorder specification sheet”. Brainchild Electronics. (Abril 2007). 18. “VR18 paperless recorder user manual”. Brainchild Electronics. (Septiembre 2003). 19. “BTC-9100 Auto-Tune PID Temperature Controller data sheet”. Brainchild Electronics. (2005). 20. “RS-485 Bus. Interface for serial data transfer”. Weber Ultrasonics. (2000). 21. “Device spacing on RS-485 buses”. Texas Instruments Incorporated. (2006). 22. “The RS-485 unit load and maximum number of bus connections”. Texas Instruments Incorporated. (2005). 23. “900-TC Digital Temperature Controller tech. specs.” Rockwell Automation. 24. “Portable USB-Based DAQ for thermocouples NI USB-9211A acquisition module specification sheet” National Instruments. (2008).

APÉNDICES Apéndice A. Cotizaciones de las propuestas. Cotización de propuesta de Eurotherm Chessell, grabador gráfico 6100A obtenida a través del catálogo de productos del año 2008.

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Cotización de propuesta de Brainchild Electronics, grabador gráfico VR06/VR18 obtenida a través de una solicitud vía e-mail.

----- Original Message ---From: "BRAINCHILD, Henry Lin" To: Andres Varga Cc: BRAINCHILD Sent: Monday, August 18, 2008 1:29:37 AM Subject: Re: Request for Quotation for Brainchild Electronic Co., Ltd.

Dear Mr. Varga, Thanks for the inquiry. Attached please find paperless recorder VR18, VR06 brochures, good features, some business references and quotations.

Regarding your request, we offer FOB TAIWAN prices as follows, 1-4 units per shipment VR18-4B00-121-612

US$1,567

1-9 units pers shipment VR06-4600-121-612

Kind regards, Henry Lin Sales Director Brainchild Electronic Co., Ltd. Taipei, Taiwan

US$1,062

5 units per shipment US$1,372

10 units per shipment US$942

70

Cotización de propuesta de Brainchild Electronics, sistema de controladores digitales BTC9100 obtenida a través de una solicitud vía e-mail.

----- Original Message ---From: "BRAINCHILD, Henry Lin" To: Andres Varga Cc: BRAINCHILD Sent: Monday, August 18, 2008 8:08 PM Subject: Re: Request for Quotation for Brainchild Electronic Co., Ltd.

Dear Mr. Varga, Thanks for the inquiry. Regarding your request, we offer FOB TAIWAN prices as follows,

SNA-10A

US$48.80

Communicator software C21-410010

US$64.50

US$59.60

BTC-9100-4130010

US$53.60

Kind regards, Henry Lin Sales Director Brainchild Electronic Co., Ltd. Taipei, Taiwan

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Cotización de propuesta de Rockwell Automation, sistema de controladores digitales 900-TC obtenida a través de una solicitud vía e-mail.

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Cotización de propuesta de National Instruments, módulo de adquisición NI-USB9211A obtenida a través de una solicitud vía e-mail.

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Apéndice B. Manual de usuario e LabView Signal Express. Programa de los registrados de temperatura de los oxidadores térmicos.

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