1. 3 EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN
EN UN LABORATORIO
CONTROL DE PROCESOS
MÁSTER EN UÍMICA SOSTENIBLE
MIGUEL ÁNGEL SÁNCHEZ LORENTE
2. AUTOMATIZACIÓN
OBJETIVOS
ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN
3 EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN EN UN LABORATORIO:
1. PROYECTO DE SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN: ESTACIÓN PARA LLENADO Y TRANSPORTE
DE LÍQUIDO
2. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA PARA USO DOCENTE:
UNA PLATAFORMA MULTIDISCIPLINAR PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS E
INVESTIGACIÓN
3. AUTOMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
NORMAS DE SEGURIDAD
REFERENCIAS
3. Estrategia multidisciplinar para
investigar, desarrollar, optimizar y aprovechar las
tecnologías en el laboratorio, con procesos nuevos y
mejorados.
Sustitución parcial o completa de la participación humana
en una operación o secuencia de operaciones.
Combina dispositivos, aparatos e instrumentos.
El sistema puede incluir un elemento de decisión no
humano, denominado retroalimentación (feed-back) para
controlar algunas de sus operaciones más relevantes.
Se autocontrola y autoajusta.
4.
5. Mejora de decisiones basadas en información fundamental y eficaz.
Mejora de la productividad.
Mejora de la calidad de los datos experimentales.
Permite, agiliza y aumenta la eficacia y eficiencia en investigaciones.
Reducción tiempos de ciclo en procesos de laboratorio.
Reducción de riesgos para personas y medio ambiente.
Reducción errores.
Reducción costes
Seguridad
6.
7.
8. PRINCIPIOS SIGLO XX HASTA AÑOS 50
Orígenes con la revolución industrial.
Se utilizan elementos mecánicos y
electromagnéticos.
AÑOS 50
Comienzan a utilizarse la electrónica.
Un sistema de control sólo sirve para una
aplicación específica, y no es reutilizable.
9. AÑOS 60: NECESIDADES Y SOLUCIONES
Ford y General Motors plantean las
especificaciones que debe cumplir un controlador
electrónico programable para ser útil en la
industria:
Fundamentalmente, necesidad de programación.
Bedford associates desarrolla un prototipo de
controlador industrial
Puede ser considerado el primer PLC de la
historia. (programmable logic controller o
autómata programable industrial)
10. PRINCIPIOS 70: APARECE EL
MICROPROCESADOR
Más flexibilidad programación.
MEDIADOS 70
Se pueden comunicar con un ordenador
central.
11. FINALES 70: MEJORAS EN LOS AUTÓMATAS
Mayor memoria.
Lazos de control.
Conexión sensor/actuador más sensible.
AÑOS 80: CONTINÚAN LAS MEJORAS
Mayor velocidad de proceso.
Dimensiones más reducidas.
Técnicas de control más complejas.
13. 1. PROYECTO DE SISTEMA
DE AUTOMATIZACIÓN:
ESTACIÓN PARA LLENADO Y
TRANSPORTE DE LÍQUIDO.
14. Desarrollado por grupo GENIA (Entornos Integrados de
Automatización) del Área de Ingeniería de Sistemas y
Automática de la Universidad de Oviedo.
Para el diseño y realización del programa de control se
utilizan 4 aplicaciones:
1. PROSIMAX simula del proceso industrial.
2. MEDISS permite la realización del diseño de
automatismos basado en Gracet y su depuración.
3. WINSS-5 simulador STEP-5 (Simatic S5).
4. SCAlibur software
SCADA para la simulación
del programa de control
completo y la supervisión
de procesos (en fase de
depuración).
15. Coordina las acciones de Actúa sobre el sistema
la Parte de Operativa. automatizado.
Emite órdenes hacia la Parte Opera sobre la máquina
Operativa y recibe las señales y el producto.
de retorno para coordinar sus
Acciones.
16. Se pretende realizar un automatismo que permita efectuar el llenado
y transporte de cierto líquido formado por la mezcla de dos
componentes A y B.
PANEL DE MANDO
- Pulsadores
DEPÓSITO 1
- Luces/lámparas
- 3 sensores (nivel y T)
(supervisión del sistema)
- 3 electroválvulas (llenado,
vapor, vaciado)
DEPÓSITO 2
- Sensor (nivel)
- Válvula para aportar líq.
del DEP. 1
- Bomba CARRETILLA TRANSP. LÍQ.
- Agitador - Sensor (nivel)
- Electroválvula (descarga) - Motor eléctrico
- Electroválvula (descarga)
17. En funcionamiento automático, el ciclo comienza con el llenado del
depósito 1 por el componente A, que debe alcanzar una
determinada temperatura. Los pasos son:
1. Con el sensor de nivel mínimo (MIN1) activo y las válvulas de
salida del depósito 1 (V2) y de entrada de vapor (V3) cerradas, se
abre V1 para permitir la entrada del líquido A.
2. Cuando se alcance el nivel máximo (MAX1) debe cerrarse V1.
3. Etapa de calentamiento con vapor, (V3 abierta). Cuando se alcanza
la temperatura adecuada, se produce una señal digital (TMP) que
corta la entrada de vapor,
iniciándose el proceso de
vaciado y mezcla sobre el
depósito 2.
18. En modo automático, mientras exista líquido en el depósito
1, y el depósito 2 contenga menos de 50 litros se produce la
mezcla de ambos componentes A y B según el siguiente
proceso:
1. Se abre la válvula V2 hasta que A alcance 400 litros de nivel
en el depósito 2, cerrando entonces dicha válvula.
2. Se acciona la bomba (BMB) permitiendo que el B llene el
depósito 2 hasta 900 litros.
3. Funcionamiento del motor de
mezcla (MTR) durante 50
segundos más dejando el
líquido en condiciones de ser
transportado.
19. 1. El vaciado del depósito 2 una vez realizada la mezcla se
efectúa sobre la carretilla a través de la válvula V6. La
carretilla evoluciona entre los puntos AQUI, donde se
carga, y ALLI, donde se descarga.
2. Los movimientos a derecha (MD) e izquierda (MI), y la
operación de descarga (VC), que dura 20 segundos, deben
ser activados automáticamente. Para indicar el llenado de la
carretilla se dispone de un sensor de nivel máximo, MAXC.
Además:
• Paso modo manual/automático
• Alarmas (sobrecalentamiento,
sobrenivel, defecto en bomba)
20. 2. AUTOMATIZACIÓN DE UN
LABORATORIO DE INGENIERÍA
QUÍMICA PARA USO DOCENTE:
UNA PLATAFORMA
MULTIDISCIPLINAR PARA LA
REALIZACIÓN DE PROYECTOS E
INVESTIGACIÓN.
21. Desarrollado en 2007 por la Escuela Universitaria
de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona
(Universidad Politécnica de Cataluña)
◦ Automatización a bajo coste del Laboratorio
Marco de Trabajo:
◦ Ingeniería Técnica Industrial (Química y Electrónica
Industrial)
Motivación y objetivos:
◦ Mejora de la calidad docente.
◦ Uso de instrumental analógico en el laboratorio.
◦ Generación de recursos.
◦ Encontrar aplicaciones para la realización de Proyectos.
◦ Mejora de asignaturas del campo de la Ingeniería.
◦ Desarrollo de laboratorios (remotos y virtuales)
28. Proyecto desarrollado por Fabio Estévez y Luís González. Escuela
Politécnica de Ingeniería en Electrónica, Automatización y Control
(Ecuador)
El ahorro energético es un aspecto muy relevante en los últimos años.
Eficiencia energética Ahorro Sostenibilidad Reducción
contaminación Ambiental.
Lámparas Fluorescentes Compactas (LFC) o “focos ahorradores” son uno
de los productos que ha tomado fuerza.
◦ 20% consumo energético Ecuador Iluminación
◦ Sustitución a Lámparas Fluorescentes Compactas o LFC (Consumen 75%
menos de energía) reducción de 439.000 toneladas de CO2/año.
El INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización) está a cargo de
reglamentar las características de técnicas de desempeño de estas
lámparas Creación Laboratorios de Eficiencia Energética.
Objetivo del proyecto:
◦ automatización del Laboratorio de LFC
◦ Conseguir un monitoreo de las variables de interés, el control de los equipos, la
generación automática de reportes y el almacenamiento adecuado de la información.
29. Implementación de un sistema de monitoreo y
control “amigable”, por medio de un HMI (Interfaz
Humano-Máquina) para llevar a cabo el proceso de
verificación de las LFC asegurando la toma de datos
fiables por medio de un controlador, y la elaboración
de reportes automáticos para los siguientes ensayos:
◦ Tiempo de vida
◦ Flujo Luminoso
◦ Mantenimiento de flujo luminoso
◦ Potencia consumida
◦ Eficiencia Energética mínima
◦ Factor de potencia
◦ Nivel de Armónicos
◦ Etiquetado
◦ Cantidad de mercurio
◦ Índice de rendimiento
30. • Sistema mecánico
• Sistema eléctrico
• Software
• Interfaz Fluke 435-Labview
• Interfaz Micrologix 1100-Labview
31. • Realización ensayos
• Control equipos
• Programar 2.Logo de la Institución INEN
• Gestión el nivel de usuario
• Proporciona resultados 1.Titulo de Pantalla
• Configuración
5.Botón
3.Botones de de
Ejecución del salida
HMI
4.Botones de Navegación
32. La implementación tiene un alto grado de homogeneidad.
Calibrado con patrón asegura gran exactitud de los
instrumentos mejores resultados
Interfaz comunicación
Ensayos rápidos
Controlador buen funcionamiento del sistema
Fácil obtención y edición final del reporte (versátil)
El error entre las medidas son mínimas.
33. Etiquetado de
sustancias, muestras, instrumentación y áreas de
laboratorio.
Uso de EPI´s siempre que sea necesario.
Higiene.
Limpieza y orden.
Acceso limitado al personal autorizado.
Zonas/salidas emergencia despejadas y
localizadas.
Buena iluminación.
Uso y revisión/mantenimiento de lazos de
control, válvulas, bombas, equipos…
Uso de alarmas luminosas y sonoras.
34. M. Valcárcel y M. S. Cárdenas: “Introducción a la automatización en química
Analítica”. Cap. 2 en: “Automatización y miniaturización en química Analítica”
, Córdoba (2000)
F. Estévez y L. González: “Automatización de un laboratorio de Eficiencia
energética”, Proyecto, Universidad de Sangolquí
http://isa.uniovi.es/genia/spanish/doc/publicaciones/Ejemplo%20Automatizaci%F
3n.pdf
http://www.arqhys.com/articulos/automatizacion-laboratorios.html
http://jenui2007.unizar.es/doc/Sesiones/16-2B/Escudero.jenui07.pdf
http://www.redalyc.org/redalyc/pdf/304/30415059011.pdf
http://isa.umh.es/asignaturas/ai/transparencias/01.pdf
http://controldeprocesosenquimicasostenible.blogspot.com.es/
