Transmisor de Posición SMAR en la Molienda
INTRODUCCIÓN
La automatización industrial ha sido responsable por ganancias extras en varios procesos industriales, entre los cuales podemos mencionar el uso de transmisores de posición en la extracción del jugo de caña de azúcar.
Con la creciente responsabilidad con los problemas ambientales y la disminución de quemas durante la cosecha, la mecanización de este proceso lleva la caña a la industria previamente cortada en trozos, que resulta en una materia prima de densidad más uniforme y posibilita el empleo de los transmisores de posición en la descarga continuada automática de las mesas alimentadoras.
La estabilidad de la descarga se refleja en el control de nivel del primer Chute Donelly, lo que contribuye para la mejora de la extracción, pues este tándem representa alrededor de 70% del total extraído, quedando el resto para los tandens siguientes que cuentan con el control del flujo del agua de imbibición, los ajustes mecánicos de los tandens, la velocidad de los tandens en función de los Chute Donelly y la presión ejercida sobre la maza superior del tándem.
La maza superior de entrada se mueve aproximándose o alejándose de la maza inferior, según la cantidad de caña que entra en el sistema. Este movimiento se llama flotación, y sucede en una dirección inclinada para permitir que el cojinete superior se desplace más fácilmente. El movimiento no puede ser muy amplio, pues si sube demasiado, el aplastamiento será débil, o inexistente; si es muy bajo, forzará las mazas innecesariamente, desgastando sus rugosidades y pudiendo causar paradas por atoros en el prensado entre los equipos del proceso.
La maza se mueve a través de cabezotes hidráulicos fijados en el castillo en ambos lados. Los cabezotes se accionan por pistones que presionan el cilindro contra la caña, dependiendo de la cantidad.
Variables Relacionadas
Existe una variedad de factores que pueden influenciar en la eficiencia de la molienda. Se pueden mencionar como principales:
La calidad de la caña,
El área de contacto, peso y ranuras de las mazas,
La abertura entre las mazas,
La presión ejercida sobre la maza superior,
La preparación de la caña,
El flujo del agua de imbibición
La calidad de la caña
Depende de las condiciones climáticas y también de la responsabilidad del sector agrícola. El contenido de fibra, por ejemplo, aumenta durante la zafra, pudiendo llegar alrededor de los 15%. Para compensar esta variación, la preparación de caña exige mantenimiento y ajustes durante el período entre zafras, procurando abrir al máximo las fibras de la caña antes de molerla. Eso resalta la importancia de la alimentación continuada del proceso proporcionada por el control del nivel del colchón de caña. Transmisores de posición que funcionan a través de palpadores representan una solución práctica para la medición de este colchón.
Área de contacto, peso y ranuras de las mazas
Estos son parámetros de los molinos, que ya se fabrican considerando la optimización del proceso de molienda. Además, con frecuencia se hace un chapisco en la rugosidad de los cilindros para que la caña no patine y el bagazo pueda tirarse con eficiencia en el próximo tándem. Si las mazas se desgastan, la eficiencia de extracción disminuye. Medir la eficiencia es uno de los principales objetivos de la automatización industrial.,
La abertura de las mazas
La distancia entre los rodillos se determina antes de la partida de la molienda y se basa en estudios que toman en cuenta el tipo de molienda y parámetros tales como la superficie de la bagacera, su ranurado, además de la distancia entre la maza superior y el área de la brida que envuelve la extremidad de las mazas. La abertura adecuada de los rodillos evitará, por ejemplo, pérdida de eficiencia en el proceso de molienda.
Presión en las Mazas
La presión en la maza superior se regula por el cabezote hidráulico. El motivo de esta regulación es que, durante la molienda, ocurren variaciones en la cantidad de caña que pasa entre las mazas y también el contenido de fibra de la misma a lo largo de la zafra. Este factor cambia la fuerza contraria de la caña sobre las mazas periódicamente, haciendo necesario obtener nuevos puntos de equilibrio para una mejor molienda.
Bajo un modelo simplista, se puede probar que el rendimiento de la molienda se relaciona directamente con dos tipos de magnitudes:
1 – La fuerza contraria del colchón de caña sobre la maza superior;
2 – La presión ejercida por el cabezote hidráulico.
La primera variable tiene su influencia minimizada por la preparación correcta de la caña a través de los picadores y desfibradores y la correcta alimentación en el primer molino. Es necesario homogeneizar el colchón, corrigiendo irregularidades provocadas, por ejemplo, por colmos retorcidos. Esa homogeneidad solo es posible antes del colchón alimentar el primer Chute Donelly (canaleta de alimentación forzada).
La segunda es una magnitud relacionada directamente con la amplitud de flotación de la maza superior. Esa amplitud se ubica en promedio entre 20 y 30 mm y debe ser la misma en los dos lados de la maza superior del mismo tándem. El monitoreo de este desplazamiento es esencial para que se tenga molienda eficiente y protección mecánica a todo el conjunto. Juntamente con el monitoreo y la corrección de la presión hidráulica es el punto importante para complementar la necesaria eficiencia de extracción.
Preparación de la caña- El principal punto para se obtener una buena extracción de la caña que será molida es su preparación a través del proceso de desfibramiento.Por lo tanto influencia mayormente el proceso de molienda. Aún con la presión adecuada de las mazas, podrá ocurrir un atoro o trabamiento si el volumen de caña que pasa por los tandens fuere más grande que su capacidad. Así, el control de nivel en los Donellys actuando en la rotación de los tandens puede agregar un componente extra que es la flotación de la maza superior.
Control del Flujo de Agua de Imbibición– Si la caña está demasiado húmeda puede crear glomérulos cuya molienda es difícil. Si está seca, la molienda es más eficiente, pero, por otro lado, compromete la extracción de sacarosa. Por lo tanto, es sumamente importante el control adecuado del flujo y de la temperatura del agua para obtener buena extracción de sacarosa y, al mismo tiempo, que no ocurra el atoro.
Un método convencional de verificación de la flotación de la maza es por intermedio de punteros indicadores acoplados al rodillo superior. En la parte superior hay un mostrador graduado y un resorte solidario al indicador, como se ve en la Figura 1.
La indicación del desplazamiento varía según las aplicaciones. Hay casos en que varía hasta 25 mm hacia arriba, valor que corresponde a la presión de 2.500 lb del aceite aplicada al cabezote hidráulico. En esta aplicación, el proceso comporta hasta 3.000 lb de presión en el cabezote bajo el control de la bomba de aceite. Por encima de ese valor, se prefiere la intervención en el volumen de caña en el Chute Donelly, evitando así paradas indeseadas debido a grandes volúmenes.
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Figura 1 – Instrumento Convencional Resorte-Puntero Indicador para Indicación del Desplazamiento de la Maza Superior
Todo el control es visual/manual, lo que exige un tiempo de corrección considerable considerando el tiempo de percepción, de reporte del problema, del desplazamiento al panel de control de presión, del tiempo de respuesta de la bomba y del tiempo de confirmación de la nueva medida.
Con respecto al flujo del agua de imbibición, el desplazamiento de la maza superior proporciona un setpoint remoto para controlar el flujo de imbibición. El levantamiento empírico es necesario para adoptar los mejores valores para la corrección del setpoint remoto.
El Transmisor de Posición SMAR
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Figura 2 – Transmisor de Posición SMAR en Válvula de Control
Los transmisores de posición de SMAR, TP301 (4 a 20mA y Tecnología HART), TP302 (Fieldbus) y TP303 (Profibus), se utilizan para control y monitoreo de desplazamientos de cualquier tipo, lineares o rotativos. La medida de posición se basa en el principio del Efecto Hall, con un sensor magnético destinado a recibir la señal generada por el movimiento de un imán.
El montaje del transmisor de posición SMAR depende del tipo de movimiento que se quiere obtener, lineal o rotativo. Para medir el desplazamiento de alguna parte móvil de un instrumento es necesario que se fije en ella el imán y el transmisor de posición en cualquier tipo de soporte. El recorrido del imán induce un campo magnético en el sensor del transmisor durante todo el curso que se quiera medir.
El sensor de posición por Efecto Hall provee tensión de salida proporcional a la variación del campo magnético aplicado. Son dos imanes inversamente polarizados que actúan directamente en aquel sensor.
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Figura 3 – Transmisor de Posición SMAR con Sensor Remoto
Las bandas de medición tienen de 3 a 100 mm para desplazamientos lineales y de 30 a 120º para los rotativos. Además de los modelos convencionales, SMAR posee la versión con sensor de posición remoto, para aplicaciones en altas temperaturas, grandes vibraciones o locales de difícil acceso. Las larguras del cable del sensor remoto son de 5, 10, 15 y 20 m.
La Aplicación
De la misma manera que los punteros indicadores, el Transmisor de Posición SMAR necesita un soporte solidario con el movimiento del rodillo. Su base, en la mayoría de las aplicaciones de campo, queda en contacto directo con el cojinete superior del rodillo, como se ve en la Figura 4.
Difícilmente ese apoyo se hace por encima del rodillo, pues el contacto desgasta tanto este como la propia asta.
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Figura 4 – El apoyo del asta es, generalmente, sobre el cojinete superior del rodillo. Detalle a derecha.
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Figura 5 – Conducto que envuelve el asta, el imán prendido a ella y el TP fijado en otro soporte.
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Figura 6 – Esbozo de la aplicación.
Se recomienda usar un conducto en el asta para evitar desplazamientos laterales. El imán se instala en la otra extremidad del asta, según la figura 5.
El Transmisor de Posición SMAR se fija en otro lugar, de acuerdo con la largura del asta. El lugar donde se fija el Transmisor de Posición SMAR varía según la aplicación: la parte externa que cubre el cabezote hidráulico, el Chute Donelly, el pasamanos de la pasarela sobre la molienda, etc. Tal procedimiento se hace en ambos lados del rodillo superior, con la intención de regularizar su nivel horizontal.
La asta sube o baja con el movimiento del rodillo, y el Transmisor de Posición SMAR acusa ese desplazamiento en la unidad deseada, incluso en porcentaje, como se ve en la figura abajo.
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Figura 7 – Asta en movimiento, con indicación del desplazamiento en el display.
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Figura 8 – TP Lineal y Rotativo con indicador mecánico.
Son comunes aplicaciones que combinan el Transmisor de Posición SMAR, para medidas de desplazamientos lineales o rotativos, y el indicador mecánico al mismo tiempo, aprovechando las astas y acoplamientos existentes, como se ve la Figura 8.
En este ejemplo, la misma instalación se destina a dos objetivos principales: mantener el nivel adecuado del volumen de caña a través del rodillo para una buena molienda para corregir el flujo de agua de imbibición.
En ambos casos el TP SMAR posibilita un setpoint remoto para rotación del tándem y para los controles de flujo de agua de imbibición.
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FIGURA 9 – Supervisor indicando los set-points de control en análisis
La utilización del flujo de agua de imbibición utilizando solamente las condiciones de análisis previa de la molienda para aquella zafra, a través de un ajuste local, causa pérdidas por exceso o falta de agua en el proceso. La medida de flujo, en este caso, se puede hacer por medio de elementos de primogénitos, por ejemplo, una placa de orificio, en que la diferencia de presión entre los lados de la placa se convertirá en la expresión del flujo. También se puede usar medidores magnéticos, que utilizan la variación del campo magnético atravesado por los fluidos para medir el flujo.
La Figura 9 muestra en la pantalla un sistema de supervisión sobre una molienda con los controles de flujo de agua de imbibición, las indicaciones del desplazamiento de la maza superior, indicando los lados derecho e izquierdo. Presenta aún los setpoints remotos de rotación de los tandens y el lazo con el palpador en la correa de alimentación.
Con el Transmisor de Posición SMAR se configura la banda de desplazamiento hacia arriba y hacia abajo de la maza superior. Por lo que se observa en el campo, en promedio, ese desplazamiento no excede 30 mm.
En esa aplicación el TP SMAR proporciona condiciones para corrección de la presión en el cabezote hidráulico, respetando al mismo tiempo la curva de brix del jugo de la caña, cuya medida se hace en dos o tres puntos. Por ejemplo, antes de la maza de entrada del jugo reservado del tándem en cuestión y después de la maza de salida. El objetivo es analizar la curva de extracción y compararla con lo ideal, que varía de ingenio a ingenio.
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Figura 10 – Curva de Brix del Jugo para cada tándem
De esta manera, si hubiere alguna irregularidad en la flotación de la maza, cuyo nivel se mide por el Transmisor de Presión SMAR, la corrección se hará a través de controles automáticos en el área de la molienda, resolviendo el desvío. Además del factor relacionado al flujo de agua de imbibición, existen los siguientes;
Alimentación de Caña– se controla a partir de la medición de nivel del primer Chute Donelly. Actúa en la velocidad del conductor de goma y metálico. Tiene como beneficio la mejor protección de los picadores y desfibradores contra atoros, reduciendo su desgaste. La velocidad de los conductores de goma y metálico se controla desde el nivel del primer Chute Donelly.
Velocidad de las Turbinas y Motores Eléctricos– controla la velocidad del segundo tándem y de los tandens siguientes. La variable medida en ese control es el nivel de caña del Chute Donelly del Tándem que se trata.
Nivel de la Caja de Jugo– mide y controla el nivel actuando en la turbina o el motor eléctrico del primer tándem.
Conclusión
El Transmisor de Posición SMAR presenta ventajas notorias en comparación al puntero indicador de desplazamiento, tales como,
asociado a un lazo de control, genera una señal correspondiente al nivel de flotación de la maza superior, que será usado para comandar la reducción o el aumento de la velocidad de rotación de las turbinas y motores de la molienda y, consecuentemente, el nivel del Chute Donelly (vía controlador SMAR). El uso simple del puntero indicador mecánico resulta en acciones correctivas demoradas, comprometiendo el rendimiento de la molienda.
La gran ventaja del uso de un sensor de posición por Efecto Hall es la eliminación del contacto mecánico y, por lo tanto, aumenta la confiabilidad de la medida de posición, pues no habrá juegos ni desgastes, que ocurren con frecuencia en equipos que utilizan palancas y dispositivos mecánicos.
Ocurre también mejoría del control del flujo de agua de imbibición, un parámetro directamente asociado al nivel del Chute Donelly y a la flotación de la maza.
La precisión de las medidas es muy superior a la proporcionada por el puntero mecánico, por estar ella sujeta a desgastes mecánicos de sus partes, lo que reduce aun más la exactitud de la medida.
Soluciones confiables
