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LINEAMIENTOS DEL PROYECTO DE INSTRUMENTACIN ELECTRNICA UNIVERSIDAD SANTIAGO MARIO
1) El proyecto ser entregado en pareja los das 22 y 24 de julio de la siguiente manera:
Lunes 22 de julio
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Miguel Abreu Adriana Lugo Daimely Guerra Ana Rodriguez Roger Coronado Carlos Villalba Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Luis Hernandez Sabaleta Willians Yosimar Leon Yian Alonzo Manuel Barroso Arteaga
Miercoles 24 de julio Grupo 7 Grupo 2 Grupo 3 Emily Castillo Aixa Bolivar Edward Torrealba Indira Guerrero Jose Ferrer Santiago de los Rios
La pareja se compromete con el profesor de entregar el proyecto en las fechas arriba sealadas de
lo contrario no ser evaluado.
2) El proyecto ser evaluado de la siguiente manera:
a) 15 % correspondiente a la entrega del proyecto con las siguientes partes:
Informe 3%: Introduccin, Desarrollo, Conclusin y Bibliografa, Donde el desarrollo estar la
impresin detallada de todas las partes que contempla la simulacin del proyecto asi como los
datasheet de los instrumentos utilizados
Simulacin 12%: Se puede traer en un pen drive si la pareja utiliza los programas: Zelio Logic y
Circuit Maker para realizar la simulacin, de lo contrario la pareja llevara una pc que tenga
instalados los programas que se utilizaron.
NOTA: los programas que se utilicen para el proyecto tiene que traer la opcin de poder simularlo,
de lo contrario no ser aceptado y si la simulacin no corresponde con el proyecto sealado o no
se realiza correctamente se perder el 7 % de evaluacin.
b) 10 % correspondiente a la confrontacin del proyecto, evaluado de la siguiente forma:
Preguntas 10%: El profesor le realizara una serie de preguntas relacionadas con la realizacin del
proyecto a cada integrante de cada grupo, la cual el alumno tiene que responder correctamente
de lo contrario el profesor tomar la medida de anular el 7% a dicho alumno, ya que no participo
en dicho proyecto. La nota correspondiente a este 7% ser individual.
Defensa 5%: El integrante de cada grupo tendr la opcin de defender el proyecto, convenciendo
al profesor de que efectivamente particip en su realizacin, esta defensa ser espontanea y clara
para que no quede ninguna duda que el alumno ayudo en la realizacin del mismo.
PROYECTO
AUTOMATIZACIN PARA EL AUTOCLAVE CASTLE A TRAVS DE UN CONTROL LGICO
PROGRAMABLE (PLC) EN LA EMPRESA C.A. LABORATORIOS ASOCIADOS
DESCRIPCIN DETALLADA DEL PROYECTO
Introduccin
Esterilizacin por Calor Hmedo.
La esterilizacin es el proceso de destruccin de los microorganismos, sean cuales sean sus
caractersticas, siendo lo mismo que sean patgenos o no, que estn sobre el material o dentro de l.
La esterilizacin por calor hmedo se realiza en una mquina esterilizadora (autoclave), mediante vapor
saturado a presin. El autoclave es en su forma ms bsica un aparato provisto de una llave y manmetro
para regular la presin y la temperatura.
Autoclave.
Autoclave es una mquina destinada a la esterilizacin de materiales. La mquina utiliza una combinacin
de vapor y presin para conseguir eliminar todas las bacterias que se puedan encontrar dentro de la cmara
de la mquina.
Teora de Funcionamiento de un autoclave.
Una autoclave es una olla a presin grande; funciona usando vapor a presin para realizar la
esterilizacin. Las altas presiones permiten al vapor alcanzar altas temperaturas, esto incrementa su
potencia para matar las bacterias. La mayor parte de la potencia calentadora procede calor latente de
vaporizacin. Esto es la cantidad de calor requerido para convertir el agua hirviendo en vapor. Esta cantidad
de calor es grande comparada con la requerida para hacer agua caliente. Por ejemplo, se necesita 80
caloras para hacer hervir un litro, pero en cambio se necesitan 540 caloras para convertir aquella agua
hirviendo en vapor.
Por lo tanto, el vapor en 100C tiene casi siete veces ms calor que el agua hirviendo. El vapor es capaz de
penetrar objetos con temperaturas mas bajas porque una vez que el vapor se pone en contacto con una
superficie con una temperatura mas baja, el vapor inmediatamente se condensa en agua, produciendo un
fenmeno concomitante de disminucin de pliegue de 1,870 en el volumen de vapor. Esto crea la presin
negativa en el punto de condensacin y deja ms vapor al rea. Las condensaciones siguen mientras que la
temperatura de la superficie en donde se condensa es menos que la temperatura del vapor; una vez las
temperaturas se equilibran, se forma un ambiente de vapor saturado.
Alcanzar un alto contenido de humedad en el ambiente. La habilidad del aire para llevar calor est
relacionada directamente con la cantidad de humedad presente en el aire.
Temperatura y tiempo de esterilizacin.
Del tiempo, temperatura y presin usados en la esterilizacin, depende el xito del proceso.
Generalmente los datos presin y temperatura son fijados, y el nico factor que se vara es el tiempo. Los
materiales necesitan diferentes tiempos de esterilizacin dependiendo de su textura, porosidad, y otras
caractersticas propias de cada material. Algunos materiales como el hule, necesitan poco tiempo, mientras
otros como el metal quirrgico necesitan ms. Los siguientes datos han sido tomados para una temperatura de
esterilizacin de 250F (121C) a 15-20 PSI.
Relacin presin - temperatura a vapor saturado.
El proceso de esterilizacin por calor hmedo implica la utilizacin de una atmsfera libre de aire y llena
de vapor saturado, lo que genera una relacin directa entre la temperatura y la presin, esto es una ventaja
importante que posee el proceso para as comprobar a travs de medidores de temperatura y presin, qu
tan puro es el vapor en el interior del autoclave, propiedad que puede ser de gran ayuda a la hora de
verificar el nivel de purga de aire que posee el sistema, as como detectar algn problema en la calidad del
vapor de agua saturado.
Caractersticas del vapor de agua saturado.
Si las caractersticas del vapor no son ptimas, disminuye la eficiencia en la transferencia del calor y por
lo tanto falla el proceso de esterilizacin. La pureza del vapor, la saturacin y la disponibilidad del vapor son
importantes variables del proceso. Otras impurezas que puede contener el vapor incluyen xido y sarro
producido por la dureza del agua entre otros. Existen opiniones diversas si stas influyen en forma
significativa en el resultado de la esterilizacin. Se sabe que algunas impurezas pueden oxidar los
instrumentos del equipo.
Pureza del vapor.
En algunos casos se encuentran gases en el vapor puro que pueden condensarse y estar compuestos por
dixido de carbono, nitrgeno, oxgeno o en combinacin formando aire. Desde el punto de vista de la
esterilizacin, estos gases y el aire representan un problema de impureza importante.
Otro aspecto importante en la pureza del vapor, es la calidad del vapor o saturacin. Esto se refiere a la
cantidad de humedad en el vapor. La calidad del vapores medida en trminos de presencia de agua como
mezcla sobresaturada versus el vapor seco o sobrecalentado.
Suministro de vapor
Las variaciones en la presin de vapor pueden afectar el tiempo que demora la cmara en alcanzar una
temperatura uniforme. Las variaciones de la presin pueden deberse a filtros tapados, deficiencia en el
diseo de las lneas o excesiva demanda de vapor. Pueden presentarse problemas cuando empieza el clima
fro y el vapor se ocupa para otras funciones.
Calentamiento de la mquina esterilizadora
Como ya se mencion, la esterilizacin de un producto a travs del mtodo por calor hmedo requiere
mantener una temperatura constante por un tiempo determinado a una presin adecuada. Antes de
llevarse a cabo esa etapa se requiere llegar a dicha temperatura, para la cual se pueden aplicar diferentes
acciones de calentamiento como son los siguientes.
PROBLEMA
En la actualidad la empresa C.A. Laboratorios Asociados necesita la incorporacin de un autoclave para el rea de aseguramiento de la calidad biolgica, haciendo que la empresa se decidiera a emprender el auge de la automatizacin, para as automatizar autoclaves que no estn en funcionamiento como lo es el autoclave Castle, para no verse en la obligacin de adquirir un autoclave en el mercado; ya que la empresa no cuenta con los recursos econmicos necesarios para ello.
De ello se desprende la necesidad de invertir, desarrollar y mantener sus procesos mediante el uso de las ltimas tecnologas que le puedan garantizar un importante margen competitivo no solo a nivel nacional donde en efecto es lder, sino tambin a nivel internacional.
La automatizacin del autoclave Castle, permitira adems de procesos de esterilizado altamente eficaces con lo cual se disminuiran casi totalmente los riesgos de contaminacin y las prdidas econmicas que para la empresa ello conllevara, sino permitira al personal operario de dicho equipo un mnimo margen de error en cuanto al manejo, sino que la adecuada planificacin en el rea de trabajo permitira un mayor rendimiento del personal pues dependiendo de la demanda de material a esterilizar es decir menos de 16 esterilizaciones por da, luego dicho personal podr llevar a cabo otras actividades generndose con ello una ganancia importante en la mano de obra que hagan posible la motorizacin de las diversas reas de aseguramiento de la calidad biolgica en la que se instalar el autoclave Castle .
PARTES DE UN AUTOCLAVE
1. Vlvula de seguridad
2. Manmetro de la cmara
3. Manmetro de la precmara
4. Empaque de compuerta
5. Compuerta
6. Cmara
7. Precmara (chaqueta)
8. Termmetro
9. Vlvula reguladora de presin
10. Trampa de vapor.
Procedimientos para poner en funcionamiento el Autoclave Castle.
2) Abra la puerta y acomode los materiales a esterilizar en la cmara.
3) Cierre la puerta y gire el volante hasta que los rayos se desplacen a su posicin final, asegrese
de que quede bien cerrada.
4) Haga pasar vapor a la cmara, abriendo la vlvula B, el tiempo de esterilizacin se comenzar
a contar hasta que el manmetro de la cmara (CHAMBER) marque la presin de 21 PSI y el
termmetro llegue a una temperatura de 121C. Mantener esta condicin durante el tiempo que dure
la esterilizacin.
5) Al terminar el tiempo de esterilizacin, se procede a expulsar el vapor de la cmara,
dependiendo del tipo de carga, que se tenga, as:
La evacuacin del vapor ser rpida, abriendo la vlvula C hasta que el manmetro de la
cmara indique cero de presin.
Listado de requerimientos tcnicos y operativos
Para automatizar el autoclave Castle se requiere lo siguiente:
a) Actuadores que se controlen de forma automtica comandadas por medio de un
controlador lgico programable, de tal forma que la presin que se desea alcanzar dentro de la
cmara tenga el menor error para evitar la apertura de las vlvulas de escape de aire, para asi
eliminar las vlvulas manuales que se utilizan en el proceso.
b) Un tablero donde el controlador debe de tener un revestimiento apantallado que evite
susceptibilidad al ruido, adems de estar hermticamente cerrado para que el polvo de los
qumicos utilizados en la fbrica no ingrese al tablero.
c) Un controlador Lgico Programable (PLC), que tenga a su disposicin 6 entradas y 8 salidas
de rel.
d) Un software que nos permita la comunicacin con el PLC.
Posterior a conversaciones con el rea del aseguramiento de la calidad biolgica, se obtuvieron
los siguientes requerimientos en cuanto a funcionalidad y operacin del sistema:
Capacidad de seleccionar una lista de recetas, para facilitar el proceso de esterilizacin de
diferentes productos; con los puntos de consignas y tiempo de esterilizacin suministrados por el
rea donde se va a colocar el autoclave automatizado..
Capacidades bsicas visuales para representar el estado actual del sistema.
Visualizacin en tiempo real de los principales parmetros del proceso en la pantalla del sistema.
Obligatoriamente temperatura y presin en tiempo real.
Capacidad de enfriamiento con alta presin para disminuir los tiempos de la etapa de
enfriamiento.
Utilizacin de accionamiento dual de botones y pulsadores, es decir, los principales botones a
utilizarse en el PLC, deben ser replicados en pulsadores, los cuales van a ser ubicados en el tablero.
Selector con llave, para evitar que los operadores desactiven un estado crtico en el sistema, sin
que el supervisor de rea tome las acciones correspondientes.
Equipos, instrumentos y sensores
La seleccin de marca y modelo de los equipos, instrumentos y sensores a cargo de la
empresa, corrern bajo su responsabilidad en cuanto a calidad y funcionamiento adecuado en su
tarea especfica, de aqu la necesidad de explicar detalladamente la funcin de los equipos,
instrumentos y sensores exigidos para la automatizacin; para posteriormente recibir de la
empresa las especificaciones de los equipos, instrumentos y sensores que all se encuentran para
su posterior acople con el sistema de control.
Los equipos, instrumentos y sensores requeridos para la automatizacin de una (1) mquina
esterilizadora, en concordancia con las peticiones adicionales, son las siguientes:
Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de vapor tanto como para la chaqueta como para
la cmara.
Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de aire.
Vlvula ON/OFF, para el control del drenaje.
Vlvula ON/OFF, para el control de la entrada de agua.
Sensor de temperatura, para el control y visualizacin de ste parmetro.
El error de lectura de ste sensor depende exclusivamente de los parmetros Exigidos por el
departamento de calidad y de produccin de la empresa.
Sensor de presin, para el control y visualizacin de ste parmetro. El error de lectura de ste
sensor depende exclusivamente de los parmetros exigidos por el departamento de calidad y de
produccin de la empresa.
Sensor de posicin, de tipo ON/OFF para detectar si la puerta de la autoclave se encuentra
cerrada.
Tres (6) luces piloto, para la indicacin visual del estado del autoclave.
Dos (2) pulsadores, para el manejo del sistema.
Un (1) selector con llave. Para evitar que los operadores desactiven un estado de parada de
emergencia sin autorizacin del supervisor del rea.
Un (1) selector para el encendido y apagado del tablero de control.
Se seguir el siguiente diseo
A) Etapa de Purga del Autoclave Castle.
Esta etapa se busco cumplir con dos funciones fundamentales la cuales son la limpieza total de
la cmara del autoclave y la realizacin de un vacio mnimo necesario para dar comienzo al
proceso de esterilizacin, esto es para que el sistema trabajar durante la etapa de esterilizacin a
una presin correcta y adems se busco una correcta evacuacin del agua que pudiera haber
quedado como condensado de un proceso previo de esterilizacin.
Para cumplir con el proceso de limpieza era necesario cumplir con la deteccin del tiempo
mnimo necesario para la extraccin de los niveles requeridos de aire, con el fin de lograr en el
mnimo tiempo requerido la limpieza total de la cmara del autoclave. Como el autoclave debe
estar seco para el proceso de esterilizacin, es decir, sin contener agua de condensado, adems se
conto con una bomba de vaco, para poder realizar el vacio mnimo correspondiente a esta etapa y
dejar la cmara del autoclave completamente seca para comenzar el proceso de esterilizado.
B) Etapa de levantamiento de temperatura y presin.
Posterior a la etapa de purga la temperatura y presin son los parmetros que se deben
controlar en el proceso de esterilizacin, ya que se debe tener una temperatura y presin de 121
grados Celsius y 15, 1 PSI respectivamente para dar inicio al proceso de esterilizacin, pero como
durante el levantamiento de temperatura, en condiciones normales, la presin no debera exceder
valores no deseados o peligrosos, por lo tanto no se requiere su control, pero s su supervisin,
porque de existir aire dentro del equipo, fallas en la pureza del vapor u otros problemas, la presin
podra elevarse a niveles peligrosos siendo necesario activar automticamente la parada de
emergencia.
C) Etapa de esterilizacin
Durante esta etapa la temperatura lograda en el levantamiento se debe mantener en 121
grados Celsius a travs de un control ON/OFF de la vlvula que da paso a la entrada de vapor a la
cmara del autoclave por el tiempo configurado en la receta seleccionada. La presin en sta fase
es de gran inters, debido a que alejarse de la relacin presin vs temperatura a vapor de agua
saturado sera peligroso para la eficiencia del proceso.
Adicionalmente, se tiene que el parmetro de temperatura debi ser supervisado, debido a
que el mismo no puede descender ms all de un rango de seguridad, establecido por la empresa
en +/- 2 C, ya que de ocurrir esto, la esterilizacin no es confiable y se considera fallida; por lo
tanto, se debe indicar cuando esto ocurra, para que as el operador pueda reiniciar el proceso o
tomar las acciones requeridas.
D) Etapa de Enfriamiento
Despus del proceso de esterilizacin se da inicio a la etapa de enfriamiento la cual se logra por
medio de la entrada de aire puro a la cmara de la autoclave, el tiempo para la entrada de aire se
determino por medio de la temperatura, y debi ser de 13 minutos ya que para que se culmine el
tiempo de enfriamiento no debe haber una temperatura mayor a 45 grados Celsius.
Al lograr la temperatura final del enfriamiento, la vlvula de aire se cierra, y se enciende la
bomba de vacio para dar paso al vacio total del autoclave.
E) Final del proceso.
Al finalizar el enfriamiento se indica que la esterilizacin finaliz y que se puede dar apertura a
la compuerta.
A continuacin se muestra un diagrama de flujo del proceso de esterilizacin incluyendo sus
etapas:
3.4.1. Lista de entradas y Salidas del Controlador Lgico Programable Zelio Logic SR2B20IBD.
A continuacin se presenta una tabla de la lista de entras y salidas del controlador lgico
programable con la tecnologa seleccionada:
Tabla 8. Lista de Entradas Del PLC.
Tabla 9. Lista de Salidas Del PLC.
ENTRADAS
DIGITALES ANALGICAS
I2 Sensor de
Puerta
IB Transmisor de Presin de Chaqueta, Marca Setra Model
256 de 0-17 bar.
I3 Pulsador Stop IC Transmisor de Presin de Cmara Setra Model 256 de 0-17
bar.
I5 Pulsador Start ID Sensor de Temperatura PT100.
SALIDAS DE REL
Q1 Bomba de Vacio (Contactor). Q5 Luz Indicadora de Esterilizacin
Q2 Vlvula de Drenaje de Cmara, Marca Magnatrol ON/OFF.
Q6 Luz Indicadora de Enfriamiento
Q3 Vlvula de Aire, Marca Magna trol ON/OFF.
Q7 Luz Indicadora de Estril
Q4 Luz Indicadora de Calentamiento Q8 Vlvula Solenoide para la Entrada de
Vapor de Cmara, Marca Magnatrol
ON/OFF.
QUE SE BUSCA
1) El PT100 que es el que va a indicar que temperatura tenemos en la cmara, como se sabe
es resistivo, se requiere que el instrumentista realice un diseo para convertir esa
variacin de impedancia a una variacin de voltaje de 0 a 10v que sea lineal con la
temperatura, que se maneje temperaturas de 0 a 140C ya que se esteriliza a 121C, es
decir en 0 v hay 0C y 10 V hay 140C. ya que la entrada analgica del PlC es de 0 a 10v.
Ese diseo va ser simulado en cualquier simulador electrnico como circuit Maker.
2) El transductor de presin de la cmara tiene un trasmisor de corriente de 4- 20mA, se
requiere que el instrumentista haga un diseo que convierta esa variacin de corriente a
una variacin de voltaje de 0 a 10v. que sea lineal. Ese diseo va ser simulado en cualquier
simulador electrnico como circuit Maker.
3) Se requiere un ingeniero de control para programar el PLC Zelio logic de la siguiente
manera:
a) el proceso no va a correr si la puerta no esta cerrada.
b) Si la puerta esta cerrada que el operador presione el botn Star.
c) Al presionarlo que haga un vacio en la cmara para eliminar cualquier residuo y agua que
haya quedado, para ello se va activar la vlvula de aire por 15 segundos, despus de
transcurrido el tiempo se activa la vlvula de drenaje de cmara y la bomba de vacio por
30 segundos.
d) Al pasar el tiempo que comience el ciclo de esterilizacin se activa solamente la vlvula de
vapor de cmara, hasta que la temperatura haya alcanzado los 121C y el transductor de
presin indique que hay 15 psi, y se active la salida de luz de calentamiento en la cmara
se tiene que mantener fija esa temperatura por un lapso de 3 minutos que es el ciclo de
esterilizacin, es decir que si pasa de 121C que no entre mas vapor y si baja que se active
la vlvula. Adems en este paso que se active la salida de la luz indicadora de
esterilizando.
e) Viene la etapa de enfriamiento por la que se va activar solamente la bomba de vacio la
vlvula de drenaje y aire por un tiempo de 15 minutos. Y se active la salida de luz de
enfriamiento
f) Al terminar el tiempo anterior se desactiva todas las vlvulas y se activa la salida producto
estril indicando por medio de una luz.