DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL Y ELABORACION PARA

ELABORACIÓN Y ENVASADO DE HELADOS EN LA EMPRESA PIL ANDINA S.A.

1.1 Introducción

La Planta Industrializadora de Leche (PIL) nació en Cochabamba el año 1960 e inició sus

operaciones en mayo de 1960 con tecnología limitada, pocos equipos, infraestructura reducida y

escasos productos para su comercialización. Actualmente cuenta con un personal de más de 500

trabajadores y ofrece una gran gama de productos de la leche como ser: Crema, Jugos Soale,

leche de soya, yogurt, leche saborizada, chicolac, mantequilla, etc. Y más recientemente Helados.

El helado es un lácteo solidificado producido por el congelamiento de una mezcla

pasteurizada por agitación para incorporar aire y garantizar una uniformidad en la consistencia.

La mezcla está compuesta de una combinación de leche, azúcar, dextrosa, jarabe de maíz en

forma seca o líquida, agua y huevos, saborizantes inofensivos, y estabilizadores o emulsificantes-

todos de materiales comestibles saludables. La composición de los helados varía en diferentes

mercados y localidades, el cual es sabroso, nutritivo, saludable y relativamente barato. La

producción de helado se ha incrementado rápidamente en los años recientes en muchos países del

mundo. Algunos factores que contribuyen al desarrollo de la industria de helados son: la perfecta

refrigeración y adaptación de la industria alimenticia, la mejora en el método de manufactura y el

desarrollo de los equipos de procesamiento de mejor calidad semejante a sistemas de operación

continua automatizada, más y mejores ingredientes con mejora de conocimiento en el uso de

ellos.

En Mayo 2014, se inicia la producción de helados en la PIL, con el fin de diversificar aun

mas sus productos y competir en nuevos mercados. La planta de helados actualmente cuenta con

3 procesos: elaboración de helado en base a recetas, almacenamiento en tanques, y refrigeración-

envasado simultaneo del producto. Estos procesos se efectúan con válvulas de accionamiento

mecánico y manual, Bombas y agitadores de accionamiento mediante pulsadores. Cada proceso

funciona independientemente uno del otro, por lo que están divididos por niveles en la planta

misma.

Explicacion detallada del cip sin entrar al proyecto

Los sistemas de control y automatización forman parte importante de la cadena productiva

de procesos, controlando y generando información crítica para el análisis y la eficiencia de los

procesos productivos; de ahí la importancia de una correcta integración de estos sistemas

a las diferentes actividades dentro de una empresa.

Debido a lo expuesto anteriormente se requiere crear un diseño adecuado para la

automatización de dicho proyecto, mediante el uso exclusivo de sistemas de control local cuyo

elemento central es un PLC.

El PLC ( Progammable Logic Controller ) es un equipo electrónico programable diseñado para

controlar en tiempo real y en ambiente industrial un proceso secuencial. Se produce una reacción

a la información recibida por los captadores del sistema automatizado ( finales de carrera, células

fotoeléctricas, sensores, encoders, teclados, etc ) y se actúa sobre los accionadores de la

instalación ( motores, electroválvulas, indicadores luminosos, etc ). La interacción del operador

con este sistema se realiza mediante una interfaz hombre-máquina (HMI) la cual es simplemente

una pantalla que contiene todos los elementos visuales y datos que necesitemos proveer a dicho

operador.

1.2 Descripción del problema

Durante la elaboración del helado a pesar de tener flujometros para el ingreso de los

ingredientes y control de temperatura para diluir mejor algunos de los mismos, todo el

proceso se realiza manualmente lo que da lugar a error humano.

Al no contar con alarmas y monitoreo de los elementos del proceso, se dificulta la

localización del problema en caso de falla.

Los tanques de almacenamiento de las recetas se encuentran lejos del área de envasado y

refrigeración, entonces se necesitan 2 operadores, uno que verifique que el producto esté

listo para envasarse y otro que accione las bombas para que el producto baje al siguiente

proceso.

En el proceso de añejado no se realiza ningún control de temperatura ni de nivel lo que

provoca un desperdicio del agua congelada que se usa en los mismos, estando está

enfriando los tanques exista o no producto en ellos.

En el traslado del producto del área de elaboración a la línea de pasteurizado, y de los

tanques de añejado a la planta de envasado se usan bombas y tuberías, el problema se da

cuando se acaba el producto en los tanques y tiene que ingresar agua para que las bombas

sigan funcionando y lleven todo el producto a su destino, este ingreso de agua se realiza

manualmente por el operador que tiene que abrir el tanque y poner en riesgo la integridad

del producto.

El uso de llaves de paso en cada etapa implica, coordinación innecesaria por parte de los

operadores de los distintos procesos.

1.3 Objetivo General

Diseñar el sistema de control y automatización para elaboración y envasado de helados de

la empresa PIL Andina S.A.

1.4 Objetivo Específicos

Estudiar el comportamiento de los componentes involucrados en la elaboración del helado

Conocer las características de los elementos eléctricos existentes en la planta de

elaboración y envasado del helado.

Diseñar el sistema de adquisición de datos específicamente temperatura y nivel de los

distintos tanques involucrados en los procesos de preparación, pasteurización y añejado

Diseñar el diagrama de flujo y Programación del control del Controlador a emplearse

Crear la Base de datos que contendrá las recetas

Programar la HMI (Interfaz hombre Maquina), dividiendo secciones para cada receta,

para los tanques de almacenamiento, motores y válvulas neumáticas involucrados en el

proceso de traslado del producto de la zona de elaboración a la de envasado.

Diseñar el sistema de ingreso de agua para los tanques de elaboración y añejado, con el

uso de flujometros.

Automatizar las válvulas neumáticas para el traslado del producto.

Seleccionar y Dimensionar el PLC elegido para el proyecto

Proporcionar un Manual de Funcionamiento para los operadores de la empresa.

1.5 Alcances y limitaciones

Alcances

Este proyecto tiene como alcance automatizar los procesos relacionados con la

elaboración y añejado del helado antes de su refrigeración y envasado.

Los aspectos puntuales que comprende el proyecto están referidos a la optimización

del proceso de elaboración de los helados.

No se incluye la implementación del presente proyecto, ya que esta se tomara en

cuenta a futuro.

Limitaciones

Las siguientes limitaciones restringirán el desarrollo del proyecto.

Se trabajara sobre los planos eléctricos existentes en cada proceso y solo se

aumentara los elementos que necesitemos.

Para la interfaz hombre-máquina se utilizara las pantallas existentes en cada

proceso, con opción a cambiar a control remoto si es necesario.

1.6 Justificación

PIL ANDINA es una empresa elaboradora de los derivados de la leche, actualmente se enfoca en

aumentar sus productos. Pero como muchos de estos productos fueron prematuramente

introducidos al mercado, no se tomó en cuenta la eficiencia en la elaboración de los mismos por

lo que se necesita optimizar estos procesos

1.6.1 Justificación Económica

El costo beneficio debido a la optimización del proceso de elaboración de los helados, se

reflejara en la recuperación de la inversión a largo plazo de la PIL ANDINA puesto que se

reducirá la mano de obra utilizada en la elaboración de los helados y se optimizara los

recursos empleados en dicha elaboración.

1.6.2 Justificación Tecnológica

Los Elementos con los que cuenta el proyecto, equipos eléctricos y electrónicos tienen ;a

tecnología apropiada; son elegidos por su calidad y trascendencia en la empresa.

Estos equipos pueden servir como base para el desarrollo de futuros proyectos.

1.7 Metodología

La metodología que se usara para el desarrollo del presente proyecto es la “Ingeniería de

Requerimientos” y tiene las siguientes fases:

1.7.1 Determinación de Requerimientos La obtención de los requisitos para el desarrollo del proyecto cuenta con los siguientes pasos:

Obtener requisitos: A través de entrevistas o comunicación con clientes o futuros usuarios, para saber cuáles son sus expectativas.

Analizar requisitos: Detectar y corregir las carencias o falencias comunicativas, transformando los requisitos obtenidos de entrevistas y requisitos, en condiciones apropiadas para ser tratados en el diseño.

Documentar requisitos: Igual que todas las etapas, los requisitos deben estar debidamente documentados.

1.7.2 Análisis de Tecnologías Existentes

Existen varias fuentes a analizar y tomar en cuenta en el desarrollo del proyecto como ser:

Tecnologías existentes en el mercado local (marcas, modelos, etc.)

Experiencias parecidas a nuestro proyecto por parte de empresas locales.

Investigar publicaciones de la IEEE por tecnologías nuevas relacionadas con el

proyecto

1.7.3 Diseño

La solución al problema planteado en los requerimientos puede ser dividido en dos grandes

etapas.

Software

-Diseño del diagrama de flujo del PLC-Creación de la Base de Datos para la recetas de los helados-Programación de la interfaz Hombre-Máquina HMI

Hardware

-Determinar Características físicas de los motores involucrados en transporte

homogeneizado y Pasteurizados del helado

-Automatizado del sistema de válvulas neumáticas

-Diseñar el sistema de ingreso de agua para empujar el helado a través de las etapas

de elaboración

1.7.4 Verificación y Ajustes de la solución presentada que cumpla con los requerimientos

obtenidos anteriormente

1.7.5 Documentación

-Documentación a presentarse en la Universidad Mayor de San Simón

-Manual del operador para los empleados de la empresa

1.8 Cronograma

El Cronograma del proyecto será presentado mediante un diagrama de Gantt que constara de la

descripción Tabulada y Grafica de las tareas a realizarse durante el presente proyecto.

1.9 Bibliografía

http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?

subid=023&fdname=FOOD+MANUFACTURING&pagename=Planta+de+produccion+d

e+helados

UC, “Introducción a los PLC´s” [en línea].

<http://www.ing.uc.edu.ve/~emescobar/automat_I/contenido_menu/Unidad_IV/

Contenido/pagina3/pagina3.htm> [Consulta: 4 de noviembre de 2008]

Chapman, Stephen J. Máquinas eléctricas. México: Mc Graw-Hill, 1988.

Rockwell Automation, “Installation Instruction, Allen-Bradley” [en línea].

<http://samplecode.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents

/in/9000-in001_-en-p.pdf> [Consulta: 4 de noviembre de 2008]

SIEMENS. SIMATIC NET, Instalation instructions CP5611. Manual, 2001.

Sevilla, Universidad de. "CONTROL DE PROCESOS CON CONTROLADORES PID

INDUSTRIALES." Prácticas.

– UAH. Control Distribuido. Apuntes, www.depeca.uah.es, 2006-07

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTRONICA

DISEÑO Y SIMULACION DE UN SISTEMA DE CONTROL

PARA ELABORACION Y ENVASADO DE HELADOS EN

LA EMPRESA PIL ANDINA S.A.

Perfil de Proyecto de Grado, Para Optar al Diploma

Académico de Licenciatura en Ingeniería

Electrónica.

Presentado por:

GARCIA VILLARROEL CRISTHIAN

COCHABAMBA-BOLIVIA

Noviembre, 2014

INDICE GENERAL

CAPÍTULO I 

1.1 Introducción……………………………………………………………………....1

1.2 Descripción del Problema………………………………………………………...2 

1.3 Objetivo General………………………………………………………………….3

1.4 Objetivos Específicos……………………………………………………………..3

1.5 Alcances y Limitaciones…………………………………………………………..3

1.6 Justificación……………………………………………………………………….4

1.6.1 Justificación Económica…………………………………………………………..4

1.6.2 Justificación Tecnológica………………………………………………………….4

1.7 Metodología……………………………………………………………………….4

1.7.1 Determinación de Requisitos……………………………………………………...4

1.7.2 Análisis de tecnologías Existentes………………………………………………...5

1.7.3 Diseño……………………………………………………………………………..5

1.7.4 Verificación y Ajustes…………………………………………………………….5

1.7.5 Documentación…………………………………………………………………....5

1.8 Cronograma………………………………………………………………………..6

1.9 Bibliografia………………………………………………………………………..7

INDICE TENTATIVO

CAPÍTULO I 

1.1 Introducción…………………………………………………………………………....

1.2 Descripción del Problema………………………………………………………………...

1.3 Objetivo General………………………………………………………………..…….

1.4 Objetivos Específicos…………………………………………………………………..

1.5 Alcances y Limitaciones………………………………………………………………..

1.6 Justificación…………………………………………………………………….……….

1.6.1 Justificación Económica…………………………………………………………..

1.6.2 Justificación Tecnológica………………………………………………………….

1.7 Metodología……………………………………………………………………….

1.7.1 Determinación de Requisitos……………………………………………………...

1.7.2 Análisis de tecnologías Existentes………………………………………………...

1.7.3 Diseño……………………………………………………………………………..

1.7.4 Verificación y Ajustes…………………………………………………………….

1.7.5 Documentación…………………………………………………………………....

1.8 Cronograma……………………………………………………………………………..

1.9 Bibliografia……………………………………………………………………………….

CAPITULO 2 MARCO TEORICO

2.1 Descripción Elementos involucrados en el proyecto……………………………………

2.1.1 Lácteos

2.1.2 Preparación Industrial de Helado

2.2 Parte Eléctrica…………………………………………………………………………..

2.2.1 Relés……………………………………………………………………………….

2.2.2 Sensores de Nivel y Temperatura………………………………………………..

2.2.3 Motores…………………………………………………………………………..

2.2.4 Válvulas Neumáticas……………………………………………………………….

2.3 Parte Electrónica…………………………………………………………………….

2.3.1 Familia de PLCs………………………………………………………………

2.3.2 Interfaz Hombre-Máquina……………………………………………………..

CAPITULO 3 INGENIERIA DEL PROYECTO

3.1 Tareas a Desarrollar para el logro de los objetivos ………..…………………………..

3.2 Cronograma Actividades……………………….……………………………………...

3.3 Esquema Estructural Proyecto……………………………………………………….

3.4 Materiales usados ……. ……………………………………………………………..

3.5 Diagramas de flujo y Programación………………………………………………….

3.6 Esquemas…….………………………………………………………………………

3.6.1 Descripción de los esquemas……. ……………………………………………..

3.7 Simulación de la Solución……………………………………………………………..

3.8 Verificación y Ajustes ……. …………………………………………………………..

CAPITULO 4 ANALISIS ECONOMICO

4.1 Descripción en tablas acerca de materiales y costos………..…………………………..

CAPITULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones……………………………………….………..…………………………..

5.2 Recomendaciones………………………………….………..…………………………..