DISEÑO DE SISTEMA DE PESAJE DE AZUCAR A MAQUINAS EMPACADORAS Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE SELLADO

ALVARO ANDRES CARDONA OSORIO JUAN CAMILO DELGADO LOAIZA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2008

DISEÑO DE SISTEMA DE PESAJE DE AZUCAR A MAQUINAS EMPACADORAS Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE SELLADO

ALVARO ANDRES CARDONA OSORIO JUAN CAMILO DELGADO LOAIZA

Pasantía para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director FARUK FONTHAL

Ingeniero Electrónico (Universidad Autónoma de Occidente). Master en Tecnología Electrónica (URV - UPC). Doctor en Ingeniería Electrónica (URV – UPC).

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2008

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Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Industrial

JUAN CARLOS MENA Jurado ANDRÉS FELIPE NAVAS ESCOBAR Jurado Santiago de Cali, 02 de Diciembre de 2008

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AGRADECIMIENTOS

En especial queremos dar gracias a mi Dios que nos permitió terminar con total éxito esta etapa tan importante en nuestras vidas. De igual manera nuestros mas sinceros agradecimientos a nuestras familias, por apoyarnos en la consecución de este tan importante sueño de ser profesionales y poder así contribuir a la mejoría de este tan grandioso país. También agradecer a la Universidad Autónoma de Occidente por formarnos como personas de bien y como profesionales, nos llevamos gratos recuerdos de nuestra corta estadía aquí. También agradecemos al Ingeniero Guillermo Caicedo del Ingenio Providencia por su ayuda y colaboración en la ejecución de este proyecto. Al doctor Faruk Fonthal, sin su colaboración y dirección, los objetivos propuestos no se hubieran podido realizar. Al grupo de investigación en modelación y simulación GIMS en especial a su director José Joaquín Vivas, por su aporte en unos de los tópicos realizados en el presente proyecto. Un caluroso y franco afecto a todos nuestros amigos quienes con su apoyo ayudaron a la consecución de este proyecto. A todas las personas aquí mencionadas solo queda por decirles, Muchas gracias.

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CONTENIDO

Pág. GLOSARIO 15 RESUMEN 16 INTRODUCCION 17 1. OBJETIVOS 18 1.1 OBJETIVO GENERAL 18 1.2 OBJETIVO ESPECIFICO 18 2. PLANIFICACION 19 2.1 DESCRIPCION DEL PRODUCTO 19 2.2 PRINCIPALES OBJETIVOS DEL MARKETING 19 2.3 MERCADO PRIMARIO 19 2.4 MERCADO SECUNDARIO 19 2.5 PREMISAS Y RESTRICCIONES 19 2.6 PARTES IMPLICADAS 20 3. REALIZACION DEL QFD 21 3.1 IDENTIFICAR NECESIDADES Y ESTABLECER METRICAS 21 3.2 ANALISIS DEL QFD 23 3.3 ALGUNOS PRODUCTOS DE LA COMPETENCIA 24

5

3.4 EVALUACIÓN DE LA SATISFACCIÓN DEL CLIENTE EN COMPETIDORES

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3.5 VALORES IDEALES Y MARGINALES DE LAS MÉTRICAS 29

4. GENERACIÓN, SELECCIÓN Y PRUEBA DE CONCEPTOS 30 4.1 GENERACION DE IDEAS PARA EL DISEÑO 30 4.1.1 Caja negra 30 4.2 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 31 4.3 ÁRBOLES PARA CLASIFICACION DE CONCEPTOS 32 4.4 SELECCIÓN DE CONCEPTOS (METODO PASA O NO PASA) 35 4.5 CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN PARA SELECCIÓN 37 4.6 MATRIZ PARA TAMIZAJE DE CONCEPTOS 37 4.6.1 Sistema de control de pesaje 38 4.6.2 Sistema de sellado y empaque 38 4.7 DISEÑOS 40 4.7.1 Sistema de control de pesaje 41 4.7.2 Sistema de sellado y empaque 41 5. REINGENIERIA 43 5.1 DESCRIPCION 43 5.2 LISTAR LOS PROBLEMAS Y OPORTUNIDADES DE DISEÑO 43

6

5.3 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS A USAR PARA LA DESCOMPOSICION DEL PRODUCTO

43

5.4 CANALES DE DISTRIBUCION E INSTALACION DEL PRODUCTO 44

5.5 DESENSAMBLE, ANALISIS Y AGRUPACION DE MODULOS 44 5.6 DESCRIPCION POR MODULOS Y COMPONENTES 46 6. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 47 6.1 RELACION ENTRE ELEMENTOS FUNCIONALES Y ELEMENTOS FISICOS

47

6.2 ESQUEMA DEL PRODUCTO 48

6.3 ELABORACIÓN DE CLUSTERS 49 6.4 DISTRIBUCION GEOMETRICA 50 6.5 INTERACCIONES 51 7. ARQUITECTURA DE COMPONENTES ELECTRÓNICO 52 7.1 REQUISITOS 52 7.2 ESPECIFICACIONES 52 7.3 DISEÑO ARQUITECTURAL 53 7.4 DISEÑO LOGICO 58 8. DISEÑO DETALLADO 59 8.1 MATERIAL 59 8.2 CELDA DE CARGA 60

7

8.3 RTD 61 8.4 CALCULO TERMODINAMICO DE LA RUEDA 61 9. PROTOTIPADO 67 9.1 PROTOTIPOS UTILIZADOS 67 10. DESARROLLO DEL DISEÑO INDUSTRIAL 68 10.1 VALORACIÓN DEL DISEÑO INDUSTRIAL 68 11. DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE 70 11.1 ANÁLISIS DISEÑO PARA MANUFACTURA (DPM) 70 11.1.1 Lista de componentes 70 11.2 ANÁLISIS DEL DISEÑO PARA ENSAMBLE (DPE) 71 12. DESARROLLO DE MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS 74 13. DESARROLLO DE SEGURIDAD DE LOS SISTEMAS 76 14. PROGRAMA PLC DE LOS SISTEMAS 78 14.1 SISTEMA DE PESAJE 78 14.2 SISTEMA DE SELLADO Y EMPAQUE 79 15. CONCLUSIONES 80 BIBLIOGRAFIA 81 ANEXOS 83

8

LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 1. Necesidades del cliente 21 Tabla 2. Métricas preliminares 22 Tabla 3. Valores ideales y marginales 29 Tabla 4. Combinación de conceptos de Pesaje 38 Tabla 5. Matriz de tamizaje de conceptos sistema pesaje 38 Tabla 6. Combinación de conceptos de Sellado 38 Tabla 7. Matriz de tamizaje de conceptos sistema sellado 40 Tabla 8. Sistema de control de pesaje 46 Tabla 9. Sistema de control de sellado y empaque 46 Tabla 10. Sistema de control de pesaje 47 Tabla 11. Sistema de control de sellado y empaque 47 Tabla 12. Costo y lista de componentes 70 Tabla 13. Mantenimiento del sistema de pesaje 74 Tabla 14. Mantenimiento del sistema de sellado 75 Tabla 15. Seguridad del sistema de pesaje 76 Tabla 16. Seguridad del sistema de sellado 77

LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Relación entre las necesidades y las métricas 23 Figura 2. Maquina empacadora Solpack modelo 1009 24 Figura 3. Maquina empacadora Modelo DJIII -K 25 Figura 4. Maquina empacadora Solpack modelo 2500 26 Figura 5. Maquina empacadora DJ III 27 Figura 6. Evaluación de la satisfacción del cliente 28 Figura 7. Caja negra del sistema de control de peso 30 Figura 8. Caja negra del sistema de control de sellado y empaque 30 Figura 9. Sistema de control de pesaje 31 Figura 10. Sistema de control de sellado y empaque 31 Figura 11. Posibles opciones y clasificación de las formas de aceptar energía

32

Figura 12. Posibles opciones y clasificación de las formas de sensar peso

32

Figura 13. Posibles opciones y clasificación de las formas de sensar la temperatura

33

Figura 14. Posibles opciones y clasificación de las formas para el sellado

33

10

Figura 15. Posibles opciones y clasificación de las formas para el procesamiento de señales

34

Figura 16. Posibles opciones y clasificación del movimiento traslacional

34

Figura 17. Posibles opciones y clasificación de las trasmisiones 34 Figura 18. Conceptos para realizar las combinaciones 36 Figura 19. Diseño 1: Energía tomada de la red + Celda de carga 41 Figura 20. Diseño 1: Desplazamiento con pistones+Sellado por medio de rueda de calor + RTD + sin fin

41

Figura 21. Diseño 2: Desplazamiento por medio de pistones + Sellado por medio de láser + RTD + pistón lineal

42

Figura 22. Maquina empacadora 44 Figura 23. Sistema de sellado y empaque existente 45 Figura 24. Sistema de pesaje existente 45 Figura 25. Sistema de control de pesaje 48 Figura 26. Sistema de control de sellado y empaque 48 Figura 27. Cluster sistema de control de pesaje 49 Figura 28. Cluster sistema de control de sellado y empaque 49 Figura 29. Distribución sistema de control de pesaje 50 Figura 30. Distribución sistema de control de sellado y empaque 50 Figura 31. Interacciones sistema de control de pesaje 51

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Figura 32.Interacciones sistema de control de sellado y empaque 51 Figura 33. Puente de wheastone 53 Figura 34. Amplificador no inversor 54 Figura 35. Restador 55 Figura 36. Sumador 56 Figura 37. Amplificador Inversor 57 Figura 38. Circuito de instrumentación de la RTD. 58 Figura 39. Instrumentación de la celda de carga 58 Figura 40. Elemento de area constante 62 Figura 41. Elemento de radios distintos 63 Figura 42. Distintos radios de la rueda 63 Figura 43. Rueda mallada 65 Figura 44. Desplazamiento de la temperatura y presión 65 Figura 45. Factor de seguridad 65 Figura 46. Ubicación de cada prototipo según sus características 67 Figura 47. Evaluación de las necesidades ergonómicas y estéticas 69 Figura 48. Clasificación del producto 69 Figura 49. Explosionado de la rueda de calor 72 Figura 50. Explosionado de la caja interior de la báscula 73

12

Figura 51. Explosionado de la tolva 73

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LISTA DE ANEXOS

Pág. Anexo A. Tabla de Valores de Resistencias para la RTD Pt1000 83 Anexo B. Datasheet deL Amplificador Operacional INA 128 84 Anexo C. Características de la Celda de Carga 86 Anexo D. Ladder y Grafcet para el Sistema de pesaje 87 Anexo E. Ladder y Grafcet para el Sistema de sellado 90 Anexo F. Planos de Principales Piezas 93 Anexo G: Manual de Usuario 102

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GLOSARIO

FACTOR DE SEGURIDAD: es el porcentaje de sobrecarga que puede soportar un elemento de maquina. GRAFCET: modo simplificado de programar un PLC, es más entendible y se parece a un diagrama de flujo. LADDER: lenguaje de programación utilizado para comunicarse con el PLC. PLC: controlador lógico programable, el cual nos permite controlar todos nuestros sistemas por medio de una sola estación de control. SOFTWARE CAD: software especial para el diseño de piezas mecánicas. SOFTWARE CAE: software especializado en análisis y simulación de piezas mecánicas, muy útil a la hora de observar comportamientos a determinadas variables como presión, temperatura, Fuerza, etc.

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RESUMEN

Debido a las fuertes medidas de control de calidad ejercidas por la ISO, el Ingenio Providencia a decidido realizar mejoramientos y optimizaciones en muchas de sus maquinas. Para la máquina empacadora de envase familiar se ha visto la manera de optimizar el sistema de pesaje y sellado de las distintas maquinas; tanto para las de 0.5Kg, 1Kg, y 2.5Kg; ya que el buen sellado del envase y un pesaje muy preciso, ayudan al mejoramiento de la calidad de los servicios ofrecidos por el ingenio.

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INTRODUCCIÓN

El empaque óptimo del azúcar constituye un punto importante en la cadena de producción de los ingenios ya que es uno de los pasos finales antes de entregar el producto a los clientes. La eficiencia de las maquinas empacadoras determina la cantidad de bolsas de azúcar que se entregaran por unidad de tiempo por lo tanto influyen directamente en la productividad del ingenio. Actualmente las maquinas para empacar el azúcar, usan sistemas de ajuste de volumen de llenado lo cual no es muy exacto porque variables externas afectan la densidad del azúcar y por lo tanto el contenido de las bolsas presenta pesos diferentes. Este informe pretende presentar el planteamiento del diseño del sistema de peso para las empacadoras de azúcar y la mejora en sus sistemas de sellado; para el Ingenio Providencia; el cual permita dar solución a los inconvenientes presentados en su cadena productiva y de igual manera aumentar así su productividad. En el informe encontrará cada uno de los pasos que se siguieron para el desarrollo del diseño, esto va desde la planeación misma donde se identifican las necesidades del cliente y se establecen las métricas, pasando por el desarrollo conceptual, a nivel de sistema y detallado donde se elaboran diferentes conceptos para de esta manera abrir la baraja de opciones y elegir un prototipo. Por último se observa un prototipo final con todas las especificaciones y al cual se le han realizado las simulaciones pertinentes para de esta manera argumentar los resultados de este desarrollo.

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1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema que permita actualizar tecnológicamente las maquinas empacadoras de azúcar en sus diferentes presentaciones de 0.5Kg, 1Kg, y 2.5Kg conocidas como “empaque familiar”. 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Identificar los parámetros que se deben tener en cuenta para los sistemas de pesaje y sellado de la empacadora.

• Actualizar la tecnología existente para el sistema de pesaje para el azúcar en sus diferentes presentaciones de 0.5 Kg., 1 Kg. y 2,5 Kg.

• Diseñar las modificaciones necesarias para mejorar los sistemas de sellado vertical, horizontal y de corte de las bolsas de polietileno.

• Realizar un prototipo virtual de diseño en un Software CAD.

• Realizar una simulación dinámica del prototipo en un software de animación 3D, que permita evaluar el funcionamiento de la empacadora.

• Elaborar un manual de usuario actualizado referente a la operación, uso y mantenimiento de las maquinas empacadoras de acuerdo a las modificaciones hechas.

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2. PLANIFICACION A continuación realizaremos un breve planteamiento de la misión: 2.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

• Sistema de pesaje y sellado por impulso, de bolsas de polietileno de alta densidad, para maquinas empacadoras de azúcar familiar. 2.2 PRINCIPALES OBJETIVOS DE MARKETING • Producto amigo del medio ambiente. • Introducción del diseño para el último trimestre del 2008. • Reducción de costos para las empresas que adquieran el producto en un 40% comparado con el sistema que utilizan actualmente. 2.3 MERCADO PRIMARIO • Ingenios y empresas que empaquen alimentos. 2.4 MERCADO SECUNDARIO • Microempresas. 2.5 PREMISAS Y RESTRICCIONES • Nueva plataforma de productos. • Con energía dependiente. • Automático. • Costo razonable. • Confiable.

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• Preciso. • Repetitivo. • Silencioso. • Fácil de programar. 2.6 PARTES IMPLICADAS • Compradores y usuarios. • Personal de producción. • Departamento de control de calidad. • Departamento de eléctrica y control.

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3. REALIZACION DEL QFD 3.1 IDENTIFICAR NECESIDADES Y ESTABLECER METRICAS Las necesidades se interpretaron de acuerdo a los requerimientos establecidos en el planteamiento del problema, por medio de preguntas hechas a las partes directamente implicadas con la manipulación del sistema y por supuesto después de un análisis del grupo de diseño. Tabla 1. Necesidades del cliente

# 1BNecesidades Importancia

1 Un sistema de sellado capaz de alcanzar una temperatura determinada 5

2 Sistemas que avisen cuando la temperatura o el peso no sean los adecuados. 4

3 En el sistema de pesaje se podrá escoger distintos pesos a medir. 5

4 Un sistema de sellado capaz de mantener la temperatura constante. 5

5 Sistemas que ocupen poco espacio. 4

6 Sistemas que permitan implementar una nueva tecnología. 3

7 Construcción de sistemas que permita poco mantenimiento. 3

8 Sistemas fáciles de instalar. 4

9 Sistemas que cumplan con su función sin importar las perturbaciones del medio. 5

10 Sistemas adaptables fácilmente 4 11 Fácil programación de los sistemas 3 12 Fácil reparación de los sistemas 4 13 Sistemas livianos 3 14 Sistemas precisos 5 15 Sistemas que actúen rápido 5 16 Costo razonable de los sistemas 3

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A continuación se presentan las necesidades traducidas a parámetros cuantificables que nos servirán de guía para el diseño. Estas serán solo unas especificaciones técnicas preliminares. Tabla 2. Métricas preliminares

# Métricas Importancia Unidad Valor

1 Precisión 5 % 99

2 Repetibilidad 5 % 99

3 Dimensión (Lx Hx W) 3 Cm.

S. Sellado: 15x15x10 S. Pesaje: 50x50x90

4 Costo 3 $ 500000

5 Velocidad 5 Cm./s 2

6 Vida Útil 5 años 5

7 Adaptabilidad 4 Subj. 4.5

8 Peso por sistema 3 Kg. 2

9 Facilidad de programación 3 Subj. 4

10 Costo de mantenimiento 3 $ 40.000

11 Temperatura de sellado 5 ºC. +/- 180

12 Peso a medir 5 Kg. 0.5,1, 2.5

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3.2 ANALISIS QFD Relación entre las necesidades del cliente y las métricas del sistema. Figura 1. Relación entre las necesidades y las métricas

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3.3 ALGUNOS PRODUCTOS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) Figura 2. Maquina empacadora Solpack modelo 1009

Atura 2.30m Ancho 1.20m Largo 1.10m Consumo de Energía 3.5kw – 220VAC Consumo de Aire No requiere Estructura Un cabezal Capacidad 1kg - 2kg Velocidad Hasta 3600 bolsas/hora

Fuente: Catalogo de máquinas empacadoras [en línea]: Empacadoras de sólidos. Envigado: Solpack S.A., 2007. [Consultado 05 de agosto del 2008]. Disponible en Internet: HUhttp://www.colombiapack.com/pagamanet/web/procesos/link.aspx?ie=1098963&ipi=11&tipo=6&web=www.solpak.com.co&tbu=3485&ipa=1&idi=1&qid=6484692689749326080U

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Figura 3. Maquina empacadora modelo DJIII –K

Fuente: Catalogo de máquinas empacadoras [en línea]: Empacadoras de sólidos. Bogota: G.J.G.Maquinaria de empaque Ltda., 2006. [Consultado 05 de agosto del 2008]. Disponible en Internet: HUhttp://www.colombiapack.com/pagamanet/web/procesos/link.aspx?ie=12257950&ipi=3&tipo=6&web=www.maquinariadeempaqueltda.com&ipa=1&ies=*&idi=1&qid=1398154770830971648U

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Figura 4. Maquina empacadora Solpack modelo 2500

Atura 2.30m Ancho 1.20m Largo 1.10m Consumo de Energía 3.5kw – 220VAC Consumo de Aire No requiere Estructura Un cabezal Capacidad 500g – 2.5kg – 5kg Velocidad Hasta 3600 bolsas/hora

Fuente: Catalogo de máquinas empacadoras [en línea]: Empacadoras de sólidos. Envigado: Solpack S.A., 2007. [Consultado 05 de agosto del 2008]. Disponible en Internet: HUhttp://www.colombiapack.com/pagamanet/web/procesos/link.aspx?ie=1098963&ipi=11&tipo=6&web=www.solpak.com.co&tbu=3485&ipa=1&idi=1&qid=6484692689749326080U

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Figura 5. Maquina empacadora DJ III

Fuente: Catalogo de máquinas empacadoras [en línea]: Empacadoras de sólidos. Bogota: G.J.G. Maquinaria de empaque Ltda. , 2006. [Consultado 05 de agosto del 2008]. Disponible en Internet: HUhttp://www.colombiapack.com/pagamanet/web/procesos/link.aspx?ie=12257950&ipi=3&tipo=6&web=www.maquinariadeempaqueltda.com&ipa=1&ies=*&idi=1&qid=1398154770830971648U

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3.4 EVALUACIÓN DE LA SATISFACCIÓN DEL CLIENTE EN COMPETIDORES Figura 6. Evaluación de la satisfacción del cliente

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3.5 VALORES IDEALES Y MARGINALES DE LAS MÉTRICAS Tabla 3. Valores ideales y marginales

# Métricas Importancia Unidad Valor Ideal Valor Marginal

1 Precisión 5 % 99 97 - 99

2 Repetibilidad 5 % 99 97 - 99

3

Dimensión (LxHxW)

3

Cm.

S. Sellado: 15x15x10

S. Pesaje: 25x25x60

20x20x15

40x40x70

4 Costo 3 $ 200000 3000000

5 Velocidad 5 m./s 2 3

6 Vida Útil 5 años 5 5

7 Adaptabilidad 4 Subj. 4.5 3.5 - 4.5

8 Peso por sistema 3 Kg. S. Sellado: 2

S. Pesaje: 25

2,5

30

9 Facilidad de programación 3 Subj. 5

3.5 - 5 10

Costo de mantenimiento 3 $ 80.000

100.000 11

Temperatura de sellado 5 ºC. +/- 170

168 - 173 12 Peso a medir 5 Kg. 0.5, 1, 2.5 0.5, 1, 2.5

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4. GENERACIÓN, SELECCIÓN Y PRUEBA DE CONCEPTOS 4.1 GENERACION DE IDEAS PARA EL DISEÑO 0B4.1.1 Caja negra. Se miran ambos sistemas por separado y a cada uno de estos se analiza como un solo proceso, en donde se toman en cuenta solamente las entradas y las salidas que tienen cada uno de estos. Figura 7. Caja negra del sistema de control de peso

Figura 8. Caja negra del sistema de control de sellado y empaque

30

4.2 DESCOMPOSICION FUNCIONAL Se entra a analizar los procesos que se llevan a cabo dentro de cada uno de los sistemas. Figura 9. Sistema de control de pesaje

Figura 10. Sistema de control de sellado y empaque

31

4.3 ÁRBOLES PARA CLASIFICACION DE CONCEPTOS Figura 11. Posibles opciones y clasificación de las formas de aceptar energía

Figura 12. Posibles opciones y clasificación de las formas de sensar el peso

32

Figura 13. Posibles opciones y clasificación de las formas de sensar la temperatura

Figura 14. Posibles opciones y clasificación de las formas para el sellado

33

Figura 15. Posibles opciones y clasificación de las formas para el procesamiento de señales

Figura 16. Posibles opciones y clasificación del movimiento trasnacional

Figura 17. Posibles opciones y clasificación de las trasmisiones

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4.4 SELECCIÓN DE CONCEPTOS (METODO PASA O NO PASA) Para la selección de conceptos nos basamos en criterios absolutos para la valoración individual, antes de valorarlos en forma conjunta; y de esta manera reducir el número de combinaciones. • Para la energía. Debido al costo y al espacio que estas ocuparían decidimos eliminar: química, hidráulica, eólica y solar, ya que esta no se presta para instalar en ninguna industria. • Conversión de energía en movimiento trasnacional. Se decidió eliminar los pistones hidráulicos, debido a que su fuente de energía es muy compleja y grande para instalar. De igual forma, el solenoide, debido a la gran fuerza que se requiere en este movimiento. • Sensar temperatura. Se descartan los termocuplas de los tipos B, R, S, T y E; ya que su rango de temperatura es demasiado elevado sobrepasan los 1000°C y se desperdiciaría dicha termocupla, además sus fem son muy bajos, también descartamos los dispositivos tanto mecánicos como de radiación térmica por su costo, además los dispositivos mecánicos no tienen salida electrónica que nos ayude a controlar la temperatura. • Sensar peso. Se descartaron el pesaje por medio de lvdt; porque su forma de sensado; que es por medio de desplazamientos lineales y no es muy óptimo para sensar el volumen. • Sellado. Descartamos el sellado por medio de la radio frecuencia, ya que los plásticos con polaridad limitada, no son soldables mediante las radiofrecuencias, siendo su mayor uso en la soldadura de PVC plastificado, combinado también con cartón, tablero o textiles. • Procesamiento de señales. Se descartan el dsp, el microprocesador, y la electrónica análoga y digital, porque el sistema, cuenta con un plc incorporado, y además esto nos incrementaría los costos. • Transmisiones. Se descartan el sistema sinfín-corona, y el sistema tornillo-tuerca por que no son lo suficientemente rápidos para nuestro sistema de sellado.

35

Figura 18. Conceptos para realizar las combinaciones

36

4.5 CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN PARA SELECCIÓN

Sistema de control de pesaje. • Automático. • Rápido. • Poco mantenimiento. • Fácil de programar. • Cambiar los pesos a medir. • Costo razonable. • Fácil de reparar. • Durable. • Fácil de adaptar. • Pequeño. • Precisión en el pesaje.

Sistema de control de sellado y empaque. • Automático. • Rápido. • Poco mantenimiento. • Fácil de programar. • Mantener la temperatura. • Costo razonable. • Fácil de reparar. • Durable. • Fácil de adaptar. • Pequeño. • Alcanzar la temperatura deseada. • Precisión en la medida de la temperatura. • Presión constante. 4.6 MATRIZ PARA TAMIZAJE DE CONCEPTOS Se analizaron todas las posibles combinaciones de los conceptos de ambos módulos por separado, obteniendo un total de 2 posibles combinaciones para el sistema de pesaje y 54 para el sistema de sellado, comparando cada una con los criterios de selección se obtiene un orden de preferencia para las combinaciones.

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4.6.1 Sistema de control de pesaje. Tabla 4. Combinación de conceptos de pesaje

1 A1 B12 A1 B2

Tabla 5. Matriz de tamizaje de conceptos de pesaje

CRITERIOS DE SELECCIÓN 1 2 Ref Automático 0 0 0 Cambiar los pesos 0 + 0 Costo razonable + 0 0 Durabilidad 0 + 0 Fácil adaptación + + 0 Fácil de programar 0 + 0 Fácil de reparar 0 0 0 Pequeño 0 + 0 Poco mantenimiento 0 0 0 Precisión del pesaje 0 + 0 Rápido 0 + 0 Positivos 2 7 Iguales 9 4 Negativos 0 0 Puntuación 2 7 Orden 3 1 ¿Continua? NO SI

4.6.2 Sistema de control de sellado y empaque. Tabla 6. Combinación de conceptos de sellado

1 A1 C1 D1 E1 F1 G32 A1 C2 D1 E1 F1 G33 A1 C3 D1 E1 F1 G34 A1 C1 D2 E1 F1 G35 A1 C2 D2 E1 F1 G36 A1 C3 D2 E1 F1 G37 A1 C1 D3 E1 F1 G38 A1 C2 D3 E1 F1 G39 A1 C3 D3 E1 F1 G3

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10 A1 C1 D4 E1 F1 G311 A1 C2 D4 E1 F1 G312 A1 C3 D4 E1 F1 G313 A1 C1 D5 E1 F1 G314 A1 C2 D5 E1 F1 G315 A1 C3 D5 E1 F1 G316 A1 C1 D6 E1 F1 G317 A1 C2 D6 E1 F1 G318 A1 C3 D6 E1 F1 G319 A1 C1 D1 E1 F2 G120 A1 C2 D1 E1 F2 G121 A1 C3 D1 E1 F2 G122 A1 C1 D2 E1 F2 G123 A1 C2 D2 E1 F2 G124 A1 C3 D2 E1 F2 G125 A1 C1 D3 E1 F2 G126 A1 C2 D3 E1 F2 G127 A1 C3 D3 E1 F2 G128 A1 C1 D4 E1 F2 G129 A1 C2 D4 E1 F2 G130 A1 C3 D4 E1 F2 G131 A1 C1 D5 E1 F2 G132 A1 C2 D5 E1 F2 G133 A1 C3 D5 E1 F2 G134 A1 C1 D6 E1 F2 G135 A1 C2 D6 E1 F2 G136 A1 C3 D6 E1 F2 G137 A1 C1 D1 E1 F2 G238 A1 C2 D1 E1 F2 G239 A1 C3 D1 E1 F2 G240 A1 C1 D2 E1 F2 G241 A1 C2 D2 E1 F2 G242 A1 C3 D2 E1 F2 G243 A1 C1 D3 E1 F2 G244 A1 C2 D3 E1 F2 G245 A1 C3 D3 E1 F2 G246 A1 C1 D4 E1 F2 G247 A1 C2 D4 E1 F2 G248 A1 C3 D4 E1 F2 G249 A1 C1 D5 E1 F2 G250 A1 C2 D5 E1 F2 G251 A1 C3 D5 E1 F2 G252 A1 C1 D6 E1 F2 G253 A1 C2 D6 E1 F2 G254 A1 C3 D6 E1 F2 G2

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Como la matriz de tamizaje tiene muchas combinaciones, y por motivos de extensión de la tabla solo se mostraran las 4 combinaciones que pasaron la selección. Tabla 7. Matriz de tamizaje de conceptos

CRITERIOS DE SELECCIÓN 39 41 42 53 54 REF Automático 0 0 0 0 0 0 Alcanzar la temperatura deseada + + + + + 0

Costo razonable 0 + 0 + 0 0

Durabilidad + + + + + 0

Fácil adaptación + + + + + 0

Fácil de programar + + + + + 0

Fácil de reparar + 0 0 + + 0 Mantener temperaturaconstante + + + + + 0

Pequeño 0 0 0 0 0 0

Poco mantenimiento 0 + + + + 0 Precisión de la temperatura + 0 + 0 + 0

Rápido + + + + + 0

Presión constante + + + + + 0

Positivos 8 8 8 9 9

Iguales 4 4 4 3 3

Negativos 0 0 0 0 0

Puntuación 8 8 8 9 9 Orden 7 6 5 2 1

¿Continua? SI SI SI SI SI 4.7 DISEÑOS Los diseños de los distintos módulos; pesaje y sellado; que pasaron son:

40

4.7.1 Sistema de control de pesaje. Figura 19. Diseño 1: Energía tomada de la red + Celda de carga.

4.7.2 Sistema de control de sellado y empaque. Figura 20. Diseño 1: Desplazamiento con pistones+ Sellado por medio de rueda de calor + RTD + Moviendo en Y por medio de sin fin

41

Figura 21. Diseño 2: Desplazamiento por medio de pistones + Sellado por medio de laser + RTD + Moviendo en Y por medio de pistón lineal

42

5. INGENIERIA INVERSA

5.1 DESCRIPCION Para realizar este paso, tomamos como base unos sistemas parecidos a los nuestros, los cuales se encuentran, ya en uso por el INGENIO PROVIDENCIA S.A., para el pesaje y sellado de los empaques familiares de la azúcar. 5.2 LISTAR LOS PROBLEMAS Y OPORTUNIDADES DE DISEÑO

Necesidades. • Se necesita un sistema que selle bien los empaques para evitar perdidas. • Se necesita un sistema de sellado vertical rápido. • Se necesita un sistema muy preciso para el pesaje de la azúcar. • Se necesita un sistema el cual sea fácil de acomodar las nuevas variables. • Se necesita que la temperatura se mantenga constante para así poder realizar un buen sellado.

Tecnología aplicada anteriormente. • Para el sellado por impulso (sellado por un instante de tiempo), se usan unas placas que tienen unas resistencias que generan el calor específico para así poder derretir el polietileno, además se controla la temperatura de las placas. • Para el pesaje, se usa un motor que hace girar un tornillo sin fin, y de acuerdo con unas vueltas; ya establecidas, se generan los distintos pesos para los empaques de azúcar.

5.3 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS A USAR PARA LA DESCOMPOSICION DEL PRODUCTO • Cámara fotográfica y de video. • Llaves allen de diferente grosor. • Pie de rey. • Llaves de tuercas.

43

• Manuales de funcionamiento de los distintos equipos. 5.4 CANALES DE DISTRIBUCION E INSTALACION DEL PRODUCTO • Partes. Las piezas para construir este dispositivo tanto las mecánicas y las electrónicas se pueden encontrar en el mercado nacional, puesto que solo son partes hechas en aceros, acero inoxidable, aluminio, y hay varios distribuidores de estos componentes. • Mercado. Dado la magnitud del proyecto, estos mecanismos van enfocados como una ayuda para el empacado de la azúcar familiar, para el ingenio Providencia. • Manual de instalación. Este dispositivo esta apoyado con un CD, el cual contiene un manual de ensamble, mantenimiento y reparación, con el fin de darle al cliente un mejor manejo del equipo. 5.5 DESENSAMBLE, ANALISIS Y AGRUPACION DE MODULOS Los diagramas del desensamble son los siguientes: Figura 22. Maquina empacadora

44

Figura 23. Sistema de sellado y empaque existente

Figura 24. Sistema de pesaje existente

45

5.6 DESCRIPCION POR MODULOS Y COMPONENTES Debido a que no se pudo realizar el despiece del sistema, debido a permisos, no se podrán mostrar fotos de la agrupación de piezas, ni de sus dimensiones, por lo cual solo se ha realizado una tabla en la que se muestran los componentes que tienen estos sistemas. Tabla 8. Sistema de control de pesaje

MODULO COMPONENTESControl PLC

Interfaz con el usuario

Sensores Bobina de frenado

Bobina de embrague

Pesaje Tornillo sin fin Tabla 9. Sistema de control de sellado y empaque

MODULO COMPONENTES Control PLC Interfaz con el usuario Movimiento Traslacional Pistones Sellado Placa con resistencias Sensores Ópticos Termocupla Chasis Armazón de metal

Guías para el movimiento de la cuchilla

46

6. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 6.1 RELACION ENTRE ELEMENTOS FUNCIONALES Y ELEMENTOS FISICOS Tabla 10. Sistema de control de pesaje

ELEMENTOS FISICOS RELACION

ELEMENTOS FUNCIONALES

PLC A, C, D Información de Pesado A Pulsadores C, D Protección B Celdas de Carga A Lógica del Sistema C Caja General B, F Selección de Medida D Tolva E Aislar el producto E Carcasa B, F Soporte General F Mordazas E, H Entrada de la azúcar G Pistón E, H Salida de la azúcar H Válvula E, G Uniones Generales I Tornillos F, I

Tabla 11. Sistema de control de sellado y empaque

ELEMENTOS FISICOS RELACION

ELEMENTOS FUNCIONALES

PLC A, B, D, F Movimiento Traslacional Y A

Pulsadores A, E Información de la Temperatura B

Pistones A, D, F Sellado C RTD B Información de Posición D Rueda C Lógica del Sistema E

Switchs D, E, F Movimiento Traslacional X F

Caja General G, H Soporte General G Vagón A, H Alineación H Tornillos G, J Uniones Generales J Base Superior A, G, J Base Inferior A, G, J Rodamientos F Guías A, H

47

6.2 ESQUEMA DEL PRODUCTO Figura 25. Sistema de control de pesaje

Figura 26. Sistema de control de sellado y empaque

48

6.3 ELABORACIÓN DE CLUSTERS Figura 27. Cluster sistema de control de pesaje

Figura 28. Cluster sistema de control de sellado y empaque

49

6.4 DISTRIBUCION GEOMETRICA Figura 29. Distribución sistema de control de pesaje

Figura 30. Distribución sistema de control de sellado y empaque

50

6.5 INTERACCIONES Figura 31. Interacciones sistema de control de pesaje

Figura 32. Interacciones sistema de control de sellado y empaque

51

7. ARQUITECTURA DE COMPONENTES ELECTRÓNICO 7.1 REQUISITOS Para los requisitos electrónicos de nuestros sistemas, debemos tomar en cuenta los requisitos del cliente como los primeros parámetros de selección de los componentes electrónicos: • El dispositivo Debe ser automático. • El dispositivo Debe ser pequeño. • El dispositivo Debe tener resistencia a condiciones adversas. • El dispositivo Debe ser fácil de programar. • El dispositivo Requiere poco mantenimiento. • El dispositivo Debe ser fácil de adaptar. • El dispositivo Debe ser liviano. • El dispositivo Debe ser fácil de instalar. • El dispositivo Debe ser rápido. • El dispositivo Debe tener un costo razonable. • El dispositivo Debe ser fácil de reparar. • El dispositivo Debe ser de gran durabilidad. • El dispositivo Debe ser preciso tanto para el pesaje como para el sellado. • El dispositivo Debe mantener la temperatura constante. • El dispositivo Debe dejar cambiar los pesos a medir. • El dispositivo Debe mantener la presión constante sobre la superficie. 7.2 ESPECIFICACIONES • Control y Lógica. Para este requerimiento, usaremos el PLC, ya instalado en la maquina empacadora. • Electrónica. Para realizar la instrumentación adecuada a cada una de las celdas de carga y a la Rtd. • Sensores. Para realizar la logística de los movimientos traslacionales en X y Y, y el movimiento de la rueda, se usaran finales de carrera y así asegurar el desplazamiento del modulo, para el control de la temperatura, usaremos una Rtd PT1000, y para el control del peso usaremos 2 celdas de carga.

52

• Interfaz con el usuario. Switches. 7.3 DISEÑO ARQUITECTURAL Para esto, usaremos la herramienta de software PROTEUS, con la cual simularemos la parte electrónica del circuito, la cual se dispondrá de la siguiente manera: • Electrónica. Simularemos la etapa de instrumentación, ya que para el modulo de sellado debemos sensar la temperatura que posee la rueda de cobre con recubrimiento de teflón, para saber si tenemos la temperatura optima para empezar a sellar las bolsas de polipropileno. Hemos optado entonces por colocar un sensor que aplique el modelo de variación de resistencia.

La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las características de resistencia en función de la temperatura que son propias del elemento de detección. El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con revestimiento de vidrio o cerámica. La instrumentación se realizó de la siguiente manera: Según la tabla de valores de resistencia para las sondas de resistencia Pt 1000 (Véase Anexo A), para nuestras temperaturas mínima 30ºC y máxima 170ºC los valores son:

Ω→Ω→

62.1647º17071.1116º30

CC

Lo que hacemos es conectar nuestra sonda de resistencia (RTD) a un puente wheatstone para garantizar estabilidad y posteriormente poder amplificar la señal: Figura 33. Puente de wheastone

53

mAgarantizarparakRRVV

1183218

=+=

Ahora observemos que valores de voltaje tomará Va para las temperaturas mínima y máxima.

VmAVaCVmAVaC

65.162.16471º17012.171.11161º30

=Ω⋅=→=Ω⋅=→

Debemos entonces amplificar estos valores de voltaje 10 veces para que sea más cómodo su manejo, para esto introducimos el voltaje Va a un amplificador operacional de instrumentación INA128 en configuración amplificador no inversor, escogimos el INA128 por su bajo voltaje de offset (50 Vμ máx), por su rango de alimentación que es de entre otras características que se pueden encontrar en el Anexo B.

V18±

Figura 34. Amplificador no inversor

VaVo

VaKVo

VaRRVo

KRR

⋅=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

ΩΩ

=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

Ω=Ω=

10

12202

145

252204

Observemos los valores amplificados de Va para los casos de temperatura mínimo y máximo que medirá la RTD. A estos nuevos valores los llamaremos Vo.

VVVoCVVVoC5.1665.110º170

2.1112.110º30=⋅=→=⋅=→

54

Como ya sabemos que 11.2V es el valor mínimo de temperatura entonces ahora lo que haremos será pasar estos valores a una escala mas pequeña que comience en 0V para 30ºC. Utilizaremos entonces un restador donde al valor de Vo se le reste siempre 11.2V. Este valor fijo de 11.2V será el Vb del puente Wheatstone y lo obtendremos gracias al valor de R3.

Ω=Ω−Ω=Ω=∧Ω=+

Ω===

KKKRKRKRRcomo

KmA

VIVR

8.62.111822.1131823,

2.111

2.113

Como el valor máximo que toma la RTD es de ΩK6.1 entonces,

Ω=Ω−Ω=Ω=+

KKKRmAgarantizarparaKRTDR

4.166.11811181

Ya tenemos calculadas todas las resistencias del puente wheatstone y garantizados los voltajes y corrientes que circulan por él. Ahora si procedemos a pasar la señal por el restador.

Figura 35. Restador

( )

( )( ) CVVVVsal

CVVVVsal

VoVbRRVsal

VVbKRR

º1703.55.162.111º3002.112.111

67

2.111076

→=−⋅=→=−⋅=

−=

=Ω==

55

De esta manera cuando la RTD mida 30ºC el voltaje de salida será de 0V y cuando mida el voltaje máximo de 170ºC el voltaje de salida será de 5.3V. Celdas de carga: Las celdas de carga funcionan con el mismo principio de las galgas extensiométricas por lo tanto son un tipo de sensor resistivo, pero su ventaja es que traen incluido el puente de wheatstone en su interior. En nuestro sistema de pesaje, utilizaremos dos celdas de carga que se encargaran de indicarnos el peso de azúcar existente en un almacenador. Para nuestro caso utilizaremos dos celdas de carga de la empresa TEDEA modelo 1002 cuya hoja de características podrá encontrar en el Apéndice C. Las configuramos de manera tal que 10V representen su mayor capacidad o sea 5kg. Como las celdas de carga modelo1002 entregan un voltaje de salida de 0.5mV/V entonces eso significa que a la salida entregaran 5mV cuando sobre ellas exista un peso de 5Kg (esto sucede porque mVVmVV 5/5.0*10 = ). Los valores que marcaran las celdas y que nos interesan en realidad son 0.5kg, 1kg y 2.5kg los cuales según nuestra configuración se representan de la siguiente manera:

mVVmVVKgmVVmVVKg

mVVmVVKg

5.2/5.0*55.21/5.0*21

5.0/5.0*15.0

=→=→=→

Ahora estos valores de voltajes pequeños debemos instrumentarlos de manera que lleguen a ser voltajes fáciles de manipular y sin que los afecte tanto el ruido, para esto primero pasamos la señal entregada por cada celda por un sumador como el que se puede observar en la figura 36.

Figura 36. Sumador

56

Estas señales deben sumarse porque hemos ubicado dos celdas en lugares precisos del almacenador de azúcar, entonces al sumarse dan los valores correctos de voltaje para el peso existente sobre ellas, en este paso aún los valores de voltaje se encuentran en mV ya que no hemos amplificado solo sumado, por lo tanto:

( )21321,

22

113

VVVoRRRcomo

RV

RVRVo

+−===

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−=

Una vez sumadas las señales lo que se hace es amplificarlas multiplicándolas por 2000, esto por medio de un amplificador inversor para que se anule el negativo que acompaña la señal después de la salida del sumador. Figura 37. Amplificador Inversor

En este caso R4= y R5=Ω500 ΩM1 La ecuación dice,

VoRRVsal ⋅−=

45

Por lo tanto obtendremos a la salida 1V, 2V y 5V para los pesos respectivos que necesitamos de 0.5kg, 1kg y 2.5kg.

57

7.4 DISEÑO LOGICO Figura 38. Circuito de instrumentación de la RTD

Figura 39. Instrumentación de la celda de carga

58

8. DISEÑO DETALLADO 8.1 MATERIAL

Para la fabricación de los distintos módulos, se utilizara el aluminio, el cobre debido a sus propiedades físicas y mecánicas, y el acero inoxidable; ya que como el azúcar el cual va a estar almacenada y es un producto para consumo de las personas es necesario que no se infecte con la reacción de los metales con el oxigeno (oxido).

Sistema de pesaje.

Aluminio. Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes: • Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700 kg/m3. • Tiene un punto de fusión bajo: 660ºC (933 K). • El peso atómico del aluminio es de 26,9815. • Es de color blanco brillante. • Buen conductor del calor y de la electricidad. • Resistente a la corrosión, gracias a la capa de Al2O3 formada. • Abundante en la naturaleza. • Material fácil y barato de reciclar. • De fácil mecanizado. • Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. • Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos. • Material blando. • Material que forma aleaciones con otros metales. • Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión. • Material soldadle. • Con CO2 absorbe el doble del impacto.

Acero inoxidable 304. • Excelente resistencia a la corrosión. • Resistente a la corrosión en servicio intermitente hasta 871ºC (1600º F). • Excelente soldabilidad, utilizar electrodos tipo 308S.

59

• Poco maquinable: 45% del acero 1212.

Sistema de sellado y empaque.

Cobre. • Excelente conductividad eléctrica y térmica. • Conductividad calorífica es de 0,91 K. • Peso especifico 8.9 Kd/dm 3. • Temperatura de fusión 1083ºC. • Coeficiente de dilatación lineal 16.5 x 10-6. • Temperatura de Recocido 500ºC • Buena Maquinabilidad. • Posee buena ductilidad. • Posee buena maleabilidad. • Resistencia a la tracción es de 210 MPa. • Limite elástico de 33 MPa.

Teflón.

• Es completamente flexible. • Posee muy buenas características de elasticidad a bajas temperaturas. • La dureza tiene un rango de 27 a 32 N / mm2. • El desgaste depende de las condiciones de la superficie de deslizamiento. • Posee el más bajo coeficiente de fricción de todos los materiales sólidos; los valores varían entre 0.05 a 0.09: Los coeficientes de fricción estático y dinámico son casi iguales, por lo tanto casi no existe el efecto comúnmente denominado stick-slip, o sea que no se produce el efecto como de leve pegado cuando se desea que una pieza pase del estado de reposo al de movimiento.

8.2 CELDA DE CARGA

Para seleccionar las celdas de carga mas optima para nuestro sistema debemos tener en cuenta los distintos niveles a medir la azúcar, por este motivo hemos realizado una búsqueda entre las distintas empresas encargadas de la creación de celdas de carga, y haciendo varias encuestas entre distintas empresas que usan las celdas de carga, nos recomendaron usar la celda de la marca Tedea. Después de realizar una búsqueda entre las distintas celdas de carga realizadas por Tedea encontramos la celda de carga de referencia 1002, la cual tiene una capacidad de 0.5 Kg a 5 Kg, y como tiene una capacidad máxima de medida el

60

doble de la que necesitamos, se nos hace la celda de carga mas optima para nuestro sistema. 8.3 RTD Para poder seleccionar la RTD mas optima para nuestro sistema se hace necesario conocer la temperatura de fusión de polipropileno, ya que esta será la temperatura máxima a medir. Como dicha temperatura es de 170ºC, y viendo los distintos tipos de RTD que existen en el mercado, y examinando cada una de sus características vimos que la mejor opción tanto por costo como por funcionamiento es la RTD PT1000, ya que es de tipo 0 con coeficiente de variación de resistencia 0.00385, o sea que el material que forma el conductor es platino ya que este material es el mas adecuado desde el punto de vista de exactitud y estabilidad.

8.4 CALCULO TERMODINAMICO DE LA RUEDA Para el sistema de sellado de bolsas debemos considerar que el material de dichas bolsas es polipropileno un tipo de polímero cuya temperatura de fusión es de 170ºC y su temperatura de degradación es de 286ºC, entonces debemos analizar como se transmite el calor desde el centro de la rueda de cobre donde se suministran 170ºC hasta el recubrimiento de Teflón que hace contacto con el material a sellar o sea la bolsa de polipropileno. Siempre que en un sistema existe una diferencia de temperaturas se produce un flujo de calor desde la región más caliente a la más fría, hasta que las temperaturas se igualan. En nuestro caso el flujo irá de 170ºC a los 30ºC temperatura a la que se encuentran las piezas, esto ocurre gracias a la conducción térmica. En medios materiales la conducción del calor es parcialmente debida al impacto de las moléculas adyacentes que vibran alrededor de sus posiciones medias. Así se transmite la energía térmica desde las moléculas de mayor energía cinética de traslación (mayor temperatura) a las de menor energía cinética (menor temperatura) sin que se produzca transferencia de masa. Analicemos que ocurre en un elemento de volumen en donde el área sea constante y tenga un radio r.

61

Figura 40. Elemento de area constante Q = Calor t = Tiempo T = Temperatura l = espesor A = área sección transversal K = coeficiente de conductividad térmica

TriablesconlDiferenciaEcuaciondr

dTlrkdtdQ

drdTAk

dtdQ

∧⋅⋅⋅⋅−

=

⋅⋅−=

var22π

( ) ( )

( )211

2

1212

2

1

2

1

2ln

2lnln

var2

TTlkRR

dtdQ

TTlkRRdtdQ

iablesseparamosAquídTlkrdr

dtdQ R

R

T

T

−⋅⋅⋅=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅⋅⋅−=−

⋅⋅⋅−=⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ∫ ∫

π

π

π

Figura 41. Elemento de radios distintos

62

( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⋅⋅

=

1

2

21

ln

2

RR

TTlkdtdQ π

Centrémonos ahora en nuestra aplicación, en la figura observamos una rueda de cobre de diámetro 5cm perforada en su interior por un agujero de diámetro 2cm y recubierta por material de teflón. El espesor es de 5mm. Figura 42. Distintos radios de la rueda

Primero averiguamos el valor de la conducción de calor de T1 hasta T2 sobre la rueda de cobre. Tenemos entonces los siguientes datos: T1 = 170ºC T2 = 30ºC R1 = 1cm R2 = 2.5cm Kcobre = 320kcal/mhºC Espesor = 5mm

63

( )( )( )

WhkcaldtdQ

hkcaldtdQ

mm

CCmCmhkcaldtdQ

97.1320/011.1536

92.0/44.1407

01.0025.0ln

º30º170005.0º/3202

==

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

π

Ahora sabemos con que rapidez fluye el calor desde la fuente (el agujero hueco) hasta el borde exterior de la rueda de cobre, encontremos entonces con que rapidez fluye el calor desde el cobre hasta el borde exterior del teflón puesto que esta será la cara que hará contacto con las bolsas de polipropileno que vamos a sellar. Tenemos entonces los siguientes datos para el cálculo: T2 = 170ºC T3 = 30ºC R2 = 2.5cm R3 = 2.6cm Kteflón = 0.24kcal/mhºC Espesor = 5mm

( )( )( )

WhkcaldtdQ

hkcaldtdQ

mm

CCmCmhkcaldtdQ

15.23/914.26

0392.0/055.1

025.0026.0ln

º30º170005.0º/24.02

==

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

π

Veamos ahora como se comporta nuestra rueda sometida a la temperatura y a presión de sellado, para esto hacemos uso de un software CAE el cual nos permite evaluar esos parámetros de una manera simple, en nuestro caso utilizaremos ALGOR. Primero definimos el análisis como objeto 2-D puesto que el espesor de la rueda es muy pequeño comparado con sus diámetros y de esta manera obtendremos resultados más precisos, de igual manera se debe especificar que el material de la rueda es cobre y que tiene un recubrimiento de teflón.

64

Figura 43. Rueda mallada

En la figura 43 se observa la rueda como objeto 2-D con un mallado mixto y aplicándole los parámetros de temperatura en el centro hueco porque allí se ubica la fuente de calor, y en el borde mas externo del recubrimiento de teflón se ubica la presión que tendrá que soportar la rueda al hacer contacto con las bolsas de polipropileno en el momento del sellado. Figura 44. Desplazamiento de la temperatura y presión

Figura 45. Factor de seguridad

65

En la figura 44 se observan los desplazamientos que sufrirá nuestra rueda y afortunadamente no hay por que preocuparse porque dichos desplazamientos no son muy grandes así que no representan mayor peligro para la pieza, se observa también que en el centro hueco es donde se acumulan los mayores esfuerzos a causa de su geometría y de la ubicación de la fuente de calor. Del mismo modo, en la figura 45 se observa el factor de seguridad de nuestra pieza el cual es muy alto lo cual representa que esta pieza no fallará bajo los parámetros especificados en la simulación, es decir no ocurrirán rupturas ni deformaciones drásticas que afecten el buen funcionamiento del sistema completo.

66

9. PROTOTIPADO 9.1 PROTOTIPOS UTILIZADOS • Prototipo1. Prototipo analítico haciendo uso de software CAD y CAE para visualizar las piezas que componen el sistema así como su correcto acople y comportamiento respecto a la variables que inciden directamente sobre ellas. • Prototipo2. Prototipo analítico para probar el programa que se descargara al PLC, el cual manejará las secuencias de funcionamiento de los módulos actualizados. • Prototipo3. Prototipo analítico implementado en software ISIS PROTEUS para analizar la correcta instrumentación de la Sonda de Resistencia Pt 1000 y de igual manera la instrumentación de la celda de carga 1002 de la empresa Tedea. En la siguiente figura se puede observar claramente los prototipos utilizados y su correspondiente clasificación. Figura 46. Ubicación de cada prototipo según sus características

67

10. DESARROLLO DEL DISEÑO INDUSTRIAL 10.1 VALORACION DEL DISEÑO INDUSTRIAL Se realizó una valoración del diseño industrial de nuestros módulos finales, con el fin de aplicar algunos conceptos y mejorar de esta manera algunos aspectos de mismo con relación al impacto que tendrá entre los usuarios. Se evaluaron necesidades ergonómicas, o sea las que se relacionan con todos los aspectos de las interfaces con los humanos, y también se evaluaron necesidades estéticas, o sea las relacionadas con el aspecto visual del producto. El resultado fue el siguiente: • Ergonómicas. El nuevo sistema de pesaje de azúcar, así como el sistema de sellado debe ser muy fácil de usar, para que los operarios de la planta no necesiten nueva capacitación técnica a la hora de manejar la interfase. De igual manera, sucede con relación al mantenimiento el cual debe ser simple y sencillo, debido a que la máquina empacadora no puede estar inactiva por mucho tiempo, pues esto retrasaría la productividad del ingenio. Las interacciones de operador con los nuevos módulos serán mínimas puesto que el sistema es automático y la novedad que involucran dichas interacciones estará al nivel de las de productos similares existentes en el mercado actual. En cuanto al tema de seguridad, solo personal técnico autorizado podrá manipular las partes que componen los módulos del sistema, ya que algunas partes estarán sometidas a altas temperaturas, habrá objetos filosos, así que cualquier tipo de personal que desconozca el funcionamiento exacto de la máquina puede correr riesgos. • Estéticas. Los nuevos módulos diseñados para las máquinas empacadoras de azúcar no requieren una diferenciación visual de ellos respecto a los de máquinas de la competencia, lo más importante en este caso es su funcionalidad. El orgullo de posesión es moderado puesto que no se ha innovado en tecnología pero por lo menos se actualizaron los módulos a la tecnología actual, ya que los anteriores eran obsoletos.

68

La estética del nuevo sistema no motiva para nada al grupo de desarrollo, lo que motiva en realidad es la importancia de actualizar un sistema para que sea más funcional y productivo.

A continuación se muestra un gráfico donde se puede ver claramente la valoración del diseño industrial que se le realizó anteriormente.

Figura 47. Evaluación de las necesidades ergonómicas y estéticas

Como el objetivo principal del sistema que hemos actualizado, es su habilidad de acometer una tarea técnica específica y los requerimientos técnicos predominan sobre los otros, entonces será un sistema dominado por la tecnología, sin embargo tendrá una influencia mínima del usuario. Esto lo podemos observar mejor por medio del siguiente gráfico: Figura 48 Clasificación del producto

69

11. DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE 11.1. ANÁLISIS DISEÑO PARA MANUFACTURA (DPM) Teniendo en cuenta los aspectos de manufactura a través del proceso de desarrollo, hemos decidido que el material de los módulos que tienen contacto directo con el material a empacar (en nuestro caso azúcar) será acero inoxidable ya que dicho material posee las características exigidas por la reglamentación encargada de alimentos, a un bajo costo. Los tornillos y rodamientos son estándares por si alguno de ellos falla sea fácilmente reemplazable y no afecte significativamente la actividad de la máquina. La mayoría de actuadores utilizados tanto en el modulo de pesaje como de sellado son cilindros de efecto simple por su fácil ubicación en el mercado. En el módulo de sellado la rueda encargada de realizar el sellado se mandará a fabricar en cobre porque dicho material es un muy buen conductor térmico y su costo es razonable así como un recubrimiento en Teflón el cual transmite el calor hacia el polipropileno sin quemarlo ni dejar residuo alguno. Los dispositivos utilizados en los circuitos electrónicos de instrumentación se ven afectados por el calor así que estarán ubicados lejos de la parte de mayor actividad térmica, dichos dispositivos son de uso comercial y se encuentran fácilmente en el mercado local. 11.1.1 LISTA DE COMPONENTES Tabla 12. Costo y lista de componentes

Componente CantidadCosto

Unitario (en pesos)

Estándar

Tolva en Acero Inoxidable 1 320000 si Cilindro de Doble Efecto 2 240000 si Cilindro de Simple Efecto 1 170000 si Cilindro de Doble Efecto Lineal 1 900000 si Celda de Carga 2 220000 si Lamina de Acero Inoxidable de 40cm x 40cm 1 30000 no

70

Lamina de Aluminio de 60cm x 60cm 6 35000 no Rueda de cobre diámetro 5cm 1 20000 no Recubrimiento de Teflón para la rueda 1 40000 no Mordazas en Acero Inoxidable 2 40000 no Barras de Desplazamiento en Acero 6 10000 no RTD Pt 1000 tipo (0) 1 30000 si Amplificador Operacional INA128 4 50000 si Resistencias 15 200 si PLC Siemens S-200 1 250000 si tornillos 50 300 si rodamientos 2 15000 si

Gracias al buen desarrollo del diseño de manufactura se logra reducir los costos de producción sin alterar la calidad del producto final, así como disminuir la complejidad de los módulos diseñados lo cual es muy atractivo desde el punto de vista de mantenimiento. 11.2 ANÁLISIS DEL DISEÑO PARA ENSAMBLE (DPE) Lo que buscamos con este análisis es hacer más fácil el ensamblaje para de esta manera reducir costos (aunque sea una mínima parte de los costos totales), así como determinar el tiempo de ensamblaje de las piezas que componen los módulos entre otros. • Estimado del tiempo total de ensamble. - Tiempo total de ensamble: 20 minutos - Número mínimo de partes: 60

ensambleparaestimadototaltiemposegpartesmínimoDPEIndice 3# ∗

=

15.060*20360

=∗

=segsegDPEIndice

• Maximización de la facilidad de ensamble. Los sistemas de sellado y pesaje son de fácil ensamble, ya que las piezas siguen un orden determinado para su ensamble, lo que hace que el usuario no se pierda mientras realiza esta operación.

71

Gracias a la mayoría de piezas estándar que componen los sistemas, el usuario podrá utilizar herramientas comunes a la hora de ensamblar y no perderá tiempo ni dinero tratando de ensamblar piezas complejas que requieran un conocimiento extra de herramientas especiales. El sistema de sellado, cuenta con orificios en la parte central de su eje para que los cables que están conectados a la fuente de calor (en el interior de la rueda de cobre) y a la RTD puedan salir sin interferir con el funcionamiento del mismo. Mientras que el sistema de pesaje, cuenta con gran variedad de guías que ayudan al usuario a ensamblar de mejor y de forma más cómoda todo el sistema. A continuación se muestra un explosionado de los dos sistemas diseñados: Figura 49. Explosionado de la rueda de calor

72

Figura 50. Explosionado de la caja interior de la báscula

Figura 51. Explosionado de la tolva

Para un mayor detalle de ensamble por favor observe el manual de usuario pagina 102.

73

12. DESARROLLO DE MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS Lo que buscamos con este desarrollo es maximizar la vida útil de nuestros sistemas así como el buen funcionamiento de ellos, para de esta manera reducir los costos ocasionados por reparación de la máquina empacadora. Se ha presupuestado un costo de mantenimiento de $100.000, siempre y cuando no hallan daños en piezas. • Sistema de pesaje. Tabla 13. Mantenimiento del sistema de pesaje

PARTE DESCRIPCION DIAS COMO HACER

Revisar la conexión de aire para q no hallan fugas ni perdidas 30

Revisar el tubo del aire

Cilindros Revisar y desensamblar el sistema mecánico 40

Revisar que el cilindro no este golpeado, que el embolo y la rosca se encuentren en buen estado, de lo contrario cambiar dicha parte

Revisar que la tornilleria se encuentre en su sitio

Al desarmar el cilindro, revisar que la camisa no se encuentre en mal estado

Revisar la amortiguación del cilindro, de lo contrario cambiar la parte

Lubricación 20 Lubricar la camisa del cilindro con aceite Guías Lubricación 60 Lubricar las guías con aceite

Ajustar 60 Ajustar muy bien las guías Tolva Limpieza 30 Limpiar y lavar muy bien Partes fijas Lubricación 60 Lubricar con aceite

Sensores Revisar el funcionamiento de cada celda de carga 30

Revisar la etapa de instrumentación para saber si las indicaciones de los pesos son los deseados

Revisar el funcionamiento de los finales de carrera 30

Revisar si los finales de carrera tan funcionando correctamente, cerrarlos y ver que señal de voltaje mandan, sino mandan ninguna clase de señal reemplazarlos

Conexión al PLC

Revisar la comunicación al PLC 30

Revisar el cable por si no tiene continuidad

Dar distintos pesos para el ajuste del sistema

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• Sistema de sellado. Tabla 14. Mantenimiento del sistema de sellado

PARTE DESCRIPCION DIAS COMO HACER

Revisar la conexión de aire para q no hallan fugas ni perdidas 30 Revisar el tubo del aire

Cilindros Revisar y desensamblar el sistema mecánico 40

Revisar que el cilindro no este golpeado, que el embolo y la rosca se encuentren en buen estado, de lo contrario cambiar dicha parte

Revisar que la tornilleria se encuentre en su sitio

Al desarmar el cilindro, revisar que la camisa no se encuentre en mal estado

Revisar la amortiguación del cilindro, de lo contrario cambiar la parte

Lubricación 20 Lubricar la camisa del cilindro con aceite

Cilindro lineal Revisar los amortiguadores 30

Los amortiguadores deben regularse para evitar choques

Revisar la flexión 30 Si existe alguna flexión, ver la posibilidad de añadirle un apoyo al actuador

Guías Lubricación 60 Lubricar las guías con aceite Ajustar 60 Ajustar muy bien las guías

Rodamientos Lubricación 60 Lubricar con aceite

Sensores Revisar el funcionamiento de la termocupla 30

Revisar la etapa de instrumentación para saber si la temperatura máx. es la deseada

Revisar el funcionamiento de los finales de carrera 30

Revisar si los finales de carrera tan funcionando correctamente, cerrarlos y ver que señal de voltaje mandan, sino mandan ninguna clase de señal reemplazarlos

Conexión al PLC

Revisar la comunicación al PLC 30 Revisar el cable por si no tiene continuidad

Dar una secuencia para ajustar el sistema

Teflón Revisar si existe algún desgaste 30

Revisar si existe alguna anomalía en el recubrimiento, y si existe sustituirlo

Rueda Revisar si existe algún desgaste 30

Revisar si existe alguna anomalía en la rueda, de lo contrario sustituirla

Revisar la resistencia 30

Revisar si la resistencia se encuentra en buen estado y que tenga una buena conducción, sino reemplazarla

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13. DESARROLLO DE SEGURIDAD DE LOS SISTEMAS Para poder observar los peligros que debemos evitar a la hora de ensamblar ambos sistemas, se dividieron estos sistemas en subsistemas, para así poder analizar mejor cada una de las partes. Para el sistema de pesaje, hay que tener en cuenta que este, contiene partes móviles, y partes fijas. Las partes móviles son las encargadas de dar el paso al azúcar para así llegar a su destino final, mientras que las partes fijas son las encargadas de sostener el sistema entero y poder aislar y resguardar bien la azúcar. • Sistema de pesaje. Tabla 15. Seguridad del sistema de pesaje

PARTES SEGURIDAD No exceder la presión de aire en el cilindro

Cilindros No forzar; no ponerle una sobrecarga

Se han usado varios sujetadores para así asegurarlos y acoplarlos bien

Tolva Para ajustar la tolva, se usó un sistema de rosca para así evitar que se salga

El borde superior de la tolva será redondeada, para así evitar posibles accidentes

Partes fijas Usamos varios tornillos, para así asegurar el buen acoplamiento del

sistema

Caja exterior La caja por estar puesta en lugares de cierta altura, le recubriremos

sus intersecciones con caucho para evita accidentes

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• Sistema de sellado. Tabla 16. Seguridad del sistema de sellado

PARTES SEGURIDAD No exceder la presión de aire en el cilindro

Cilindros No forzar; no ponerle sobrecarga

Se han usado varios sujetadores para así asegurarlos y acoplarlos bien

Cilindro lineal No ponerle sobrecarga

Rueda Para ajustar la rueda, se usaron varios rodamientos y una tornilleria para su fijación

Partes fijas Usamos varios tornillos, para así asegurar el buen acoplamiento del sistema

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14. PROGRAMA PLC DE LOS SISTEMAS

Todo el sistema se manejara desde un PLC Siemens S-200 por su bajo costo y alta eficiencia para operaciones sencillas como esta, el programa en Ladder se realizara bajo el software STEP 7 MicroWin incluido con la compra del S-200.

14.1 SISTEMA DE PESAJE

En este sistema contamos con un cilindro de efecto simple que se encarga de abrir y cerrar la superficie acumuladora de azúcar, celdas de carga encargadas de indicarnos el peso existente en el acumulador y una válvula que deja o no pasar el azúcar desde la tolva. Por medio del control de mando observamos los botones de Paro de Emergencia, Reinicio, Start y un selector de tres posiciones para indicar los pesos deseados (0,5Kg; 1Kg; 2,5Kg). Como podemos observar en el Grafcet cuando seleccionamos una posición con el selector y presionamos el botón Start la válvula se activa para dejar pasar el flujo de azúcar hacia el acumulador, las celdas de carga comienzan a indicar el peso existente en dicho acumulador y una vez el valor indicado por las celdas de carga es igual al valor dado por el selector (esto lo logramos gracias a un comparador) se cierra la válvula y se activa el cilindro de efecto simple para vaciar el azúcar, también se activa un temporizador el cual permitirá manejar el tiempo en que el acumulador esté abierto, o sea que una vez finaliza la cuenta del temporizador el cilindro de efecto simple regresa a su posición inicial y comienza de nuevo el ciclo, esto sucede de igual manera para cualquiera de los pesos que seleccionemos desde el mando de control lo único que cambia son los tiempos del temporizador ya que se necesita mayor tiempo para vaciar 2,5Kg que para vaciar 0,5Kg.

El sistema lo podemos parar en cualquier momento pulsando el botón de Paro y también lo podemos llevar a la posición de reposo pulsando Reinicio (Reset el Grafcet). Existe una posibilidad de fallas que también se ha tenido en cuenta que lo que hace es detenerme el sistema y llevarlo a su posición de reposo. Para mayor información acerca del ladder, ver Anexo D.

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14.2 SISTEMA DE SELLADO Y EMPAQUE El sistema de sellado consta de 2 cilindros de doble efecto y 1 cilindro lineal con guía deslizante, los dos cilindros de doble efecto se encargaran de darle el movimiento hacia adentro o hacia fuera para así generar presión sobre el empaque, mientras que el cilindro lineal se encarga de darle el movimiento a la rueda para el sellado del empaque. Para mayor información acerca del ladder, ver Anexo E.

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15. CONCLUSIONES

El método de diseño mecátronico, es una herramienta muy útil a la hora de modelar un sistema, ya que brinda muchos argumentos de decisión, a la hora de tomar cualquier conclusión del proyecto, además, gracias a su método concurrente se facilita detectar y corregir cualquier error que pueda tener el diseño. En la fase de planeación se identificaron los parámetros a tener en cuenta, según el INGENIO PROVIDENCIA, para actualizar los sistemas de pesaje y sellado de la máquina empacadora. Estos parámetros se confirmaron a la hora de realizar ingeniería inversa a la empacadora actual. El diseño en un software CAD, brinda una apreciación mas real de lo que serian las características físicas de ambos sistemas como son: sus dimensiones, su peso, su forma de acople, la observación de interferencia entre piezas. Y con ello se logran corregir errores que matemáticamente son muy difíciles de observar. La simulación es un software CAE, sirve para entender el funcionamiento del modelo virtual bajo la carga para cual fue diseñado. Con ello se pueden observar las deformaciones de las piezas, la resistencia del material, la carga máxima que soporta, y el cambio de temperatura y presión a lo largo de toda la pieza. Gracias al análisis de DPE se logró integrar piezas y reducir costos de manufactura así como tiempo de ensamble. La selección de los materiales para manufactura de los sistemas a actualizar se realizó teniendo en cuenta factores económicos, funcionales, de calidad y que cumplieran con las normas exigidas para empaques de alimentos. El desarrollo del programa para el PLC fue realizado en su totalidad y probado en uno de los módulos del INGENIO PROVIDENCIA, supervisado obviamente por el ingeniero encargado. El diseño logra satisfacer los objetivos propuestos al actualizar completamente tanto el sistema de sellado del empaque como el sistema de pesaje del azúcar, todo en un mismo dispositivo automático. El manual de usuario, muestra la forma de cómo se pueden ensamblar y operar los sistemas.

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ANEXOS

Anexo A. Tabla de valores sonda de resistencia Pt 1000

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Anexo B. Datasheet amplificador de instrumentación

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Anexo C. Características de la celda de carga

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Anexo D. Ladder y grafcet sistema de pesaje

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Anexo E. Ladder y grafcet sistema de sellado

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Anexo F. Planos piezas principales

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Anexo G. Manual de usuario

MANUAL DE USUARIO

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ÍNDICE

1. Ensamble 1.1 Herramientas para Ensamble 1.2 Pasos para Ensamble Sistema de Pesaje 1.2.1 Caja Interior 1.2.2 Ensamble de las Mordazas 1.2.3 Sistema de Abertura de las Mordazas 1.2.4 Ensamble de la Caja Interior en el Armazón y en las Celdas de Carga 1.2.5 Colocación de las Tapas de Protección de la Bascula 1.2.6 Ensamble de la Tolva 1.2.7 Bascula Terminada 1.3 Pasos para Ensamble Sistema de Sellado 1.3.1 Ensamble de la Rueda 1.3.2 Ensamble del Sistema de Movimiento Traslacional 1.3.3 Ensamble en el Soporte Principal 2. Operación 2.1 Interface con el Usuario

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1. ENSAMBLE

1.1 Herramientas para el ensamble. Las herramientas que se usaran para ensamblar los módulos serán:

• Llave de tuerca • Llave de torque • Llaves de estrella abierta o cerrada

1.2 Pasos Para el Ensamble Sistema de Pesaje.

1.2.1 Caja Interior. En esta parte se debe tener en cuenta que cada una de las láminas encajen y descanse sobre cada uno de los ángulos esquineros.

Figura 1. Ensamble lamina Figura 2. Caja interna terminada Interior en el ángulo esquinero

Fuente: Propia Fuente: Propia 1.2.2 Ensamble de las Mordazas. En esta parte toca tener cuidado de que las mordazas queden bien ensambladas en las bisagras, ya que estas son las encargadas de darle el movimiento de abertura a ellas. Y deben quedar bien alineadas con la caja para evitar fugas de azúcar.

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Figura 3. Ensamble de las mordazas

Fuente: Propia

1.2.3 Sistema de Abertura de las Mordazas. En esta parte ya estamos listos para fijar el sistema que ayuda a la apertura de las mordazas, las cuales consta de barias barras de acero unidas por tornillos que le dan así el movimiento de apertura, unido a un pistón neumático que es la fuente de energía del movimiento. Aparte del sistema se une también las aletas que son las que sostienen la caja en las celdas de carga.

Figura 4. Ensamble del sistema de apertura, con pistón neumático

Fuente: Propia

1.2.4 Ensamble de la Caja Interior en el Armazón y en las Celdas de Carga. En esta parte se une toda la caja interior en el armazón el cual ya tiene las celdas de carga correspondientes.

Figura 5. Ensamble de la caja interior en el armazón

Fuente: Propia

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1.2.5 Colocación de las Tapas de Protección de la Báscula. Ya en esta parte solo nos queda por ensamblar las distintas láminas que protegen todo nuestro sistema, la lamina frontal y las laterales constan de una bisagra y un sistema que permite abrir cada una de las láminas para el mantenimiento de las celdas y la caja interior. Debemos tener cuidado de que todas las láminas queden alineadas, para así evitar fugas.

Figura 6. Ensamble de la lámina Figura 7. Ensamble lamina posterior superior

Fuente: Propia Fuente: Propia Figura 8. Ensamble de la barra Figura 9. Ensamble de todas Guía. las láminas

Fuente: Propia Fuente: Propia

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1.2.6 Ensamble de la Tolva. Esta es la ultima parte de nuestro ensamble, donde ya tenemos todo nuestro sistema casi terminado, solo falta la ensamblar la tolva, y para ello debe tener en cuenta que la tolva debe quedar alineada con la válvula en el centro de la bascula. Para ello se fabrico un orificio en el centro para así guiar la tolva a donde debe ir.

Figura 10. Ensamble de la tolva

Fuente: Propia

1.2.7 Bascula Terminada.

Figura 11. Bascula

Fuente: Propia

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1.3 Pasos Para el Ensamble del sistema de Sellado.

1.3.1 Ensamble de la Rueda Primero se debe colocar el recubrimiento de teflón sobre la rueda de cobre de manera que quede bien ajustado y luego se coloca el soporte donde se alojarán, tanto la fuente de calor (generado por resistencias) como las balineras que se encargan del movimiento de la rueda. Este soporte debe entrar a presión dejando espacio suficiente a cada lado para ajustar cada una de las balineras. Figura 12 Antes del Ensamble Figura 13 Rueda con recubrimiento

Fuente: Propia Fuente: Propia

Figura 14 Antes del Ensamble Figura 15 Ensamblada Figura 16 Vista frontal

Fuente: Propia Fuente: Propia Fuente: Propia Ahora ajustamos las balineras al soporte que sobresale en el interior hueco de la rueda de cobre, dichas balineras también entran a presión por lo tanto la parte móvil de estas ocasionaran el movimiento de la rueda mientras que a la parte fija se le añadirán unos salientes (en las figuras los salientes se observan de color verde) que permitirán fijar este modulo al sistema de movimiento traslacional.

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Figura 17 Antes del Ensamble Figura 18 Ubicación de Balineras

Fuente: Propia Fuente: Propia Figura 19 Vista frontal

Fuente: Propia

1.3.2 Ensamble en el Sistema de Movimiento Traslacional

Este sistema tiene como pieza principal un actuador lineal el cual consta de un cilindro de doble efecto al cual va conectado un carrito y también posee una guía para el correcto desplazamiento de este. Lo importante de este sistema es que debemos conectar las salientes del ensamble anterior al carrito para que de esta manera la rueda logre el desplazamiento a lo largo o ancho de la bolsa de polipropileno. La figura no permite observar más claramente lo explicado.

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Figura 20 Antes de Ensamble Figura 21 Sistema Traslacional

Fuente: Propia Fuente: Propia 1.3.3 Ensamble en el Soporte Principal

Por último se ensambla todo el modulo al sistema que permite retirarse o acercarse en dirección de la bolsa para realizar el sellado, este sistema cuenta con dos cilindros de doble efecto que realizan esta tarea y dos guías que permiten que el sistema no se desacople. Figura 22 Sistema sin Ensamblar Figura 23 Modulo de Sellado Terminado

Fuente: Propia Fuente: Propia

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2. OPERACIÓN

2.1 Interfase con el Usuario Aunque el sistema es automático y es manejado por el PLC Siemens S-200 debe existir algún tipo de comunicación entre el PLC y el operador de los sistemas. Es por esto que hemos diseñado una botonera la cual cuenta con un switch de tres posiciones para indicar la cantidad de azúcar a pesar, en nuestro caso 0.5kg, 1kg y 2.5kg; además cuenta con un interruptor de arranque (verde), uno de paro de emergencia (rojo) y otro de reposicionamiento (azul) por si ocurre una falla se pueda llevar el sistema a la posición inicial o simplemente después de un paro de emergencia. Figura 24 Interfase

Fuente: Propia

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