DISEÑO DE MODULO A PEQUEÑA ESCALA PARA EMPACADO …
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DISEÑO DE MODULO A PEQUEÑA ESCALA PARA EMPACADO DE CAFÉ MOLIDO Por: Óscar Andrés Páez Bernal Estudiante Pregrado Ingeniería Mecánica [email protected] Universidad de los Andes Colombia Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Mecánico Asesor de Tesis: Giacomo Barbieri Ph.D. Ingeniero Mecánico [email protected] Diciembre 2017 Copyright © 2017 por Oscar Andrés Páez Bernal. Todos los derechos reservados.
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DISEÑO DE MODULO A PEQUEÑA ESCALA PARA
EMPACADO DE CAFÉ MOLIDO
Por:
Óscar Andrés Páez Bernal
Estudiante Pregrado Ingeniería Mecánica
Universidad de los Andes Colombia Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica
Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Mecánico
Asesor de Tesis:
Giacomo Barbieri Ph.D.
Ingeniero Mecánico
Diciembre 2017
Copyright © 2017 por Oscar Andrés Páez Bernal. Todos los derechos reservados.
ii
AGRADECIMIENTOS
A mis padres Óscar Páez y Marisol Bernal por el gran apoyo que me han brindado durante
toda mi carrera y por su eterna confianza en mis capacidades como ingeniero. También, a mi
hermano Juan Pablo, por ser mi compañía en todo momento.
A mis mejores amigos, Andrei Cuenca y Paola Obando por escuchar mis ideas locas
y apoyarlas aun cuando no se pudieran lograr.
A todos los técnicos del laboratorio de manufactura en especial a George, José,
Andrés, Jhon y Carolina, por ayudarme a diseñar y hacer realidad cada una de las piezas de
este proyecto.
Al profesor Giacomo por confiar en mis capacidades y ayudarme en el desarrollo de
mi tesis. Así mismo, me gustaría agradecerle al profesor Juan Sebastián Núñez por mostrarme
cual es el camino de un ingeniero, y siempre darme consejos cuando no sabía que decisiones
tomar sobre mi carrera.
Por último, pero no menos importante quiero agradecerle a mi novia y gran apoyo
Karen Julieth, por ser la persona que mayor fe tiene en mis proyectos y quien me hace dar un
110% de mis capacidades.
A todas estas personas muchas gracias.
iii
ABSTRACT
Este proyecto busco diseñar un módulo a pequeña escala para empacado de café molido
siguiendo la metodología de diseño expuesto en el libro “DESIGN OF MACHINERY: An
Introduction to the Synthesis And Analysis of Mechanisms and Machines” de Robert Norton
[1]. Primero se realizó una definición del problema para posteriormente seleccionar un diseño
que se acople a estas. Posteriormente, se realizó un análisis cinético y cinemático del sistema,
para finalmente realizar un diseño detallado de todo el sistema. Luego de la construcción del
sistema se realizó un control del mismo, implementando un sistema de Arduino. El control
tiene en cuenta la posición de los motores stepper y la temperatura de los selladores. En las
pruebas de prototipado se logró sellar empaques con la cantidad requerida y el tiempo de
ciclo estipulado. Este proyecto puede ser replicable para otros tiempos de ciclos y cantidad
de café por empaque.
iv
TABLA DE CONTENIDO
CAPÍTULO I - GENERALIDADES .................................................................................................. 1
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1
2. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 2
2.1 Objetivo General .................................................................................................................. 2
2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................... 2
CAPÍTULO II - FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................... 3
3. ANTECEDENTES HISTÓRICOS ........................................................................................ 3
4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 5
4.1 Empacado ............................................................................................................................. 5
4.1.1 Empacado Primario ....................................................................................................... 5
4.1.2 Empacado Secundario ................................................................................................... 5
4.2 Máquinas de Empacado ........................................................................................................ 5
4.2.1 Cartón ............................................................................................................................ 5
4.2.2 Llenado & Dosificado ................................................................................................... 6
4.2.3 Transporte & Cobertura ................................................................................................ 6
4.2.4 Formado, Llenado & Sellado ........................................................................................ 7
4.2.4.1 Formado, Llenado & Sellado Horizontal (HFFS) .................................................. 8
4.2.4.2 Formado, Llenado & Sellado Vertical (VFFS) ...................................................... 8
4.2.4.2.1 Dispensador .................................................................................................... 9
4.2.4.2.2 Cuello Formador ........................................................................................... 10
4.2.4.2.3 Tubo Formador ............................................................................................. 10
4.2.4.2.4 Sello Transversal .......................................................................................... 11
4.2.4.2.5 Sello Longitudinal ........................................................................................ 11
4.2.4.2.6 Rollo ............................................................................................................. 13
4.2.4.2.7 Forma de Bolsa ............................................................................................. 13
4.2.5 Procesos de Manufactura ............................................................................................ 14
4.2.5.1 Torneado .............................................................................................................. 14
4.2.5.2 Fresado ................................................................................................................. 14
4.2.5.3 Corte Laser ........................................................................................................... 15
4.2.5.4 Impresión 3D ....................................................................................................... 15
4.2.6 Materiales .................................................................................................................... 15
4.2.6.1 Aluminio .............................................................................................................. 15
4.2.6.2 Bronce .................................................................................................................. 15
4.2.6.3 Caucho Aislante ................................................................................................... 15
4.2.6.4 Polietileno ............................................................................................................ 16
v
4.2.6.4.1 Polietileno de Alta Densidad ........................................................................ 16
4.2.6.5 PLA ...................................................................................................................... 16
4.2.7 Tornillos de Potencia ................................................................................................... 16
5. METODOLOGÍA DE DISEÑO ............................................................................................... 17
CAPÍTULO III - DISEÑO MODULO EMPACADOR DE CAFÉ .................................................. 19
5 IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD ......................................................................... 19
5.1 Definición problema ........................................................................................................... 19
5.2 Requerimientos de cliente .................................................................................................. 19
6 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA ................................................................................ 19
7 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL ................................................................................... 20
8 ASOCIACIÓN FUNCIONAL DE REQUERIMIENTO ..................................................... 21
9 ALTERNATIVAS ............................................................................................................... 22
9.1 Alternativas Bolsa de Empaque:......................................................................................... 22
9.2 Alternativas Cuello Formador: ........................................................................................... 23
9.3 Alternativas Movimiento Bolsa de Empaque: .................................................................... 24
10 SELECCIÓN ........................................................................................................................ 26
10.1 Selección Bolsa Empaque ................................................................................................ 27
10.2 Selección Cuello Formador .............................................................................................. 29
10.3 Selección Movimiento Bolsa de Empaque ....................................................................... 30
11 SINTESIS & ANÁLISIS ..................................................................................................... 31
11.1 Dominio Mecánico ........................................................................................................... 31
11.1.1 Cinemática................................................................................................................. 32
11.1.2 Cinética ..................................................................................................................... 33
11.2 Dominio Electrónico ........................................................................................................ 34
11.3 Dominio Informático ........................................................................................................ 35
11.3.1 Verificación Inicial .................................................................................................... 35
11.3.2 Movimiento ............................................................................................................... 36
CAPÍTULO IV – PROCESO DE MANUFACTURA ...................................................................... 37
12 CORTE LASER ................................................................................................................... 37
13 SISTEMA DE SELLADO ................................................................................................... 37
14 SOPORTE SISTEMA DE SELLADO ................................................................................ 38
15 SOPORTE MOVIMIENTO EN Z ....................................................................................... 38
16 SOPORTE AISLANTE ....................................................................................................... 38
16.1 Aislante ............................................................................................................................. 39
17 ROLLOS BOLSA ................................................................................................................ 39
17.1 Ejes ................................................................................................................................... 39
vi
17.2 Rodamientos ..................................................................................................................... 39
17.3 Soporte Rodamientos ........................................................................................................ 39
18 ENSAMBLE ........................................................................................................................ 39
19 COSTOS .............................................................................................................................. 39
19.1 Costo Materiales ............................................................................................................... 39
19.2 Costo Procesos de Manufactura ....................................................................................... 40
CAPÍTULO V – RESULTADOS & CONCLUSIONES .................................................................. 42
20 RESULTADOS .................................................................................................................... 42
21 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 43
22 TRABAJO FUTURO ........................................................................................................... 44
22.1 Estructura .......................................................................................................................... 44
22.2 Funcionalidad ................................................................................................................... 44
22.3 Programación .................................................................................................................... 44
22.4 Integración ........................................................................................................................ 44
CAPÍTULO VI – REFERENCIAS ................................................................................................... 45
CAPÍTULO VII – ANEXO............................................................................................................... 48
23 CÓDIGO ARDUINO ........................................................................................................... 48
23.1 Control Temperatura ........................................................................................................ 48
23.2 Control Posición ............................................................................................................... 50
24 PLANOS PIEZAS PRINCIPALES ......................................................................................... 53
vii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Propiedades del aluminio [25] ................................................................................. 15
Tabla 2.Propiedades del bronce [26] .................................................................................... 15
Tabla 3.Propiedades polietileno de alta densidad [28] ......................................................... 16
Tabla 4. Proceso de diseño ................................................................................................... 17
Tabla 5.Requerimiento del cliente ........................................................................................ 19
Tabla 6.Requerimientos del sistema ..................................................................................... 19
Tabla 7.Evaluación de criterios por peso ............................................................................. 26
Tabla 8.Evaluación de criterios por pesos normalizados ..................................................... 26
Tabla 9.Evaluación para bolsa de empaque a partir de criterios de evaluación ................... 28
Tabla 10.Evaluación cuello formador a partir de los criterios de evaluación ...................... 30
Tabla 11.Evaluación de Movimiento de Bolsa de Empaque a partir de los criterios de
evaluación ............................................................................................................................. 31
Tabla 12. Descripción de subsistemas .................................................................................. 31
Tabla 13.Variables calculo torque ........................................................................................ 33
Tabla 14.Actuadores requeridos ........................................................................................... 34
Tabla 15.Costos de materiales .............................................................................................. 40
Tabla 16.Verificación de cumplimiento de requerimientos ................................................. 42
Tabla 17.Verificación de requerimientos iniciales ............................................................... 43
viii
LISTA DE FIGURAS
Ilustración 1.Empacado por parte de pueblos nómadas [3] .................................................... 3
Ilustración 2.Demostración de preservación de comida en una lata metálica, por Henry Fox
[5] ........................................................................................................................................... 4
Ilustración 3.Máquina de empacado de cartón [10] ............................................................... 6
Ilustración 4.Llenadora de botellas Krones [12] .................................................................... 6
Ilustración 5.Máquina de sellado por cobertura [14] .............................................................. 7
Ilustración 6.Formado, llenado y sellado horizontal [16] ....................................................... 8
Ilustración 7.Formado, llenado y sellado vertical [16] ........................................................... 9
Ilustración 8.Dispensador de un VFFS [17] ........................................................................... 9
Ilustración 9.Cuello formador [19] ....................................................................................... 10
Ilustración 10.Tubo formador [20] ....................................................................................... 10
Ilustración 11.Sello Transversal [18].................................................................................... 11
Ilustración 12.Sello longitudinal [18] ................................................................................... 11
Ilustración 13.Sellador Rotativo [22] ................................................................................... 12
Ilustración 14.Mandíbulas móviles [18] ............................................................................... 12
Ilustración 15.Rollo de polietileno de alta densidad [23] ..................................................... 13
Ilustración 16.Bolsa con forma tipo almohada [18] ............................................................. 13
Ilustración 17.Bolsa de base recta ........................................................................................ 13
Ilustración 18.Costura longitudinal sencilla y doble [18] .................................................... 14
Ilustración 19.Tornillo de potencia [30] ............................................................................... 16
Ilustración 20.Bolsa de papel kraft [28] ............................................................................... 22
Ilustración 21.Bolsa de Poliéster[29].................................................................................... 22
Ilustración 22.Bolsa de polipropileno [30] ........................................................................... 23
Ilustración 23. Cuello formador cilíndrico en cartulina ....................................................... 23
Ilustración 24. Cuello formador cuadrado en cartulina ........................................................ 24
Ilustración 25.Sistema de movimiento para bolsa de empaque utilizando orugas laterales
[21] ....................................................................................................................................... 25
Ilustración 26.Sistema de movimiento para bolsas de empaque utilizando una mandíbula
móvil [18] ............................................................................................................................. 25
Ilustración 27.Fuerzas aplicadas en un tornillo .................................................................... 33
ix
Ilustración 28.Diagrama de flujo .......................................................................................... 36
Ilustración 29.CAD soporte de aluminio .............................................................................. 37
Ilustración 30.Cubo de sellado de cobre ............................................................................... 37
Ilustración 31.CAD Soporte movimiento Z ......................................................................... 38
Ilustración 32.CAD soporte aislante ..................................................................................... 38
x
LISTA DE ANEXOS
Anexos 1.Planos soporte plataforma .................................................................................... 53
Anexos 2.Planos soporte sello horizontal ............................................................................. 54
Anexos 3.Planos soporte sello vertical ................................................................................. 54
Anexos 4.Planos pieza de bronce sello horizontal ............................................................... 55
Anexos 5.Planos soporte varilla sellos vertical y horizontal ................................................ 55
Anexos 6.Planos soporte motor stepper ............................................................................... 56
1
CAPÍTULO I - GENERALIDADES
1. INTRODUCCIÓN
La automatización es una herramienta que se ha implementado en la industria
alimenticia colombiana, pues permite tener control sobre procesos productivos sin
interacción directa entre el operario y la máquina. Gracias a esto se ha logrado avances
tecnológicos dentro de la industria, así como un aumento en la competitividad del mercado
nacional con mercados extranjeros, pues la velocidad de la demanda solo se puede suplir
mediante la utilización de máquinas autónomas.
Teniendo esto como referencia, este proyecto busca diseñar un módulo para
empacado de café molido a partir de un proceso de diseño con automatización. Este estudio
se dividido en cinco (5) partes1: Fundamentos Teóricos, Diseño Módulo de Empacado,
Proceso de Manufactura, Automatización e Implementación.
La primera parte de este proyecto, fundamentos teóricos, busca explorar el estado
actual de la industria alimenticia, ahondando en máquinas empacadoras de alimentos.
Seguido a esto, se trabajará en el diseño del módulo de empacado donde el estudiante aplicará
el proceso de diseño expuesto en el libro “DESIGN OF MACHINERY: An Introduction to
the Synthesis And Analysis of Mechanisms and Machines” de Robert Norton [1]. Posterior
a esto, se procederá a manufacturar los elementos necesarios para la construcción de dicho
modulo, para finalmente poder automatizar e implementar todo el sistema.
1 La división de estas partes no implica que se deben desarrollar de manera separada y secuencial, ya que al
ser un proceso iterativo se debe de regresar y avanzar entre procesos para obtener un resultado satisfactorio.
2
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Diseñar y construir un módulo que permita empacar café a pequeña escala.
2.2 Objetivos Específicos
Empacar 35 gramos de café cada 30 segundos.
Desarrollar un código electrónico que permita controlar el módulo.
El módulo debe ser completamente automático.
3
CAPÍTULO II - FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
El proceso de empacado es un método de conservación de la comida que se ha
utilizado por miles de años. Según John Jacob en su libro “A Handbook on Food Packaging”
existen registros históricos que en 1550 AC, se utilizaba el vidrio para conservar las frutas
[2]. Sin embargo, se cree que desde los antiguos pueblos nómadas el proceso de empacado
era utilizado en las carnes mediante el uso de hojas de palmas para preservar por días dichos
productos como se presenta en la ilustración 1.
Ilustración 1.Empacado por parte de pueblos nómadas [3]
No obstante, es después de la revolución industrial donde se empieza a pensar en el
proceso de empacado como una importante característica para la preservación de productos
de cualquier índole mediante el uso de latas metálicas. El uso estas latas inicialmente fue
destinado para el transporte de tabaco en polvo, pero gracias a la orden de Napoleón
Bonaparte a Nicholas Appert, de la ilustración 2, de buscar en método de transportar comida
a los diferentes frentes de guerra, este último encontró que la solución para el transporte de
alimentos era utilizar las latas metálicas selladas [4].
4
Ilustración 2.Demostración de preservación de comida en una lata metálica, por Henry Fox [5]
Por otra parte, en 1800 se introdujo el uso del cartón como material para empacado
de alimentos, pero solo para productos que no presentaran descomposición rápida, en gran
medida fue usado para el transporte de frutas [4]. Plásticos como la celulosa de nitrilo,
estireno y clorhidrato de vinilo, entre otros, fueron descubiertos en el siglo XIX, pero solo
fueron utilizados hasta el siglo XX durante la segunda guerra mundial como método de
empacado para el transporte de alimentos a zonas damnificadas [4].
De la misma manera, la en este siglo se inició la producción en masa de productos
empacados. En 1894, Friedrich Hesser, co-fundador de la empresa BOSCH, introdujo en el
mercado la primera máquina de empacado vertical basado en el principio de rueda de mandril
[6].
Sin embargo, es después de la segunda guerra mundial cuando se crea un enfoque
hacia la comida y la calidad de la misma [4]. Esto se debe en gran medida a la amplia
investigación que se realizó durante la guerra a toca clase de tecnologías, entre ellas los
materiales, especialmente los plásticos que con sus propiedades permitieron el empacado de
productos por mayor tiempo.
Posterior a la segunda guerra mundial el mundo entro en una era de constante
evolución tecnológica en el cual día a día se mejoran los métodos de empacado, así como los
materiales utilizados para esto. Durante esta época se inició el uso del celofán, material que
en 1960 fue reemplazado por bolsas de polipropileno, ya que además de ser más económico,
tenía una apariencia más clara permitiendo observar cómo se encontraba el producto [7].
5
4. MARCO TEÓRICO
4.1 Empacado
Empacado es definido, según la asociación de maquinaria de procesos y empacados
(PPMA, por sus silgas en inglés), como “la ciencia, arte y tecnología de cerrar o proteger
un producto para su distribución, almacenamiento, venta y uso” [8]. El proceso de empacado
se puede realizar ara diferentes productos y estados de la materia por lo cual se tienen
diferentes tipos de máquinas de empacado.
4.1.1 Empacado Primario
El empacado primario es aquel que se realiza de manera directa con el producto y que
se encuentra en todo momento en contacto con el mismo. Este empacado tiene como objetivo
la conservación del producto y de evitar contaminaciones externas [8].
4.1.2 Empacado Secundario
El empacado secundario es aquel que no tiene contacto directo con el producto. El
objetivo de realizar este tipo de empacados es diverso ya que puede ser utilizado para una
mejor maniobrabilidad del producto o la posibilidad de transportar más cantidades del mismo
producto [8].
4.2 Máquinas de Empacado
Las máquinas de empacado son el sistema que permite el empacado de los productos.
Estas tienen una gran variedad, ya que, cada una tiene un proceso de empacado diferente que
busca suplir las necesidades del usuario [8].
4.2.1 Cartón
Las máquinas de empacado por cartón son sistemas de empacado que levanta,
acomodan, llenan y cierran cajas de cartón como se presenta en la ilustración 3. Este tipo de
empacado es uno de los empacados más comunes y se caracteriza por su uso de cajas de 6
6
lados rectangulares, aunque no necesariamente es el único método de empacado de cartón
[9].
Ilustración 3.Máquina de empacado de cartón [10]
4.2.2 Llenado & Dosificado
Las máquinas de llenado se caracterizan por dosificar producto de un almacenamiento
en cantidades exactas a partir de valores predeterminados [11], uno de este tipo de máquinas
se puede observar en la ilustración 4. Este tipo de máquinas presentan diferentes métodos de
llenado que dependen de la naturaleza del producto, liquido, gaseoso, piezas pequeñas,
polvos entre otros, por lo cual también el método de medición varia.
Ilustración 4.Llenadora de botellas Krones [12]
4.2.3 Transporte & Cobertura
Este tipo de máquinas se caracteriza por mover el producto en bandas o sistema de
transporte aéreo y con ayuda de este movimiento, se va envolviendo el producto, como se
puede observar en la ilustración 5 [13]. Este tipo de proceso se utiliza principalmente en
empresas productoras de comida, panadería y productos sólidos, ya que requiere de la
capacidad del producto para moverse sin generar desperdicios o perdidas.
7
Ilustración 5.Máquina de sellado por cobertura [14]
4.2.4 Formado, Llenado & Sellado
Las máquinas de formado, llenado y sellado conocidas como FFS, por sus siglas en
inglés, se caracterizan por poder realizar estos tres procesos en una misma máquina, mientras
que las otras máquinas requieren normalmente de máquinas externas para lograr este mismo
proceso [15].
Este tipo de máquinas se utiliza principalmente para productos en presentación de
granos o productos en polvo, ya que permite un control sencillo del producto sin generar
grandes desperdicios. Sin embargo, este tipo de máquinas se puede modificar para manejar
productos más grandes.
Las máquinas FFS presentan dos tipos de diseños, FFS horizontales y FFS verticales.
La principal diferencia que presentan estas dos máquinas es la orientación del movimiento
de los paquetes y la estructura de sellado.
Aun así, aunque tienen orientaciones diferentes estas máquinas presentan piezas
estructurales similares, de las cuales se hablará en secciones más adelante, estas son:
➢ Dispensador
➢ Elemento formador
➢ Sello transversal
➢ Sello longitudinal
➢ Rollo
8
4.2.4.1 Formado, Llenado & Sellado Horizontal (HFFS)
Este tipo de FFS tiene la característica mover el material de empacado de manera
horizontal, por lo que el empaque se obtiene previo a incorporación del producto en el mismo.
Esto se puede observar en la ilustración 6.
Ilustración 6.Formado, llenado y sellado horizontal [16]
Al igual que una máquina VFFS este tipo de máquinas tiene un dispensador vertical por
lo que el producto solo entra en contacto con el empaque luego del primer sellado. Este
sellado realiza el sello de tres lados del empaque de una sola vez por lo que cuando se vierte
el producto no se presentan perdidas.
Este tipo de máquina tiene la desventaja que requiere selladores especializados para cada
producto por lo que si se quiere una máquina para diferentes productos es necesario comprar
los diferentes selladores.
4.2.4.2 Formado, Llenado & Sellado Vertical (VFFS)
Esta máquina presenta un mecanismo similar al horizontal, pero difiere en que, como
se dijo anteriormente, el producto y el empaque se mueven en el sentido vertical como se
puede observar en la ilustración 7.
9
Ilustración 7.Formado, llenado y sellado vertical [16]
Una VFFS tiene un elemento principal, el cual es el cuello formador. Este, junto con
el tubo formador, son los que permiten que el material de empaque obtenga la geometría
circular de los empaques. Además de estos dos elementos, una máquina de estas
características requiere de un sello transversal, un sello longitudinal como elementos
adicionales para obtener un empaque.
4.2.4.2.1 Dispensador
El dispensador es el sistema encargado de suministrar dosificadamente el producto
para su posterior empaquetamiento. Un tipo de dispensador es como el que se puede
observar en la ilustración 8.
Ilustración 8.Dispensador de un VFFS [17]
10
4.2.4.2.2 Cuello Formador
Esta pieza tiene como funcionalidad realizar el doblado del material de empacado.
Para ello esta pieza presenta unas aletas de entrada y con su cambio de geometría permite
pasar de una bolsa plana a un empaque circular [18].
Dependiendo del tipo de costura que se desea para el empaque el cuello formador
cambiará su geometría. Aun así, tienden a manejar una estructura parecida todos los cuellos
formadores.
Ilustración 9.Cuello formador [19]
4.2.4.2.3 Tubo Formador
El tubo formador es la pieza encargada de mantener la geometría generada por el
cuello formador y posteriormente poder ser sellado [18].
Ilustración 10.Tubo formador [20]
11
4.2.4.2.4 Sello Transversal
En las máquinas VFFS el sello transversal es el primer sello que se realiza en el
proceso de empacado. Este sello se realiza justo después de que el material de empacado
pase por el cuello formador, y se encuentre en el tubo formador [21].
Ilustración 11.Sello Transversal [18]
4.2.4.2.5 Sello Longitudinal
Este sello en las máquinas de formado, llenado y sellado vertical es el encargado de
terminar el proceso de empacado para el empaque con producto, es decir realiza el sello
superior, y de la misma manera realiza el sello inferior para el siguiente producto a empacar.
Este sello es de gran importancia porque además de encargarse de la hermeticidad del
producto, es el punto donde se individualiza cada uno de los empaques, pues pasa de un rollo
completo a paquetes por unidad.
Ilustración 12.Sello longitudinal [18]
12
Para estas máquinas existen diferentes tipos de sello longitudinales, pero los más
característicos son los selladores rotativos y las mandíbulas móviles.
4.2.4.2.5.1 Sellador Rotativo
Un sistema de sellador rotativo tiene dos placas con resistencias en sus puntas de tal
manera que cuando ambas puntas se encuentren calienten el material de empaque y lo sellen.
Las placas se mueven a cierta velocidad angular de manera síncrona con el dispensador para
sellar a la misma velocidad.
Ilustración 13.Sellador Rotativo [22]
4.2.4.2.5.2 Mandíbulas Móviles
Las mandíbulas móviles son un sistema de sellador longitudinal que permite realizar
tres tareas al mismo tiempo [18]. La primera de estas tareas es realizar el proceso de sellado
de la bolsa. De la misma manera, a medida que se realiza el sello se va moviendo la mandíbula
por lo cual todo el material de empacado se va moviendo. Finalmente, la última tarea que
realizan las mandíbulas es realizar el proceso de corte para individualizar el producto.
Ilustración 14.Mandíbulas móviles [18]
13
4.2.4.2.6 Rollo
Es una película enrollada del material de empaque que se utilizará para el proceso.
En la ilustración 15 se puede observar un ejemplo de rollo de polietileno de alta densidad
Ilustración 15.Rollo de polietileno de alta densidad [23]
4.2.4.2.7 Forma de Bolsa
Al igual que las máquinas de empacado, la forma que puede tener una bolsa varía de
acuerdo a el producto que se va a tratar y a las necesidades del cliente.
Para productos como vegetales, papas fritas, dulces o productos en polvo se utiliza
una bolsa en forma de almohada [18].
Ilustración 16.Bolsa con forma tipo almohada [18]
Para productos como galletas y dosis grandes de café se utiliza la bolsa de base recta
[18].
Ilustración 17.Bolsa de base recta
14
4.2.4.2.7.1 Tipo de Costura
Para el sellado de una bolsa se debe realizar una costura con el material de empacado.
Para una bolsa con forma de tipo almohada se requieren 3 costuras, una costura longitudinal
y dos costuras transversales [18].
La costura longitudinal puede ser sencilla o doble, esto se elige de acuerdo a la tensión
que se requiere que soporte esta misma.
Ilustración 18.Costura longitudinal sencilla y doble [18]
4.2.5 Procesos de Manufactura
La manufactura es una serie de actividades y operaciones interrelacionadas que tienen
como objetivo modificar las características de las materias primas [24].
4.2.5.1 Torneado
El torneado es un proceso de mecanizado que proporciona un movimiento rotatorio
primario al material, mientras que a la herramienta se le imparte un movimiento de avance
[24].
4.2.5.2 Fresado
El fresado es un proceso de mecanizado que permite cortes más versátiles ya que
mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos [24]. Esta herramienta tiene la
capacidad de moverse con tres grados de libertas lo que permite mecanizar piezas de alto
grado de dificultad.
15
4.2.5.3 Corte Laser
El corte laser es un proceso con el cual se pueden obtener geometrías a partir de
diseños asistidos por computadora.
4.2.5.4 Impresión 3D
La impresión 3D es un proceso por el cual se busca poder obtener productos
plásticos a partir de diseños asistidos por computadora.
4.2.6 Materiales
Un material es aquel elemento que presenta propiedades físicas deseadas que se utiliza
como medio para la obtención de productos únicos a partir de la transformación del mismo
[24].
4.2.6.1 Aluminio
El aluminio es un metal no ferroso muy utilizado en la ingeniería por sus
propiedades.
Tabla 1.Propiedades del aluminio [25]
Propiedad Dimensión
Densidad 2698,9 [kg/m3]
Módulo de Elasticidad 68 [GPa]
Punto de Fusión 660,37 [°C]
4.2.6.2 Bronce
El bronce es una aleación entre cobre, estaño y otros metales. Es un material con
propiedades apropiadas para trabajos con temperaturas.
Tabla 2.Propiedades del bronce [26]
Propiedad Dimensión
Densidad 8820 [kg/m3]
Módulo de Elasticidad 93 [GPa]
Punto de Fusión 854 - 1010 [°C]
4.2.6.3 Caucho Aislante
El caucho de silicona de alta temperatura es un material utilizado como aislante ya
que presenta propiedades que no cambian hasta 550 [°C] [27]
16
4.2.6.4 Polietileno
El polietileno es un polímero que se caracteriza por tener una cadena una cadena de
hidrógeno carbono muy sencilla. Su gran uso se debe a su bajo costo de producción, así
como su facilidad de fabricación.
4.2.6.4.1 Polietileno de Alta Densidad
Tabla 3.Propiedades polietileno de alta densidad [28]
Propiedad Dimensión
Densidad 924 - 2550 [kg/m3]
Módulo de Elasticidad 0,45 – 1,5 [GPa]
Punto de Fusión 118 - 137 [°C]
Punto de Cristalización 108 – 120 [°C]
4.2.6.5 PLA
El PLA es un biopolímero que se utiliza en su mayoría para la producción de envases e
impresiones 3D.
Propiedad Dimensión
Densidad 1000 – 2470 [kg/m3]
Módulo de Elasticidad 0,08 – 13,8 [GPa]
Punto de Fusión 110 - 170 [°C]
4.2.7 Tornillos de Potencia
Estos elementos, también conocidos como tornillos de fuerza, son utilizados para
transformar un movimiento rotacional en un movimiento rectilíneo con el fin de transmitir
una fuerza [29].
Ilustración 19.Tornillo de potencia [30]
17
5. METODOLOGÍA DE DISEÑO
Una metodología de diseño o diseño de ingeniería es un proceso con el cual se busca
aplicar diferentes técnicas o principios físicos a un proceso para la realización de algún
objetivo.
Para este proyecto se utilizó la metodología presentada por el libro “DESIGN OF
MACHINERY: An Introduction to the Synthesis And Analysis of Mechanisms and
Machines” de Robert Norton [1].
A continuación se presentará los pasos a desarrollar durante el proyecto.
Tabla 4. Proceso de diseño
Proceso de Diseño de Ingeniería
1 Identificación de la Necesidad
2 Requerimientos del Sistema
3 Descomposición Funcional
4 Asociación Funcional
5 Alternativas
6 Selección
7 Síntesis & Análisis
8 Diseño Detallado
9 Prototipo
1) Identificación de la necesidad:
Este paso normalmente inicia desde la idea general del cliente. Sin embargo, es
necesario definir con claridad el problema a trabajar y los requerimientos que estipula el
cliente.
2) Requerimientos del sistema:
Los requerimientos del sistema permiten identificar la naturaleza del tipo de diseño,
así como las especificaciones a las cuales deberá funcionar el sistema. Para ello se tabula
18
cada uno de los procesos que necesita el sistema para cumplir con las necesidades y posterior
a esto se asociaran a algún tipo de categoría.
3) Descomposición funcional:
Una descomposición funcional busca tener el sistema general y dividirlo en
subgrupos que más adelante permitirán tener con mayor claridad que partes necesitan
diseñarse para lograr que el sistema funcione a cabalidad.
4) Asociación funcional:
En este punto se busca unir los subgrupos del índice anterior a un requerimiento del
sistema.
5) Alternativas:
Para cada requerimiento se plantean diferentes alternativas para lograr los objetivos
de cada requerimiento. Es necesario hacer una descripción detallada de cada uno, ya que esto
será de gran importancia al momento de realizar la selección final.
6) Selección:
Se realiza una tabla de valores con pesos normalizados para encontrar la alternativa
más conveniente para el proyecto.
7) Síntesis y análisis:
En este punto se debe realizar un análisis de los tres dominios que rigen un proyecto
de ingeniería, los dominios mecánicos, electrónicos e informáticos. Par el dominio mecánico
se estudiarán los principios cinemáticos y cinéticos de cada alternativa seleccionada para
lograr con las necesidades planteadas al inicio del proyecto.
Una vez finalizado el dominio mecánico se puede evaluar el dominio electrónico
donde se elegirán los motores y todos los elementos eléctricos. Por último, pero no menos
importante se realizará el dominio informático donde se realizará toda la programación.
8) Diseño detallado:
Luego de tener todos los componentes elegidos y todo el sistema, se realiza el diseño
detallado del proceso para una posterior construcción.
9) Prototipo:
Es necesario realizar un prototipo para evaluar el correcto funcionamiento de todos
los sistemas y ver que se cumple el objetivo.
19
CAPÍTULO III - DISEÑO MODULO EMPACADOR DE CAFÉ
5 IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD
5.1 Definición problema
El sistema de empacado de café es un proceso vital durante la producción del café, pues de
esto depende la capacidad de distribución organizada de la materia prima. Teniendo en cuenta
esto, para este proyecto se busca diseñar un módulo de café molido a pequeña escala.
5.2 Requerimientos de cliente
Tabla 5.Requerimiento del cliente
Requerimientos Descripción
Funcionalidad Empacar Café
Capacidad 35 gramos
Ciclo 30 segundos
Tiempo 16 semanas
Costo Materiales Un salario mínimo mensual ($737.717 COP)
Costo Manufactura Un salario mínimo mensual ($737.717 COP)
Dimensiones 1 [m] x 1 [m] x 1 [m]
6 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Los requerimientos del sistema permiten identificar la naturaleza del tipo de diseño,
así como las especificaciones a las cuales deberá funcionar el sistema.
Tabla 6.Requerimientos del sistema
Nombre Categoría Descripción Objetivo Prioridad Procedente de Método de Verificación
Elemento de
Empacado Recurso
Es el material con el
cual se empacará el
producto.
- Alta Estado del Arte Observación del sistema
20
Doblado Funcional
Dispositivo que permite
doblar el material de
empaque
∅ ≅ 47 𝑚𝑚 Alta
Segundo (2do)
requerimiento
del Cliente
Prueba de medición del ancho
de la bolsa a la salida del
cuello formador
Movimiento Funcional
Sistema que permite
desplazar el material de
empaque doblado
𝛿 ≅ 80[𝑚𝑚] Alta
Segundo (2do)
requerimiento
del Cliente
Prueba de desplazamiento
lineal del sistema
Temperatura de
Sellado Funcional
Instrumento para
controlar temperatura de
sellado
T =140[℃] Alta
Primer (1er)
requerimiento
del cliente
Prueba de control de
temperatura en circuito
Sellado
Antiadherente Rendimiento
Material de sellado que
evite adherencia en las
piezas móviles
- Media Secundario Observación del sistema
Corte Funcional
Elemento que permite
individualizar los
empaques
- Media Secundario Verificación de calidad del
producto final
Fuerza Motores Rendimiento
Torque necesario para el
movimiento de las
piezas
50 [N] Alta Primario Prueba movimiento sistemas
lineales
7 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
La descomposición funcional permite organizar cuales son las funcionalidades que
requiere el sistema para poder lograr los objetivos. La descomposición se puede observar en
la figura 1 que se muestra a continuación.
Figura 1.Descomposición funcional
Proceso de Empacado de Café
Material de Empacado
Doblado
Movimiento
Sellado
Corte
21
8 ASOCIACIÓN FUNCIONAL DE REQUERIMIENTO
Una vez realizada la descomposición funcional se puede asociar acá funcionalidad
del sistema posibles alternativas que permitan suplir dicha necesidad. A continuación, en
las figuras 2 - 6 se pueden observar las asociaciones realizadas.
Figura 2.Asociación funcional para el material de empacado
Figura 3.Asociación funcional para el doblado
Figura 4.Asociación funcional para el movimiento
Figura 5.Asociación para el sellado Figura 6.Asociación para el sellado
Material de Empacado
Papel Kraft Poliester Polipropileno
Doblado
Cuello Formador
Circular
Cuello Formador Cuadrado
Movimiento
Sistema de Cintas de
Alimentación
Mandíbulas Móviles
Sellado
Transferencia de Calor por Inducción
Corte
Transferencia de Calor por
Inducción
22
9 ALTERNATIVAS
9.1 Alternativas Bolsa de Empaque:
La bolsa en la cual se empacará el café es el primer componente que se evaluó, ya
que dependiendo del tipo de material con el cual se trabajaría la geometría de los demás
componentes varia. Los materiales que se evaluaron para el tipo de bolsa fueron papel Kraft,
poliéster y polipropileno, que se presentan en las ilustraciones 20 a la 22.
Ilustración 20.Bolsa de papel kraft [28]
Ilustración 21.Bolsa de Poliéster[29]
23
Ilustración 22.Bolsa de polipropileno [30]
9.2 Alternativas Cuello Formador:
Se diseñaron dos tipos de cuellos formadores característicos de un empacador
vertical, un cuello formador cilíndrico y un cuello formador cuadrado. Cada uno de estos se
manufacturó en cartulina como modelo preliminar para una futura evaluación. A
continuación, en las ilustraciones 23 y 24, se presentan los dos tipos de cuello formador
desarrollados
Ilustración 23. Cuello formador cilíndrico en cartulina
24
Ilustración 24. Cuello formador cuadrado en cartulina
El cuello formador cilíndrico tiene la ventaja de permitir un movimiento fluido de la
bolsa de empaque ya que no presenta esquinas donde la bolsa pueda presentar rupturas. Para
la manufactura de esta pieza es necesario mandar a doblar una lámina cortada con los ángulos
necesarios, pues una vez realizado el proceso de doblado no se recomienda realizar ningún
trabajo adicional.
Por otro lado, es importante resaltar que al estar trabajando con alimentos es necesario
utilizar acero inoxidable en la zona del tubo formador lo cual dificulta en gran medida la
manufactura de esta pieza.
En cuanto al cuello formador cuadrado, este tiene la característica de componerse por
diferentes piezas geométricas por lo cual su manufactura es mucho más sencilla, comparada
con la manufactura del cuello formador cilíndrico.
Sin embargo, la misma característica de sencillez es una desventaja que presenta el
componente, pues, las intersecciones entre piezas generaran esfuerzos en la bolsa de empaque
cuando esté en movimiento, por lo que pueden presentarse problemas durante la producción.
9.3 Alternativas Movimiento Bolsa de Empaque:
25
Para el movimiento de la bolsa se propusieron dos tipos sistemas que permitirán el
movimiento del mismo. El primero de los componentes es un par de orugas ubicadas en la
salida del tubo formador, que hace parte del cuello formador. En la ilustración 25 se presenta
un sistema a base de por de orugas.
Ilustración 25.Sistema de movimiento para bolsa de empaque utilizando orugas laterales [21]
El segundo sistema que se propone son unas mandíbulas movibles, que al mismo tiempo de
sellado del empaque de bolsa halen de esta para generar el movimiento. La ilustración 26
presenta un ejemplo de mandíbulas movibles.
Ilustración 26.Sistema de movimiento para bolsas de empaque utilizando una mandíbula móvil [18]
26
10 SELECCIÓN
Para la selección de los componentes del sistema se decidió realizar un análisis de
multi-criterios para cada uno de los componentes principales de un sistema de empacado de
productos alimenticios. Los criterios a evaluar para cada uno de los componentes son los
siguientes:
1. Costo: Describe el precio de los materiales necesarios para la manufactura del
componente a analizar.
2. Desempeño: Este criterio determina la funcionalidad del componente a partir de los
requerimientos establecidos anteriormente.
3. Calidad producto final: Se evalúa la calidad obtenida en el producto final para cada
componente.
4. Manufactura: Será evaluado la facilidad o complejidad en el proceso de manufactura
de cada componente.
A cada uno de estos criterios se le otorgó un peso, con el cual se podrá elegir el mejor
componente. A continuación, se presenta la tabla de peso para los criterios:
Tabla 7.Evaluación de criterios por peso
Criterio/Criterio Costo Desempeño Calidad Producto Final Manufactura Peso
Costo 1 0,7 0,6 0,5 0,7
Desempeño 0,3 1 0,3 0,2 0,45
Calidad Producto Final 0,4 0,7 1 0,4 0,625
Manufactura 0,5 0,8 0,6 1 0,725
Luego de tener el peso para cada uno de los criterios se normalizaron los pesos. Estos datos
normalizados se pueden observar en la tabla 2.
Tabla 8.Evaluación de criterios por pesos normalizados
Criterio Peso Normalizado
Costo 0,28
Desempeño 0,18
Calidad Producto Final 0,25
Manufactura 0,29
27
Una vez obtenidos los pesos normalizados para cada criterio, se procede a evaluar
cada uno de los componentes para obtener aquellos que se puedan implementar en el diseño
final del módulo. Para la evaluación cada componente obtuvo un valor entre 1 y 10 para cada
criterio y el ponderado entre los diferentes criterios determina que tan efectivo son las ideas
evaluadas.
El costo tendrá un valor cuantitativo de 1 a 10 comparado con el presupuesto de
compras que se tiene asignado. En cuando a desempeño, calidad del producto final y la
manufactura, tendrán un valor cualitativo de 1 a 10 a criterio del evaluador.
10.1 Selección Bolsa Empaque
Se evaluaron cada una de las bolsas, presentadas la sección 5.4.1, a partir de los criterios
presentados anteriormente.
Bolsa de papel kraft:
Costo: Debido a que es un material de fácil fabricación y materiales económicos, por
lo cual se le asignó un valor de ocho (8).
Desempeño: Resultado de su bajo costo es un material frágil que durante una
producción continua puede presentar inconvenientes, por lo cual se le asignó un valor
de tres (3).
Calidad producto final: No presenta un sello hermético por lo cual los productos
perecederos no pueden ser empacados durante periodos prolongados, por lo cual se
le asignó un valor de dos (2).
Manufactura: Las bolas fabricadas en este material deben ser manufacturadas antes
del funcionamiento de la máquina por lo cual es poco práctico para funcionar de
manera continua, por lo cual se le asignó un valor de cuatro (6).
28
Bolsa de poliéster:
Costo: Es un material costoso en comparación con los otros dos pues presenta mejores
características para soporte de tensión, por lo cual se le asignó un valor de tres (3).
Desempeño: Debido a su resistencia a la tensión es un material que no permite una
sencilla manipulación, por lo cual se le asignó un valor de cinco (5).
Calidad producto final: Es un material que permite obtener diferentes geometrías y
estéticamente agradables, por lo cual se le asignó un valor de (7).
Manufactura: Es un material versátil pero que presenta procesos de manufactura
complejos para obtener ciertos tipos de geometrías, por lo cual se le asignó un valor
de cinco (5).
Bolsa de polipropileno:
Costo: Es un material económico y de fácil adquisición. Sin embargo, sigue siendo
más costoso que el papel kraft, por lo cual se le asignó un valor de seis (6).
Desempeño: Es un material muy versátil y de fácil manipulación por lo cual permite
obtener diferentes geometrías sin la necesidad de tener procesos complicados, por lo
cual se le asignó un valor de siete (7).
Calidad producto final: Debido a las características del material se puede observar
el interior del producto, lo cual lo hace un material poco estético. De la misma
manera, este material puede ser cortado con facilidad, por lo cual se le asignó un valor
de cinco (5).
Manufactura: Las bolsas fabricadas con este material pueden ser moldeadas
durante la producción, lo que permite trabajar en una producción continua, por lo
que se le asignó un valor de ocho (7).
Tabla 9.Evaluación para bolsa de empaque a partir de criterios de evaluación
Material Costo Desempeño Calidad producto final Manufactura Total
Papel Kraft 2,24 0,54 0,5 1,74 5,02
Poliéster 0,84 0,9 1,75 1,45 4,94
Polipropileno 1,68 1,26 1,25 2,03 6,22
29
10.2 Selección Cuello Formador
Se evaluaron los dos tipos de cuello formador, presentados en la sección 9,2, a partir
de los criterios presentados anteriormente.
Cuello Formador Cilíndrico:
Costo: Teniendo en cuenta su geometría es necesario realizar procesos costos, por lo
cual se le asignó un valor de cinco (5).
Desempeño: A partir de su geometría se pueden obtener resultados satisfactorios pues
el material de la bolsa de empaque no tendrá cambios geométricos suaves y
constantes, por lo cual se le asignó un valor de ocho (8).
Calidad producto final: La geometría de la bolsa es uniforme permitiendo un
empacado sencillo, por lo cual se le asignó un valor de siete (7).
Manufactura: Requiere de procesos de manufactura especializados y complicados,
por lo cual se le asignó un valor de cinco (5).
Cuello Formador Cuadrado:
Costo: El costo de realización es económico pues se puede armar a partir de figuras
geométricas simples, por lo cual se le asignó un valor de siete (7).
Desempeño: Ya que es ensamblado a partir de figuras geométricas presenta zonas
críticas donde la bolsa de empaque presente rupturas, por lo cual se le asignó un valor
de cinco (5).
Calidad producto final: Debido el mismo problema presentado en el desempeño de
esta pieza, se pueden presentar problemas en la geometría del producto final. Por esto
se le asignó un valor de seis (6).
Manufactura: Presenta una manufactura sencilla por la posibilidad de ser
ensamblado sin procesos adicionales, por lo cual se le asignó un valor de ocho (8).
30
Tabla 10.Evaluación cuello formador a partir de los criterios de evaluación
Pieza Costo Desempeño Calidad producto final Manufactura Total
Cuello Formador Cilíndrico 1,4 1,44 1,75 1,45 6,04
Cuello Formador Cuadrado 1,96 0,9 1,5 2,32 6,68
10.3 Selección Movimiento Bolsa de Empaque
Se evaluaron los dos tipos de cuello formador, presentados en la sección 9,3, a partir
de los criterios presentados anteriormente.
Orugas Laterales:
Costo: Teniendo en cuenta su geometría es necesario realizar procesos costos, por lo
cual se le asignó un valor de cinco (5).
Desempeño: A partir de su geometría se pueden obtener resultados satisfactorios pues
el material de la bolsa de empaque no tendrá cambios geométricos suaves y
constantes, por lo cual se le asignó un valor de ocho (8).
Calidad producto final: La geometría de la bolsa es uniforme permitiendo un
empacado sencillo, por lo cual se le asignó un valor de siete (7).
Manufactura: Requiere de procesos de manufactura especializados y complicados,
por lo cual se le asignó un valor de cinco (5).
Mandíbulas móviles:
Costo: El costo de realización es económico pues se puede armar a partir de figuras
geométricas simples, por lo cual se le asignó un valor de siete (7).
Desempeño: Ya que es ensamblado a partir de figuras geométricas presenta zonas
críticas donde la bolsa de empaque presente rupturas, por lo cual se le asignó un valor
de cinco (5).
Calidad producto final: Debido el mismo problema presentado en el desempeño de
esta pieza, se pueden presentar problemas en la geometría del producto final. Por esto
se le asignó un valor de seis (6).
31
Manufactura: Presenta una manufactura sencilla por la posibilidad de ser
ensamblado sin procesos adicionales, por lo cual se le asignó un valor de ocho (8).
Tabla 11.Evaluación de Movimiento de Bolsa de Empaque a partir de los criterios de evaluación
Pieza Costo Desempeño Calidad producto final Manufactura Total
Orugas Laterales 1,4 1,08 1,5 1,45 5,43
Mandíbulas Móviles 1,12 1,44 1,25 1,74 5,55
11 SINTESIS & ANÁLISIS
La síntesis y análisis de todo el sistema permite calcular conocer los requerimientos
eléctricos e informáticos que se necesitan para lograr cumplir los objetivos y necesidades del
cliente.
11.1 Dominio Mecánico
La máquina tendrá 2 grados de libertas, distribuidos en 3 subsistemas que se encargaran de
el sellado de la bolsa.
Tabla 12. Descripción de subsistemas
Primer Subsistema (Movimiento Sello Vertical)
Sistema encargado del sellado de la bolsa en el eje Z,
utilizando el cuello formador como soporte.
Tipo Descripción
Tornillo sin fin Movimiento lineal
horizontal
Segundo Subsistema (Movimiento Sello
Horizontal)
Sistema encargado del sella de la bolsa en el eje X
para lograr el sello completo de cada empaque
individual.
Tipo Descripción
Tornillo sin fin Movimiento lineal
horizontal
Tercer Subsistema (Movimiento Soporte)
Este sistema se define el tamaño de los empaques
individuales dependiendo de la distancia que recorra.
Tipo Descripción
Tornillo sin fin Movimiento lineal
vertical
32
11.1.1 Cinemática
a) Primer Subsistema (Movimiento Sello Vertical)
𝑥 = 10 [𝑚𝑚] 𝑡 = 0,5 [𝑠]
Velocidad lineal �⃗� =𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=
𝑥
𝑡 [1]
𝑣 = 10 [𝑚𝑚]
0,5 [𝑠]= 20 [
𝑚𝑚
𝑠]
Velocidad Angular 𝜔 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜=
�⃗⃗�
𝑟 [1]
𝜔 = 20 [
𝑚𝑚
𝑠]
8 [𝑚𝑚]= 2,5 [
𝑟𝑎𝑑
𝑠]
Aceleración Lineal 𝑎 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=
�⃗⃗�
𝑡 [1]
𝑎 = 20 [
𝑚𝑚
𝑠]
0,5 [𝑠]= 40 [
𝑚𝑚
𝑠2 ]
b) Segundo Subsistema (Movimiento Sello Horizontal)
𝑥 = 50 [𝑚𝑚] 𝑡 = 2 [𝑠]
𝑣 = 50 [𝑚𝑚]
2 [𝑠]= 25 [
𝑚𝑚
𝑠]
𝜔 = 25 [
𝑚𝑚
𝑠]
8 [𝑚𝑚]= 3 [
𝑟𝑎𝑑
𝑠]
𝑎 = 25 [
𝑚𝑚
𝑠]
2 [𝑠]= 12,5 [
𝑚𝑚
𝑠2 ]
c) Tercer Subsistema (Movimiento Soporte)
𝑥 = 80 [𝑚𝑚] 𝑡 = 10 [𝑠]
𝑣 = 80 [𝑚𝑚]
10 [𝑠]= 8 [
𝑚𝑚
𝑠]
𝜔 = 8 [
𝑚𝑚
𝑠]
8 [𝑚𝑚]= 1 [
𝑟𝑎𝑑
𝑠]
𝑎 = 8 [
𝑚𝑚
𝑠]
10 [𝑠]= 0,8 [
𝑚𝑚
𝑠2]
33
11.1.2 Cinética
a) Primer Subsistema (Movimiento Sello Vertical)
Fuerza 𝐹 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 × 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑚 × 𝑎 [1]
𝐹 = 0,5 [𝑘𝑔] × 0,04 [𝑚
𝑠2] = 0,02 [𝑁]
Torque 𝑇 = 𝐹×𝑑𝑚
2× (
𝑙−𝜋×𝑓×𝑑𝑚
𝜋×𝑑𝑚×𝑓×𝑙) +
𝐹×𝑓𝑐×𝑑𝑐
2
Tabla 13.Variables calculo torque
Variable Descripción
𝑑 Diámetro externo del tornillo sin fin
𝐹 Suma de todas las fuerzas axiales en el tornillo
𝑑𝑚 Diámetro medio
𝑇 Torque
𝑒 Eficiencia
𝑓 Coeficiente de fricción del tornillo
𝑓𝑐 Coeficiente de fricción del collar
𝑝 Pase
𝑙 Número de hilos
𝜔 Velocidad angular
Los siguientes datos se obtienen por propiedades del tornillo o características propias.
𝑝 = 1,8 [𝑚𝑚] 𝑑 = 8,1 [𝑚𝑚] 𝑑𝑚 = 7,2 [𝑚𝑚] 𝑑𝑐 = 14,1 [𝑚𝑚]
𝑓 = 0,08 𝑓𝑐 = 0,08 𝑙 = 7,2
Ilustración 27.Fuerzas aplicadas en un tornillo
𝑇 = 0,02 [𝑁] ×7,2 [𝑚𝑚]
2× (
7,2 −𝜋×0,08×7,2 [𝑚𝑚]
𝜋×7,2 [𝑚𝑚] ×0,08×7,2) +
0,02 [𝑁]×0,08×14,1 [𝑚𝑚]
2= 0,00028 [
kg
cm]
Potencia 𝑃 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 × 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 = 𝜔 × 𝑇
𝑃 = 2,5 [𝑟𝑎𝑑
𝑠] × 0,00028 [
kg
cm] = 7 × 10−6[𝑊]
34
b) Segundo Subsistema (Movimiento Sello Horizontal)
𝐹 = 0,8 [𝑘𝑔] × 0,0125 [𝑚
𝑠2] = 0,1[𝑁]
𝑇 = 0,1 [𝑁] ×7,2 [𝑚𝑚]
2× (
7,2 −𝜋×0,08×7,2 [𝑚𝑚]
𝜋×7,2 [𝑚𝑚] ×0,08×7,2) +
0,1 [𝑁]×0,08×14,1 [𝑚𝑚]
2= 0,00014 [
kg
cm]
𝑃 = 3 [𝑟𝑎𝑑
𝑠] × 0,00014 [
kg
cm] = 4,2 × 10−4[𝑊]
c) Tercer Subsistema (Movimiento Soporte)
𝐹 = 2,5 [𝑘𝑔] × 9,81 [𝑚
𝑠2] = 24,5[𝑁]
𝑇 = 24,5 [𝑁]×7,2 [𝑚𝑚]
2× (
7,2 −𝜋×0,08×7,2 [𝑚𝑚]
𝜋×7,2 [𝑚𝑚]×0,08×7,2) +
24,5 [𝑁]×0,08×14,1 [𝑚𝑚]
2= 0,3435 [
kg
cm]
𝑃 = 1 [𝑟𝑎𝑑
𝑠] × 0,3435 [
kg
cm] = 3,4 × 10−1[𝑊]
11.2 Dominio Electrónico
El dominio electrónico se compone de toda pieza que ayude al funcionamiento del
sistema, es decir, actuadores, sensores, pantallas display, microcontroladores etc. Para los
tres sistemas encargados de realizar todas las tareas de la empacadora de café se necesita
tres (3) actuadores lineales. En cuanto a el control de la temperatura para sellar la bolsa es
necesario utilizar un sensor de temperatura para regular la corriente en las resistencias.
Tabla 14.Actuadores requeridos
Actuador
Tipo Descripción
Tres (3) Motores Stepper 7HS4401
Junto a un tornillo sin fin, otorgan el
movimiento lineal requerido para cada
sistema de la máquina.
Dos (2) Reles Permite o bloquea el paso de la corriente
para la resistencia.
35
Sensores
Tipo Descripción
Dos (2) termocuplas K
Estos sensores permitirán el control de la
temperatura ya que brindará información al
rele sobre cuando permitir el paso de
corriente a las resistencias.
Electrónica
Tipo Descripción
Dos (2) Arduino Mega
Microcontroladores de bajo costo para el
sistema. Uno para el control de posición y
el otro para el control de la temperatura.
Tres (3) Drivers A4988 Drivers para motores stepper 7HS4401
Dos (2) Drivers Max6675 Drivers para leer señal de las termocuplas.
11.3 Dominio Informático
En este dominio se utilizó un diagrama de flujo que permite entender cómo funciona
la máquina y en qué orden deben de realizar sus funciones cada componente. Para ello se
dividió en dos partes este diagrama, la primera la verificación inicial y la segunda que es el
movimiento.
11.3.1 Verificación Inicial
1 - Verificar que sello vertical se encuentre en posición inicial.
2 - Verificar que sello horizontal se encuentre en posición inicial.
3 - Verificar que la plataforma se encuentre en posición inicial.
4 - Verificar que la temperatura en sello vertical sea de 120℃.
5 - Verificar que la temperatura en sello horizontal sea de 115℃.
36
11.3.2 Movimiento
1 – Subir plataforma.
2 – Mover sello vertical contra la bolsa.
3 – Regresar sello vertical a posición inicial.
4 – Sello horizontal agarra bolsa.
5 – Bajar plataforma.
6 – Regresar sello horizontal a posición inicial.
Ilustración 28.Diagrama de flujo
37
CAPÍTULO IV – PROCESO DE MANUFACTURA
En este capítulo se presentarán los diferentes procesos y piezas requeridas para la
construcción del sistema. Solo se mostrarán las piezas finales o el CAD de las mismas, los
planes de cada una de estas se encuentra como anexo a este documento.
12 CORTE LASER
Con corte laser se construyó toda la estructura que soportaría todo el sistema. El
material que se utilizó en este proceso fue MDF, ya que presenta un bajo costo y el tiempo
de corte es considerablemente corto en comparación con otros procesos de corte.
13 SISTEMA DE SELLADO
El sistema de sellado se constituye de 3 principales piezas, la resistencia eléctrica, el
cubo de sellado de cobre y finalmente el soporte general de aluminio. Las dos últimas piezas
fueron manufacturadas con sistemas CNC de fresado y torno. Estas partes componen los dos
sistemas de sellado que requiere el proyecto en su totalidad.
Ilustración 29.CAD soporte de aluminio
Ilustración 30.Cubo de sellado de cobre
38
14 SOPORTE SISTEMA DE SELLADO
El soporte del sistema de sellado es un conjunto de varillas que no tienen ningún
grado de libertas y permiten el movimiento en un grado de libertas del sistema de sellado.
15 SOPORTE MOVIMIENTO EN Z
El soporte en Z presenta dos partes, la primera es un carro, el cual es el que recibe
las fuerzas ejercidas por el tornillo sin fin durante el movimiento, y la otra parte, es la
plataforma donde está soportado el sello horizontal.
Ilustración 31.CAD Soporte movimiento Z
16 SOPORTE AISLANTE
El soporte para el aislante es una pieza de aluminio que realiza una fuerza opuesta
cuando se está sellando la bolsa.
Ilustración 32.CAD soporte aislante
39
16.1 Aislante
El aislante el material que evita que la bolsa se derrita en los materiales como el
aluminio o el cobre. Este material es teflón acompañado de caucho.
17 ROLLOS BOLSA
El sistema de bolsa está diseñado para que la máquina siempre se encuentre
alimentada y pueda tener una similitud con una producción continua. Se compone de tres
principales partes, los ejes, los rodamientos y el soporte de los rodamientos.
17.1 Ejes
Los ejes fueron manufacturados en barras circulares de Nylon y refrentadas en
tornos convencionales.
17.2 Rodamientos
Los rodamientos que soportan los ejes de los rollos de las bolsas fueron impresos
con impresoras 3D.
17.3 Soporte Rodamientos
Los rodamientos fueron soportados por la estructura de MDF.
18 ENSAMBLE
Para ensamblar el sistema primero se requiere ensamblar cada subsistema por
aparte. Una vez logrado esto es necesario que empezar a colocar cada subsistema de abajo
para arriba en la estructura general.
19 COSTOS
19.1 Costo Materiales
A continuación, se presentan los costos asociados cada uno de los materiales
utilizados para el desarrollo de este proyecto.
40
Tabla 15.Costos de materiales
Material Costo por Unidad (COP) # de Unidades Costo Total (COP)
Tabla MDF 100[cm]x70[cm] 20.000 4 80.000
Varillas calibradas 50 [cm] 15.000 4 60.000
Barra de bronce 11
4 ∅ 50 [cm] 45.000 1 45.000
Barra de aluminio 1" ∅ 40 [cm] 20.000 1 20.000
Barra de aluminio 11
2" ∅ 20 [cm] 18.000 1 18.000
Piezas aluminio2 35.000 5 175.000
Tornillo de potencia 18.000 2 36.000
Buje tornillo de potencia 16.000 5 80.000
Unión tornillo motor paso a paso 5.000 3 15.000
Silicona térmica 1[m] 10.000 2 20.000
Teflón térmico 20 [cm] 8.000 1 8.000
Barra de nylon 1" ∅ 1[m] 30.000 1 30.000
Rodamiento 1" ∅ 3.500 6 21.000
Anillo de Seguridad 1" ∅ 500 6 3.000
Tornillos M5 200 24 4.800
Tornillos M33 500 24 12.000
Tornillos M6 200 4 800
Tornillos M8 250 8 2.000
Prisionero 3/16” 100 5 500
Nivelador Caucho 3/8” 2.000 6 12.000
Motor paso a paso 7HS4401 44.000 3 132.000
Driver A4988 8.000 3 24.000
Termo par 15.000 2 30.000
Max 6675 K 2.000 2 4.000
Jumpers 5.000 4 20.000
Arduino Mega 40.000 2 80.000
Resistencia 120 V 87.500 2 175.000
Total - - 1’054.100
19.2 Costo Procesos de Manufactura
2 Se estimó un promedio de los costos de todas las piezas de aluminio que tiene el sistema.
3 Se estimó un promedio de los costos de los diferentes tornillos M3 utilizados.
41
Los costos de manufactura fueron asumidos por la universidad ya que se realizaron en las
instalaciones de la misma. Sin embargo, se estima que dichos costos estén
aproximadamente 1’500.000 pesos colombianos.
42
CAPÍTULO V – RESULTADOS & CONCLUSIONES
20 RESULTADOS
A partir de las pruebas realizadas y los empaques obtenidos se precedió a validar
que requerimientos del sistema se lograron cumplir y cuáles no, como se puede observar en
la tabla 16.
Tabla 16.Verificación de cumplimiento de requerimientos
Nombre Categoría Descripción Objetivo Actual Cumplimiento
Elemento de
Empacado Recurso
Es el material con el cual se
empacará el producto. - - SI
Doblado Funcional Dispositivo que permite doblar
el material de empaque
∅
≅ 47 𝑚𝑚 ∅ ≅ 48,5 𝑚𝑚 SI
Movimiento Funcional
Sistema que permite desplazar
el material de empaque
doblado
𝛿
≅ 80[𝑚𝑚] 𝛿 ≅ 80[𝑚𝑚] SI
Temperatura de
Sellado Funcional
Instrumento para controlar
temperatura de sellado T =125[℃]
T =
(123,63;126,54)
[℃]
SI
Sellado
Antiadherente Rendimiento
Material de sellado que evite
adherencia en las piezas
móviles
- - SI
Corte Funcional Elemento que permite
individualizar los empaques - - NO
Fuerza Motores Rendimiento Torque necesario para el
movimiento de las piezas 0,5 [kg-cm] 4 [kg-cm] SI
Posteriormente, se validó que requerimientos iniciales se cumplieron y cuales no. Esto se
puede ver en la tabla 17.
43
Tabla 17.Verificación de requerimientos iniciales
Requerimientos Descripción Cumplimiento
Funcionalidad Empacar Café SI
Capacidad 35 gramos SI
Ciclo 30 Segundos SI
Tiempo 16 Semanas SI
Costo Materiales Un salario mínimo mensual ($737.717 COP) NO
Costo Manufactura Un salario mínimo mensual ($737.717 COP) NO
Dimensiones 1 [m] x 1 [m] x 1 [m] SI
21 CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de este proyecto se realizaron procesos de diseño, selección de
materiales, análisis y programación, con lo cual se puede concluir que:
• Es necesario tener un excelente diseño del sistema completo ya que esto permite un
proceso de manufactura mucho más sencillo pues no es necesario estar realizando
ajustes a las piezas.
• Se cumplió con las necesidades del cliente pues la máquina logra empacar 35
gramos en 30 segundos, sin embargo, la máquina se encuentra ajustada solo para
este tipo de ciclos y de requerir otro tipo de características es necesario reprogramar
todo el sistema.
• Para lograr este proyecto el presupuesto otorgado no es suficiente por lo cual se
debió utilizar el de otros proyectos que no requerían de dinero para su desarrollo.
• El proyecto es replicable para cualquier otro uso de empacado, con simples
modificaciones en la programación puede ser utilizado como otro tipo de
empacadora, lo que no lo hace ser obligatoriamente una empacadora de café.
44
22 TRABAJO FUTURO
Teniendo en cuenta los resultados expuestos y las conclusiones obtenidas de estos
se puede afirmar que los trabajos futuros se pueden evidenciar en cuatro importantes áreas:
1. Estructura
2. Funcionalidad
3. Programación
4. Integración
22.1 Estructura
Es recomendable que para trabajos futuros se re diseñe y se construya toda la
estructura del sistema. Esto debido a que el uso de MDF durante el proyecto se debió a su
bajo costo, sin embargo, reduce la capacidad estética del sistema y la rigidez del mismo.
22.2 Funcionalidad
Durante la finalización de este proyecto se encontró que la individualización de las
bolsas, utilizando la temperatura de sellado, no se logró debido al sistema de control de
temperatura. Es por esto que para futuros trabajos se requiere diseñar un sistema o pieza que
permita el corte de las bolsas.
22.3 Programación
Es recomendable poder implementar un sistema de control mucho más robusto que
permita conocer la posición de todos los elementos de sellado. De la misma manera, se
requiere de un sistema que permite ingresar entradas como tamaño de la bolsa y tiempo de
ciclo, y que la máquina sea capaz de poder procesar esto y tener una producción continua.
22.4 Integración
Finalmente, es importante poder integrar los diferentes módulos encargados de
diferentes procesos para la producción de café de tal manera que se puede obtener una línea
completa de producción continua.
45
CAPÍTULO VI – REFERENCIAS
[1] R. L. Norton, DESIGN OF MACHINERY: An Introduction to the Synthesis And
Analysis of Mechanisms and Machines, McGraw Hill, 1999.
[2] J. P. Jacob, A Handbook on Food Packaging, Delhi: Daya Publishing House, 2010.
[3] The Green Seal Blog, [En línea]. Available: https://i0.wp.com/greenseal-
blog.com/wp-content/uploads/2014/05/colonists.jpg. [Último acceso: 15 Noviembre
2017].
[4] S. J. Risch, «Food Packaging History and Innovations,» Journal of Agricultural and
Food Chemistry Article, vol. 1, p. 4, 2009.
[5] H. Bates, 26 Agosto 2011. [En línea]. Available:
http://www.lookandlearn.com/blog/12778/nicolas-appert-and-the-art-of-food-
preservation/. [Último acceso: 20 Octubre 2017].
[6] BOSCH, «Boschpharma,» BOSCH, [En línea]. Available: http://boschpharma-
blog.com/about/150-years-of-packaging-history/. [Último acceso: 27 Octubre 2017].
[7] T. A. Clark y J. R. Wagner, «Film Properties For Good Performance on Vertical
Form Fill Seal Packaging Machines,» Jornal of PLASTIC FILM & SHEETING, vol.
18, nº 1, p. 12, 2002.
[8] Processing & Packaging Machinery Association, «PPMA,» Processing & Packaging
Machinery Association, [En línea]. Available: http://www.ppma.co.uk/processing-
packaging-machines.htm. [Último acceso: 31 Octubre 2017].
[9] Processing & Packagin Machinery Asscietion, «PPMA,» [En línea]. Available:
http://www.ppma.co.uk/cartoning.htm. [Último acceso: 27 Octubre 2017].
[10] Indiamart, [En línea]. Available: https://www.indiamart.com/proddetail/cartoning-
machines-8676214991.html. [Último acceso: 27 Noviembre 2017].
[11] Processing & Packaging Machinery Association, [En línea]. Available:
http://www.ppma.co.uk/filling.htm. [Último acceso: 20 Octubre 2017].
46
[12] Direct Industry, «Direct Industry,» [En línea]. Available:
http://www.directindustry.es/prod/sipa/product-51370-752763.html. [Último acceso:
25 Noviembre 2017].
[13] Processing & Packaging Machinery Association, «PPMA,» [En línea]. Available:
http://www.ppma.co.uk/wrapping.htm. [Último acceso: 20 Octubre 2017].
[14] Hemermetic Seals, [En línea]. Available:
http://hermeticseals.com/products/horizontal-form-fill-seal-machines/. [Último
acceso: 25 Octubre 2017].
[15] Processing & Packaging Machinery Association, «PPMA,» [En línea]. Available:
http://www.ppma.co.uk/form-fill-seal.htm. [Último acceso: 20 Octubre 2017].
[16] Nomades Swiss, «Nomades Swiss,» [En línea]. Available: http://www.nomades-
swiss.com/index.php?id=14. [Último acceso: 20 Octubre 2017].
[17] Alibaba, «Alibaba,» [En línea]. Available:
https://fsxkl.en.alibaba.com/product/60023269705-
802415073/vffs_automatic_maize_flour_packaging_machine_food_grade_packagin
g_equipment.html. [Último acceso: 22 Octubre 2017].
[18] Bosch, Guide to Vertical Form-Fill-Seal Baggers, Bosch Packaging Technology,
Inc., 2014.
[19] Greener Corp, «Greener Corp,» [En línea]. Available:
http://www.greenercorp.com/es/prod_forming.shtml. [Último acceso: 25 Octubre
2017].
[20] Bag Forming Sets, «Bag Forming Sets,» [En línea]. Available:
http://www.mdbagformingsets.com/it/livello-1-2. [Último acceso: 25 Octubre
2017].
[21] Allen Bradley, Vertical Form Fill and Seal, Rockwell Automation, 2012.
[22] Buy Machinery Now, «Buy Machinery Now,» [En línea]. Available:
https://buymachinerynow.com/blog/wp-content/uploads/2016/01/Rockwell-form-
fill-seal-process-diagram.jpg. [Último acceso: 25 Octubre 2017].
47
[23] Poliexcel, «Poliexcel,» [En línea]. Available: http://www.poliexcel.com/rollos-de-
plastico-polietileno.html. [Último acceso: 25 Octubre 2017].
[24] J. A. Schey, Procesos de manufactura, Mexico D.F.: Mc Graw Hill, 2002.
[25] MatWeb, [En línea]. Available:
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?bassnum=AMEAL00. [Último
acceso: 30 Octubre 2017].
[26] MatWeb, [En línea]. Available:
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?bassnum=MCB40A. [Último
acceso: 30 Octubre 2017].
[27] MatWeb, [En línea]. Available:
http://www.matweb.com/search/datasheettext.aspx?matguid=ff675e523984477fac2
81afc24c78e0c. [Último acceso: 30 Octubre 2017].
[28] Indiamart, «Indiamart,» [En línea]. Available: https://dir.indiamart.com/delhi/kraft-
paper-bags.html. [Último acceso: 17 Agosto 2017].
[29] AliExpress, [En línea]. Available: https://www.aliexpress.com/store/product/Size-
45x55cm-Recycle-Polyester-Shoping-Bag-for-Supermarket-Colorful-reusable-
grocery-bags-foldable-shopping-bags/901284_1962073694.html. [Último acceso:
17 Agosto 2017].
[30] Todo en Bolsas, [En línea]. Available: http://todoenbolsas.com/es/home/325-bolsa-
de-polipropileno-de-17-x-32-cm-con-carton-en-la-base.html. [Último acceso: 17
Agosto 2017].
[31] MatWeb, [En línea]. Available:
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?bassnum=MCB40A. [Último
acceso: 30 Octubre 2017].
48
CAPÍTULO VII – ANEXO
23 CÓDIGO ARDUINO
23.1 Control Temperatura
#include "max6675.h"
//Termocuplas
int ktcSO = 8;
int ktcCLK = 10;
int ktcCS_1 = 9;
int ktcCS_2 = 7;
//Reles de control
int rele_1 = 11;
int rele_2 = 12;
int samples = 75;
float suma1;
float suma2;
float temp1;
float temp2;
MAX6675 ktc_1(ktcCLK, ktcCS_1, ktcSO);
MAX6675 ktc_2(ktcCLK, ktcCS_2, ktcSO);
void setup()
{
pinMode(rele_1, OUTPUT);
pinMode(rele_2, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
// give the MAX a little time to settle
digitalWrite(rele_1, LOW);
digitalWrite(rele_2, LOW);
//delay(500);
}
void loop()
{
// Promedio de Temperaturas
suma1 = 0;
suma2 = 0;
49
for(int i=0; i<=samples; i++)
{
suma1 += ktc_1.readCelsius();
suma2 += ktc_2.readCelsius();
}
temp1 = suma1 / samples;
temp2 = suma2 / samples;
//Imprime en pantalla la temperatura de la termocupla 1
Serial.print("T1: ");
Serial.print(temp1);
Serial.print(" C");
Serial.print(" ");
//Imprime en pantalla la temperatura de la termocupla 2
Serial.print("T2: ");
Serial.print(temp2);
Serial.println(" C");
//Controla la temperatura de resistencia superior
if(temp1>120)
{
digitalWrite(rele_1, HIGH);
}
else if(temp1 < 119)
{
digitalWrite(rele_1, LOW);
}
else{
;
}
//Controla la temperatura de resistencia inferior
if(temp2>115)
{
digitalWrite(rele_2, HIGH);
}
else if(temp2 < 114)
{
digitalWrite(rele_2, LOW);
}
else{
50
;
}
delay(150);
}
23.2 Control Posición
//Stepper 1
const int stepPin_1 = 3;
const int dirPin_1 = 4;
//Stepper 2
const int stepPin_2 = 10;
const int dirPin_2 = 11;
//Stepper 3
const int stepPin_3 = 8;
const int dirPin_3 = 9;
const int pasos = 200;
//0.036 mm por paso - 200 pasos por vuelta
void setup() {
// Sets the two pins as Outputs
pinMode(stepPin_1,OUTPUT);
pinMode(dirPin_1,OUTPUT);
pinMode(stepPin_2,OUTPUT);
pinMode(dirPin_2,OUTPUT);
pinMode(stepPin_3,OUTPUT);
pinMode(dirPin_3,OUTPUT);
}
/*
* Con dir = HIGH Antihorario
* Con dir = LOW Horario
*/
51
void loop() {
dos_Abre();
uno_Sube();
tres_Cierra();
tres_Abre();
dos_Cierra();
uno_Baja();
}
void uno_Sube(){
digitalWrite(dirPin_2,LOW);
for(int x = 0; x < 2000; x++) {
digitalWrite(stepPin_2,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_2,LOW);
delay(1);
}
delay(1000);
}
void dos_Abre(){
digitalWrite(dirPin_1,HIGH); // Enables the motor to move in a particular direction
// Makes 200 pulses for making one full cycle rotation
for(int x = 0; x < 1050; x++) {
digitalWrite(stepPin_1,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_1,LOW);
delay(1);
}
delay(1000); // One second delay
}
52
void tres_Cierra(){
digitalWrite(dirPin_3,LOW); // Enables the motor to move in a particular direction
// Makes 200 pulses for making one full cycle rotation
for(int x = 0; x < 285; x++) {
digitalWrite(stepPin_3,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_3,LOW);
delay(1);
}
delay(2000); // Two second delay
}
void tres_Abre(){
digitalWrite(dirPin_3,HIGH); //Changes the rotations direction
// Makes 400 pulses for making two full cycle rotation
for(int x = 0; x < 285; x++) {
digitalWrite(stepPin_3,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_3,LOW);
delay(1);
}
delay(100);
}
void uno_Baja(){
digitalWrite(dirPin_2,HIGH);
for(int x = 0; x < 2000; x++) {
digitalWrite(stepPin_2,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_2,LOW);
delay(1);
}
delay(1000);
53
}
void dos_Cierra(){
digitalWrite(dirPin_1,LOW); // Enables the motor to move in a particular direction
// Makes 200 pulses for making one full cycle rotation
for(int x = 0; x < 1100; x++) {
digitalWrite(stepPin_1,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(stepPin_1,LOW);
delay(1);
}
delay(300); // One second delay
}
24 PLANOS PIEZAS PRINCIPALES
Anexos 1.Planos soporte plataforma
54
Anexos 2.Planos soporte sello horizontal
Anexos 3.Planos soporte sello vertical
55
Anexos 4.Planos pieza de bronce sello horizontal
Anexos 5.Planos soporte varilla sellos vertical y horizontal
56
Anexos 6.Planos soporte motor stepper
