[Escriba texto] Página 1 SECRETARIA DE EDUCACIÓN PÚBLICA DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA “SISTEMA DE CONTROL DE AUTOCLAVE VERTICAL” PROYECTO FINAL MATERIA TALLER DE INVESTIGACIÓN II MAESTRA MTE. MARÍA MARGARITA ÁLVAREZ CERVERA PRESENTA PAT LÓPEZ DAVID DANIEL JOSÉ CARLOS TURRIZA CAB MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO 2013
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Proceso de esterilización a baja temperatura que consiste en la difusión de
peróxido de hidrógeno en fase plasma (estado entre líquido y gas), que ejerce la
acción biocida. El peróxido de hidrógeno no deja ningún residuo tóxico. Se
convierte en agua y oxígeno al final del proceso. El material no precisa aireación.
El ciclo de esterilización dura entre 54 y 75 minutos. Limitaciones: no se pueden
esterilizar objetos que contengan celulosa, algodón, líquidos, humedad, madera o
instrumental con lúmenes largos y estrechos. Es el método de esterilización más
caro de entre los descritos. [6]
2.6 Pasteurización
La pasteurización es el tratamiento de calor para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estantería deseada para la bebida. [11]
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El proceso de pasteurización cuidadosamente diseñado salvaguarda los sabores y
nutrientes en el producto. Las condiciones de pasteurización son escogidas para
cada bebida sobre la base de sus propiedades específicas. La temperatura varía
desde 85°C para jugos hasta 138°C para tés asiáticos y los tiempos de retención
varían típicamente entre 5 y 30 segundos. Para bebidas envasadas asépticamente
y que no requieren refrigeración, es necesario que las condiciones asépticas sean
garantizadas durante todo el proceso, evitando cualquier re contaminación del
producto pasteurizado. Otros sistemas de pasteurización están diseñados para
llenado frío, donde la bebida llenada higiénicamente es distribuida en la cadena de
frío, o para llenado en caliente de bebidas a ser enviadas a condiciones
ambientales. [5]
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CAPITULO 3
3.1 Desarrollo electrónico.
El siguiente capítulo se explicará el funcionamiento detallado del dispositivo que
controlará el ciclo de trabajo del autoclave vertical así como los componentes
utilizados en el dispositivo.
En la figura se muestra el diagrama a bloques del sistema para el control
automático del autoclave vertical y los módulos electrónicos para su
funcionamiento mínimo.
FIGURA 16. Diagrama a bloques del sistema
3.1.1 Diseño seño del módulo del sensor
Iniciaremos con el sensor MPX2200, hay que tener en cuenta un punto muy
importante, la presión generalmente se mide en psi y el sensor obtiene valores de
voltaje linealizado para valores de presión recibidos en KPa por lo consiguiente es
necesario mencionar que 1Kpa = 1.45 PSI y que el sensor da 2mv por cada KPa.
Sensor de
presión
Etapa de
control
Etapa de
potencia
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3.1.2 Identificación de los pines del sensor.
Lo primero en cuanto al sensor es identificar correctamente los 4 pines. Se puede
observar que una de las patas en un extremo tiene una muesca. Ese es el Pin n°1
En la imagen esta una manera de identificarlo.
FIGURA 17. MPX2200
Ahora que se ha dejado en claro cómo identificar el pin 1 a continuación se
muestran las conexiones siguientes
Se puede poner una terminal en un tester en los pines 2 y 4 para medir la
respuesta del sensor en mV.
Hay que tener en cuenta no superar la máxima presión que puede soportar el
sensor
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FIGURA 18. Pines del sensor
Donde dice 9v, se debe conectar al polo positivo de la alimentación. Donde dice
tierra se conectará al polo negativo de la alimentación. El que dice salida (-) va
directamente a la entrada negativa (-IN) del amplificador de instrumentación
AD620 Y el salida (+) va a la entrada positiva (+IN) de amplificador.
En resumen:
Pin 1: Tierra del sensor, polo negativo (-).
Pin 2: señal de salida del sensor positiva.
Pin 3: alimentación del sensor, polo positivo (+5V).
Pin 4: señal de salida del sensor negativa.
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3.2 Etapa de amplificacion
Pines del amplificador AD620
Es necesario conocer los pines del amplificador de instrumentación necesarios
para poder conectar el sensor de presión y obtener la ganancia requerida.
El Diagrama de terminales que se obtuvo de la hoja de datos del dispositivo y se
presenta a continuación ya contiene esa información.
FIGURA 19 Pines AD620
El amplificador de instrumentación que utilizamos fue de la 1k esta se elige según
la variación en ganancia que se quisiera tener.
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FIGURA 20 Relación de ganancia
FIGURA 21. Conexión del sensor con el amplificador.
3.3 Etapa de Control
El encargado de la etapa de control será un micro controlador PSOC hay una gran variedad de estos dispositivos en el mercado tiene una amplia facilidad de
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programación por medio de USB en nuestro caso contamos con una tarjeta de pruebas para este.
3.3.1PINS:
FIGURA 22. Psoc y placa de pruebas
FIGURA 23. Pins del PSoC
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3.4 Circuito de la etapa de potencia
Para el diseño de la etapa de potencia se realizó con el moc3011 para controlar el
encendido y apagado del autoclave el cual va conectado a la corriente alterna.
3.5 Sensores
FIGURA 24. Circuito de potencia
FIGURA 25. Calculo para los sensores
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3.6 Botones del control manual
3.6.1 Botones ENTER, CANCELAR:
3.6.2 Botones MÁS, MENOS:
Como se puede apreciar al usar una resistencia de 10K la corriente que le entra al
PIC por sus respectivos pines es un valor aceptable y no hay problema de quemar
algún pin; puesto que la suma de intensidades no supera lo máximo permitido por
los puertos.
FIGURA 26. Calculo para botones enter y cancelar
FIGURA 27. Calculo para los botones más y menos
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3.7 Resistencias en los LEDs:
LED rojo:
LED ámbar:
FIGURA 29.Cálculo para la implementación del LED Amarillo.
LED verde:
FIGURA 28. Cálculo para la implementación del LED rojo.
FIGURA 30Cálculo para la implementación del LED Verde.
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3.8 Resistencia para el diodo del optoacoplador:
FIGURA 31. Cálculo para la resistencia del optoacoplador
La red serie del el capacitor de 10nF y la resistencia de 100Ω conectada en
paralelo con el triac mejora el funcionamiento del circuito para disparos
indeseables del triac producidos por los picos bruscos producidos por la tensión de
la red eléctrica que se puedan presentar aleatoriamente.
3.9 Descripción del circuito electrónico
El PSOC es alimentado mediante una fuente de 5V y el sensor conectado al
microcontrolador, que es los sensor de PRESION junto con el amplificador de
instrumentación son alimentados a 12v, Mediante el sensor de, PRESION
conectado, el PSOC procesará según el programa cargado previamente en su
memoria de programa. Esta corriente será reconocida por el PSOC como un 1
lógico y la ausencia de ella como un 0 lógico pasando antes por el amplificador.
Los botones ENTER, CANCELAR, MAS (+) Y MENOS (-) proveerán de la misma
manera que los pulsadores antes mencionados igual que el botón de RESET el
cual es utilizado en caso de cualquier problema. El LCD previamente configurado
en el programa a una comunicación de 4 bits El nivel de contraste de la pantalla
del LCD será constante.
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Los LEDs que sirven de indicadores están conectados al PSOC junto con su
resistencia limitadora de corriente para no exigirle al PSOC una corriente más allá
de la que pueda soportar y como consecuencia quemar algún LED. Según el
diseño cada LED encenderá cuando el pin correspondiente a cada uno de ellos
este a nivel alto. Este a nivel alto hará circular una corriente de aproximadamente
15 mA el optoacoplador (MOC30XX) para activar y desactivar la resistencia del
esterilizador.
3.10 Diseño de la estructura del sensor de presión
La pieza que se puede considerar importante en la automatización del autoclave
es el sensor de presión, sin este sensor la esterilización automática no podría ser
posible. Al igual que si este sensor no funciona correctamente la esterilización no
serviría. La siguiente figura muestra la forma en que el sensor de presión se
colocó a la estructura
FIGURA 32. Estructura del sensor de presión.
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3.11 Diseño del panel de control
El panel de control de la autoclave contara de una serie de indicadores visuales,
como son por luces y por texto. Con respecto a las luces contaran con tres tipos
de iluminación el cual el usuario podrá reconocer el estado y tipos de seguridad en
el que se encuentra el autoclave, estos tipos de iluminación son verde, amarillo y
rojo. El LED color verde indica que es seguro el funcionamiento del autoclave y
que se puede manipular tanto el panel de control como el interior del autoclave. El
LED color amarillo indica que el proceso de esterilizado está por finalizar y no
puede ser disponible la cámara interna del autoclave. El LED color rojo indica
peligro y por ningún motivo puede manipular o usar el autoclave, debido a que se
encuentra en su punto de máximo funcionamiento y puede ocasionar grabes
daños al usuario. En el panel de control en la parte superior contara con un LCD
en el cual indicara los estados en el que se encuentre la autoclave, para visualizar
los tiempos y presiones ingresadas de forma precisa debido a su sensor
instalado, el cual mostrara y las operaciones del auto clave y no permitirá
continuar con la esterilización a menos que se cumplan las condiciones. Para
poder introducir presión y tiempo a mantener, en el programa al inicio de realizar
una esterilización, contara con botones (4 botones) los cuales serán para
aumentar valor, disminuir valor, reset total y aceptar valor. De igual manera en la
parte superior contara con un ventilador para mantener enfriado los disipadores de
la fuente de alimentación. En la parte superior (arriba) contara para protección de
los componentes del panel de control con un fusible de 1 Ampere por si hay
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alguna tensión alta, En las figuras siguientes se muestra el panel de control de la
autoclave con sus componentes con el que se cuenta.
FIGURA 33. Componentes del panel frontal.
FIGURA 34. Panel trasero
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.
FIGURA 35. Componentes del panel de control lateral derecho
3.11.1 Circuito electrónico del panel de control de la autoclave
El circuito electrónico propuesto para la autoclave es el mostrado en la figura
siguiente. El software electrónico utilizado para su realización y simulación es el
Proteus en su módulo ISIS v7.6 SP4
FIGURA 36. Circuito electrónico simulado en Proteus
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CAPÍTULO IV. TENDENCIAS Y MEJORASA LARGO PLAZO
Debido que la automatización resulta muy costosa y el diseño para cada pieza
requiere tiempo para modificar las partes mecánicas y eléctricas, la autoclave se
mejoraría a largo plazo.
4.1 Mejoras mecánicas
Las mejoras mecánicas a largo plazo para la autoclave son las siguientes:
Equiparlo con una puerta automática, sin tener la necesidad de que el operador
tenga que abrir o cerrar el autoclave.
FIGURA 37 Posibles mejoras para el autoclave
Equiparlo con una banda o charola que despliegue del interior al exterior y
viceversa el material antes y después del esterilizado para que al usuario se le
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haga más fácil la manipulación del material y menos propenso a tener
quemaduras.
En el caso de las mejoras eléctricas electrónicas que dependan de los cambios
mecánicos son: Equipar la autoclave con sensores de fugas, para esto hay que
conectarlo al microcontrolador para que este haga aviso mediante sonido e
iluminación así como detener los procesos para la seguridad del operador. Colocar
sensores que detecten si en la charola o banda automática hay material a
esterilizar para que dé indicación al operador si está lleno o no la autoclave de
material a esterilizar, este de igual manera se conectara al microcontrolador para
que de aviso por medio de sonido y visión al operador.
Como por ejemplo:
4.2 Detector de nivel de agua.
Este circuito seria el utilizado para saber en qué momento hay una presencia de
agua en el tanque ya que si esta no está presente este puede quemarse
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4.1.2 Cálculos realizados en el circuito
Hay que tener en cuenta que la máxima capacidad de corriente para cada uno de
los pines o líneas CY8C2466-24PXI.
25 mA, cuando el pin está a nivel bajo, es decir, cuando consume corriente. Sin
embargo, la suma de las intensidades por las 6 líneas del Puerto 0 no puede
exceder de 80 mA. Ni la suma de las 8 líneas tanto del Puerto 1 como el Puerto 2
puede exceder de 150 mA. 20 mA, cuando el pin está a nivel alto, es decir, cuando
proporciona corriente. Sin embargo la suma de las intensidades por las 6 líneas
del Puerto 0 no puede exceder de 50 mA, ni la suma de las 8 líneas tanto del
Puerto 1 como el Puerto 2 puede exceder de 100mA.
4.3 RESULTADOS
La automatización del equipo autoclave del ITM de la carrera de Ing. Bioquímica
tuvo resultados positivos. El proceso de esterilización en forma automática reduce
la necesidad en su totalidad de que se estuviese pendiente de los cultivos que se
introducen en la autoclave, es decir la ausencia de uno o varias personas. Y
gracias al aviso visual de los LEDs y LCD durante el inicio de la esterilización, el
personal sabe cuándo ha finalizado así como cuando está en la mitad del proceso
y puede iniciar de nuevo con otra esterilización.
El proceso de esterilización de los materiales seda sin la necesidad de que algún
personal este pendiente del tiempo, Con respecto a su cuidado de su cultivo que
se introduce en la autoclave los productos finales son esterilizados de forma
correcta.
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Resulta importante para ahorrar tiempo, es decir para dedicarse a otras
actividades durante la esterilización así como tener un proceso controlado como
seguro, además para los operadores resulta más fácil la manipulación del equipo y
no se necesita tener gran conocimiento sobre este ya que la mayor parte es
automática. Lo único que necesitan es dar parámetros al programa durante el
principio y el resto lo hace la unidad de control.
4.6 Conclusión
La unidad de control para automatizar el esterilizador se realizó mediante equipos
electrónicos que se consiguen actualmente en el mercado, el costo de la
fabricación de la unidad de control y accesorios resulto económico, ya que costó
alrededor de $1500 (mil quinientos) y los autoclaves automatizados en la
actualidad tienen un costo aproximado entre 70,000 (setenta mil pesos) a 100,000
(cien mil pesos). La unidad de control para la automatización que se construyó
resulta más factible debido que los componentes electrónicos son fáciles de
conseguir, así como poder ser cambiados por un estudiante de Ing. Electronica.