1

TRABAJO MONOGRAFICO

SIATEMA DE CONTROL Y AUTOMATIZACION PARA MAQUINA DE TEÑIDO TIPO JIGGER

2

INDICE

CAPITULO I

1. Sistemas de Control………………………………………………………………………………Pag 3

1.1 Conceptos…………………………………………………………………………………………Pag3

1.2 Sistemas de control ……………………………………………………………………………...Pag3

1. 3 Estrategias de control automático …………………………………………………………….Pag4

2. Nuestro Proceso: Teñido……………………………………………………………………….Pag8

3. Maquina de teñido jigger………………………………………………………………………….Pag8

4. Proceso de teñido máquina de teñir jigger……………………………………………………Pag10

5. Aplicacion de los conceptos de Control al proceso de teñido en maquina Jigger………..Pag13

CAPITULO II

3

Capitulo I

1. Sistemas de Control

1.1 Conceptos

Variable controlada y variable manipulada

La variable controlada es la cantidad o condición que se mide y controla.

La variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Por lo común, la va- riable controlada es la salida (el resultado) del sistema. Controlar significa medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para co- rregir o limitar una desviación del valor medido a partir de un valor deseado. En el estudio de la ingenierfa de control, necesitamos definir términos adicionales que resultan necesarios para describir los sistemas de control.‘

Plantas. Una planta puede ser una parte de un equipo, tal vez un conjunto de las partes de una máquina que funcionan juntas, el propósito de la cual es ejecutar una operación par- ticular. Eneste libro, llamaremos planta a cualquier objeto físico que se va a controlar (tal como un dispositivo mecánico, un horno de calefacción, un reactor qufmico o una nave espacial).

Procesos. Es una operación o un desarrollo natural progresivamente continuo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente fija y que conducen a un resultado o propósito determinados; o una operación artificial o voluntaria progresiva que consiste en una serie de acciones o movimientos contrólados, sistemáticamente dirigidos hacia un resultado o propósito determinados.

Sistemas. Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado. Un sistema no necesariamente es físico. El concepto de sis tema se aplica a fenómenos abstractos y dinámicos, tales como los que se encuentran en la economía. Por tanto, la palabra sistema debe interpretarse como una implicación de sis temas físicos, biológicos, económicos y similares.

Perturbaciones. Una perturbación es una señal que tiende a afectar negativamente el valor de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se deno- mina interna, en tanto que una perturbación externa se produce fuera del sistema y es una entrada.

Automatización: Aplicación de sistemas automáticos en la realización de un proceso.

1.2 Sistemas de control

4

Un sistema o proceso está formado por un conjunto de elementos relacionados entre sí, que producen señales de salida en función de señales de entrada. Las variables que afectan un proceso se clasifican en entradas, que denota el efecto de los alrededores sobre el proceso, y salidas, que denota el efecto del proceso sobre los alrededores. Para caracterizar el sistema sólo se requiere

conocer la relación que existe entre la entrada y la salida del proceso, no es necesario conocer el funcionamiento interno o cómo actúan los diversos elementos, que es el principio conocido como de caja negra

Las entradas pueden clasificarse en variables manipuladas, si sus valores pueden ajustarse libremente por el ser humano o un sistema automático, y variables de disturbio, si sus valores no se controlan del todo. Las salidas se pueden clasificar a su vez en variables medibles, si sus valores se conocen por medición directa, y variables no medibles, cuyo valor no se puede medir en forma directa (Molina, 1998). Un sistema de control es un ordenamiento de componentes físicos unidos o relacionados de tal manera que regulan al mismo sistema o a otro mediante una acción de control. Los sistemas de control emplean frecuentemente componentes de distintos tipos, por ejemplo, componentes mecánicos, eléctricos, hidráulicos, neumáticos y combinaciones de estos (DiStefano, Stubberud, y Williams, 1992; Gomáriz et al., 1999; Harrison y Bollinger, 1976). Los elementos principales de un lazo de control son el elemento de medición (sensor / transmisor), el elemento de decisión (controlador) y el elemento de acción (actuador / elemento final). Todo lazo de control debe contar con estos tres elementos para poder llevar a cabo la función de control. Un sistema bien diseñado realiza la función de control con mayor velocidad y precisión que el ser humano. En ciertos procesos, los disturbios hacen que la variable controlada se desvíe del punto de consigna o Set Point, que es el valor deseado para la variable controlada. Los sistemas diseñados para compensar estos disturbios ejercen control regulatorio. En otros casos, el disturbio más importante es el punto de consigna mismo, entonces la variable controlada debe seguirlo; los sistemas diseñados para este propósito ejercen lo que se llama servo control (Smith & Corripio, 1997).

1. 3 Estrategias de control automático

Los problemas de control se resuelven generalmente con un solo controlador, pero también existen distintos esquemas de control que combinan controladores y otros componentes como filtros, selectores y demás. Distintas estrategias de control automático se explican a continuación.

Control retroalimentado

En un sistema de control retroalimentado la variable controlada se mide por un sensor, se transmite hacia el controlador, y se compara con el valor de referencia o punto de consigna, la diferencia entre ambas variables, conocida como el error, se utiliza para modificar la variable manipulada, tendiendo a reducir la diferencia, y este proceso se repite continuamente. En otras palabras, la entrada del controlador es afectada por la salida del proceso; es decir, la información se retroalimenta para influir en la variable controlada (Franklin et al., 1991; Warwick, 1996). El principio se ilustra en la Figura

5

Figura 1.4 Diagrama de bloques de un sistema de control retroalimentado. (Adaptado de Altmann, 2005, p. 2)

Este sistema de control posee la ventaja de ser una técnica muy simple para compensar todos los disturbios; cualquier disturbio que aleje a la variable controlada del punto de consigna hace que el controlador cambie su salida para regresarla al mismo. No importa el tipo de disturbio, el controlador no requiere gran información del proceso, solamente requiere saber en qué dirección moverse. Esta es la estrategia de control más común; no obstante, en algunos procesos no provee el rendimiento requerido. La desventaja principal de este tipo de control radica en que solamente puede compensar un disturbio después de que la variable controlada se ha desviado de su punto de consigna. Esto significa que el disturbio se debe propagar a través de todo el proceso antes de que el esquema de control retroalimentado pueda iniciar una acción para compensarlo; en procesos que responden lentamente, un pequeño disturbio puede causar un error prolongado (Smith & Corripio, 1997). Los sistemas de control retroalimentados se denominan también sistemas de control en lazo cerrado. En la práctica, los términos control retroalimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control retroalimentado para reducir el error del sistema (Ogata, 1998).

Control adelantado

Los sistemas en los cuales la salida del proceso no afecta la acción de control se denominan sistemas de control en lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se retroalimenta para compararla con una referencia, por lo que el controlador trabaja independientemente de la salida del proceso. Ante un valor de entrada se espera una respuesta dada del sistema, por ello al control en lazo abierto también se le llama control adelantado (Ogata, 1998; Żak, 2003). La Figura muestra el diagrama de bloques de sistema de control en lazo abierto típico.

6

A diferencia del control retroalimentado, que elimina los efectos de los disturbios en el proceso luego de presentarse una desviación de la variable controlada, con el control adelantado se pueden medir directamente los disturbios y compensarlos antes que éstos influencien el proceso, minimizando así la desviación de la variable controlada respecto al punto de consigna. La Figura 1.6 representa un sistema de este tipo, nótese que la salida del proceso no influye en la acción del controlador. En cualquier sistema de control en lazo abierto, al no compararse la salida con la entrada de referencia, a cada entrada de referencia o disturbio le corresponde una condición operativa fija; por lo que la precisión del sistema depende enteramente de la calibración (Åström & Hägglund, 1995; Ogata, 1998; Smith & Corripio, 1997; Warwick, 1996).

Si bien esta estrategia de control, a diferencia del control retroalimentado, pretende modificar las variables manipulables antes de que se presenten las desviaciones en la salida, el control adelantado sólo compensa los disturbios “esperados”, o sea que los disturbios que se puedan presentar son conocidos y, más importante aún, son medibles, por lo que el sistema se diseña para compensar estos disturbios. Si otro disturbio, no contemplado, entra al proceso esta estrategia no lo compensa, resultando en una desviación permanente de la variable controlada respecto al punto de consigna. Para prevenir esta desviación conviene utilizar cierta compensación por retroalimentación (Smith & Corripio, 1997). Debido a su simplicidad y economía, los sistemas de control adelantados se utilizan principalmente en aplicaciones no-críticas (Kuo, 1996).

Control en cascada

El control retroalimentado es la estrategia de control más utilizada debido a su simpleza; sin embargo, cuando los requerimientos del proceso se intensifican y en procesos con dinámicas lentas, con muchas o frecuentes desviaciones, el rendimiento provisto por el control retroalimentado se vuelve en ocasiones inaceptable. El control en cascada mejora, en ocasiones significativamente, el rendimiento proporcionado por el control retroalimentado al medir una variable intermedia que responde más rápidamente a la señal de control que la variable de interés. Esta estrategia consiste en anidar varios lazos de control en los que se miden varias variables y manipula una sola. La Figura muestra un sistema con dos lazos anidados, en este aparecen dos sensores, dos transmisores, dos controladores y un elemento actuador. Esto resulta en dos lazos de control: el lazo de control interno llamado lazo secundario y el lazo de control externo llamado lazo primario, nombrados así porque el lazo externo controla la señal de la variable de interés principal (Åström & Hägglund, 1995; Smith & Corripio, 1997).

7

La característica básica de este esquema de control es que el controlador primario (externo), en vez de enviar una señal a un elemento actuador, fija el punto de consigna del controlador secundario (interno) que controla a la variable secundaria, con ello la variable controlada principal se mantiene en el punto de consigna (Smith & Corripio, 1997).

Control de razón

Una técnica de control comúnmente utilizada en el control de procesos es el control de razón. Con el control de razón, también llamado control de proporción, una variable se manipula para mantenerla como una razón o proporción de otra variable, mejorando así las características dinámicas del sistema (Smith & Corripio, 1997). La Figura muestra un ejemplo del uso de un esquema de control de razón en un proceso de mezclado, donde se tienen dos corrientes líquidas, A y B, y se debe mantener una proporción dada por la razón

para la cual qA se refiere al flujo de la corriente A y qB al flujo de la corriente B. En el diagrama mostrado, el flujo de la corriente A, que puede variar debido a disturbios, se mide a través del sensor FT-102. El valor medido se multiplica por la proporción de mezcla establecida RM, la cual se introduce como un parámetro en el multiplicador FY-102. La salida del multiplicador se usa entonces como punto de consigna del controlador FC-101 que controla el flujo de la corriente B (Smith & Corripio, 1997).

2. Nuestro Proceso: Teñido

8

En términos generales se dan dos formas de tintar una fibra:

a) por afinidad entre colorante y fibra

b) por impregnación de la fibra

De esta manera tenemos también dos tipos genéricos de máquinas de tintura.

En el caso del procedimiento a, el método de tintura es el llamado por agotamiento.

En este proceso son las fuerzas de afinidad entre colorante y fibra lo que hace que el colorante pase del baño a la fibra hasta saturarla y quedar fijada en él. La relación de peso entre peso de fibra y peso de solución de colorante es bastante elevada, de 1/5 a 1/60.

En el caso del procedimiento b, el método de tintura es el llamado por impregnación de la fibra en colorante. Pero el material textil que se impregna de la solución donde está el colorante, lo hace sin que en ese momento quede todavía fijado en él; es después, en el proceso de fijado, cuando la tintura es definitiva. Utilizando el procedimiento de impregnación la relación de baño es mucho más baja, entre 1,2 y 0,6 litros de solución por Kg. de fibra.

3. Maquina de teñido jigger

Jigger es una de la máquina de teñir más antiguo utilizado para las operaciones de teñido de tela. Máquina del aparejo apropiado para el teñido de tejidos, hasta la temperatura de ebullición, sin arrugas. Jigs ejercen una considerable tensión a lo largo en la tela y son más adecuados para el teñido de tejidos de género de punto. Dado que el tejido se maneja en-anchura abierta, una plantilla es muy adecuada para tejidos que se arruguen cuando se tiñen en forma de cuerda.

9

Aparejo máquina de teñir

Algunos tejidos son convenientemente teñidos de aparejo son,

Taffettas

Tejidos lisos

Rasos

Popelines

Patos

Uniendo y el material para camisas.

Láminas, etc

Pero tienen una aplicación limitada en tejidos que son sensibles a la tensión como crepes, crepes planos, tejidos de punto, tejidos de mallas y urdimbres elastoméricos etc Descripción de la máquinaLas máquinas tienen dos rodillos principales que giran sobre cojinetes lisos y están conectados a un mecanismo de accionamiento adecuado, que se puede invertir cuando se requiera. La tela se enrolla en uno de los rodillos principales y se alimenta de la otra. La tela se mueve de un rodillo al otro a través del canal de licor colorante situado en la parte inferior de la máquina. Hay varios disposiciones de rodillos de guía en la parte inferior de licor pila, y durante cada paso de la tela pasa alrededor de estos rodillos de guía. El licor colorante concentrado generalmente se introduce directamente en el baño de tintura en dos porciones iguales, que se añaden justo antes de comenzar la primera y un segundo extremos. El licor es agitado por el movimiento de la tela a través del baño de tintura. Varios tubos de rociado horizontales están equipados en toda la anchura de la artesa a fin de acelerar el enjuague de la tela. vapor vivo se inyecta en la parte inferior de la artesa a través de un tubo perforado a través del ancho de la plantilla calienta el licor. Algunas plantillas modernos también tienen intercambiadores de calor para la calefacción indirecta. cubre la parte superior de la plantilla reduce al mínimo la pérdida de calor a la atmósfera, mantiene la temperatura uniforme en todas las partes de la tela y minimiza la exposición del licor y la tela al aire. Minimizar la exposición a aire es importante cuando se utiliza azufre o colorantes de tina , ya que estos colorantes pueden ser oxidados por el oxígeno atmosférico. Unos pocos metros de tela que conduce, de construcción similar a la tela bajo proceso, se sutura a cada extremo de la tela por lotes, para permitir toda la longitud de la tela para pasar a través del baño de tinte durante el proceso de teñido. Cuando se ha completado el procesamiento de la plantilla, el tejido se ejecuta en un A-marco a través de un dispositivo de línea de contacto o el

10

vacío para eliminar agua procedente del exterior durante la descarga. máquinas modernas, como poteras automáticas y jumbo tener la automatización completa de la unidad, la regulación de la tensión y de control, la velocidad del tejido y medición, menos paro más suave y el tirón y empezar, contadores de número de vueltas, la reversión gradual y silencioso, la regulación automática de la temperatura y de control, etc

4. Proceso de teñido por aparejo máquina de teñir:

El proceso de teñido en aparejo es considerado como una serie de operación de relleno intermitente seguida de periodos sobre el rodillo principal, durante el cual la acción de teñido y la difusión tiene lugar de vivienda. Los factores que controlan la velocidad de absorción de colorante son:

1. La cantidad de licor de teñido intersticial retenido en los intersticios de la armadura de la tela.

2. El agotamiento del licor intersticial en el periodo de reposo entre inmersiones sucesivas.

3. El grado de intercambio de licor durante una inmersión (factor de intercambio).

En el teñido en máquinas Jigger la tela gira sobre dos rodillos principales, La tela de anchura abierta pasa de un rodillo a través del baño de tintura en la parte inferior de la máquina y, a continuación sobre un rodillo de recogida impulsado en el otro lado. Cuando todo el tejido ha pasado a través del baño, la dirección se invierte. Cada paso se llama un fin. Teñido implica siempre un número par de extremos. El baño de tinte tiene uno o más rodillos de guía, alrededor de la cual la tela se desplaza, y durante esta inmersión alcanza el contacto deseado con el licor de tinte. Durante este paso la tela recoge la cantidad adecuada de licor de teñido, encima del

11

cual se drena fuera, pero sigue siendo una buena cantidad se mantiene en la tela. Durante la rotación de los rodillos de este colorante penetra y difusa en la tela. El verdadero teñido se lleva a cabo no en el licor de teñido, pero cuando la tela está en los rodillos, ya que sólo una muy pequeña longitud de la tela está en el baño de tintura y gran parte es en los rodillos. Por lo tanto la velocidad de la tela durante la inmersión en baño de tintura tiene un muy poco efecto sobre el porcentaje de sombra producida. Algunos problemas críticos relacionados con las máquinas de teñido aparejo convencionales (que se minimizan en las máquinas modernas días) Los principales problemas son-lado-a-centro variaciones de color, llamadas anuncio y variaciones de color a lo largo, llamada termina. Otros problemas son

El control de temperatura de lado a lado y de extremo a extremo del rollo

Control de tensión de extremo a extremo

Control de velocidad constante de extremo a extremo

Prevención de pliegues

Prevención de aire

Limitaciones de Jigger Teñido

1. Jigs ejercen una considerable tensión a lo largo en la tela y son más adecuados para el teñido de tejidos de género de punto.

2. En la preparación de textiles debido a la hinchazón y la disolución de tamaño, lo que hace que el tejido resbaladizo e inestable en forma de rollo.

3. La baja relación de licor de lavado-off hace difícil.

4. Hay poca acción mecánica en una máquina de plantilla y es menos adecuada cuando se requiere el desgrasado vigorosa antes de la tintura.

5. Efectos muaré o marcas de agua pueden surgir en algunas telas de acetato de nylon y debido a aplanar la estructura de la tela laminada en la presión.

Curva de teñido por un lote de producto

12

3. Aplicacion de los conceptos de Control al proceso de teñido en maquina Jigger

La variable medida es el nivel de baño de tintura, en el siguiente esquema se muestra el proceso de teñido, cuya planta esta representada por la maquina, pues alli se realiza el proceso, existen otras variables que intervienen y se relacionan en el proceso, como son :la Temperatura del licor de tintura, la velocidad la tela en la alimentacion, la presion que ejercen los cilindros, el PH, etc . El elemento que se encarga de monitorear la variable medida es un sensor de nivel que toma el valor , y lo comunica al controlador en este caso un microcontrolador o PIC que evalua si este valor esta entre los valores deseados a obtener ( Por ejemplo existe un controlador para Jigger marca Semitronik modelo AVD-102) evalua estos datos dando una orden para mantener el nivel deseado, ene ste caso al actuador tipo valvula, ( en nuestro caso, los metros de tela son alimentados a la cubeta de teñido, por consiguiente se produce un consumo de licor, el nivel de dosificacion dependera de los metros alimentados)

13

Sistema de control de temperatura

Monitorizacion de control

Detalles de algunas de las partes de la maquina

14

Datos tecnicos de la maquina a considerar.