SISTEMA DE MONITOREO Y SUPERVISIÓN PARA EL PROCESO

SISTEMA DE MONITOREO Y SUPERVISIÓN PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA Y ALMIDÓN

DE YUCA EN LA PRODUCCIÓN DE EMPAQUES BIODEGRADABLES A NIVEL INDUSTRIAL

PorLuz Dary Patiño Jiménez

William Enrique León Hoyos

Dir.: Ing. Juan Fernando Flórez Marulanda

UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y

TELECOMUNICACIONESPROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL

AGENDA

7

OBJETIVOS1

INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN 2

3 MODELAMIENTO ISA 88 PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA/ALMIDÓN DE YUCA

4 INGENIERÍA CONCEPTUAL, BÁSICA Y DETALLADA

5 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SCADA PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA/ALMIDÓN DE YUCA EN LA PRODUCCIÓN DE EMPAQUES BIODEGRADABLES

RESULTADOS RESULTADOS6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Objetivo General Diseñar e implementar un sistema de monitoreo y supervisión,

teniendo en cuenta la documentación técnica de la instrumentación y automatización de un biorreactor piloto de 3 lts, para el proceso de hidrólisis de harina y almidón de yuca en la producción de empaques biodegradables a nivel industrial.

Objetivos Específicos

Documentar bajo estándares técnicos el proceso, la instrumentación y automatización de un biorreactor piloto de 3 lts destinado al proceso de hidrólisis de harina y almidón de yuca.

Diseñar e implementar un sistema de monitoreo y supervisión para el biorreactor destinado al proceso de hidrólisis de harina y almidón de yuca.

Comprobar el correcto funcionamiento del sistema de monitoreo y supervisión en un biorreactor piloto de 3 Lts empleado en el proceso de hidrólisis de harina y almidón de yuca.

Objetivos1/1

AGENDA

7

OBJETIVOS1







INTRODUCCIÓN

“Uso de productos y subproductos de yuca en el desarrollo de empaques

biodegradables”

Biodegradabilidad

1/4

Harina /almidón de yuca

Está constituido por amilosa y la amilopectina

Mayor fuente de hidratos de carbono en la alimentación del hombre

Se transforma en un gel

Alimento de reserva de los vegetales

Pesado Lavado Troceado Secado MoliendaOBTENCIÓN

• Hidrólisis

Se basa en la ruptura de enlaces por agua

• Entrecruzamiento

• Sustitución

• Oxidación

Problemas de inestabilidad

2/4

Celda de proceso de hidrólisis de harina/almidón de yuca

BAÑO TERMOSTATADO

BIORREACTOR

BOMBA SUMERGIBLEARMARIO DE

CONTROLCOMPUTADOR

BOMBAS PERISTALTICASTx de pH

3/4

4/4

CELDA DE PROCESO

AGENDA

7

OBJETIVOS1







MODELAMIENTO ISA 88 PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA/ALMIDÓN DE YUCA

MODELAMIENTO ISA 88 PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA/ALMIDÓN DE YUCA

PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA Y ALMIDÓN DE YUCA

PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA Y ALMIDÓN DE YUCA

ETAPA 2: PREPARAR Y PROBAR EQUIPOSETAPA 2: PREPARAR Y PROBAR EQUIPOS

ETAPA 3: PREPARAR SUSPENSIÓNETAPA 3: PREPARAR SUSPENSIÓN

ETAPA 4: HIDROLIZARETAPA 4: HIDROLIZAR

ETAPA 1: LIMPIAR EL BIORREACTORETAPA 1: LIMPIAR EL BIORREACTOR

Modelo de proceso de la hidrólisis de harina/almidón de yuca

ETAPAS DEL PROCESO

Modelo de proceso según ISA 88parte I

1/16

ETAPA 2: PREPARAR Y PROBAR EQUIPOSETAPA 2: PREPARAR Y PROBAR EQUIPOS

Preparar y probar baño de enfriamientoPreparar y probar baño de enfriamiento

Preparar y probar baño termostatadoPreparar y probar baño termostatado

Preparar y probar sensor de temperaturaPreparar y probar sensor de temperatura

Preparar y probar sensor y transmisor de pHPreparar y probar sensor y transmisor de pH

Preparar y probar bombas peristálticasPreparar y probar bombas peristálticas

Preparar y probar agitadorPreparar y probar agitador

ETAPA 1: LIMPIAR EL BIORREACTORETAPA 1: LIMPIAR EL BIORREACTOR

Desconectar los instrumentosDesconectar los instrumentos

Verificar disponibilidad de los elementosVerificar disponibilidad de los elementos

Limpiar tapaLimpiar tapa

Ubicar la tapa sobre el tanqueUbicar la tapa sobre el tanque

Limpiar tanqueLimpiar tanque

Operaciones de cada etapa del proceso

2/16

ETAPA 3: PREPARAR SUSPENSIÓNETAPA 3: PREPARAR SUSPENSIÓN

Pesar la harina/almidónPesar la harina/almidón

Verificar disponibilidad de los elementosVerificar disponibilidad de los elementos

Añadir H2O destiladaAñadir H2O destilada

Agregar mezcla al biorreactorAgregar mezcla al biorreactor

ETAPA 4: HIDROLIZARETAPA 4: HIDROLIZAR

Suministrar información del batchSuministrar información del batch

Configurar parámetros de controlConfigurar parámetros de control

Iniciar hidrólisisIniciar hidrólisis

Obtener porcentaje de dextrosaObtener porcentaje de dextrosa

Operaciones de cada etapa del proceso 3/16

Modelo de proceso de la hidrólisis de harina/almidón de yuca 4/16

5/16

Modelo físico de la hidrólisis de harina/almidón de yuca

Modelo Físico ISA 88 Distribución Laboratorio de Biotecnología.

Fuente propia

6/16

Materia prima para

producir termoformados (Harina)

Materia prima para

producir películas flexibles

(Almidón)

Clasificación de la celda de proceso

Unidad de hidrolizado

MULTIPRODUCTO

7/16

Resistencia calorífica

Sensor de Temperatura

Transmisor de Temperatura

Bomba peristáltica para ácido

Bomba peristáltica para base Sensor de

PHTransmisor

de PH

Sensor de Temperatura

Variador

Bomba de refrigeración

Transmisor de Temperatura

Servomotor Encoder

Stma. de pH

ME_PH

Stma. de Calentamiento

ME_CAL

Stma. Agitación

ME_AGIT

Stma. Enfriamiento

ME_ENFR

CP_HHAY

HIDRO_UNIT

LABORATORIO DE BIOTECNOLOGÍA

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

UNIVERSIDAD DEL CAUCAEMPRESA

SITIO

AREA

CELDA DE PROCESO

UNIDAD

MODULOS DE EQUIPO

MODULOS DE CONTROL

Modelo físico de la hidrólisis de harina/almidón de yuca 8/16

Modelo de control procedimental de la hidrólisis de harina/almidón de yuca

Procedimiento

Procedimientos de Unidad

Operaciones

Fases

Operación Procedimiento de Unidad

Op_Vrfr_dsbd_elmts

PU_HIDRO

Dscntr_instmentsLmpr_ tpLmpr_ tnqUbcr_ tp_n_tnqPrpr_ prbr_ sstma_rfgprpr _prbr _baño_termPrpr_ prbr _sx_tempPrpr_ prbr_sx _tx_pHPrpr_ prbr_bmbs_perPrpr_ prbr_agtdrVrf_dsp_elmPsr _hna/almdnAñdr_agdAgr_mzcl_bio.Smnstr_infoCnf_prmts Incr_hdlsObnr_ % _dex

Modelo de control procedimental

Relación entre operaciones y procedimiento de unidad

9/16

Tabla 2. Col.2

prpr _prbr _baño_term

Prpr_ prbr _sx_temp

Prpr_ prbr_sx _tx_pH

Prpr_ prbr_bmbs_per

Prpr_ prbr_ sstma_rfg

Añdr_agd

P_HHAY

PU_HIDRO

Op_Vrfr_dsbd_elmts

Dscntr_instments

Lmpr_ tp Lmpr_ tnq Ubcr_ tp_n_tnq

Vrf_dsp_elm Psr _hna/almdn Agr_mzcl_bio.Prpr_ prbr_agtdr

Cnf_prmts Incr_hdls Obnr_ % _dexSmnstr_info

Procedimiento

Procedimientos de Unidad

Operaciones

Fases

Modelo de control procedimental de la hidrólisis de harina/almidón de yuca 10/16

Relación entre descripción de fase, fase y operación 11/16

12/16

Récipe de la hidrólisis de harina/almidón de yuca

13/16

14/16

15/16

16/16

AGENDA

7

OBJETIVOS1







INGENIERÍA CONCEPTUAL, BÁSICA Y DETALLADA

AGENDA

7

OBJETIVOS1







DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SCADA PARA EL PROCESO DE HIDRÓLISIS DE HARINA/ALMIDÓN DE YUCA EN LA PRODUCCIÓN DE EMPAQUES BIODEGRADABLES

Requerimientos

Debe ser una guía durante el

proceso. Procedimientossiempre de la misma forma.

Debe permitir el

uso correcto y adecuado

de los equipos.

Visualizar tendencias

y debe imprimirse un reporte

Text

Las interfaces del HMI

deben ser de fácil

interpretación.

SCADA

Generar alarmas Recopilar la información relevante

manteniendo un único formato

1/8

Diseño y desarrollo de las HMI del sistema de monitoreo y supervisión

HMI

Modelos de la norma ISA 88

Estudio del proceso de hidrólisis

Necesidades Usuarios

2/8

Grupo 1

Obedecen el modelo de proceso de hidrólisis de

harina/almidón de yuca

Grupo 2

Visualización de alarmas y de tendencias

HMI SCADA

Text

Text

Etapas

Limpiar el biorreactorPreparar y probar

equiposPreparar la suspensiónHidrolizar

Otroscriterios

Clasificación interfaces3/8

El fondo de las pantallas

Letras y Numeros

El cuadro sinoptico

Otros criterios

Funcionalidad

Ubicacion de los

elementos

Convenciones de diseño Usabilidad

Representaciónde valores

Proximidad

Color de las pantallas

4/8

HMI

Organización jerárquica interfaces

GRAFICA

DE pH

(R1)

GRAFICA

DE VELOCIDAD (R2)

GRAFICA

DE TEMPERATURA

(R3)

TODAS LAS GRAFICAS

(R4)ALARMAS

(R5)

PANTALLA INICIAL (I1)

MENU PRINCIPAL (P1) PROCESO

LIMPIAR BIORREACTOR (E1)

PREPARAR EQUIPOS (E2) PREPARAR SUSPENSIÓN (E3)

HIDROLIZAR ETAPAS

BAÑO DE ENFRIAMENTO(O1)

BAÑO TERMOSTATAD

O (O2)

SENSOR DE TEMPERATURA

(O3)

SENSOR Y TRANSMISOR

DE PH (O4.1)

BOMBAS PERISTÁLTICAS (O5.1)

AGITADOR

(O6)



SENSOR Y TRANSMISOR

DE pH(O4.2)

PROCESO DE HIDRÓLISIS

(E4)

REPORTE

(O7.1)

REPORTE 2 (O7.2)

PARAMETROS

(O8.1)

PARAMETROS2 (O8.2)

OPERACIO

NES

PRIMER GRUPO

SEGUNDO

GRUPO

5/8

Interfaces6/8

7/8

Reporte8/8

DATOS DEL BATCH

PARMETROS DE CONFIGURACIÓN

DATOS FUNCIONAMIENTO

CELDA

AGENDA

7

OBJETIVOS1







RESULTADOS

Objetivo de las pruebas1 2

¿Cuál es la mejor

configuración de

parámetros para el

control de PH?

¿Cuál es la mejor

configuración de

parámetros para el

control de T?

pH Zona 1 Banda de

Histéresis Tiempo de Muestreo

Tiempo de dosificación

de Base


de Acido Zona 2 Banda de



de Base


de Acido Zona 3 Banda de



de Base


de Acido TEMPERATURA

Zona 1 Banda de Histéresis

SP-Temperatura de Calentamiento 1

SP-Temperatura de Refrigeración 1

Zona 2 Banda de Histéresis

SP-Temperatura de Calentamiento 2

SP-Temperatura de Refrigeración 2

TIEMPO Tiempo de proceso Tiempo de hidrólisis

VELOCIDAD Velocidad de agitación

OTROS Temperatura de adición de CaCl2

Temperatura de adición de enzima

Tabla de parámetros a configurar en el proceso de hidrólisis

1/2

pH inicial de la suspensión pH que presenta la suspensión al iniciar el proceso.

Tiempo en alcanzar SPTemp1 Tiempo que tarda la suspensión en alcanzar la temperatura de hidrólisis. Para el caso de las nueve pruebas: 55°C.

Tiempo en alcanzar SPTEMP2 Tiempo que tarda la suspensión en alcanzar la temperatura de enfriamiento. Para el caso de las nueve pruebas: 40°C

Tiempo en alcanzar pH 2 Tiempo que tarda la suspensión en alcanzar el pH requerido para inactivar la enzima. Para el caso de las nueve pruebas: pH 4.

Tiempo en alcanzar pH 3 Tiempo que tarda la suspensión en alcanzar el pH requerido para hidrolizar. Para el caso de las nueve pruebas: pH 6.

Nivel de dextrosa Indica la modificación molecular que ha sufrido la estructura de la harina de yuca al ser hidrolizada. Debe estar entre 8 y 9.

Cantidad de reactivos Cantidad de acido y base empelados durante cada prueba.

Tabla de parámetros o variables a medir en las pruebas 2/2

AGENDA

7

OBJETIVOS1








1La recopilación de la

información primordial a través de un reporte

generado tras cada tanda de harina/almidón

hidrolizada

2El SCADA

desarrolla el papel de

guía.

3El desarrollo de los

modelos ISA 88 parte I, permitieron que el diseño y

la implementación del SCADA fuera una

secuencia simple y coherente de los pasos

establecidos.

6

Celda de proceso quedo completamente documentada

7Celda de proceso

mejorada en su

equipamiento

8

Jóvenes investigadores

capacitados

4

Reducción de tiempo

de proceso

5

Reducción de consumo de reactivos

Conclusiones1/3

2/3

Recomendaciones

2 3 4

El biorreactor debe estar ubicado a una altura que permita una adecuada manipulación

El armario debe estar a una distancia prudente del biorreactor

Los conectores, terminales y puertos de los instrumentos y equipos deben mantenerse limpios y libres de residuos del procesos

Los equipos deben estar protegidos ante cualquier variación de voltaje presente en la red eléctrica.

1

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