REPOTENCIACION DE UPGRADE EMPACADORA ROSDA FAMILIAR
Transcript of REPOTENCIACION DE UPGRADE EMPACADORA ROSDA FAMILIAR
1
REPOTENCIACION DE UPGRADE EMPACADORA ROSDA FAMILIAR
OSCAR EDUARDO LEON SALAZAR VICTOR ANDRES MARTINEZ MEJIA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRONICA
SANTIAGO DE CALI 2009
4 cm. 2
2
REPOTENCIACION DE UPGRADE EMPACADORA ROSDA FAMILIAR
OSCAR EDUARDO LEON SALAZAR VICTOR ANDRES MARTINEZ MEJIA
Trabajo de Pasantía para optar al título de Ingeniero Mecatronico
Director CARLOS HECTOR CRUZ
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS DE PRODUCCIÓN PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIAL
SANTIAGO DE CALI 2009
Nota de aceptación:
3
Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatronico
Jurado CARLOS HECTOR CRUZ Jurado o *Director Santiago de Cali, 01 de Febrero de 2009
*Si no sustentó, escriba el nombre del director del trabajo sobre la línea con mayúscula sostenida y debajo la palabra Director con mayúscula inicial Para la numeración de las páginas, se cuenta desde la cubierta pero el número se coloca desde la página de aceptación (inicia en 3), centrado a dos centímetros del borde de la hoja y a un centímetro del texto
4
CONTENIDO
Pág.
GLOSARIO 16 RESUMEN 18 INTRODUCCIÓN 19 1. CAPITULO I ANALISIS 20 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2 MARCO TEORICO
20 21
1.2.1 Descripción del procesos 1.2.1.1 Elementos neumáticos 1.2.1.2 Tipos de sensores 1.2.1.3 Tipos de control 1.2.1.4 Otros elementos implicados 1.2.1.5 Interfase hombre – maquina 1.3 ANTECEDENTES 1.4 OBJETIVO GENERAL 1.5 OBJETIVO ESPESIFICO 1.6 JUSTIFICACION 1.7 METODOLOGIA
21
31 37 38 39 40
2. CAPITULO II – INGENIO LA CABAÑA 42 2.1 VISION 2.2 MISION 2.3 PROCESO DEL AZUCAR 2.4 DESCRIPCION DEL PROCESO 2.5 EMPACADERO 2.5.1 Ubicación de la empacadora 2.5.2 Proceso de operación
42 42 43 44 51 51 51
3. CAPITULO III – CONTROL E IMPLEMENTACION ELECTRONICA 53 3.1 CONTROL PARA MAQUINA EMPACADORA 3.1.1 Especificación de diseño 3.1.2 Necesidades de control de la empacadora ROSDAN
53 53 54
5
3.1.3 Generación de necesidades y matriz métrica 3.1.4 Especificaciones 3.1.5 GENERACION Y SELECCIÓN DE CONCEPTOS 3.1.5.1 Conceptos generados 3.1.5.2 Exploración sistemática 3.1.5.3 Combinación de conceptos 3.1.5.4 Selección de conceptos y evaluación de matriz de tamizaje 3.2 ARQUITETURA DEL PRODUCTO 3.2.1 Esquema y grupos de elementos del control para empacadora 3.2.2 Distribución geométrica 3.3 DISEÑO INDUSTRIAL 3.3.1 Evaluación de las necesidades ergonómicas 3.3.2 Evaluación de las necesidades estéticas 3.3.3 Dirección del proceso de diseño industrial 3.3.4 Evaluación de la calidad del diseño industrial 3.4 DISEÑO DETALLADO 3.4.1 Sub-sistema mecánico 3.4.2 Sub-sistema electrónico 3.5 Montaje de control 3.5.1 Interfase operario 3.5.2 Instalación interfase operario 3.5.3 Montaje panel 3.5.4 Instalación panel de control 3.6 Planos del esquema electrónico
54 57 58
72 72 73 74 74 75 76 77 80 80 80 82 82 82 83 84 84
4. CAPITULO IV – SIMULACION DOSIFICADOR 85 4.1 DOSIFICDOR ACTUAL 4.1.1 Generación de necesidades y Matriz métrica 4.1.2 Especificaciones 4.1.3 GENERACION Y SELECCIÓN DE CONCEPTOS 4.1.4 Exploración sistemática 4.1.4.1 Combinación de conceptos 4.1.4.2 Selección de conceptos y evaluación de matriz de tamizaje 4.2 ARQUITETURA DEL PRODUCTO 4.2.1 Interacciones fundamentales 4.2.2 Interaccione incidentales 4.2.3 Distribución geométrica 4.3 DISEÑO INDUSTRIAL 4.3.1 Evaluación de las necesidades ergonómicas 4.3.2 Evaluación de las necesidades estéticas 4.3.3 Dirección del proceso de diseño industrial 4.3.4 Evaluación de la calidad del diseño industrial
85 85 87 87 88
102 102 103 104 105 105 107 109 110
6
4.4 DISEÑO PARA MANOFACTURA 4.4.1 Proceso de maquinados elaboración de piezas 4.4.1.1 Justificación de Volumen para las copas de los platos 4.4.2 Proceso de acabados superficiales sobre materiales 4.4.3 Materiales utilzazos 4.4.4 Estimación de los costos de manufactura 4.4.5 DISEÑO PARA ESAMBLE 4.5 PROTOTIPADO 4.5.1 Planeación del prototipo 4.5.2 Prototipo 4.6 DISEÑO DETALLADO 4.6.1 Sub-sistema electrónico 4.6.2 Sub-sistema mecánico 4.6.2.1 Sistema dosificador 4.6.2.2 Sistema elevador primario 4.6.2.3 Sistema elevador secundario 4.6.3 Planos del esquema mecánico 3.6.3.1 Variador de velocidad 3.6.3.2 Sistema elevación 4.7 MANUAL TECNICO 4.7.1 Descripción de la maquina 4.7.2 Instrucciones de manejo 4.7.3 Instrucciones de mantenimiento
110 110
113 114 116 117 118 119 119 119 119 120
128
129 129 129 130
CONCLUCIONES 131 BIBLIOGRAFÍA 133 ANEXOS 134
7
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Descripción de la misión de la división de empaquetamiento. 52
Tabla 2. Planteamiento de necesidades. 54
Tabla 3. Métricas. 55
Tabla 4. Relación entre necesidades y métricas. 55
Tabla 5. Evaluación de métricas – competidores. 56 Tabla 6. Evaluación de necesidades – competidores.
57
Tabla 7. Matriz de tamizaje de conceptos.
66
Tabla 8. Matriz evaluación de conceptos. 69 Tabla 9. Elementos necesarios. 70 Tabla 10. Presupuesto de control. 78 Tabla 11. Generación de necesidades. 85 Tabla12 . Métricas. 86 Tabla 13. Matriz de tamizaje. 99 Tabla 14. Evaluación de conceptos. 100 Tabla 15. Costos del sistema neumático. 117
8
LISTA DE CUADROS
Cuadro 1. Conceptos principales Cuadro 2. Concepto A Cuadro 3. Concepto B Cuadro 4. Concepto C Cuadro 5. Concepto D Cuadro 6. Concepto E Cuadro 7. Concepto F Cuadro 8. Concepto G Cuadro 9. Concepto Principales Cuadro 10. Concepto A Cuadro 11. Concepto B Cuadro 12. Concepto C Cuadro 13. Concepto secundarios Cuadro 14. Concepto D Cuadro 15. Concepto E Cuadro 16. Concepto F
Pág.
62
63
63
64
64
65
65
66
93
94
95
96
97
97
98
98
9
LISTA DE FIGURAS
Pág. Figura 1. Empaquetadora actual. 21 Figura 2. Alimentador de Bolsas. 22 Figura 3. Conformador cilíndrico de plásticos. 22 Figura 4. Termo-Sellador longitudinal. 22 Figura 5. Foto Celda. 23 Figura 6. Jalador. 23 Figura 7. Dosificador. 23 Figura 8. Mordazas. 24 Figura 9. Termo sellador transversal. 24 Figura 10. Banda transportadora. 24 Figura 11. Empaquetamiento en bultos. 25 Figura 12. Cosedora de hilos. 25 Figura13. Transporte. 25 Figura 14. Elementos neumáticos. 26 Figura 15. Tipos de sensores. 27 Figura 16. Microprocesador. 27 Figura 17. PLC. 28 Figura 18. Automatización. 28
10
Figura 19. Mordazas. 29 Figura 20. Sellado por calor. 29 Figura 21. Triac. 30 Figura 22. Motores eléctricos. 30 Figura 23. Interfase. 30 Figura 24. Empacadoras industriales. 31 Figura 25. Empacadora automática vertical. 32 Figura 26. Empacadora automática multicabezal. 33 Figura 27. Empacadora automática granular. 34 Figura 28. Empacadora granular HDK-40. 34 Figura 29. Empacadora automática para polvo. 35 Figura 30. Empacadora vertical para polvo. 36 Figura 31. Proceso del azúcar. 43 Figura 32. Transporte de caña. 44 Figura 33. Lavado de caña. 45 Figura 34. Banda transportadora. 45 Figura 35. Molinos. 46 Figura 36. Basculas. 47 Figura 37. Lodos o cachaza. 47 Figura 38. Evaporadores. 48 Figura 39. Tachos. 49
11
Figura 40. Centrifugas. 49 Figura 41. Secadoras. 50 Figura 42. Empacadero. 50 Figura 43. Bodega. 51 Figura 44. Secuencias de 100 pasos para salidas. 53 Figura 45. Caja negra. 59 Figura 46. Proceso del control. 59 Figura 47. Árbol clasificación de conceptos – almacenar energía. 60 Figura 48. Árbol clasificación de conceptos – hardware de control. 61 Figura 49. Árbol clasificación de conceptos – elementos electrónicos. 62 Figura 50. Concepto AB combinado. 67 Figura 51. Concepto C. 68 Figura 52. Concepto E. 69 Figura 53 . Esquema de control. 72 Figura 54. Interfase de control operario. 73 Figura 55. Panel de control. 73 Figura 56. Ergonomía. 75 Figura 57. Estética. 76 Figura 58. Dirección del proceso de diseño industrial. 77 Figura 59. Evaluación. 79 Figura 60. Motor embrague por correas. 80 Figura 61. Nuevo motor reductor. 80
12
Figura 62. Control de velocidad original. 81 Figura 63. Nuevo control velocidad electrónico. 81 Figura 64. Sensor mecánico original. 81 Figura 65. Sensor inductivo. 81 Figura 66. Elementos de interfase de operario. 81 Figura 67. Ubicación de botones. 82 Figura 68. Montaje de botones. 82 Figura 69. Interfase original operario. 83 Figura 70. Nueva interfase operario. 83 Figura 71. Panel principal. 83 Figura 72. Panel de control original. 84 Figura 73. Nuevo panel de control. 84 Figura 74. Caja Negra. 87 Figura 75. Sistema de control. 88 Figura 76. Árbol clasificación de conceptos – almacenamiento energía. 99 Figura 77. Árbol clasificación de conceptos – energía translacional. 90 Figura 78. Árbol clasificación de conceptos – contenedor del producto 91 Figura 79. Árbol clasificación de conceptos – almacenamiento dosificador. 92 Figura 80. Árbol clasificación de conceptos – caída libre del producto. 93 Figura 81. Diseño dosificador por posición. 94 Figura 82. Diseño dosificador por pistón. 95
13
Figura 83. Diseño dosificador por desplazamiento doble. 96 Figura 84. Diagrama fundamental. 102 Figura 85. Interacciones incidentales. 103 Figura 86. Distribución geométrica. 104 Figura 87. Ergonomía. 106 Figura 88. Estética. 108 Figura 89. Dirección del proceso de diseño industrial. 109 Figura 90. Evaluación de calidad del diseño industrial. 110 Figura 91. Relación de Volumen vs. Peso de azúcar. 111 Figura 92. Conjunto de platos y copas. 112 Figura 93. Tipos de cepillo para desgaste. 113 Figura 94. Ruedas abrasivas. 113 Figura 95. Fieltro y trapos de bruñido. 113 Figura 96. Abrasivos con aglutinante para bruñido. 113 Figura 97. Acción de los reactivos químicos durante el pulido. 114 Figura 98. Representación de los prototipos. 118 Figura 99. Tolva doble. 120 Figura 100. Copa de platos. 120 Figura 101. Aro de teflón. 120 Figura 102. Soporte plato superior. 121 Figura 103. Plato superior. 121 Figura 104. Resguardo. 122
14
Figura 105. Soporte para rodamiento. 122 Figura 106. Rodamiento. 122 Figura 107. Tapa soporte rodamiento. 123 Figura 108. Plato inferior. 123 Figura 109. Soporte plato inferior. 123 Figura 110. Tolva inferior. 124 Figura 111. Protector lateral superior e inferior. 124 Figura 112. Columna guía. 124 Figura 113. Eje de sinfín regulador. 125 Figura 114. Piñón corona. 125 Figura 115. Tornillo sinfín regulador. 125 Figura 116. Tornillo sinfín elevador. 126 Figura 117. Soporte engranaje. 126 Figura 118. Piñón para cadena. 126 Figura 119. Rodamiento radial. 127 Figura 120. Rodamiento radial axial. 127 Figura 121. Acople entre piñón cadena y sinfín elevador. 127 Figura 122. Soporte secundario para sistema de elevación. 128 Figura 123. Cadena. 128
15
LISTA DE ANEXOS
Pág. Anexo A. Tablas. 134 Anexo B. Presupuesto de elementos empleados. 137 Anexo C. Manual variador de velocidad. (ver archivo anexo C) 139 Anexo D. Plano electrónico. (ver archivo anexo D) 140 Anexo E. Planos diseño mecánico. (ver carpeta anexo E) 141 Anexo F. Programación PLC. 142
16
GLOSARIO AZÚCAR: el azúcar es un producto natural, sólido, cristalizado, constituido esencialmente por cristales sueltos de sacarosa obtenido mediante procedimientos industriales apropiados de la caña de azúcar o de la remolacha azucarera. AZÚCAR BLANCA: en general se llama azúcar blanco a todo azúcar granulado de color claro ya sea blanco propiamente dicho, blanco especial o azúcar refinado. AZÚCAR BLANCO ESPECIAL: el azúcar blanco especial es un azúcar blanco que posee mejores especificaciones que el azúcar blanco propiamente dicho. AZÚCAR CRUDO: el azúcar crudo es el azúcar obtenido de la caña de azúcar o de la remolacha azucarera, constituido esencialmente por cristales sueltos de sacarosa cubiertos por una película de su miel madre. AZUCAR REFINADO: e l azúcar refinado es obtenido por la purificación, decoloración y re cristalización del azúcar crudo afinado, esto es, disolviendo azúcar crudo, purificando el jarabe resultante y cristalizando de nuevo para formar el grano. CAÑA: la caña de azúcar (Saccharum officinarum L) es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en sacarosa, compuesto que al ser extraído y cristalizado en el ingenio forma el azúcar.
CONFORMADOR CILÍNDRICO DE PLÁSTICO: es un cilindro que en su proceso succiona una cinta platica tensionada para formar una bola.
DOSIFICADOR: es un contenedores circular rotatorio de varios recipientes donde se almacenan la cantidad exacta de azúcar del producto.
FRUCTOSA (LEVULOSA): la fructosa es un monosacárido levo-rrotatorio (gira a la izquierda la luz polarizada) con una dulzura 1,4 a 1,7 veces la del azúcar, razón por la cual se prefiere en muchos usos alimentarios que requieren un endulzado intenso o para disminuir la cantidad utilizada de otros azúcares. GLUCOSA (DEXTROSA): la glucosa es un monosacárido dextrorrotatorio (gira a la derecha la luz polarizada) con una dulzura 0,75 veces la del azúcar. IEC: conjunto de normas para la fabricación de equipos eléctricos y electrónicos.
17
MICROPROCESADOR: es un dispositivo integrado que se encarga de procesar y almacenar información digital por medio de una programación preestablecida y es utilizado para múltiples aplicaciones.
MORDAZAS: es un sistema de sellado o corte de material plástico.
NEMA: asociación de normas y estándares para la manufactura de productos eléctricos. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC DE 210/05: empaque o embalaje o envase o los tres, Los empaques deben ser de un material adecuado que no altere las características del producto y lo preserven durante su transporte y almacenamiento.
NTC 2050: código eléctrico colombiano a partir del año 2004, se creo un reglamento técnico de instalaciones eléctricas, cuyo objetivo principal es garantizar la seguridad de personas, vida animal y vegetal, y la preservación del medio.
POLIETILENO: el polietileno es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n, Se obtiene de la polimerización del etileno.
PLC: un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. Sacarosa: la sacarosa es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una de fructosa (levulosa). TRIAC O TRIADO: para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
18
RESUMEN Iniciando con el proceso del funcionamiento de la empacadora ROSDAN, mediante el reconocimiento del sistema observamos varios módulos de funcionalidad, la cual evaluamos determinadamente obteniendo una lista de los más carentes de funcionalidad; que analizaremos y corregiremos mediante la práctica para conseguir una automatización optima en el control que se centra en nuestro objetivo principal, también observaremos el sistema mecánico de la empacadora diseñando una simulación de algunas partes consideradas las más defectuosas mejorándole el funcionamiento y optimizando su funcionalidad, esto nos permitirá optimizar el rendimiento y disminuir la perdida de azúcar, en el área estudiada. Realizando los estudios de análisis hemos obtenido como resultado que el sistema de empacamiento ROSDAN tiene algunos módulos deficientes como (los triac de disparo, el temporizador de sellado, el dosificación, la foto-celda y el secuenciador), dicho lo anterior procederemos a la corrección de los módulos, diseñado e implementando un sistema más eficiente.
19
INTRODUCCIÓN En la actualidad, los ingenios azucareros son una industria muy representativa del valle del cauca, brindando una gran variedad de productos a nivel local y nacional. El ingenio la cabaña SA es uno de los ingenios más importantes de la agroindustria colombiana con más de 5200 toneladas por día de capacidad de molienda y una producción de más de 3 millones de bultos de azúcar por año. La cabaña ha ido implementado nueva tecnología que lo ha llevado a alcanzar una importante molienda en el sector azucarero a lo largo del país. Sin embargo no todos los procesos se han automatizado o actualizado, tal es el caso de la línea de empaquetado. En esta existen tres equipos de empaquetado UPGRADE ROSDAN para empaque tamaño familiar que resultan obsoletos y con un control deficiente, que implica necesariamente una re-potenciación. Éste consistirá en una actualización e implementación del sistema de control y el diseño y simulación de sistemas mecánicos más confiables. Mediante el cual desarrollaremos una metodología concurrente que nos permitirá seguir unos pasos estructurados y un manejo de recursos disponibles para la realización del proyecto.
20
CAPITULO I ANALISIS
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El problema radica en la línea de empaquetado de azúcar tamaño familiar (1 libra). La maquina asociada a este proceso (implementada por el mismo ingenio La Cabaña) es una UPGRADE ROSDAN con una capacidad de 5 a 60 bolsas por minuto y funciona de manera secuencial por medios electro-mecánicos y neumáticos con un controlador obsoleto y con fallas eléctricas que ha causado varias paradas en la producción. Es por esto, que la empresa necesita una re-potenciación del equipo para aumentar la eficiencia, rendimiento, confiabilidad y calidad del producto. Para ello se debe actualizar el sistema de control de la maquina empacadora, mejorar la interfase del panel de control con el operador y proponer una simulación de un sistema electro-neumático mas confiable.
21
1.2. MARCO TEORICO
La maquina es electro neumática, los movimientos de las mordazas o piezas para realizar el sellado por calor y corte, se realiza a través de unos cilindros neumáticos. El movimiento del arrastre de la bolsa y el dosificador se realiza a través de motores eléctricos.
La maquina posee una foto celda para posicionar la bolsa, también posee un micro switch para detectar la posición del dosificador que se encarga de determinar la cantidad exacta para cada bolsa del producto. El secuenciador maneja ocho salidas de las cuales se tiene mordazas, termo-sellado, jaladores, dosificador.
Figura 1. Empaquetadora actual 1.2.1. Descripción de procesos.
• La alimentación de las bolsas: Esta se realiza por medio de un conjunto de rodillos.
22
Figura 2. Alimentador De Bolsas.
• Conformador cilíndrico de plástico: Une los lados de la cinta plástica por medio de un corbatín, para formar la bolsa antes de pasar por el sello longitudinal.
Figura 3. Conformador Cilíndrico De Plástico.
• Termo-sellado longitudinal: Se encarga de termo-sellar los lados de la bolsa de manera longitudinal para formar la misma.
Figura 4. Termo-Sellador Longitudinal.
23
• Foto Celda: Se encarga de sensar el final de la bolsa de azúcar para dar orden al halador después de ser sellada longitudinalmente.
Figura 5. Foto Celda
• Jalador: Se encarga de sujetar la bolsa después de ser sellada longitudinalmente y haber recibido la orden de la foto-celda, manteniendo una tensión durante el llenado.
Figura 6. Jalador.
• Dosificador: Deja caer la porción exacta de azúcar en la bolsa. Una vez se halla detenido el jalador.
Figura 7. Dosificador
• Mordazas: Corta la bolsa horizontalmente a la vez que sostiene la siguiente
24
Figura 8. Mordazas
• Termo-sellado vertical: Se encarga de termo-sellar la parte inferior y a su vez la superior de la bolsa en proceso.
Figura 9. Termo Sellador Vertical
• Banda transportadora Desplazar el producto hacia la zona de control de calidad y empacamiento.
Figura 10. Banda Transportadora.
• Empacamiento en bultos Se encarga de la verificación, el control de calidad y empaquetamiento del producto manualmente en los bultos 50kg.
25
Figura 11. Empaquetamiento en bultos.
• Cosedora de hilos Se encarga de trasladar mediante una banda el bulto de 50kg hasta pasar por la cosedora supervisada por el operario.
Figura 12. Cosedora de hilos
• Transporte Se encarga de almacenar los bultos de 50kg, en la bodega.
Figura 13. Transporte
26
1.2.1.1. Elementos neumáticos. Figura 14. Elementos neumáticos
• Acondicionamiento de aire: Consiste en regular las condiciones de temperatura del sistema
• Compresor: Es una máquina de flujo que puede aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles. Son la fuente más común de potencia en la industria con múltiples ventajas.
• Fuerza Neumática: La fuerza neumática puede realizar muchas funciones mejor y más rápidamente, de forma más regular y sobre todo durante más tiempo sin sufrir los efectos de la fatiga.
• Aire de escape : Aire comprimido que fluye a la atmósfera procedente de cilindros y sistemas de mando una vez que ha cedido su energía.
1.2.1.2. Tipos de sensores. Es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor.
27
Figura 15. Tipos De Sensores
• Foto-celda: Presenta un bajo valor de su resistencia ante la presencia de luz, y, un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz.
• Switches : Es un dispositivo de conmutación que permite el control de distintos equipos con tan sólo una señal.
1.2.1.3. Tipos de control
• Microprocesador: Es un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento", también es conocido como CPU.
Figura 16. Microprocesador
28
• PLC: Es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.
Figura 17. PLC
• Automatización: Es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
• La Parte Operativa:
Es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.
• La Parte de Mando:
Suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada).
Figura 18. Automatización
29
1.2.1.4. Otros elementos implicados.
• Mordazas: El aire comprimido llega al elemento a través de una válvula distribuidora, escapa por toberas pequeñas, que se encuentran en la parte inferior de la mesa. Como consecuencia, ésta se levanta de su asiento. El colchón de aire así obtenido permite desplazar la mesa con la carga sin ninguna dificultad. La base debe ser plana. Si la mesa tiene ranuras, éstas no presentan ninguna dificultad; en caso dado, hay que elevar la presión.
Figura 19. Mordazas
• Sellado por calor: Estas selladoras permiten que el aire comprimido efectúe la mayoría del trabajo.
Figura 20. Sellado Por Calor
• Triac : Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés, también como controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
30
Figura 21. Triac
• Motores eléctricos: Se tienen 3 motores eléctricos de corriente alterna que se encargan de mover mecanismos como el dosificador, jalado de las bolsas y banda transportadora.
Figura 22. Motores Eléctricos
1.2.1.5. Interfase hombre – maquina. En ella se logra la operación y
configuración de la maquina, así como suministrar información importante del proceso.
Figura 23. interfaz – panel
31
1.3. ANTECEDENTES
• Empacadoras Industriales: Esta fue una de las primeras empacadoras manuales que embolsaba distintos materiales como azúcar, arroz, etc. Luego aparecieron las empacadoras automáticas como estas que se muestran a continuación:
Figura 24. Empacadoras industriales
• Empacadora Automática Vertical Granular DB-180: Esta empacadora es controlada por PLC y operada por fuerza neumática. Es sencillo su manejo estable y versátil. El sistema es completamente automático, dosifica, llena, forma el empaque, codifica, llena de aire y corta en un solo proceso a diferencia de la anterior que es completamente manual e implica mayor trabajo.
Esta empacadora tiene distintas aplicaciones en empacados como el arroz, los productos de frituras, productos dilatados, confites, sal, palomitas, gelatina o productos sólidos en forma alargada y plana
32
Figura 25. Empacadora automática vertical Capacidad: 5 – 60 bolsas/min. Volumen de llenado: 100 – 800 ml Tamaño de bolsa: ancho 50 – 180 Mm., largo: 80
• Empacadora Automática Multicabezal 10 Balanzas: Esta empacadora también es completamente automático y eficiente tiene como función medir el peso del producto, llenado, formación de la bolsa, codificación, sellado y corte.
Tiene variedad de funciones preestablecidas, tiene a diferencia de la anterior pantalla digital LCD con interfase con toda la información de la operación; además es fácil de operar y sencillez en su limpieza y montaje Aplicaciones para todo tipo de producto sólido como galletas, confites, nueces, maní, frutas secas, semillas, chocolate, cereales y otros.
33
Figura 26. Empacadora automática multicabezal Especificaciones técnicas: Capacidad: 5 – 60 bolsas/min. Tamaño de la bolsa: largo 80 – 300 Mm., Ancho 100 – 200 Mm. Peso máximo: 3000 g
• Empacadora Automática Granular HDK-800 Esta empacadora es apropiada para la industria. Realiza automáticamente todo el proceso de empaque desde la formación de la bolsa, dosificado, llenado, sellado, corte y conteo
Tiene control PLC, pantalla digital, motor stepper, sensor fotoeléctrico, ajuste del volumen del llenado, codificadora de tinta térmica, carcaza en acero inoxidable. Tiene como aplicaciones partículas granulares sueltas y no pegajosas, como avena, cereales, frituras, maní, semillas de planta, detergentes, etc. tiene mas capacidad que las dos anteriores materiales de empaque: todo tipo de laminados PET/PE, BOPP/PE, AL/PE u otros materiales flexibles de empaque termosellable.
34
Figura 27. Empacadora automática granular
• Empacadora Automática Granular HDK-40/ HDK-150: Esta empacadora es similar a la anterior con la diferencia que tiene mayor capacidad de 50 a 100 bolsas por minuto. Es también automática en todo su proceso, tiene Control PLC y pantalla digital, Motor stepper, Ajuste automático del largo de la bolsa, Sensor fotoeléctrico, Ajuste del volumen de llenado, Carcaza en acero inoxidable grado sanitario GMP y Codificadora tinta térmica. Tiene como aplicaciones partículas granulares sueltas y no pegajosas, en bolsitas individuales como píldoras, pimienta, sal, azúcar, café, avena, cereales, frituras, maní, semillas de planta, detergente, etc.
Figura 28. Empacadora granular HDK-40
35
Especificaciones técnicas: Capacidad: 50 – 110 bolsas/min. Tamaño de la bolsa : largo 55 – 110 / 70-150 Mm., ancho 30 – 80 / 70-115 Mm. Volumen: 5-40 ml / 30-150 ml
• Empacadora Automática para Polvo HDF-40 / HDF – 150: Esta empacadora es para productos en polvo de la industria alimenticia y química etc. Realiza automáticamente todo el proceso de empaque desde la formación de la bolsa, dosificado, llenado, sellado, corte y conteo. Tiene como características la dosificación por tornillo, control PLC, pantalla digital, motor stepper, ajusto automático al largo de la bolsa, sensor fotoeléctrico, codificación con tinta térmica, carcaza en acero inoxidable, grado sanitario GMP. Materiales de empaque: todo tipo de laminados PET/PE, BOPP/PE, AL/PE u otros materiales flexibles de empaque termosellable.
Figura 29. Empacadora automática para polvo Especificaciones técnicas: Capacidad: 28 – 60 bolsas/min. Tamaño de la bolsa: largo 100 – 260 Mm., Ancho:40–150Mm. Volumen: 200-1400ml
36
• Empacadora Automática Vertical para Polvo: Es también para el envasado en polvo de productos como la harina de trigo, harina de arroz, leche en polvo, azúcar en polvo, café soluble u otros productos en polvo.Tiene como características la Dosificación por tornillo controlado por motor servo y PLC, Pantalla digital, Alta precisión: ±2%, sencillo de manejar, estable y eficiente, Formación de fuelle con precisión de 3 – 4 Mm., Sistema contra la formación de estética y absorción de polvo, Realiza todo el proceso de dosificación, llenado, formación de empaque, sello, corte y contador de bolsas, Codificación por cinta térmica, Elevador de tornillo y Transportador de producto final.
Figura 30. Empacadora vertical para polvo. Especificaciones técnicas: Capacidad: 10 – 40 bolsas/min. Tamaño de la bolsa: largo 50-300 Mm., ancho 60-200 Mm. Volumen: 200-5000 ml
37
1.4. OBJETIVO GENERAL
Mejorar e implementar el control de una empacadora UPGRADE ROSDAN para empaque de azúcar tamaño familiar.
38
1.5. OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Conocer el proceso de empaquetado de la Empacadora Rosdan familiar. • Mejorar el diseño de la interfase del control actual de la maquina.
• Implementar el diseño de interfase.
• Manejar una base de datos donde se registre información como la cantidad de
material utilizado, cantidad de bolsas producidas y paradas de emergencia. • Diseñar el sistema de control para la empaquetadora Rosdan Familiar.
• Implementar el sistema de control para la Empaquetadora Rosdan Familiar.
• Conseguir un tiempo óptimo de funcionamiento según la necesidad del
proceso de empaquetado (5 a 60 bolsas por minuto)
39
1.6. JUSTIFICACION El proceso de empaquetado es una de las etapas más importantes en la línea de producción ya que en este punto es donde se obtiene el producto terminado listo para la siguiente etapa del proceso, además estos empaques deben cumplir ciertas normas que garanticen la calidad.
Esta maquina ha generado problemas eléctricos que ha provocado constantes averías que interrumpen la producción y aunque se tienen tres unidades, en ausencia de una de ellas la producción se ve afectada en el rendimiento lo cual para el ingenio resulta en un problema.
El objeto final será actualizar el sistema de control por uno más modernizado que garantice confiabilidad manteniendo o mejorando su rendimiento con una buena calidad, además el proyecto brinda una muy buena oportunidad de aprender los procesos asociados con la línea de producción y igualmente obtener una relación directa con la agroindustria, la cual es una de la más representativas del valle del cauca.
40
1.7. METODOLOGIA Para lograr realizar el proyecto utilizaremos el método del Diseño Concurrente, el cual está compuesto por las siguientes etapas de diseño e implementación:
• Recolección de la información de campo. Se hará un reconocimiento de área y de los equipos de instrumentación que actualmente intervienen en el proceso de empaquetamiento con ayuda de lectura de libros los cuales también podemos encontrar diagramas de flujo y otras interpretaciones del proceso que nos podrían ilustrar más el estudio que se realizara.
• Planificación, dentro de esta etapa se realiza una descripción y un análisis
QFD del problema de diseño, también sus especificaciones; en donde se debe tener en cuenta un análisis de mercado en el cual manifiesta nuevas necesidades o requerimientos de ingeniería para la maquina empacadora, así como también las restricciones de la maquina.
• Replanteamiento, planos y diseño.
• Desarrollo conceptual, en este punto del diseño se debe hacer un análisis funcional del producto identificando sus funciones y sub-funciones principales, ha de realizarse una evaluación de los conceptos seleccionados y adicionalmente se realizan algunos cálculos de ingeniería necesarios para el desarrollo de estos conceptos.
• Diseño a nivel de sistema en esta etapa se debe establecer la arquitectura del producto y se hace una descomposición de los sistemas que hacen parte del proyecto; se estiman algunos distribuidores y canales de compra de elementos necesarios, tales como sensores, actuadores, controladores, por mencionar algunos.
• Diseño detallado, se debe definir la distribución geométrica para los sistemas mecánicos, electrónicos, control y software que tendrá la maquina, además hay que brindar una explicación detallada de los mismos desarrollando sus respectivos prototipos. Se deben definir los procesos de producción de las piezas y circuitos, su diseño para mecanizado y los procesos de aseguramiento de la calidad.
• Procederemos a diseñar el sistema, Se llevara a cabo el proceso de levantamiento de toda la información relacionada con la empacadora como lo son los equipos de instrumentación, los lazos de control y PID.
• Procederemos a realizar una actualización a mano alzada de los diagramas existentes, junto con los diagramas se realizara un listado de todos los
41
equipos de instrumentación y con sus respectivas características como TAG, rango, marca, serie, modelo, etc. Y se clasificaran según la criticidad.
• Procederemos a cotizar con ayuda de los ingenieros eléctricos los elementos necesarios para la conexión de los equipos de instrumentación con la unidad de control donde puedan ser controlados de manera eficiente.
• Una recomendación de los equipos escogidos para el posible reemplazo de los equipos neumáticos el cual explique de una forma apropiada porque fueron escogidos y porque serian los más adecuados en cada caso.
• Prueba y refinamiento, se realizan las pruebas de fiabilidad, tiempo de vida, desempeño y que se cumplan con las normas necesarias para el correcto funcionamiento; además se pueden realizar cambios en el diseño necesarios para la mejora del equipo.
• Ejecución de la obra.
• Por último se entregara un informe donde se realice una sustentación de todos los equipos escogidos y todos los diagramas actualizados.
42
CAPITULO II INGENIO LA CABAÑA
El Ingenio La Cabaña S.A es una empresa Agroindustrial, ubicada en el Depto del Cauca, dedicada a la producción y comercialización de azúcares y mieles, posee alrededor de 20.000 hectáreas de terrenos destinados al cultivo de la caña de azúcar y alrededor de 200.000 metros cuadrados asignados a la planta física de la fábrica y áreas administrativas. Entre su personal existente dispone alrededor de 1.700 personas afiliadas y 1.500 contratistas. La planta de producción está conformada principalmente por los equipos de molinos, turbinas, calderas, clarificadores, calentadores, filtros, evaporadores, tachos, cristalizadores, centrífugas, secadoras, transportadores y además elementos técnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la función fabril. Los productos elaborados por el Ingenio pertenecen a la línea de azúcar crudo, azúcar blanco especial, azúcar blanco, miel virgen y miel final, para los cuales, con excepción de la miel final, la empresa posee sello de calidad, otorgado por el ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas Y Certificación), de acuerdo con normas técnicas colombianas, así: PRODUCTO NTC CUMPLIDA Azúcar Blanco Especial 2085 Azúcar Blanco 611 Azúcar Crudo 607 Miel Virgen de Caña 1846 2.1 VISION Somos una empresa Agroindustrial dedicada a la producción de caña, fabricación y comercialización de azúcares, alcoholes, mieles y otros productos derivados del proceso. Apoyados en el talento de nuestra gente y en los avances tecnológicos, ofrecemos a nuestros clientes productos competitivos de alta calidad para los mercados nacional e internacional, con rentabilidad para nuestros accionistas. 2.2. MISION Ser en el 2010 la empresa más rentable de la industria azucarera nacional, con ingresos totales de 70 millones de dólares y un costo de ventas competitivo a nivel
43
internacional, con el 70% del campo adecuado para corte mecánico, y posicionado como un importante apoyo empresarial a las iniciativas de desarrollo comunitario en la región. Seremos el principal comercializador directo de azúcar en Colombia, con más del 30% de nuestros ingresos provenientes de productos con valor agregado para nuestros clientes. 2.3. PROCESO DEL AZUCAR Figura 31. Proceso del azúcar
CADENA PRODUCTIVA
Para la elaboración de azúcares de alta calidad, se cuenta con un proceso productivo que se desarrolla en tres pasos:
44
2.4. DESCRIPCION DEL PROCESO
� Cultivo de caña: Se preparan los terrenos, trazado y construcción de vías de riego incluyendo drenaje y elaboración de surcos, este es el primer paso antes de sembrar la caña, se escoge la semilla, siembra y riego de germinación, todo esto se complementa con el abono, control de plagas y de malezas.
� Cosecha: En la Cosecha, una vez tiene lugar la maduración de la caña entre
los 12 y 14 meses, se procede a su cosecha en forma manual o mecánica. Luego se alza mecánicamente y se conduce a la fábrica por medio de un moderno y eficiente equipo de transporte, para dar comienzo al proceso de elaboración del azúcar
Figura 32. Transporte de caña.
� Transformación en azúcares, alcohol y sus derivados: La caña que llega del campo se muestrea con una sonda mecánica oblicua o Core Sampler para determinar sus características de calidad como contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. A continuación, la caña se pesa con básculas electrónicas y se conduce a los patios donde empleando un sistema de grúas se almacena en vagones o canastas y luego se dispone directamente en las mesas lavadoras para dirigirla al conductor que alimenta las picadoras.
Las mesas de lavado cuentan con un sistema de boquillas aspersoras de agua que lavan la caña y remueven las impurezas evitando su entrada al proceso.
45
Figura 33. lavado de caña
La caña lavada se transporta por un sistema de conductores hacia las picadoras, que son máquinas colocadas encima de estos, accionados por turbinas de vapor provistas de cuchillas que giran a una velocidad de 720 rpm., bajo las cuales se hace pasar el colchón de caña, que se fracciona abriendo las celdas para facilitar la extracción del jugo que contiene.
Figura 34. Banda transportadora Los conductores cuentan con un sistema automático de control de carga que regula la alimentación a las picadoras y molinos, para impedir la formación de tacos y además controlar la capacidad de molienda programada.
46
La caña preparada por las picadoras llega a los molinos, que son tanques constituidos cada uno por seis molinos de cuatro mazas cada uno. Dichas mazas son rodillos metálicos entre los cuales se hace pasar el colchón de caña y mediante presión se extrae el jugo que es el que contiene la sacarosa y se envía al proceso de elaboración de azúcar. Cada molino es accionado por una turbina de vapor de alta presión, un sistema de transmisión y reductores de velocidad, manteniendo una extracción de sacarosa por encima de 97%. Figura 35. Molinos
En el recorrido de la caña por el molino, se le agrega agua para in-saturar los jugos y lograr extraerle la sacarosa que contiene el material fibroso que pasa a través de todas las unidades que componen dicho molino. El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a las calderas para que sirva como combustible y produzca el vapor de alta presión que se emplea en las turbinas de los molinos para lograr su movimiento y en los turbogeneradores para producir la energía eléctrica requerida por el Ingenio y la energía que se vende a la red pública. El vapor de escape de las turbinas se emplea en las operaciones de evaporación y cocimiento de los jugos azucarados. El bagazo se puede emplear adicionalmente para las fábricas de papel o de tableros aglomerados. El jugo que se extrae de los molinos se pesa en básculas con capacidad de 8 toneladas, este jugo se sulfita, alcaliza y se calienta con vapores vegetales en intercambiadores de tubo y coraza, hasta una temperatura de 102-105 ºC. El jugo alcalizado caliente es pasado por un flash tank, donde se le liberan vapores. Inmediatamente el jugo se alimenta a una batería de 7 clarificadores de 65.000 galones de capacidad cada uno y un tiempo de residencia de 2,5 horas.
En los clarificadores, los sólidos insolubles floculados, se separan del jugo,
47
sedimentándose por gravedad en forma de un lodo llamado cachaza, el cual se extrae con bombas de diafragma. El jugo claro se tamiza en DSM para retirarle las partículas finas antes de ser enviado a los evaporadores.
Figura 36 . Basculas.
Los lodos o cachaza contienen azúcar y para retirársela se someten a un proceso de extracción por filtración al vacío. Inicialmente a los Iodos se les agrega bagacillo, cal y floculante para aumentar su filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al vacío donde se aplica agua caliente con boquillas, para minimizar la cantidad de sacarosa residual en la cachaza, separándose los sólidos del jugo resultante.
Figura 37. Lodos o cachaza
Una parte de la materia sólida se conduce por bandas transportadoras a tolvas para recogerla en vagones o volquetas, pesarla y disponerla en el campo como estabilizador de suelos pobres en materia orgánica, la restante se envía a la planta de compostaje para ser procesada. El jugo turbio resultante se clarifica por foz-flotación con ácido fosfórico, cal, floculante
48
y aire de tal manera que el jugo filtrado clarificado se mezcla con el jugo claro para enviarlo a los evaporadores y los Iodos sólidos no azúcares se retornan a la operación de filtración y se desalojan con la cachaza. El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de sólidos de 15% (ºbrix), se concentra por evaporación de múltiple efecto y se entrega con 60º - 63°brix. Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura.
Figura 38. Evaporadores
La estación de evaporación consta de cuatro líneas de evaporadores tipo Roberts en arreglo de cuádruple efecto con un área de evaporación total de 243.000 pies cuadrados. Cada línea de evaporación está provista de instrumentación y equipos de control de la más moderna tecnología disponible, como es el sistema inteligente de control distribuido, desde el cual se hace el control automático de las líneas: flujos de alimentación de jugo, vapor, desalojo de jarabe, nivel de material en cada evaporador, entre otros. La sacarosa contenida en la meladura se cristaliza llevándola hasta el nivel meta-estable de sobresaturación por evaporación al vacío en evaporadores de simple efecto (tachos). El material resultante que contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida. El trabajo de cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de dos cocimientos o templas para lograr una mayor recuperación de sacarosa.
49
Figura 39. Tachos Los cristales se separan del licor madre mediante fuerza centrífuga en tambores rotatorios que contienen mallas interiores. Durante el proceso de centrifugado, el azúcar se lava con agua caliente para eliminar la película de miel que recubre los cristales y se descarga para conducirla a las secadoras.
Figura 40. Centrifugas
La miel A y la resultante del lavado se le da el nombre de miel lavada y se emplea en la producción de masas A y B en tachos. Al cabo de dos cristalizaciones sucesivas se obtiene una miel agotada o miel B, que se retira del proceso y se envían hacia los tanques de almacenamiento para alimentar la Destilería y producir alcohol carburante.
50
El azúcar húmeda que sale de centrífugas, (1.0% de humedad) se transporta por elevadores y bandas para alimentar a las secadoras que son tambores rotatorios inclinados, en los cuales el azúcar se coloca en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente.
Figura 41. Secadoras
El aire se calienta con vapor en intercambiadores tipo radiador y se introduce a la secadora con ventiladores. El azúcar seco sale por el extremo opuesto de la secadora, donde se instala una malla clasificadora para remover los terrones de azúcar. El azúcar seca (0.035% de humedad) con temperatura cercana a 60ºC se pasa por las enfriadoras rotatorias inclinadas que llevan aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta 40 - 45ºC para conducirla a las tolvas de envase.
Figura 42. Empacadero
El azúcar se empaca en diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta.
51
Figura 43. Bodega
2.5. EMPACADERO
2.5.1. Ubicación de la empacadora: La empacadora ROSDAN esta ubicada en la planta de LA CABAÑA S.A. en la parte del Proceso de empacado de azúcar, después de las enfriadoras rotatorias inclinadas que llevan aire frío en contracorriente hasta una temperatura aproximada de 40° C a 45° C, quedan do con una humedad de el 0.035%.
� Partes que componen y acompañan la empacadora: La empacadora ROSDAN inicialmente viene acompañada por una tolva de refrigeración, alimentador de bolsas, banda transportadora y bascula de azúcar.
2.5.2. Proceso de operación
Descripción: Esta tabla muestra la descripción clara del proyecto, identificando y aclarando los objetivos principales, mercado primario y secundario, premisas y restricciones dadas por LA CABAÑA S.A y las generadas las partes implicadas tanto en la etapa de investigación como en la realización.
52
Tabla 1. Descripción de la misión de la división de empaquetamiento
Planta LA CABAÑA S.A
Implementación de sistema de automatización para empacadora ROSDAN
Automatizar uno de los procesos principales donde de obtiene el producto final, aprovechando su máximo rendimiento
Otros Ingenios, Plantas que requieren mayor eficiencia en el proceso de empacado Aumentar la capacidad de empacado de bolsas. Aumentar la calidad del empacado. Optimizar la empacadora ROSDAN Reducir perdidas de bolsas y tiempo. Obtener mayor seguridad División Eléctrica, Instrumentación y División del Elaboración de LA CABAÑA S.A. División de Automática y Mecánica (UAO) Proveedores MicroPLC.
53
CAPITULO III
CONTROL E IMPLEMENTACION ELECTRONICA
3.1. CONTROL PARA MAQUINA EMPACADORA
3.1.1. Especificación de diseño.
o Descripción del control original: El control es realizado por medio de un secuenciador electrónico programable el cual se basa en dividir el proceso en 100 pasos y ejecutar las salidas un determinado número de pasos (ver grafico 1), cada ves que se ejecutan los 100 pasos se cuentan 1 bolsa. La velocidad del motor halador es controlada por una tarjeta electrónica, las resistencias de sellado son activadas por medio de una tarjeta electrónica con triacs. El pulso de sellado se realiza por medio de una tarjeta electrónica temporizadota, el motor dosificador y la banda transportadoras se activan con contactores.
Figura 44. Secuencias de 100 pasos para las salidas
0… …50 … …64… …74… …90 …95 …99. PASOS
Mordaza L.
Mordaza T. Dosificador. Jalador
. Pulso de Sellado
0… …50 … …80… …90… 99.
PASOS
Mordaza L. Mordaza T. Dosificador. Jalador
Pulso de Sellado
EMPACADORA 3 - PROGRAMA 2
EMPACADORA 3 - PROGRAMA 1 V = 40 bolsas/minuto
54
3.1.2. Necesidades de control de la empacadora ROSDAN
o Controlar la velocidad de empacado de la rosdan.
o Regular la temperatura de las resistencias de las mordazas longitudinal y transversal para el sellado de las bolsas.
o Mantener un conteo de la producción del día.
o Visualiza información importante para el operario.
o Permitir tener programas diferentes según las necesidades del proceso.
o Permitir modificar directamente la programación del proceso de empacado.
o El programa se basa en 100 pasos por bolsa.
o Tener la opción de paro de emergencia en caso de problemas de
atascamiento o mal sellado de la Rosdan.
o Distribuir el panel de control que facilite el manejo para el operario.
o Realizar todo en control por medio de un solo dispositivo sin necesidad de tener circuitos externos para complementar el control.
3.1.3. Generación de necesidades y matriz métrica
Tabla 2. Necesidades
NECESIDADES IMP El control Regula la temperatura de las resistencias de sellado. 5 El control Posee la opción paro de emergencia. 3 El control Posee la opción de modificar la programación. 4 El control Posee un panel de control bien distribuido que facilita el
manejo. 3
El control Mantiene un conteo de la producción del día. 4 El control Es realizado por medio de un dispositivo principal. 4 El control Regula la velocidad de la producción. 5 El control Es basado en 100 pasos secuenciales para formar una
bolsa. 4
55
El control Posee programas diferentes según el proceso. 4
El control Visualiza información importante para el operario. 4
El control Es de fácil mantenimiento. 3
El control Es fiable. 4
El control Es de fácil uso. 4
Tabla 3. Métricas
# M
etric
.
# N
eces
1 METRICAS
IMP
UNIT
1 1 Tiempo de impulso para sellado. 5 S.
2 1 Voltaje a través de resistencia sellado. 5 V.
3 2 Opción paro de emergencia. 3 Subj.
4 1,3 Pasos necesarios para etapas de
proceso.
4 List.
5 4 Elementos del panel de control. 3 List.
6 5 Conteo de la producción del día. 4 Subj.
7 6 Dispositivos para el control 4 List.
8 3,5,7 Velocidad del proceso 5 Bolsas/min.
9 3,5,7,8 100 pasos secuenciales por bolsa. 4 List.
10 8,9 Programa diferentes para el proceso. 4 List.
11 10 Visualizar información importante. 4 Subj.
12 6,11 Herramientas para mantenimiento. 3 List.
13 1,6,12 Es fiable. 4 Subj.
14 4,13 El panel de control es intuitivo. 4 Subj.
Tabla 4. Relación entre necesidades y métricas
Ver Anexo A Pág. 134.
56
Tabla 5. Evaluación de métricas – competidores
# Neces.
Evaluación de métricas – Competidores
Métricas imp Unit VI V
C F
AM
EW
A
HD
K 8
00
1 1 Tiempo de impulso para sellado. S. 5 5 2 1 Voltaje a través de resistencia sellado. V. 5 5 3 2 Opción paro de emergencia. Subj. 5 5 4 1,3 Pasos necesarios para etapas de proceso. List. 3 3 5 4 Elementos del panel de control. List. 5 4 6 5 Conteo de la producción del día. Subj. 5 5 7 6 Dispositivos para el control List. 4 4 8 3,5,7 Velocidad del proceso Bolsas/min. 5 5 9 3,5,7,8 100 pasos secuenciales por bolsa. List. 3 3
10 8,9 Programa diferentes para el proceso. List. 4 3 11 10 Visualizar información importante. Subj. 5 4 12 6,11 Herramientas para mantenimiento. List. 5 5 13 1,6,12 Es fiable. Subj. 5 5 14 4,13 El panel de control es intuitivo. Subj. 4 5
57
Tabla 6. Evaluación de necesidades – competidores
3.1.4. Especificaciones
o Velocidad de empacado máximo de 45 bolsas por minuto (la inercia del dosificador afecta el empacado).
o Las electro válvulas son a 12Vcc y maneja presión de la maquina de 80PSI.
o Las resistencias de sellado son de 31Vac y 44Vac transversal y longitudinal
respectivamente.
o La resistencia de corte es alimentada con 80Vac, por encima de este la resistencia se quema.
#
Evaluación de Necesidades – Competidores
Necesidades Imp.
VI V
C F
AM
EW
A
HD
K 8
00
1 El control Regula la temperatura de las resistencias
de sellado. 5
5 5 2 El control Posee la opción paro de emergencia. 3 5 5
3 El control Posee la opción de modificar la
programación. 4
5 3
4 El control Posee un panel de control bien distribuido
que facilita el manejo. 3
5 4
5 El control Mantiene un conteo de la producción del
día. 4
5 5
6 El control Es realizado por medio de un dispositivo
principal. 4
4 5 7 El control Regula la velocidad de la producción. 5 5 5
8 El control Es basado en 100 pasos secuenciales
para formar una bolsa. 4
3 3
9 El control Posee programas diferentes según el
proceso. 4
4 3
10 El control Visualiza información importante para el
operario. 4
5 3 11 El control Es de fácil mantenimiento. 3 3 3 12 El control Es fiable. 4 5 4 13 El control Es de fácil uso. 4 4 4
58
o Los contactores se activan con 24Vcc.
o El control esta basado en 100 pasos para realizar una bolsa.
3.1.5. Generación y selección de conceptos
o Descomposición funcional
Figura 45. Caja negra
o Descomposición por Sub-Funciones Figura 46. Proceso del control
Energía Señales Discretas
Energía (?) Señales Discretas
Control de Empacadora
Energía Señales Discretas
Energía de alimentación
Elementos electrónicos
Actuadores
Proceso del sistema
Hardware y software de
control
59
3.1.5.1. Conceptos generados
o Sub--función hardware y software de control
a) El hardware para el control es un PLC con interfase HMI integrada con mínimo 11 entradas y 8 salidas. El control esta basado en un proceso secuencial es decir, cada salida se activara secuencialmente según el proceso.
b) El hardware para el control es un PLC con interfase HMI integrada con mínimo
11 entradas y 8 salidas. El control esta basado en un proceso simultaneo por medio de PLC es decir, algunas salidas estarán ejecutándose al mismo tiempo aunque el funcionamiento del PLC sea en si secuencial.
c) Las salidas del PLC son Relees universales que activaran contactores, electro
válvulas y luces indicadoras.
d) Las salidas del PLC son transistores que activaran contactores, electro válvulas y luces indicadoras.
e) En el panel de control hay botones y perillas que controlaran el proceso de
igual forma como los operarios lo trabajaban, de esta forma se garantiza una mayor durabilidad del teclado del PLC.
f) El hardware para el control es un microcontrolador con una interfase HMI
formado por una pantalla LCD de dos líneas y 10 pulsadores.
g) El hardware para el control es un PLC y la interfase HMI es un modulo independiente.
o Sub-función elementos electrónicos de actuadores
a) Los motores del dosificador, jalador y banda transportadora son accionados
por contactores.
b) Los motores del dosificador, jalador y banda transportadora son accionados por circuitos electrónicos.
c) El motor jalador posee un variador de velocidad electrónico para evitar
truncamiento en la bolsa. d) Las resistencias de sellado son activadas por medio de Tiristores. e) Las resistencias de sellado son activadas por medio de Triacs.
60
3.1.5.2. Exploración sistemática A) Soluciones: almacenar o aceptar energía externa
• Fuente de Alimentación • Panel Solar • Batería
Figura 47. Árbol clasificación de conceptos – almacenar o aceptar energía B) Soluciones: Control de automatización e interfase hombre-maquina
• HMI • Integrado • Modular • Salida • Relay • Transistor
Almacenar o aceptar energía
Fuente de Alimentación
Eléctrica
Nuclear
Panel Solar
Baterías
61
Figura 48. Árbol de clasificación de conceptos – hardware de control C) Soluciones: Implementación electrónica
• Halador • Variador Electrónico • Contactor • Dosificador y Banda • Contactores • Circuitos Electrónicos • Tiristores • Triacs
PLC
Microcontrolador
HMI
Relay
Transisto
HMI
Salidas
Integrado
Modular
Hardware de control
62
Figura 49. Árbol de clasificación de conceptos – elementos electrónicos 3.1.5.3. Combinación de conceptos
o Proceso inicial Cuadro 1. Conceptos principales
Motores
Elementos
electrónicos
R. Sellado
Variador electrónico
Triacs
Tiristoteres
Contactor
Halador
Dosificador y Banda T.
Circuito Electrónico
Contactotes
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
63
Cuadro 2. C oncepto A El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC con HMI integrada para visualizar información y operar el plc, además de un panel de control para el operario. La alimentación por medio de una fuente de alimentación y utiliza variadores de velocidad para controlar los motores trifásicos Cuadro 3. Concepto B El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC con HMI modular que es alimentado por una fuente de alimentación
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrón icos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
64
y activa los motores u otros elementos eléctricos por medio de contactores. Cuadro 4. Concepto C El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC con HMI integrado que es alimentado por una fuente de alimentación y activa los elementos eléctricos por medio de circuitos electrónicos. Cuadro 5. Concepto D El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un circuito electrónico con microcontrolador que es alimentado por una fuente de alimentación y activa los elementos eléctricos por medio de un circuito electrónico.
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
65
Cuadro 6. Concepto E El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC que es alimentado por medio de una fuente de alimentación, posee un panel de control por donde se opera y visualiza información importante al operario y un circuito electrónico para activar los elementos eléctricos. Cuadro 7. Concepto F El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC sin interfase HMI que es alimentado por una fuente de alimentación y utiliza contactores para activar los elementos eléctricos. Cuadro 8. Concepto G
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
66
El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC sin interfase HMI que es alimentado con una fuente de alimentación y utiliza variadores de velocidad electrónicos y contactores para activar los elementos eléctricos.
o Concepto de referencia: El control de la velocidad y actuadotes es realizado por un secuenciador electrónico, la temperatura de mordazas es realizada por un circuito temporizador, la alimentación del sistema de control es por medio de una fuente de alimentación. Para activar los elementos finales se utilizan contactores para los elementos eléctricos y tarjetas de variadores de velocidad para motores.
3.1.5.4. Selección de conceptos y evaluación de matriz de tamizaje Tabla 7. Matriz de tamizaje de conceptos Ver Anexo A, Pág. 134.
Energía de alimentación
Hardware y Software de control
Elementos Electrónicos Actuadores
Fuente de Alimentación
Batería
Contactores
Circuito electrónico
Variador Electrónico
PLC
PLC y HMI
Solar
Microcontrolador
67
o Conceptos Generados Figura 50. AB combinado
C: contactores. E: Electro válvulas. P.O.: Panel Operario. M.D.: Motor Dosificador. M.H.: Motor Halador. F.A.: Fuente Alimentación. T.S.L: Tiristor Sellado Longitudinal. T.S.T: Tiristor Sellado Transversal. B.U.R.: Bornera Universal de Relés. V.V.: Variador de Velocidad Electrónico. P.L.C.- H.M.I.: Controlador Lógico Programable con Interfase Hombre-Maquina. El control de la velocidad, temperatura de mordazas y demás actuadores es realizado por medio de un PLC que activa sus salidas por borneras de reles y una HMI integrada para visualizar información y operar el plc, además de un panel de control para el operario para garantizar así la durabilidad del PLC y se incluye un botón paro de emergencia para seguridad del operario y de la maquina. La alimentación es por medio de una fuente de alimentación eléctrica, utiliza variadores de velocidad para controlar los motores trifásicos de dosificación y halador de bolsa y contactores para activar motor de banda y tiristores de sellado de bolsa transversal y longitudinal.
68
Figura 51. Concepto C
M.H.: Motor Halador. F.A.: Fuente Alimentación. C.E.S.: Circuito Electrónico Salidas. T.S.L: Tiristor Sellado Longitudinal. T.S.T: Tiristor Sellado Transversal. B.U.R.: Bornera Universal de Relay. P.L.C.- H.M.I: Controlador Lógico Programable con Interfase Hombre-Maquina El control de la velocidad, temperatura de mordazas y demás actuadores es realizado por un PLC con HMI integrado que es alimentado por una fuente de alimentación eléctrica, activa las salidas por medio de borneras universal de relay y los elementos eléctricos tales como motores, tiristores para sellado de bolsa y electro válvulas son accionados por medio de circuitos electrónicos.
69
Figura 52. Concepto E
E: Electro válvulas. P.O.: Panel Operario. M.H.: Motor Halador. M.D.: Motor Dosificador. F.A.: Fuente Alimentación. C.E.S.: Circuito Electrónico Salidas. T.S.L: Tiristor Sellado Longitudinal. T.S.T: Tiristor Sellado Transversal. B.U.R: Bornera Universal de Relay. P.L.C.: Controlador Lógico Programable. El control de la velocidad, temperatura de mordazas y actuadores es realizado por medio de un PLC que es alimentado con una fuente de alimentación eléctrica, posee un panel de control por donde se opera y visualiza información importante al operario y un circuito electrónico para activar los elementos eléctricos de la maquina. Tabla 8. Matriz evaluación de conceptos Ver Anexo A, Pág. 134.
o Concepto de referencia AB Descripción El control de la velocidad, temperatura de mordazas y demás actuadores es realizado por medio de un PLC que activa sus salidas por borneras de reles y una HMI integrada para visualizar información y operar el plc, además de un panel de control para el operario para garantizar así la durabilidad del PLC y se incluye un botón tipo hongo paro de emergencia para seguridad del operario y de la maquina. La alimentación es por medio de una fuente de alimentación eléctrica, utiliza variadores de velocidad para controlar los motores trifásicos de dosificación y halador de bolsa y contactores para activar motor de banda y tiristores de sellado de bolsa transversal y
70
longitudinal. Elementos necesarios Después del asesoramiento del ingeniero en jefe sobre la selección y existencias en almacén de fabrica de los elementos eléctricos y electrónicos de catalogo según calidad y costos convenientes para la empresa se obtuvieron. (tabla 8)
Tabla 9. Elementos necesarios Presupuesto de los elementos empleados, Ver anexo B Pág. 137.
CANTIDAD DESCRIPCION REFERENCIA
1 INTERRUPTOR BREAKER TRIPOLAR 20A
2 INTERRUPTOR BREAKER MONOPOLAR 2A
2 INTERRUPTOR BREAKER MONOPOLAR 40A
1 CONTACTOR TRIPOLAR SIEMENS 3RT1035-1A
2 CONTACTOR TRIPOLAR SIEMENS
3RT1015-1AN21
3 GUARDAMOTOR SIEMENS
3RV1011-1HA10
1 VARIADOR DE VELOCIDAD 1 PLC UNITRONICS U91 1 FUENTE SITOP 24V 2.5A 1 SENSOR INDUCTIVO 24V 1 MOTOR REDUCTOR
30 BORNERA PORTA FUSIBLEPHOENIX CONTAC ST-2,5
30 BORNERA PASO UNIVERSAL PHOENIX CONTAC UKN5
2 SELECTOR MULETILLA 2 POSICIONES
2 SELECTOR MULETILLA 3 POSICIONES
4 PULSADOR ILUMINADO VERDE 24V 1 PULSADOR TIPO HONGO 2 RIEL OMEGA 1 CABLE AISLADO 600V THW 16 AWG 1 CABLE AISLADO 600V THW 14 AWG 1 CABLE AISLADO 600V THW 12 AWG 1 CANALETA PLASTICA 40x40mm 1 CANALETA PLASTICA 60x80mm
71
BENEFICIOS DE ACTUALIZACION
• Aumento de velocidad de empacado.
• Facilidad de repuestos para los componentes electrónicos.
• Toda la maquina es controlada por un PLC con HMI a un bajo costo.
• Facilidad de seguimiento de fallas ya que todas las conexiones eléctricas están etiquetadas.
• Reducción de mantenimiento al sistema de arrastre al reemplazar la configuración de embrague por el variador de velocidad.
• Mejor control del motor de arrastre por medio del variador de velocidad.
72
3.2. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 3.2.1. Esquema y grupos de elementos del control para empacadora Se distribuyen los diferentes elementos principales del control para ser agrupados en conjuntos que representa elementos finales de los actuadores electromecánicos y neumáticos, dispositivo de control PLC / HMI, protecciones, soporte estructural y fuente de alimentación Figura 53. Esquema de control
1 PLC / HMI Integrado
PLC
Status Display Comunicación
2 Fuente alimentación
Fuente de alimentación
DC
3 Soporte estructural
Soporte laminar control
Soporte laminar panel de control
Protecciones
Guarda motores
I. Breaker tripolar
I. Breaker monopolar
4 Elementos finales
Contactores
Variador de
Velocidad electrónic
Electro válvulas
Bornera Universal
Tiristores
Entradas de usuario
PLC
Entradas de usuario panel
operario
73
3.2.2. Distribución geométrica: Distribución geométrica de los conjuntos de los elementos de control para el montaje físico Figura 54. Interfase de control operario
Figura 55. Panel de control
74
3.3. DISEÑO INDUSTRIAL 3.3.1. Evaluación de las necesidades ergonómicas ¿Cuan importante es la facilidad de Uso? Debido a que el dispositivo de control va dirigido a operarios, este debe ser muy intuitivo para que éste lo asimile rápidamente, es por esto que características tales como elementos en el panel de control o secuencia del proceso son muy similares al control original. ¿La facilidad de mantenimiento? El mantenimiento solo lo podrá realizar personal autorizado. Este se facilita en cierta manera ya que el control es realizado por un dispositivo central (PLC con HMI) eliminando circuitos modulares que aumenta la probabilidad de fallas en el control. ¿Cuántas interacciones requiere con el usuario para que el producto funcione ? Para ejecutar las funciones de control solo es necesario utilizar pocos botones siempre y cuando los diferentes elementos necesarios para el empacado estén correctamente preparados. Estas interacciones se conservan igual al original, sin embargo se agregan mejoras como la dependencia de botones con respecto a otras según la secuencia. El número de interacciones son 6:
1. Encendido maquina. 2. Verifica número de programa, velocidad y contador. 3. botón INICIO para encender la resistencia cortadora y de sellado, este habilita
los botones marcha mordazas, marcha Halador, marcha dosificador. 4. botón MARCHA MORDAZA para activar las mordazas longitudinal y
transversal, además habilita los botones siguientes (marcha halador y marcha dosificador).
5. botón MARCHA HALADOR activa la correa haladora de la cinta de bolsa y habilita el siguiente botón (marcha dosificador). En este punto se obtiene la formación de bolsa vacía.
6. botón MARCHA DOSIFICADOR activa el dosificador obteniendo asi el empacado del producto.
75
¿Cuánta novedad involucra esas interacciones? Entre las novedades se encuentra una interfase del PLC que permite visualización de información y un teclado integrado, un panel de control distribuido de tal forma que el operario puede acceder a los botones fácilmente sin necesidad de recurrir al teclado del PLC y además estos botones son iluminados indicando si esta activo o no, algunos de los botones tienen dependencia de otros según la secuencia del proceso de empacado. ¿Cuales son los aspectos de seguridad a considerar? Un aspecto importante es la opción del botón paro de emergencia permitiendo al operario detener el proceso de empacado en el momento que se presente un problema. Los elementos eléctricos y electrónicos están debidamente protegidos contra sobrecargas que puedan dañarlos. Otro aspecto importante es la dependencia de la activación entre botones evitando asi que se intente por error activar botones que no corresponden a la secuencia de empacado. Figura 56. Ergonomía
3.3.2. Evaluación de las necesidades estéticas ¿Se requiere una diferenciación visual del producto? No es prioritario que el producto tenga una diferenciación ya que esta enfocado a brindar máxima funcionalidad en el proceso de producción lo que deja en segundo plano la diferenciación visual.
ERGONOMIA
68%
68%
75%
48%
85%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Facilidad de uso
Facilidad de Mantenimiento
Cantidad de Interacciones
Novedad de Interacciones
Seguridad
76
¿Cuan importante es el orgullo de posesión, la imagen o la moda? El orgullo de posesión es importante pero no esta enfocado en la estética sine en la ergonomía del producto. ¿Podría la estética del producto motivar al equipo de desarrollo? Este producto esta enfocado a la funcionalidad mucho mas que la estética lo que no motiva al equipo de desarrollo. Figura 57. Estética
3.3.3. Dirección del proceso de diseño industrial Este producto esta pensado para acometer una tarea específica de ejecutar secuencias de control para empacado, lo cual la dirección del proceso de diseño es dominado por la tecnología.
ESTETICA
34%
45%
35%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Diferenciación De producto.
Orgullo de posesión, Imagen y moda
Motivación del grupo
77
Figura 58. Dirección del proceso de diseño industrial 3.3.4. Evaluación de la calidad del diseño industrial
1. Calidad de las interfases de usuario. El diseño consta de dos interfases de usuario, la primera es la interfase integrada del PLC o HMI que permite manejar las opciones de programa o de modificación. La otra interfase es para facilitar al operario el manejo de la maquina en el proceso de empacado. Esta interfase de operario es muy similar en apariencia y funcionamiento a las maquinas originales de modo que sea mas intuitivo para el operario con ventaja que se visualiza información importante al usuario y posee un botón de paro de emergencia para aumentar la seguridad en caso de falle del proceso de empacado.
2. Requerimientos Emocionales. El producto es atractivo a nivel funcional, brindando facilidad y seguridad al usuario por medio del panel de control para operario, flexibilidad de control al tener un PLC y con su interfase HMI permite modificaciones directa y rápidamente. El producto expresa calidad ya que todos los elementos electrónicos y eléctricos son de calidad industrial... ... el orgullo de posesión que expresa el diseño es alta ya que representa un avance en funcionalidad y ergonomía con respecto a los controles obsoletos de las maquinas empacadoras.
3. Evaluación de la calidad del diseño industrial. El mantenimiento del diseño de control solo puede realizarse por personal técnico autorizado ya que los elementos electrónicos, eléctricos, los procedimientos de ensamble o desensamble son complejos.
D. Tecnología D. Usuario
78
4. Uso apropiado de recursos. Los materiales seleccionados para el diseño son apropiados en términos de costo y calidad (ver tabla xx. Presupuesto de control). El diseño esta pensado para cumplir con una función específica, ejecutar secuencias de control en el empacado de bolsas y para ello se escogieron las características necesarias muy usuales en el control industrial.
Tabla 10. Presupuesto de control
2 LISTA DE MATERIALES PARA ACTUALIZACION EMPADORAS FAMILIARES
Ctd COD DESCRIPCION REF. PRECIO APROXI
1 Sin catalogo.
INTERRUPTOR BREAKER TRIPOLAR 20A $ 86.400
2 3036581228
INTERRUPTOR BREAKER MONOPOLAR 2A $ 32.400
2 3036581240
INTERRUPTOR BREAKER MONOPOLAR 40A $ 43.200
1 3036264426
CONTACTOR TRIPOLAR SIEMENS
3RT1035-1A $ 363.960
2 3036264412
CONTACTOR TRIPOLAR SIEMENS
3RT1015-1AN21 $ 136.080
3 3036560014
GUARDAMOTOR SIEMENS
3RV1011-1HA10 $ 382.320
1 3036992460
VARIADOR DE VELOCIDAD $ 972.000
1 3054104358 PLC UNITRONICS U91 $ 756.000 1 3054101226 FUENTE SITOP 24V 2.5A $ 432.000 1 3036929510 SENSOR INDUCTIVO 24V $ 151.200 1 3036786406 MOTOR REDUCTOR $ 1.620.000
30 3036509260
BORNERA PORTA FUSIBLEPHOENIX CONTAC ST-2,5 $ 134.395
30 3036789120
BORNERA PASO UNIVERSAL PHOENIX CONTAC UKN5 $ 84.240
2 3036582190
SELECTOR MULETILLA 2 POSICIONES $ 30.240
2 3036582210
SELECTOR MULETILLA 3 POSICIONES $ 43.997
79
4 3036824310
PULSADOR ILUMINADO VERDE 24V $ 129.600
1 3036822060 PULSADOR TIPO HONGO $ 27.000 2 3036669772 RIEL OMEGA $ 10.800
1 3036146020 CABLE AISLADO 600V
THW 16 AWG $ 793
1 3036146030 CABLE AISLADO 600V
THW 14 AWG $ 793
1 3036146040 CABLE AISLADO 600V
THW 12 AWG $ 1.117
1 3036669225
CANALETA PLASTICA 40x40mm $ 5.733
1 3036669228
CANALETA PLASTICA 60x80mm $ 12.679
$ 5.456.946
5. Diferenciación del producto. Figura 59 . Evaluación
Evaluación de calidad del diseño industrial
33%
65%
33%
33%
85%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Calidad de las interfaces del usuario
Requerimientos emocionales
Fácil de mantenimiento
Uso apropiado de los recursos
Diferenciación de producto
80
3.4 DISEÑO DETALLADO
Para el desarrollo del control de la empacadora ROSDAN, se implementaron mecanismos electrónicos e hidráulicos los cuales van soportados en el cuerpo del sistema el cual se acopla a las necesidades del usuario, caracterizándose por ser ergonómico, liviano y vistoso. Es por esto que se identificaron cada uno de los subsistemas que conforman el mecanismo, de manera tal que serán analizados a continuación los siguientes subsistemas:
3.4.1 Sub sistema mecánico Nota: Ver Capitulo IV Subsistema Mecánico
3.4.2 Sub sistema electrónico
o Motor: Se reemplazo el motor de halador de bolsa original de embrague por correas por un motor reductor que es controlado por un Variador electrónico de velocidad siendo este mas eficiente en cuanto a control del motor.
Figura 60. Motor embrague por correas Figura 61 . Motor reductor Nuevo
o Variador De Velocidad: El variador de velocidad electrónico tienen unas ventajas muy grandes con respecto al circuito de control original tales como facilidad de repuesto y un control más eficiente*. *ver manual del variador de velocidad anexo C, Pág. 139.
81
Figura 62. Control de velocidad original Figura 63. Control velocidad nuevo
o Sensor dosificador: Se escoge un sensor inductivo para detectar las paradas del dosificador reemplazando el sensor por final de carrera original que tiende a desgastarse rápidamente.
Figura 64 Sensor mecánico origina Figura 65 . Sensor inductivo
Figura. 66 Elementos de interfase de operario
Muletillas
Bases para botones
Pulsadores Pulsador tipo hongo
Contactos
82
Las muletillas de dos posiciones son para utilizarlo como interruptor principal, las de tres posiciones son para las entradas para controlar la temperatura de mordazas de sellado. Las bases son par las muletillas y los botones pulsadores de 22 mm de diámetro, los pulsadores son de color verde y se iluminan al ser activados y el botón tipo hongo se traba al ser accionado. 3.5 MONTAJE DE CONTROL 3.5.1 Interfase operario: Se utiliza como soporte estructural una lamina de acero
galvanizado de 250mm por 680mm y 1,5 mm de grosor con agujeros de 22mm de diámetro para los botones.
Figura 67. Ubicación Botones Figura 68. Montaje Botones 3.5.2 Instalación interfase operario: Una de las implementaciones es la instalación
de un hongo de emergencia que permite detener el proceso de empacado en el momento de una emergencia de manera rápida e intuitiva. El modo de uso de esta nueva interfase es muy intuitiva ya que mantiene las características originales de la interfase anterior pero aumentando las ventajas que ofrece un PLC
Interruptor principal
Muletillas 3 posiciones
Pulsadores de control
Hongo de seguridad
Interruptor banda trans.
83
Figura 69 . Interfase original operario Figura 70. Nueva interfase operario 3.5.3 Montaje del panel: Todo el cableado de los elementos electrónicos y
eléctricos son etiquetados para facilitar la ubicación de posibles fallas mas rápidamente
Figura 71. Panel Principal
84
3.5.4 Instalación panel de control: En las imágenes se puede observar la mejora innegable del sistema de control, tanto en la implementación de dispositivos modernos y eficientes, como en la organización de los dispositivos electrónicos y eléctricos de tal modo que facilite tanto el manejo del proceso de producción como el mantenimiento por el técnico autorizado.
Figura 72 . Panel de Control Original Figura 73 . Nuevo Panel de Control 3.6 PLANOS DEL ESQUEMA ELECTRONICO Ver Anexo D, Pág. 164.
85
CAPITULO IV
SIMULACION DOSIFICADOR 4.1 DOSIFICADOR ACTUAL
� Descripción del dosificador original: El dosificador actual es un tambor de 8 copas que gira en un solo sentido realizado el proceso de dosificación y al mismo tiempo cargando de azúcar sus contenedores, el proceso se realiza un poco lento y el dosificador se desajusta mucho, motivo por el cual nos basaremos, en esto conceptos y las necesidades del ingenio con relación a la eficiencia y calidad.
4.1.1 Generación de necesidades y Matriz métrica
Tabla 11. Generación de necesidades. # NECESIDADES IMP
1 Empacadora Es de fácil operación en el proceso. 5
2 Empacadora Opera totalmente automático. 4
3 Empacadora No tiene límite de ciclos. 3
4 Empacadora Es de fácil instalación. 4
5 Empacadora Posee una apariencia que da a entender su
propósito.
2
6 Empacadora Posee mecanismos de control de buena calidad. 4
7 Empacadora Posee una buena relación calidad costo. 5
8 Empacadora Es de mantenimiento fácil y económico. 5
9 Empacadora Realiza un proceso continuo. 5
10 Empacadora Esta protegida contra golpes. 2
11 Empacadora Opera de forma segura para el usuario. 5
12 Empacadora Es exacta en su peso. 5
13 Empacadora Es de fácil acceso para variar su volumen. 3
14 Empacadora Ofrece dos tipos de pesos, (libra, kilo). 2
15 Empacadora No produce ruido en el proceso de operación. 2
16 Empacadora No produce polvillo al embolsar el azúcar. 4
86
17 Empacadora Ofrece mayor eficiencia en el embolsamiento. 4
18 Empacadora Opera con un consumo de energía relativamente
bajo.
3
19 Empacadora Proporciona un embolsamiento por segundo. 5
20 Empacadora No produce perdida de azúcar al embolsar. 4
21 Empacadora Es fácil de reempezar sus partes. 3
Tabla12 . Metricas.
# M
etric
a
# N
ec.
Metricas
IMP
UNIT
1 1,3,9 Tiempo en el proceso de dosificación 5 S
2 2,9 Velocidad del proceso 4 m/s
3 1,9 Proceso continuo 5 n
4 6,7,8 Costo por unidad de manufactura 4 $
5 4,10,11 Seguridad para usuario y dispositivo 5 Subj
6 12,13,14 Tiempo disponibilidad 3 Horas
7 14 Variabilidad de productos 4 List
8 15,16 Atenuación del Proceso 3 Db
9 3 Disponibilidad de Producto 5 Binary
10 11 Autodefensa 2 Kg
11 11,18 Seguridad industrial 5 Subj
12 13 Peso de Bolsas 5 Lib,Kg
13 12,14 Dosificación de bolsas 3 Vol
14 13 Variedad del producto 3 Binary
15 5,16 Apariencia del dispositivo 2 Subj
16 4,16 Apariencia higiénica 4 Subj
17 3,9 Disponibilidad de bolsas 3 Binary
18 21 Masa total 3 Kg
87
19 22 Eficiencia de Embolsamiento 5 Bol*m/s
20 17,19 Aumento de producción 4 Binary
21 7,10 Calidad 4 Subj
4.1.2 Especificaciones
� El dosificador maneja pesos de 500 gr. a 1 Kg. � Es movido por fuerza neumática de 120 PSI.
� Consumo de aire comprimido � Variación de altura por vuelta de sistema de elevación
� Peso del dosificador es de 97,793979 Kg.
� La Altura desde la tolva doble hasta la base de las columnas guías es de 607,5
mm con un largo entre bases de columnas guías de 762 mm y un ancho de 430 mm.
4.1.3 GENERACION DE CONCEPTOS
Descomposición funcional: Analizamos nuestro dispositivo como una caja negra, la cual esta compuesta por entradas y salidas siguientes:
� Descomposición funcional Figura 74. Caja negra
Energía Producto
Energía (?) Producto Dosificado
Dosificador de Grano & Polvo, Tipo Libra - Kilo
Empacadora ROSDAN
88
� Sub – descomposición funcional Figura 75 . Sistema de control 4.1.4 Exploración sistemática A) Soluciones: almacenar o aceptar energía externa
• Acumuladores de energía eléctrica (manganeso, polímeros, plomo) • Red eléctrica de servicio público • Generador eólico de energía eléctrica • Generador de electricidad a base de combustible (fósil, biocombustibles, gas
natural) • Energía eléctrica de plantas geotérmicas
Energía Producto
Almacenar o aceptar energía externa
Contenedor del Producto
Convierte la energía en energía de translación
Procesamiento y Almacenamiento en el dosificador
Caída Libre del producto
Embolsamiento del producto
Proceso del sistema
89
Figura 76. Árbol de clasificación de conceptos – Almacenamiento de energía
B) Soluciones: convertir energía en energía translacional
• Motor eléctrico AC - DC • Motor neumático • Pistón de aire comprimido • Motor hidráulico • Motor de explosión interna
Químic
Almacenar o aceptar energía
Eléctrico alternativo
Eléctrico
Generadores a base de combustibles (fósil, biocombustibles, gas natural)
Energía de Planta
Acumuladores de energía (manganeso, polímetros, etc.)
Red Eléctrica
Generador Eólico
90
Figura 77. Árbol de clasificación de conceptos – Convertir energía en energía translacional
C) Soluciones: Tolva del producto
• Tolva sencilla • Tolva doble • Cubo conducto sencillo • Cubo conducto doble • Cilindro largo sencillo • Cilindro grueso doble
Hidráulic
Convertir energía en
energía transl acional
Eléctrica
Neumática
Motor hidráulico
Motor neumático
Pistón de aire comprimido
Motor eléctrico DC
Motor eléctrico AC
91
Figura 78. Árbol de clasificación de conceptos – contenedor de producto
D) Soluciones: Procesamiento y Almacenamiento en el dosificador
• Dosificador vertical de pistón • Dosificador horizontal de pistón • Dosificador de posición • Dosificador desplazamiento sencillo • Dosificador desplazamiento doble
Tolva
Contenedor del producto
Cilindro
Cubo
Tolva Sencilla
Conducto sencillo
Conducto doble
Grueso doble
Largo sencillo
Tolva Doble
92
Figura 79. Árbol de clasificación de conceptos - Procesamiento y almacenamiento de dosificador
e) Soluciones: Caída libre del producto
• Conformador de bolsa (corbata) • Bolsa comprimida
Pistón
Procesamiento y Almacenamiento
de dosificador
Vaivén
Tornillo sin
Dosificador vertical de pistón
Dosificador por posición
Dosificador desplazamiento
Dosificador desplazamiento
Dosificador horizontal de
93
Figura 80. Árbol de clasificación de conceptos – Caída libre del producto
4.1.4.1 Combinaciones de conceptos Proceso inicial Cuadro 9. Conceptos principales
Almacenar o aceptar energía
Convierte energía en energía translacional
Caída libre del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Acumuladores de energía
Red eléctrica
Energía de Planta
Motor Eléctrico
Pistón de aire comprimido
Motor Hidráulico
Conformador de bolsa cúbico
(corbata)
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
(corbata)
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por
Dosificador por desplazamiento
Cúbico
Caída libre del producto
Cono
Cilíndrico
Conformador de bolsas
Conformador de bolsa (corbata)
Conformador de bolsa (corbata)
Bolsa comprimida
Bolsa comprimida
94
Cuadro 10. Concepto A
Figura 81 . Diseño dosificador por posición Solo posee un ducto de descarga que esta ubicado al lado opuesto de la tolva de alimentación, el sistema de dosificación realiza la descarga por posicionamiento cada ves q gira de derecha a izquierda y se devuelve de izquierda a derecha, mientras una copa descarga lastra se esta recargando, es un sistema muy eficiente y seguro.
Almacenar o aceptar energía
Convierte energía en energía translacional
Caída libre del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Acumuladores de energía
Red eléctrica
Energía de Planta
Motor Eléctrico
Pistón de aire comprimido
Motor Hidráulico
Conformador de bolsa cúbico
(corbata)
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
(corbata)
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por pistón
Dosificador por desplazamiento
Carga Azúcar
Descarga Azúcar
Eje Rotatorio Carga
Azúcar Descarga Azúcar
Eje Rotatorio
95
Cuadro 11. Concepto B
Figura 82. Diseño dosificador por pistón
La alimentación del producto es por los ductos horizontales, este dosificador implementa un ágil vaciado y llenado de azúcar, su eficiencia depende el la velocidad del pistón.
Almacenar o aceptar energía
Convierte energía en energía translacional
Caída libre del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Acumuladores de energía
Red eléctrica
Energía de Planta
Motor Eléctrico
Pistón de aire comprimido
Motor Hidráulico
Conformador de bolsa cúbico
(corbata)
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
(corbata)
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por pistón
Dosificador por desplazamiento
Sencillo
96
Cuadro 12. Concepto C
Figura 83. Diseño dosificador por desplazamiento doble
Solo posee un ducto de alimentación que es central y realiza doble descarga, el sistema de dosificación es rápido y reduce tiempo pues mientras una dosis esta cargado en el punto central la otra esta desplazada hacia un lado sobre el ducto de dosificación.
Almacenar o aceptar energía
Convierte energía en energía translacional
Caída libre del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Acumuladores de energía
Red eléctrica
Energía de Planta
Motor Eléctrico
Pistón de aire comprimido
Motor Hidráulico
Conformador de bolsa cúbico
(corbata)
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
(corbata)
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por pistón
Dosificador por desplazamiento
Sencillo
97
Segundo proceso Cuadro 13. Concepto secundarios
Cuadro 14. Concepto D
Contenedor del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Caída libre de l producto
Tolva Sencilla
Cubo Sencillo
Cilindro grueso
Conformador de bolsa cúbico
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por pistón
Tolva Doble
Cilindro largo Dosificador por desplazamiento
sencillo
Contenedor del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Caída libre del producto
Tolva Sencilla
Cubo Sencillo
Cilindro grueso
Conformador de bolsa cúbico
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por pistón
Tolva Doble
Cilindro largo Dosificador por desplazamiento
sencillo
98
Cuadro 15. Concepto E
Cuadro 16. Concepto F
Básicamente se realizo una exploración sistemática de los 9 tipos diferentes de
concepto que obtuvimos de las necesidades del mercado, realizando un árbol de
clasificación de conceptos, evaluando sus combinaciones posibles entre ellos para
obtener mejores especificaciones y características en la tabla de combinación de
conceptos y por medio de la matriz de tamizaje se selecciono el mejor concepto de
acuerdo a sus características y funcionalidades.
Contenedor del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Caída libre del producto
Tolva Sencilla
Cubo Sencillo
Cilindro grueso
Conformador de bolsa cúbico
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por
Tolva Doble
Cilindro largo Dosificador por desplazamiento
sencillo
Contenedor del producto
Procesamiento y almacenamiento del
Caída libre del producto
Tolva Sencilla
Cubo Sencillo
Cilindro grueso
Conformador de bolsa cúbico
Bolsa Comprimida
Conformador de bolsa cilíndrico
Dosificador por desplazamiento
Dosificador por posición
Dosificador por
Tolva Doble
Cilindro largo Dosificador por desplazamiento
sencillo
99
4.1.4.2 Selección de conceptos y evaluación de matriz de tamizaje
MATRIZ DE TAMIZAJE
Tabla 13 . Matriz de tamizaje Criterio de selección (E concepto de ref) A B C D F
Es de fácil operación en el proceso. - 0 0 0 0
Opera totalmente automático. 0 0 0 0 0
No tiene límite de ciclos. 0 - 0 0 0
Es de fácil instalación. - 0 - 0 0
Posee una apariencia que da a entender su propósito. + 0 + + 0
Posee mecanismos de control de buena calidad. - 0 0 + 0
Posee una buena relación calidad costo. 0 - + + -
Es de mantenimiento fácil y económico. - 0 - - -
Realiza un proceso continuo. 0 - + + +
Esta protegida contra golpes. - 0 0 0 +
Opera de forma segura para el usuario. - 0 0 + 0
Es exacta en su peso. 0 0 0 + +
Es de fácil acceso para variar su volumen. + 0 + + +
Ofrece dos tipos de pesos, (libra, kilo). + 0 + + +
No produce ruido en el proceso de operación. + 0 0 0 0
No produce polvillo al embolsar el azúcar. + + + + +
Ofrece mayor eficiencia en el embolsamiento. + - 0 + 0
Opera con un consumo de energía relativamente bajo. 0 0 0 0 0
Proporciona un embolsamiento por segundo. 0 0 0 0 0
No produce perdida de azúcar al embolsar. 0 0 + - +
Es fácil de reempezar sus partes. + + 0 - 0
Positivos 7 2 7 10 7
Iguales 8 14 12 8 13
Negativos 6 4 2 3 1
100
Total
1
-2
5
7
6
Orden 4 5 3 1 2
¿Continuar? Si No Si Si Si
Tabla 14. Evaluación de conceptos Ver Anexo A Pág. 134. Especificaciones Técnicas Descripción: Dosificador Doble Capa de Volumen Variable, acero inoxidable de alto rendimiento, resistente a impactos y desgaste, basado en teflón para su mayor eficiencia en su desplazamiento. Almacenamiento de bolsa por segundo con un sistema de doble tolva de alimentación Datos Técnico/Físicos Densidad 8,027 g/cm^3 Aspecto: Rustico Color: Acero 304 Rendimiento práctico: Varía en función de varios factores, forma de la alimentación, absorción de la bolsa, velocidad del PLC y condiciones de la aplicación térmica. Aproximadamente entre 57 - 60 por minuto, sin embargo las primeras bolsas se verán afectadas de menor rendimiento por la capacidad de absorción y el sellado de la bolsa. Volumen en sólidos: 2615505,49 mm^3 aprox. Tiempo de dosificación: 1 – 2 segundos por bolsa Intervalo de repitente : 2 segundos Tiempo de sellado: Normal 30 ºC [de 32ºC A 37º] Vida del Teflón: Desgaste aprox. 10000 bolsas Variación de volumen: libra, kilo. Datos De Aplicación Aplicación: Verificar las tolvas que suministran el alimentador, configurar la velocidad y halador de la bolsa, estabilizar volumen y las temperaturas de sellado.
101
Teflón:
• No permitir húmeda, ni acumulación de grano. • No lubricar con ningún producto • Revisión previa por desgaste • Removible.
Consejos de elección de equipo: No recomendamos la aplicación de aire a presión directamente al teflón. Condiciones de Aplicación: Temperatura ambiente 10ºC - 35ºC Temperatura superficie 10ºC - 35ºC Temperatura del producto 10ºC - 35ºC La humedad relativa del aire no debe exceder del 80% durante la aplicación y empacado. La temperatura debe mantenerse 3ºC por encima del punto de dosificación para evitar la condensación del producto en el teflón. En condiciones climáticas adversas es recomendable no empacar el producto. Por motivos de Seguridad y Salud y para ayudar a una mejor higiene, ventilar bien la zona si se aplica en taller o bajo techo, usar gorro y tapa bocas. Productos recomendados: Azúcar seca, granos, polvo ligero, y productos similares.
102
4.2 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 4.2.1 Interacciones Fundamentales
Figura 84. Diagrama fundamental
Soporte Plato
Superior
Plato
Superior
Plato
Inferior
Soporte Plato
Inferior
Soporte
Elevador
Tolva
Actuador
103
4.2.2 Interacciones Incidentales
Figura 85. Interacciones incidentales
Estructura Sistema central de Control
Controles de mando
Actuadores
Pistón
Vibraciones Corriente
Deterioro
Interferencia
Fuente de Poder Aire
comprimido
sobre tensión
Interferencia
Interferencia
sobre tensión
Vibraciones
104
4.2.3 Distribución Geométrica del Sistema
Figura 86. Distribución geométrica
TToollvvaa
SSooppoorrttee PPllaattoo SSuuppeerriioorr
PPllaattoo
AAccttuuaaddoo
PPllaattoo IInnffeerriioorr
SSooppoorrttee PPllaattoo IInnffeerriioorr
SSooppoorrttee EElleevvaaddoorr
105
4.3 DISEÑO INDUSTRIAL Mediante la valoración del diseño industrial se pretende crear un diseño que supla los
requerimientos y expectativas de la industria, es por esto que el sistema que se está
desarrollando debe tener un gran impacto visual y al mismo tiempo debe ser
funcional.
De acuerdo a las expectativas del ingenio se ha hecho mucho énfasis en la parte
ergonómica, pues es un factor determinante debido a su sistema de dosificación que
ofrece una rentabilidad alta, también se enfatizó en la especialidad del diseño
(exclusividad del producto).
Estos factores brindan un avance tecnológico para el desarrollo del sistema y
permiten obtener un producto final que cumple con todos los requisitos de diseño. Por
esta razón se presta gran importancia a esta fase en el diseño del producto, la cual
busca desarrollar conceptos y especificaciones que permitan optimizar tanto las
funciones, el valor y la apariencia del producto a diseñar para un beneficio mutuo.
4.3.1 Evaluación de las necesidades ergonómicas
¿Cuan importante es la facilidad de Uso?
Debido al objeto de este producto, es de vital importancia que sea de facil uso ya que se esta prestando un servicio automatizado y como tal el operario lo manejaria de una manera secuencial y asistida por el dispositivo mismo.
¿La facilidad de mantenimiento?
El dosificador posee una facilidad de mantenimiento bajo en lo que se refiere a los sistemas mecaniscos y de control ya que se requiere de personal especializado.
¿Cuántas interacciones requiere con el usuario para que el producto funcione?
Debido a que este diseño trabaja bajo el mando de un operario para realizar su funcion, el nivel de importancia de este aspecto es relativamente mediano.
106
¿Cuánta novedad involucra esas interacciones?
La novedad de interaccion es media ya que este producto esta diseñado como un prototipo parcial lo cual se desarrollo con los elementos basicos de procesos anteriores.
¿Cuales son los aspectos de seguridad a considerar? Es de vital importancia los aspectos de seguridad ya que el dispositivo al ser robusto (en sistemas mecanicos) y un tamaño considerablemente grande. ademas de su conformacion exterior podrian ser un riesgo para el operario.
Según las necesidades ergonómicas que exige el diseño, se ha establecido que el
manejo del sistema sea muy sencillo, lo cual aporta un rendimiento integral y global,
brindando comodidad y bienestar al operario. En cuanto al número de interacciones
que debe realizar el operario para manejar el equipo, se pretende que no sean
muchas, sin embargo se ha ubicado este ítem en un rango medio por lo que el
usuario debe adquirir experiencia y práctica para lograr efectividad en el manejo del
mismo. Para el mantenimiento se requiere de muy poco tiempo, debido a que se ha
diseñado el sistema con el menor número de actuadores y que al mismo tiempo sean
de fácil acceso para su reparación o mantenimiento, no se ubica en un rango alto
Figura 87. Ergonomía
90%
55%
95%
30%
85%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Facilidad de uso
Facilidad de Mantenimiento
Cantidad de Interacciones
Novedad de Interacciones
Seguridad
107
debido a que el dosificador puede variar su volumen y se removido, también tendrá 2
orificio en su parte superior con el fin de ingresar el producto, lo cual hace que esta
sea la parte más complicada de cuidar.
En cuanto a la novedad de interacciones, tal vez es muy osado ubicarla en un rango
tan alto, sin embargo es posible atreverse a hacerlo, pues este sistema ofrece total
eficiencia, debido a que hay pocos antecedentes precisos de otro dosificador como el
que se describe en este documento, además de acuerdo a diferentes reuniones que
se tuvo con los directos operarios, estos expresaron gran expectativa para este
diseño, pues ofrece un servicio que actualmente no ha sido posible perfeccionar por
medio de otros sistemas, y menos aun ofreciendo tal comodidad para el operario.
En el aspecto de seguridad, el diseño se ha desarrollado con elementos que no
atenten contra el operario no óbstate hay que ser cuidados pues tiene piezas
pesadas y firmes, por otro lado, ningún actuador es capaz de dañar o lastimar al
operario, debido a su ubicación y proteccion, es por esto que se afirma que el sistema
es seguro, por lo que se han tenido en cuenta las medidas de prevención más
idóneas para el buen funcionamiento del mismo.
4.3.2. Evaluación de las necesidades esteticas
¿Se requiere una diferenciación visual del producto?
Este aspecto es muy importante porque el dosificador debe diferenciarse visualmente entre los otros tipos de dosificacion que existen.
¿Cuan importante es el orgullo de posesión, la imagen o la moda?
El nivel de importancia es medianamente alto ya que por lo general, un producto tan eficiente y productivo siempre debe de generar orgullo de posesion aunque no sea critica.
¿Podría la estética del producto motivar al equipo de desarrollo?
108
Es evidente que para productos de este tipo donde el usuario se deja llevar por el aspecto visual es importante que el equipo de desarrollo se de a la tarea de considerar la estetica del producto.
El diseño que se está desarrollando, está enfocado a un sector que se encuentra
pobremente actualizado y tecnológicamente, poco evolucionado en el país, además
como se especifico anteriormente, hay pocos antecedentes acerca de este sistema
de la manera como se ha desarrollado, por lo que este diseño es único actualmente,
lo cual permite establecer una diferenciación total del producto.
En cuanto al orgullo de posesión, imagen o moda, se encuentran ubicados en un
rango muy alto, debido a la exclusividad, funcionalidad y especialidad del sistema,
además la expectativa que se ha creado para este diseño, ha hecho que un gran
número de personas quieran tener acceso a este producto.
Mi motivación como ingeniero es muy alta, ya que se ha desarrollado un sistema que
nació a partir de muchas fallas técnicas en los procesos anteriores, además es muy
Figura 88 . Estética
80%
60%
80%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Diferenciación De producto.
Orgullo de posesión, Imagen y moda
Motivación del grupo
109
satisfactorio aportar todos los conocimientos adquiridos para la realización de este
diseño, debido a que se han pautado las ideas y especificaciones pertinentes, para
crear un sistema innovador y exclusivo en el mercado actual en Colombia.
4.3.3. Dirección del Proceso de Diseño Industrial
Naturaleza del producto:
Analizando las necesidades ergonomicas y esteticas es notable que este producto
es dominado por el operario ya que tiene muchos aspectos esteticos mas no se
centra en la tecnologia.
Figura 89 . Tipode Proceso
Los criterios que se enumeran a continuación hacen referencia al diseño industrial del sistema, el cual se puede ver como una relación del dispositivo, con una persona como usuario.
D. Tecnología D. Usuario
110
4.3.4. Evaluación de la calidad del Diseño Industrial 4.4. DISEÑO PARA MANUFACTURA Cuando se habla de DPM, se está especificando el diseño a nivel del sistema, con el fin de valorar la implementación modular que tiene el producto, manejando la reducción de los costos de los elementos, así como la fácil consecución de los mismos y mermar la complejidad para el proceso de manufactura. Es por esto que al realizar el respectivo análisis de los elementos que se integran, para cumplir las diversas funciones que el diseño exige, y con el fin de minimizar los costos de implementación y ensamble, se han tomado en cuenta los diferentes aspectos que conllevan al desarrollo del sistema, conservando las características funcionales del producto y procurando enfatizar en la elaboración del diseño durante el proceso de desarrollo, esto mediante el uso de elementos comerciales y económicos.
4.4.1 Proceso de maquinados elaboración de piezas
� Soldadura de láminas de acero inoxidable 316.
� Tolva doble, copa soporta tolva, tolva de soporte plato inferior.
� Proceso de fundición de piezas en aluminio y acero inoxidable
90%
95%
85%
90% 100%
Figura 90 . Evaluación de calidad del diseño industrial
55%
30%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80%
Calidad de las interfaces del usuario
Requerimientos emocionales
Fácil de mantenimiento
Uso apropiado de los recursos
Diferenciación de producto
111
� Soporte plato superior e inferior, platos superior e inferior, soporte para rodamientos dobles.
� Frezado y torneado de piezas en aluminio y acero inoxidable.
� Tolva de soporte plato inferior, soporte plato superior e inferior, platos superior e inferior, soporte rodamientos dobles. Tapa lateral para soporte de plato inferior.
4.4.1.1 Justificación de Volumen para las copas de los platos
Se realizo una prueba que consistió en llenar un recipiente de 4x4x4 centímetros con azúcar que se utiliza en el producto final y se peso para obtener una relación entre el volumen del recipiente y el peso obtenido. Para un volumen de 6,4x10-5 m3 se obtuvo un peso de 0,064 Kg. de azúcar; esto significa que para 1kg de azúcar se debe tener un volumen de 1x10-3 m3.
Volumen = 6,4x10-5 m3
Peso = 0,064 Kg. 1 Kg. = 1x10 -3 m3
Figura 91. Relación de volumen con peso de azúcar. Para obtener el volumen de las copas de los platos superior e inferior se tomaron en cuenta los radios de las copas para 500 gr. (con 0,044 m para la copa superior y 0,047 m en la copa inferior) que tiene el dosificador rotatorio original de la maquina. Sin embargo, el nuevo diseño del dosificador esta pensado para obtener pesos de 500gr. a 1 Kg. Con una tolerancia de regulación de ±5gr. para ello se opto tomar como Volumen mínimo de 0,48x10-3 m3 para 480gr en una de las copas y el volumen máximo de 1,02x10-3 m3 para 1020gr. como la suma de los volúmenes de las copas (ver Fig. 82) teniendo como incógnita la altura entre los platos superior e inferior.
112
Figura 92. Conjunto de platos y copas.
Vmin = V1 = πR12h1
( ) mm
mxh 079,0
044,0
1048,02
33
1 ==−
π
Vmax = V1 + V2 = V1 + πR22h2
( ) mm
mxmxh 079,0
047,0
1048,01002,12
3333
1 =−=−−
π
Con estas alturas se garantiza que se obtendrán las cantidades de azúcar deseadas según el volumen.
Vmin = 0,48x10-3 m3 con una altura (h1) de 79mm.
Vmax = 1,02 x10-3 m3 con una altura (h) de 158mm (h2 = 79mm).
Cuando se maneja el volumen máximo es necesario utilizar una extensión para la copa inferior (ver planos de diseño) ya que es necesario tener una zona de contención entre los dos recipientes para evitar perdidas de azúcar (ver figura 82).
113
4.4.2 Proceso de acabados superficiales sobre materiales
� Acabados fisicoquímicos
Son procesos para corregir y alisar, así como para dar apariencia estética a las superficies de los materiales duros como los metálicos y cerámicos, además de algunos plásticos y maderas duras. Estos permiten un alto grado de calidad de la superficie para recibir otros materiales con buena adherencia, mayor resistencia a la corrosión y aspecto cosmético. En la figura 83 - 86 se puede ver bajo qué forma industrial se presentan los abrasivos y herramienta para el desbaste, pulido y bruñido.
Figura 93. Tipos de cepillo Figura 94. Tipos de ruedas Para desgaste Abrasivas Figura 95. Tipos de fieltro y Figura 96 . Abrasivos con Trapos de bruñido aglutinante para bruñido
Los procesos químicos y electroquímicos son procesos conocidos como pulido químico y pulido electroquímico. En el primer caso actúan solo reactivos o sustancias químicas, las cuales reaccionan con las partes más sobresalientes de las superficies, generalmente metálicas, y forman compuestos insolubles que quedan bloqueando las partes más profundas de la pieza, no permitiendo el contacto con las sustancias químicas, de estas zonas. Aquellas partes sobresalientes seguirán reaccionando con los reactivos hasta su casi total allanamiento. (Figura 87.)
114
Figura 97 . Acción de los reactivos químicos durante el pulido
� Acabados superficiales inorgánicos
En este tipo de acabados superficiales se pueden emplear o no la electricidad para llevar a cabo las deposiciones; el material base generalmente participa en la formación de los compuestos finales del acabado; el calor como agente energético puede ser o no empleado y también los procesos de implantación, realmente violentos en los casos de materiales cerámicos se van haciendo cada vez más usuales
4.4.3 Materiales utilzazos
• Acero inoxidable calibre 316. o Soporte para plato superior. o Soporte para plato inferior. o Soporte rodamiento doble o Plato superior. o Plato inferior. o Tolva doble principal. o Tolva de soporte para plato inferior. o Tapa lateral del soporte para plato inferior. o Copa soporte tolva. o Resguardo de ruedas para platos.
• Acero 4340
o Piñón sinfín regulador • Acero 1040
o Soporte principal del sistema de elevación. o Soporte secundario del sistema de elevación. o Columnas guías del dosificador. o Eje del piñón sinfín regulador.
115
o Mango de eje del piñón sinfín regulador.
• Bronce, tubular 750 o Sinfín corona regulador. o Acople piñón para cadena y sinfín elevador. o Tuerca para sinfín elevador. o Buje.
• Teflón o Ruedas para platos. o Aros para plato inferior.
• Polipropileno o Protector lateral para soporte de plato superior.
• Elementos estándar comprados en el Comercio
o Tornillos, arandelas y tuercas.
� 10 tornillos Cab. Cruz 15mm largo, 5mm diámetro con rosca M5 y
10 arandelas. � 8 tornillos Cab. Hex. 10mm largo, 10mm diámetro con rosca M10
y 8 arandelas. � 20 tornillos Cab. Hex. 8mm largo, 10mm diámetro con rosca M10
y 20 arandelas. � 4 tornillos Cab. Hex. 25mm largo, 10mm diámetro con rosca
Tr10 x 2 y 4 arandelas. � 2 tornillos Cab. Cruz. 10mm largo, 5mm diámetro con rosca M5. � 8 tornillos Cab. Hex. 7mm largo, 8mm diámetro con rosca M8 y 8
arandelas. � 6 tornillos Cab. Cruz. 5mm largo, 10mm diámetro con rosca Tr10
x 2. � 4 tornillos Pris. Bristol. 5mm largo, 5mm diámetro con rosca M5. � 1 tornillo Cab. Hex. 20mm largo, 10mm diámetro con rosca M10 y
arandela. � 1 tornillo Cab. Hex. 20mm largo, 15mm diámetro con rosca M15 y
arandela. � 8 tornillo Cab. Hex. 20mm largo, 10mm diámetro con rosca M10 y
arandela. o Cojinetes
� Tipo bola radial ref. 6004. � Tipo cónico para fuerzas radial y axial ref. IKOS 020.
116
4.4.4 Estimación de los costos de manufactura: El análisis de los costos de manufactura se divido en partes para facilitar su estudio, se definió entonces que el sistema consta de una parte mecánica que representa la estructura de la maquina y una parte de control, la cual incluye sensores, actuadores, Componentes electrónicos y el sistema central de control (PLC).
En la parte de la estructura mecánica, se implemento una simulación en Solid Edge V20, en la cual se implementaron diversos tipos de piezas y estructuras que conformaron el sistema de dosificación, se contó con la licencia académica de LA UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL OCCIDENTE, para desarrollas el sistema, por tal motivo los costos de manufactura de la estructura mecánica de la simulación del diseño, fueron asumidos por la universidad, durante las jornadas académica y no serán tenidos en cuenta como parte de los costos de manufactura; sin embargo se tendrá en cuenta los costos de los materiales empleados para la fabricación de las piezas que componen la estructura mecánica del dispositivo.
Por otro lado para la realización de los costos de manufactura de la unidad de control se busco obtener reducción de costos sin sacrificar la calidad del producto, lo cual implico una minuciosa identificación de proveedores que ofrecieran materiales y componentes necesarios a precios mas favorables, y se realizo una selección de componentes alternos que tuvieran características similares y que nos permitieran adquirir buena calidad con costos moderados*.
� Costo de componentes y Materiales
Dentro de los componentes y utilizados se identificaron dos clases, las partes estándar, las cuales están constituidas por componentes presentes en el comercio local, lo cual hace de ellos un punto importante en el desarrollo del sistema ya que el hecho de utilizarlos agiliza tanto la construcción como también la reparación ante cualquier daño, y la característica principal es que están presentes en el mercado lo cual es un factor favorable ya que su presencia y fácil consecución abarata los costos del dispositivo; por otro lado se encuentran las partes propias, estas son construidas a partir de materia prima y constituyen principalmente la estructura física del la maquina.
• Partes Estándar: Se compran componentes electrónicos como: Switches, resistencias, condensadores, integrados, reguladores, relés de estado sólido, etc; componentes que forman parte del sistema neumático, como: actuadores, electroválvulas, racores, mangueras, filtros reguladores de presión, y algunas partes mecánicas como tortillería en general, arandelas, chazos, remaches etc.
*ver capitulo III de control e implementación
117
• Partes Propias: Fabricadas según los requerimientos del diseño a partir de la
materia prima, en esta parte se destacan materiales como lamina de hierro, lamina de acero inoxidable, teflón, cada uno de estos materiales fueron tomados y transformados en las diferentes partes que componen la estructura física de la maquina mediante procesos de fresado, torno, doblado y soldadura.
� Costos Fijos
Tabla 15. Costos del sistema neumático
Costos sistema neumático Descripción Cant. Vr. Unitario Vr. Total
Cilindro neumático (doble efecto – 300 mm de carrera )
1 354.851
354.851
Electroválvula 5/2 conexión ¼ 1 206.200 206.200 Filtro regulador ¼ 1 117.200 117.200 Bobina 24v 1
65.000
65.000 Silenciador T U-M5 1 96.000 96.000 Racor rápido roscado 6mm T QSM-M5-6 1 49.200 49.200 Tubo 6mm T Pun-6x1-BL 1 150.000 150.000
4.4.5 Diseño para ensamble: Debido a los requerimientos del dispositivo, específicamente las características de posicionamiento del dosificador y velocidad, se hace necesario que el dispositivo se construya a partir de interacciones simples, que permitan una fácil configuración e igualmente una fácil remoción del sistema en caso de que sea necesario cambiar de volumen.
� Maximización de la facilidad de ensamble : Este aspecto se busco que los ensambles que poseen las piezas que conforman el dispositivo fueran lo mas simple posible por tal motivo se utilizan herramientas comunes y fáciles de usar para su efectuar su ensamble como son: destornilladores, llaves hallen, alicates, pinzas y llaves de boca fija; además con el fin de utilizar la menor cantidad de herramientas para el ensamblaje y cuadre de la maquina se empleo en el diseño un mínima variedad de tornillos.
118
4.5 PROTOTIPADO
4.5.1 Planeación del prototipo
Planeación del prototipo Durante el proceso de diseño se realizaron 2 tipos de prototipo:
Prototipo 1: Prototipo de diseño del mecanismo de dosificador de azúcar, mediante el
uso de una tolva doble convencional, con dos copas desplazables y un conducto
central para la dosificación del azúcar, con el fin de aumentar la eficiencia y analizar
factores importantes en el diseño, tal como velocidad, sellado, corte, caudal de
azúcar, agarre, entre otros.
Prototipo 2: Prototipo analítico de la forma del cuerpo del sistema de dosificador, al
igual que sus diferentes mecanismos, utilizando herramientas tipo Solid Edge, donde
se establecen diferentes factores, tales como, ergonomía, dimensión, forma,
apariencia, además de la composición de los mecanismos que la integran.
Figura 98. Representación de los prototipos
119
4.5.2 Prototipo
Para el prototipado virtual se utilizo el software de diseño Solid Edge, el cual permitió conocer de ante mano algunas características importantes a tener en cuenta en el diseño real, además facilito la tarea rediseño que ha debido realizarse a través del transcurso del proyecto para lograr que el dispositivo logre la adaptabilidad y la funcionalidad exigida.
Ver anexo E Pág. 166.
4.6 DISEÑO DETALLADO Para el desarrollo del sistema Dosificador de Azúcar, se implementaron mecanismos electrónicos e hidráulicos los cuales van soportados en el cuerpo del sistema el cual se acopla a las necesidades del usuario, caracterizándose por ser ergonómico, liviano y vistoso. Es por esto que se identificaron cada uno de los subsistemas que conforman el mecanismo, de manera tal que serán analizados a continuación los siguientes subsistemas:
4.6.1 Subsistema de Electrónico.
Ver Capitulo III Subsistema Electrónico
120
4.6.2 Subsistema Mecánico.
4.6.2.1 Sistema Dosificador
Figura 99. Tolva doble
Dispositivo destinado a depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados, realiza descarga por las 2 compuertas inferiores.
Figura 100. Copa de platos
Se ajusta directamente a la compuerta inferior de la tolva. Para ser utilizada como soporte directo del pulverizado a los dosificadores.
Figura 101. Aro de teflón
Es un dispositivo utilizado en el plato inferior y superior, al borde de cada
121
dosificador para evitar la fricción ocasionada con los platos de soportes inferior y superior.
Figura 102. Soporte Plato Superior
Es un plato fijo que soporta copa-tolva y sostiene el plato superior con un resguardo, como carril de desplazamiento.
Figura 103. Platos Superior
Es un dispositivo incrustado en el plato de soporte superior en un resguardo mediante el cual se desplaza (Pistón) por medio de unos rodamientos de teflón disminuyendo la fricción y realizando la dosificación. (Arrastrando el plato inferior.)
122
Figura 104. Resguardo
Este dispositivo sostiene los rodamientos sujetos al plato superior para su desplazamiento, en el plato de soporte superior.
Figura 105. Soporte para Rodamiento
Esta pieza se ajusta en el plato inferior y superior para acoplar los rodamientos de teflón a los platos de soporte.
Figura 106. Rodamiento
Su función es desplazarse mediante el resguardo del plato de soporte superior y el carril del plato inferior para realizar la dosificación. Esta hecho de teflón para disminuir el coeficiente de fricción.
123
Figura 107. Tapa Soporte Rodamiento
Esta pieza es la encargarla de fijar y cubrir el soporte de rodamiento.
Figura 108. Plato Inferior
Esta pieza va sujeta al plato de soporte inferior e incrustado los dosificadores al plato superior para moverse simultáneamente.
Figura 109. Soporte Plato Inferior
Su función es soportar el plato inferior y servir como carril de desplazamiento para los dosificadores. Contiene una tolva central como compuerta para realizar la dosificación final.
124
Figura 110. Tolva Inferior
Conducto final por el cual es enviado el producto dosificado para el embolsado.
Figura 111. Protector lateral Superior e inferior
Esta pieza protege a los usuarios u operarios de ser golpeados con los costados de
los platos y evita contaminación de polvillo en el área de trabajo.
Figura 112. Columna
Biga de soporte ubicada en los extremos de los platos de soporte para sostener el conjunto total.
125
4.6.2.1 Sistema Elevador Primario
Figura 113. Eje de Sin Fin
Es una palanca por la cual el cual el operación transmite su fuerza de giro para girar el piñón corona.
Figura 114. Piñón corona
Su función es diminuir la velocidad de giro en relación de 4:30
Figura 115. Tornillo Sin Fin Regulador
Su función es transmitir y regular la fuerza de giro del operario aun piñón corona para el sistema de elevación
126
Figura 116. Tonillo Sin Fin Elevador
Por medio de una fuerza transmitida varía la altura del plato de soporte inferior para modificar el volumen de dosificación.
Figura 117. Soporte Engranaje
Es la base del sistema de elevación que va fija sobre la base de la maquina.
Figura 118. Piñón cadena
Sirven para reducir la transmisión (velocidad de giro), y produce la misma fuerza en el otro sistema de elevación, sincronizando el sistema de elevación secundario, por medio de una cadena.
127
Figura 119. Rodamiento radial.
Su función es disminuir la fricción para fuerzas radiales. Ref. 6004
Fuente: http://www.access-moto.es/produits/m/R/ROULEMENTVILEBREQUIN.jpg
Figura 120. Rodamiento axial y radial.
Reduce la fricción para fuerzas axiales y radiales entre un eje y las piezas conectadas a éste, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. Ref. IKOS 020
Fuente: http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/rodam iento-de-rodillo-conico-340387.jpg
4.6.2.3 Sistema Elevador Secundario
Figura 121 . Acople piñón
128
Es el acople del sistema de elevación secundario que permite articula el sin fin elevador y el piñón cadena simultáneamente con el sistema de elevación primario.
Figura 122. Soporte Engranaje Secundario
Es la base del sistema de elevación secundario que va fija al lado opuesto sobre la base de la maquina.
Figura 123. Cadena
Es la que conecta los sistemas de elevación para que actúen paralelamente.
Fuente: http://img.moto22.com/2009/02/pinon_corona_cadena.jpg 4.6.3 PLANOS DEL ESQUEMA MECANICO
• Sistema Dosificador
• Sistema de Elevación
Ver Anexo E Pág. 168.
129
4.7 MANUAL TÉCNICO DE REPARACIÓN
4.7.1 Descripción de la maquina Tipo de energía: El voltaje a utilizar es monofásico 110 – 220 voltios a través de un breker de 30 amperio, una vez establecido el voltaje procede a conectar la maquina con cable encauchado de 2 x 14 el consumo de energía es de aproximadamente 2 kw. Aire comprimido: Para el funcionamiento de la maquina de necesita un compresor de 2HP, con tanque de 80 a 150 galones, la presión necesaria para su óptimo funcionamiento es de 8 bar ó 120 PSI. El consumo de aire comprimido a una velocidad promedia de 45 paquetes por minutos es de 15 pies por minuto. El fabricante recomienda hacer estas instalación neumática, a través de un tubo de cobre ½”, para mayor fluidez máxima seguridad en la misma y drenar diariamente e tanque, para evitar que el agua condensada en el tanque ocasione molestias posteriores en partes neumática. Lubricación: Utilice grasa aero - shell o equivalentes en graseras existentes en el equipo periódicamente. Aceite tellus 10 T de shell o equivalentes en el lubricador situado en el regulador de presión y mantener el nivel indicado en el vaso para una óptima lubricación debe ser de una gota de aceite por cada 10/20 paquetes. Materia de envoltura a utilizar: La maquina puede trabajar con cualquier tipo de material de envoltura, polietileno, polipropileno, celofán y laminados, dependiendo del mismo se fabrica el equipo con sistema de impulsos o calor constante para los respectivos sellados. 4.7.2 Instrucción de Manejo Sistema de elevación. Esta función permite variar el volumen de las copas de dosificación, mediante una manivela giratoria ubicada a un lado de la parte inferior de sistema, esta función también nos permite desplazar el soporte del plato inferior al limite para evacuar los platos internos y realizar mantenimiento de higiene y cambio de pieza de teflón por descaste.
130
4.7.3 Instrucción de Mantenimiento Cambio de piezas de teflón Las piezas de teflón están ubicadas en el plato inferior, y algunas en el plato superior, los rodamientos y aros de teflón solo son removidos cuando el sistema allá realizado un gran desgastes en ellos, motivos por el cual el sistema puede frenarse o incrementar la fricción, para realizar el cambio solo debemos llevar el plato inferior al limite con el sistema de elevación como se explico anteriormente, una ves obtenido los platos observaremos que los aros de teflón estas ajustados a presión y solo es realizar el cambio, se recomienda cambiar las dos piezas, ahora procedemos a desajustar la tapa del soporte de rodamientos doble y esta misma. Para realizar el cambio de los rodamientos, se recomienda cambiar todos los rodamientos para que su desgaste sea continuo y consecutivo, no es recomendable dejar piezas usadas, ni de mal estado, pues puede ocasionar desequilibrio en el plato y obtener un mal proceso de dosificación Uso Recomendado Para azúcar cruda establecer alineación del alimentador cuidadosamente aun una velocidad media, y para azúcar granular o morena estabilizar el proceso en una velocidad.
131
8. CONCLUSIONES El diseño de la interfase representa una mejora sustancial si se compara con la interfase original, brindando aspectos importantes como ergonomía y funcionalidad. El PLC OPLC-90C con su HMI integrada y relativo bajo costo en comparación con otras marcas, demostró ser una selección acertada ya que cumple con la necesidad de calidad y costo. El diseño de interfase para operario fue implementado el 8 enero del 2009, la instalación del panel de control e interfase de operario se realizo sin ningún problema iniciando pruebas de funcionamiento el 9 enero del 2009 e inicio de operaciones el 10 de enero del 2009. La instrucción de los operarios con respecto a la interfase no tomo más de 1 hora ya que la interfase de operario es bastante intuitiva. Poco a poco siguiendo las sugerencias de los operarios se hicieron pequeñas modificaciones al programa de empacado para mejorar la velocidad y eficiencia del proceso. Se planteo manejar una base de datos que tuviera información como cantidad de material de empacado utilizado, bolsas producidas y paradas de emergencia. los dos últimos datos se implementaron fácilmente por programación del PLC, sin embargo el ingeniero asesor del proyecto sugirió que la cantidad de material utilizado no debería ser prioritario ni estrictamente necesario ya que se necesita un sensor que lo registre para que desde el programa del plc se pueda tomar el dato y debido al tiempo establecido para el montaje ... (Implementa diseño control) el diseño de control fue implementado el 7 de enero del 2009, inicio pruebas de funcionamiento el 9 enero del 2009 e inicio de operaciones el 10 de enero. Un aspecto destacable es la eliminación de módulos para el control del proceso logrando así un control más eficiente, mas practico y con menos mantenimiento por medio de un dispositivo integral. Inicialmente se planteo como objetivo alcanzar la velocidad de producción de 5 a 60 bolsas / minuto. Después de la implementación del control de la empacadora la máxima velocidad alcanzada en las pruebas fue de 40 bolsas / minuto. Una de las razones de haber alcanzado esta velocidad es el motor de dosificador ya que éste no tiene un freno mecánico inercial, por ello es necesario reducir la velocidad de giro del dosificador para compensar el movimiento inercial a la hora de dosificar. A esto también se le puede sumar la calidad de material de la bolsa, ya
132
que cuando éste es de menor calidad tiende a dañarse en el momento del sellado, lo que se corrige con una disminución de la temperatura de las resistencias de sellado transversal y longitudinal y un aumento de la activación de las mordazas transversal y longitudinal, esto ultimo tiene un impacto en la velocidad de producción que imposibilita el objetivo inicial de alcanzar las 60 bolsas / minuto. Sin embargo, si es comparada con la velocidad máxima original de la maquina de unas 33 bolsas / minuto significa que las modificaciones en el control aumentaron la velocidad en un 21% que en una empresa con una producción diaria siempre significa ganancia.
133
BIBLIOGRAFÍA Benjamin C. Kuo. Sistemas de Control Automático Diseño. Prentice Hall CADY, Frederick. Microcontrollers and Microcomputers. Principles of Software and Hardware Engeneering. Oxford University. New York. 1997. Creus. Instrumentación Industrial. Editorial Marcombo. CROUSE, William H. Puesta a punto y rendimiento del motor. 3ª Edición. Editorial Alfa Omega. México. 2002. HAYT, William H. Análisis de circuitos en ingeniería. 6ª Edición. Editorial McGraw Hill, Interamericano Editores S.A. Mexico D.F. Industrial Boiler Control System Reference Manual No. 1. Editorial Foxboro MALIK, N.R.: Circuitos Electrónicos: Análisis, Simulación y Diseño. Editorial Prentice-Hall, 1997.
MANUAL DE EQUIPO, UPGRADE EMPACADORA ROSDAN FAMILIAR MANUAL DE USUARIO, UPGRADE EMPACADORA ROSDAN FAMILIAR MARTIN CUENCA, Eugenio. Micro controladores PIC: la solución en un chip. 3ª Edición. Paraninfo, Madrid. 2000. Norman A. Anderson. Instrumentation for Process Measurement and Control. Editorial Foxboro PUEYO, Hector Osvaldo. Circuitos eléctricos: Análisis de modelos circuitales 2ª Edición. Editorial Alfa Omega. México. 2002 TAVERNIER, Christian. Micro controladores PIC 2ª Edición. Editorial Paraninfo, Madrid 2001. ULRICH, Karl T. Y EPPINGER, Steven D. Diseño y desarrollo de productos, Editorial McGraw-Hill Interamericana. México
134
ANEXOS
Anexo A. Tablas. Tabla 4. Relación entre necesidades y métricas.
135
Tabla 7. Matriz de tamizaje de conceptos.
Tabla 8. Matriz de evaluación de conceptos.
136
Tabla 14. Evaluación de conceptos.
137
Anexo B. Presupuesto de elementos electrónicos y eléctricos. ESTADO DE CONTROL DE EMPACADORAS ROSDAN 2 y 5 Al revisar las condiciones del sistema de control de la empacadora ROSDAN se encontró que muchos de los componentes electrónicos no tenían un repuesto. Tal era el caso del secuenciador programable encargado de controlar las salidas digitales que activan los diferentes actuadores, los módulos de temporización para las resistencias de sellado que regulan el calor por el tiempo de impulso, el modulo de control para el motor de arrastre de bolsa, entre otros. Aunque el secuenciador controla las secuencias del empacado éste también depende de otros módulos electrónicos como las tarjetas de sellado temporizadas, tarjetas de control de arrastre y tarjetas de opto acoples (con fallas constantes), aumentando la posibilidad de fallo tornando el control poco confiable. En el panel de control la distribución de botones y la ausencia de un botón de emergencia general dificulta el manejo de la maquina exigiendo mas al operario al momento de operarla. El sensor del dosificador es un final de carrera mecánico que tiende a desgastarse. No hay una visualización del control de las resistencias de sellado que le facilite al operario la manipulación de las mismas. Algunos dispositivos para visualizar información como el contador de bolsas producidas están averiados. El cableado sin etiquetar dificulta el seguimiento cuando se presenta alguna falla en algún componente electrónico prolongando la inactividad de la maquina. La velocidad de producción está limitada por el motor de arrastre de bolsa y la inercia del dosificador además de los tiempos programados en el secuenciador, con esto se consigue una velocidad de trabajo de 33 bolsas por minuto. ACTUALIZACION DE CONTROL La actualización consta de un PLC M91 Unitronics con HMI (LCD de 2 líneas y botones de control), el cual dispone de tres programas diferentes para el empacado, menú con acceso a opciones de programación y parámetros del proceso, además el control es totalmente hecho por el PLC aumentando así la confiabilidad de la maquina. Un variador de velocidad V1000 Yaskawa y un motor reductor mejoran control y velocidad del arrastre de la bolsa. El cableado eléctrico está totalmente etiquetado para facilitar el seguimiento en caso de avería y encontrarla rápidamente. El panel de control está organizado de modo que sea intuitivo para el operario con pulsadores luminosos, muletillas y un botón del emergencia en hongo que permite al operario detener inmediatamente la maquina cuando hay una falla en el proceso de empacado. El sensor de dosificador se reemplazo por uno inductivo que es más eficiente y durable. La maquina Rosdan numero 4 a la cual se le implemento el sistema recientemente y actualmente esta empacando a 38 bolsas por minuto aunque la velocidad la limita la inercia del dosificador ya que el motor no tiene freno.
138
BENEFICIOS DE ACTUALIZACION
• Aumento de velocidad de empacado.
• Facilidad de repuestos para los componentes electrónicos.
• Toda la maquina es controlada por un PLC con HMI a un bajo costo.
• Facilidad de seguimiento de fallas ya que todas las conexiones eléctricas están etiquetadas.
• Reducción de mantenimiento al sistema de arrastre al reemplazar la configuración de embrague por el variador de velocidad.
• Mejor control del motor de arrastre por medio del variador de velocidad.
El costo aproximado en los elementos eléctricos, electrónicos y electromecánicos necesarios para la actualización de las empacadoras familiares es de $5’456.946. En la tabla 1 se muestra los costo aproximado de cada componente.
139
Anexo C. Manual variador electrónico yaskawa v1000
140
Anexo D. Plano electrónico.
141
Anexo E. Planos de diseño mecánico.
142
Anexo F. Programación en LADDER del OPLC P91-2-T1.
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167