EPN: Página de inicio - ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL...La implemeníació den prototipl doe...
293
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE INGENIERÍA IMPLEMENTACION DE UN PROTOTIPO DE LLENADORA AUTOMÁTICA DE BOTELLAS EN UNA BANDA TRANSPORTADORA PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL MIGUEL ÁNGEL COLLAGUAZO LLUMIUGSI DAVID OMAR ORTIZ FÉLIX DIRECTOR: ING. GERMÁN CASTRO MACANCELA Quito, Mayo 2005
Transcript of EPN: Página de inicio - ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL...La implemeníació den prototipl doe...
-
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
IMPLEMENTACION DE UN PROTOTIPO DE LLENADORAAUTOMÁTICA DE BOTELLAS EN UNA BANDA
TRANSPORTADORA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DEINGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
MIGUEL ÁNGEL COLLAGUAZO LLUMIUGSI
DAVID OMAR ORTIZ FÉLIX
DIRECTOR: ING. GERMÁN CASTRO MACANCELA
Quito, Mayo 2005
-
DECLARACIÓN
Nosotros, Miguel Ángel Collaguazo Llumiugsi y David Ornar Ortiz Félix,
declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que
no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y,
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la normatividad institucional vigente.
David Ornar Ortiz Félix" Miguel Ángel CollaguazoUumiugsi
-
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por, David Ornar Ortiz Félix y
Miguel Ángel Collaguazo Llumiugsi bajo mi supervisión.
ING/GERMAN CASTRO lyiACANCELADIRECTOR DE PROYECTO
-
AGRADECIMIENTOS
Nuestra eterna gratitud a Dios por darnos vida, salud y guiarnos por el camino del
bien.
A nuestras respectivas familias por brindarnos su apoyo y confianza en la
consecución del presente proyecto.
A la Escuela Politécnica Nacional de la cual llevamos las mejores enseñanzas y a
sus profesores por la formación profesional y personal adquirida en la carrera.
A nuestro Director de Tesis e! Ing. Germán Castro por la orientación en el
desarrollo del presente trabajo.
A todas las personas quienes directa o indirectamente nos ayudaron a alcanzar
este logro.
Migueí y (DavicC
-
DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo a mi familia, de manera especial a mis padres Gloria y
Miguel, mis sobrinos Paúl y Liz quienes con su nobleza y entusiasmo depositaron
en mí su apoyo y confianza, para ser útil a la sociedad y a la patria. Ellos hicieron
posible la culminación de una etapa importante en mi vida.
A mis compañeros y amigos con los que compartí experiencias agradables
durante mis estudios y a las personas que confíen y tomen este trabajo como una
fuente de consulta.
Migueí
-
DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado principalmente a mi madre quien me ha brindado
siempre su amor y apoyo, a ella que ha sabido ser padre y madre para mí y que
gracias a su esfuerzo y sacrificio ha hecho posible ia consecución de esta gran
meta en mi vida.
A mi padre que siempre está conmigo en mis recuerdos y pensamientos, y que
desde ahí arriba me da fuerzas para continuar.
A mi hermano Lucho, a mis tíos, primos y amigos por ofrecerme en todo momento
palabras de aliento demostrándome su afecto.
A Pao por e! amor, comprensión y apoyo que siempre me ha sabido brindar.
-
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO 1
SISTEMAS DE ENVASADO
1.1 Descripción dei proceso de envasado 4
1.1.1 Llenadoras manuales y semímanuaíes 4
1.1.2 Llenadoras automáticas 7
1.2 Tipos de botellas 9
1.3 Sistemas de transporte de botellas 11
1.4 Dispositivos de control 13
1.4.1 Actuadores hidráulicos y neumáticos 13
1.4.1.1 Válvulas controladas 13
1.4.1.2 Válvulas neumáticas 18
1.4.1.3 Cilindros 19
1.4.2 Sensores 21
1.5 Producción de aire comprimido 23
1.5.1 Compresor de aire 24
1.5.2 Unidad de mantenimiento 25
1.6 Comunicaciones . 26
1.6.1 Sistemas de supervisión y monitoreo 27
1.6.1.1 Sistema SCADA 27
1.6.1.2 DCS (sistema de control distribuido) 30
1.6.1.3 Interfazde comunicación hombre máquina 31
1.7 Glosario de términos 31
CAPITULO 2
SISTEMA MECÁNICO DE LLENADO Y TRANSPORTACIÓN
DE BOTELLAS
2.1. Descripción general del sistema mecánico de llenado 36
-
11
2.2. Construcción de la estructura metálica de llenado 37
2.3. Construcción del sistema de dosificación y evacuación 39
2.3.1. Construcción del cuadro de soporte del tren de llenado 40
2.3.2. Construcción del tren de llenado 42
2.3.3. Construcción de válvulas dosificadoras/sujetadoras 51
2.3.4. Sistema mecánico de ingreso y distribución de aire
en las válvulas llenadoras/sujetadoras 54
2.3.5. Sistema mecánico de ingreso y distribución de líquido
en las válvulas llenadoras/sujetadoras 55
2.4. Sistema de presión de líquido 57
2.5. Constitución del sistema de transportación de botellas 59
2.6. Construcción del sistema de detención de botellas 62
2.7. Paneles de control 63
2.8. Fotografías del módulo impíementado 65
CAPITULO 3
SOFTWARE Y HARDWARE DEL SISTEMA DE CONTROL
3.1. Diagrama de bloques del sistema de control y monitoreo 67
3.2. Software empleado para la automatización 68
3.2.1. Software Eagle para diseño de circuitos impresos 68
3.2.2. Software Mplab para programación del microcontrolador 75
3.2.3. Software Picprog para descarga del programa en el PIC 79
3.2.4. Software Step-7 Microwin 32 para programación del PLC 82
3.2.5. Software In Touch para diseño de HMI 88
3.2.6. Protocolo de comunicación S7200PP! 94
3.3. Lógica de control 97
3.3.1. Lógica del proceso de llenado 97
3.3.2. Lógica de programación 105
3.3.2.1. Programación^del microcontrolador PIC 16f877 ¿105
3.3.2.2. Programación del PLC Siemens Simatic S7-200 107
3.3.3. Lógica de monitoreo 114
3.4. Hardware empleado para la automatización 119
-
111
3.4.1. Hardware para el seteo de parámetros y cuenta de
botellas 119
3.4.2. Hardware de comunicación con PC y conexionado del PLC
Siemens Simatic S7-200 CPU 224 130
3.4.3. Diagramas de control y fuerza eléctrico, neumático e
hidráulico 133
CAPITULO 4
PRUEBAS Y RESULTADOS
4.1. Introducción 137
4.2. Pruebas de movimiento mecánico 137
4.2.1 Movimiento del tren de llenado 137
4.2.2 Movimiento de las bandas transportadoras 138
4.2.3 Prueba de las válvulas dosificadoras/sujetadoras
durante el movimiento 138
4.3. Calibración de la cantidad de líquido envasado 139
4.4. Pruebas de repetibilidad 140
4.4.1 Pruebas y resultados para botellas de 200 ce 140
4.4.2 Pruebas y resultados para botellas de 350 ce 143
4.4.3 Pruebas y resultados para botellas de 600 ce 146
4.4.4 Pruebas y resultados para botellas de 1000 ce 1i49
4.5. Estimado de producción 152
4.6. Estimado de costos de producción 155
4.7. Costo estimado de la llenadora 158
CAPITULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 160
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 165
LISTA DE FIGURAS Y TABLAS 166
-
IV
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A
Manuales de operador y mantenimiento
ANEXO B
Planos del módulo de llenado
ANEXO C
Diagramas de conexión
ANEXO D
Script implementado para la animación del proceso realizado en In Touch
ANEXO E
Programa incorporado al PIC16F877
ANEXO F
Hojas de datos del PLC Siemens Simatic S7-200 CPU 224
ANEXO G
Hojas de datos del PIC16F877
ANEXO H
Hojas de datos de los elementos de las tarjetas electrónicas
ANEXO I
Hojas de datos de los cilindros neumáticos y electroválvulas neumáticas
ANEXOJ
Hojas de datos de válvulas y pulsantes
-
RESUMEN
La implemeníación del prototipo de llenadora automática de botellas en una banda
transportadora sirve como una guía adecuada para el estudio, análisis y
visualización didáctica del proceso de llenado de botellas de una forma automática, y
por otra parte está acorde con procesos industriales reales de llenado.
* El módulo mecánico cuenta con tres grados de libertad para llenar y dosificar con
líquidos acuosos a media docena de botellas de vidrio de 200 a 1000 centímetros
cúbicos en una banda transportadora de forma continua y automática, también está
constituido de un sistema para la evacuación de botellas llenas fuera de la banda de
transportación, y su calibración mecánica es realizada manualmente de acuerdo al
tamaño y forma de botella a ser llenada. E! sistema de dosificación es llevado a cabo
manteniendo la presión de líquido constante para cualquier tipo de botella y los
tiempos de llenado son variables dependiendo de! volumen a llenar.
^ El control esta realizado mediante un controlador lógico programable (PLC)
encargado de efectuar las tareas necesarias para la correcta automatización del
módulo y la consecución del objetivo planteado. La automatización es de gran
importancia ya que esta presente en casi todo el proceso de llenado, solamente la
colocación de botellas en la banda transportadora y la recepción de las mismas
luego de ser llenadas y sacadas fue,ra de la banda mediante el módulo son
efectuadas por un operador.
,Q Para el sistema de seteo de parámetros se utiliza un microcontroíador PIC que en
conjunto con una tarjeta electrónica se encarga de enviar los datos requeridos por el
PLC para ejecutar el control. Los parámetros de seteo dependen-del tamaño de
botella a llenar y son visualizados a través de displays así como el registro de la
producción diaria de botellas llenas.
Se cuenta con un sistema de visualización y monitoreo que muestra la: animación del
proceso a través de una Interfaz Hombre Máquina (HMl), realizado mediante el
programa computacional IN TOUCH.
-
mTRODUCCION
-
INTRODUCCIÓN
El proyecto está dirigido a la pequeña y mediana industria, donde debido al
volumen de su producción y a la falta de recursos económicos no es posible
disponer del equipo que se tiene en las grandes industrias, por lo que el prototipo
mejorará la producción en una pequeña envasadora a un costo no muy elevado,
brindando un cierto margen de competitividad.
Los sistemas de llenado manuales tienen un nivel de producción bajo o muy bajo
y además de ser un proceso lento requieren de un gran esfuerzo por parte del
operador de la línea de producción. Al automatizar el llenado se tienen varios
beneficios como: la disminución de tiempo de llenado, un aumento significativo en
ia producción y el trabajo realizado por el operador es menor.
La automatización ha contribuido en gran medida al progreso de los países
industrializados, el Ecuador al ser un país en desarrollo tiene una economía pobre
y es un tanto difícil invertir en nueva maquinaria o en el mejoramiento de la
existente en la industria, por lo que la consecución de proyectos como éste
benefician al desarrollo de la nación.
-
CAPITULO 1
SISTEMAS DE ENVASADO
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENVASADO
Empieza en el momento en que las botellas vacías son recogidas en jabas y
colocadas en paletas. Montacargas transportan las paletas al despaletizador
donde se descargan las jabas, luego estas son enviadas al descajonador el cual/ •obtiene las botellas desde las mismas.
Una vez que las botellas entran a la máquina lavadora, las jabas son
transportadas y almacenadas en su respectiva bodega. Habiéndose lavado, las
botellas limpias pasan a través de un registrador y luego son llenadas, tapadas y
codificadas. La codificación consiste en agregar ya sea a la.etiqueta o a la tapa
de la botella la fecha de elaboración y caducidad del producto envasado.
El producto final codificado es transportado y enviado para su encajonamiento,
completando e! proceso de empaque. Al ser empacados los productos quedan
listos para su comercialización; todos estos procesos describe el diagrama de
bloques de la figura 1.1.
1.1.1 LLENADORAS MANUALES Y SEMIMANUALES
Las Llenadoras manuales son utilizadas en pequeñas instalaciones artesanales
donde la producción no es muy elevada; este tipo de llenadoras requieren
obligatoriamente la presencia de operadores para su funcionamiento.
LLENADORA MANUAL POR CONTRAPRESIÓN
Es utilizada en aplicaciones con líquidos espumosos, se encarga de presurizar la
botella y da comienzo al llenado manteniendo la contrapresión y evitando el
espumado. Consta de un pico de acero inoxidable con adaptación para distintos
tamaños de botellas.
La figura 1.2 muestra una fotografía de la llenadora manual por contrapresión.
-
EMBOTELLADO
Enjuagador debotellas/latas
Inspeccionadorde botellas vacias
Pasteurizador o calentador
Codificador
Detector del nivelde llenado
T
Figura 1.1 Diagrama de bloques del proceso de envasado.
Figura 1.2 Llenadora manual por contrapresión.
-
LLENADORA MANUAL POR GRAVEDAD
Estas máquinas son utilizadas para envasar todo tipo de líquidos. Posee un
soporte universal que admite cualquier botella con tapa roscada, accionado por un
sistema biela-excéntrico montado en cojinetes de bronce.
Figura 1.3 Llenadora manual por gravedad.
LLENADORA SEMIMANUAL POR GRAVEDAD
Este sistema permite llenar productos líquidos normales o espumosos. A
diferencia de la llenadora manual por gravedad, este tipo de llenadora tiene un
nivel más alto de producción en el llenado.
r« i »
Figura 1.4 Llenadora semimanual por gravedad.
-
1.1.2 LLENADORAS AUTOMÁTICAS
Utilizan dispositivos electrónicos, unidades centrales de procesamiento y control
(PLC); además algunas poseen un sistema de monitoreo a través de un HMI.
Por su forma de construcción física se clasifican en llenadoras lineales y rotativas.
Por el principio utilizado en la dosificación se clasifican en llenadoras
volumétricas y por gravedad a nivel.
LLENADORAS LINEALES
Este tipo de llenadora es utilizada para dosificar a botellas de vidrio o plástico de
diferentes formas y tamaños, pero simétricas. Los envases llegan a través de
bandas transportadoras en forma ordenada una a continuación de otra, luego son
detenidas y ubicadas debajo de las válvulas dosificadoras. Una vez llenas las
botellas son evacuadas para dar paso ai siguiente grupo. Debido a esta forma de
funcionamiento la velocidad de producción es lenta.
Figura 1.5 Llenadora automática lineal.
LLENADORAS ROTATIVAS
Son empleadas en la dosificación a envases de plástico o vidrio hasta un tamaño
limitado. En este tipo de máquina se manejan estrellas para sincronizar el ingreso
y salida de botellas. Cuando los envases ingresan a la máquina son transportados
-
y al mismo tiempo llenados, por lo cual la máquina nunca se detiene. La
velocidad de producción es bastante alta con relación a otras llenadoras.
Figura 1.6 Llenadora automática rotativa.
LLENADORA VOLUMÉTRICA
Es apropiada para productos viscosos como aceite vegetal, mineral, detergentes,
etc.; donde lo más importante es la máxima precisión en la cantidad de llenado.
El depósito de la máquina está situado en la parte superior del grupo de válvulas y
es de gran capacidad. Las botellas entran por la cinta transportadora por medio
de una estrella, que las coloca sobre soportes móviles que a su vez las elevan
hasta introducir las válvulas en las mismas, produciéndose el llenado hacia las
paredes del envase.
Figura 1.7 Llenadora automática volumétrica.
-
LLENADORA POR GRAVEDAD A NIVEL
Es ideal para productos muy fluidos como agua, vinagre, vino, detergentes o
cualquier otro producto. El'depósito de la máquina está situado en la parte
superior y está construido en acero inoxidable.
Figura 1.8 Llenadora automática por gravedad a nivel.
1.2 TIPOS DE BOTELLAS
La misión fundamental de las botellas es preservar el producto en su interior
desde el momento en que es envasado, durante el transporte, almacenamiento,
distribución y exhibición, hasta el momento en que es abierto por el consumidor.
Debido a la gran variedad de productos que se tiene en el mercado, los envases
que los contienen en este caso las botellas también son de diferente forma y tipo,
el diseño único e inconfundible de las botellas se exige cada vez más para ayudar
a fomentar una marca comercial.
Los materiales utilizados en la construcción de botellas son: el vidrio, plástico y
metal en sus diferentes variantes; sin embargo los más comunes son el vidrio y el
plástico.
En la figura 1.9 se indican los diferentes tipos de botella existentes.
-
10
Figura 1.9 Tipos de botellas.
BOTELLAS DE VIDRIO
El tipo de vidrio utilizado en la fabricación de botellas recibe un tratamiento
especial para cumplir algunas propiedades como: resistencia a altas temperaturas
y a la tracción. Debido a la consistencia del vidrio las botellas son rígidas.
Las botellas se fabrican mediante un proceso automático que combina el
prensado (para formar ei extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo
hueco del recipiente).
En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un
molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo
inferior del mismo, que corresponde a! cuello de la botella terminada. Después, un
desviador desciende sobre ia parte superior del molde, y un chorro de aire que
viene desde abajo pasa por el cuello y da la primera forma a la botella. Esta
botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo
molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales.
BOTELLAS DE PLÁSTICO
Muchas de las propiedades deseables que se obtienen de los envases flexibles
Pet están íntimamente relacionadas con las propiedades de los plásticos. Desde
el punto de vista de sus aplicaciones, aígunas propiedades importantes se
-
11
mencionan a continuación:
Resistencia mecánica a la tracción.- Esta propiedad frecuentemente determina la
cantidad de material plástico que se necesita para formar la pared de un envase.
Resistencia mecánica a la perforación,- El material de envase debe ser
mecánicamente resistente a! efecto destructivo de formas características de
ciertos productos envasados, cediendo elásticamente ante el efecto de
perforación, sin romperse ni deformarse.
Resistencia mecánica a bajas temperaturas.- Una gran parte de alimentos tienen
que mantenerse refrigerados para llegar en óptimas condiciones de preservación
al consumidor.
Durabilidad.- Los plásticos no se oxidan y son inertes al ataque de la gran
mayoría de agentes ambientales comunes, con excepción de los rayos
ultravioleta.
Cosío.- Por último, y no menos importante, se tiene el costo del envase, que es en
muchos casos el factor que decide entre un tipo de envase y otro.
1.3 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE BOTELLAS
Son equipos mecánicos que se utilizan para transportar materiales de una
instalación a otra, sobre todo en la industria.
Existen varios mecanismos de transportación de botellas en todo el proceso de
llenado. Entre los más utilizados están las bandas o cintas transportadoras y los
transportadores asistidos por aire.
BANDAS TRANSPORTADORAS
Entre estos sistemas se encuentran las deslizaderas (las cintas de rodillos sin
motor utilizadas para transportar o descargar materiales de tos camiones a los
almacenes) y un amplio abanico de sistemas con motor en los que los materiales
se transportan mediante bandas, palas, carros y otros dispositivos.
-
12
Las bandas transportadoras pueden ser rectas o curvas según la distribución
física de la industria; además pueden estar construidas por eslabones de acero
inoxidable, o de algún tipo de cuero o caucho muy resistente.
Figura 1.10 Banda transportadora recta.
Figura 1.11 Banda transportadora curva.
TRANSPORTADOR ASISTIDO POR AIRE
Este tipo de transportador es utilizado para llevar los envases Pet vacíos hacia !a
embotelladora. La transferencia de las botellas desde el transportador hacia el
sistema de sujeción por el cuello de la llenadora se realiza mediante una estrella
de separación especial que ileva las botellas a la distancia justa.
En la zona de la llenadora y taponadora las botellas se sujetan exclusivamente
por el anillo de soporte en el cuello, de manera que independientemente de la
-
13
forma de las botellas y de su tamaño el transporte se realiza con seguridad y libre
de perturbaciones a través del sistema, minimizando los tiempos de cambio de
formato.
Figura 1.12 Transportador asistido por aire.
1.4 DISPOSITIVOS DE CONTROL
Para controlar un proceso industria! es necesario la utilización de dispositivos de
control como son: Actuadores y Sensores.
1.4.1 ACTUADORES HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS
Tienen como misión general el movimiento de los elementos del sistema según
las ordenes dadas por la unidad de control, pueden emplear energía neumática,
hidráulica o eléctrica.
Los actuadores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen
una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad.
Los acíuadores neumáticos, utilizan el aire comprimido como fuente de energía y
son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión
limitada.
1.4.1.1 VÁLVULAS CONTROLADAS
En el control de los procesos industriales la válvula juega un papel muy
importante en el bucle de regulación. Realiza !a función de variar el caudal del
-
t 14fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida
comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle
de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el
controlados La válvula de control típica se compone básicamente del cuerpo y del
servomotor.
El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos. El
^ obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar
Xj en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a
un vastago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el
servomotor.
TIPOS DE VÁLVULAS
Las válvulas pueden ser .de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el
movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el
obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se
%' específica a continuación.
VÁLVULA DE GLOBO
Pueden ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado. Las
válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el
obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se
emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en
posición de cierre sean mínimas,
t
Figura 1.13 Válvula de globo.
-
15
En la válvula de' doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de
desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es
menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas
de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial.
En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple
asiento.
VÁLVULA DE COMPUERTA
Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical piano o de forma especial,
que se mueve verticalmente al flujo del fluido.
Por su disposición es adecuada generalmente para control on/off, ya que en
posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy
poca resistencia al flujo de fluido cuando esta en posición de apertura total.
Figura 1.14 Válvula de compuerta.
VÁLVULAS BE MACHO
Es de 1/4 de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilindrico o
cónico que tiene un agujero en el centro, el cual se puede mover de la posición
abierta a la cerrada mediante un giro de 90°.
Figura 1.15 Válvula de macho.
-
16
VÁLVULA DE MARIPOSA
El cuerpo de la válvula esta formado por un anillo cilindrico dentro del cual gira
transversalmente un disco circular, se puede cerrar herméticamente mediante un
anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona e! eje de
giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula esta totalmente abierta,
siempre que la presión diferencial permanezca constante. En la sección de la
válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a
las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del
actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada. Se
emplean para el control de caudales de alta presión a baja presión.
Figura 1.16 Válvula de mariposa.
VÁLVULA DE BOLA
El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un
obturador en forma de bola o esfera. La bola tiene un corte adecuado que fija la
curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un
servomotor exterior. En posición de apertura total, la válvula equivale
aproximadamente en tamaño a 75% del tamaño de la tubería. La váivula de bola
se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos.
Figura 1.17 Válvula de bola.
La válvula de bola tiene un movimiento de giro de 90 grados. Se utiliza
generalmente en el control manual de líquidos o gases y en regulación de caudal.
-
17
VÁLVULAS DE DIAFRAGMA
Son de vueltas múltiples y efectúan e! cierre por medio de un diafragma flexible
sujeto a un compresor. Cuando el vastago de la válvula hace descender el
compresor, el diafragma produce el sellamiento y corta la circulación.
Figura 1.18 Válvula de diafragma.
VÁLVULAS DE APRIETE
Son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de uno o más elementos
flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir
entre sí para cortar la circulación.
Figura 1.19 Válvula de apriete.
VÁLVULAS DE RETENCIÓN
Es similar a ia válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión
normal en la tubería y se cierra por gravedad y circulación inversa.
Figura 1.20 Válvula de retención (tipo de elevación).
-
18
1.4.1.2 VÁLVULAS NEUMÁTICAS
Estas válvulas son de, vías y se utilizan cuando la señal proviene de un
temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, presostatos o mandos
electrónicos.
En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias
extremamente largas y cortos tiempos de conexión.
La misión de la válvula de vías es bloquear, abrir o desviar vías de circulación de
aire comprimido.
Posee tres empalmes y dos posiciones. El empalme uno es la entrada de aire
comprimido, el empalme dos es la salida de aire comprimido y el empalme tres
sirve de purga de aire.
Figura 1.21 Válvula neumática de 3/2 vías.
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/2
Posee cinco empalmes y dos posiciones. E! empalme uno es la entrada de aire
comprimido, el empalme dos es la salida de aire comprimido y el empalme tres
sirve de purga de aire. Los empalmes A y B son utilizados para unir la válvula al
cilindro neumático que generalmente es de doble efecto.
A B
0 0 02 1 3
Figura 1.22 Válvula neumática de 5/2 vías.
-
19
1.4.1.3 CILINDROS
El cilindro es el dispositivo mas comúnmente utilizado para conversión de la
energía neumática en energía mecánica.
La presión del aire determina la fuerza de empuje de un cilindro, el caudal de ese
fluido es quien establece la velocidad de desplazamiento del mismo.
La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es
realizado en un determinado tiempo produce potencia.
TIPOS DE CILINDROS
CILINDRO DE SIMPLE EFECTO
Este tipo de cilindro tiene una sola conexión de aire comprimido. No puede
realizar trabajos más que en un solo sentido. Se necesita aire sólo para un
movimiento de traslación.
El vastago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.
El resorte incorporado se calcula dé modo que haga regresar el émbolo a su
posición inicial a una velocidad suficientemente grande.
En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de éste limita
la carrera.
Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.
SECCIÓN TRANSVERSAL sfManun F CITO ERA FÍA
Figura 1.23 Cilindro de simple efecto.
-
20
CILINDRO DE DOBLE EFECTO
La fuerza ejercida por el aire comprimido en cilindros de doble efecto impulsa a
realizar un movimiento de traslación en ios dos sentidos. Se dispone de una
fuerza útil tanto en la ida como en e! retorno.
Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el
émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial.
En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en
cuenta la flexión y el doblado que puede sufrir el vastago salido.
_§)
SECCIÓN TRANSVERSAL FOTOGRAFÍA
Figura 1.24 Cilindro de doble efecto.
CDLEVDRO DE DOBLE VASTAGO
Este tipo de cilindros tienen un vastago corrido hacia ambos lados.'La guía del
vastago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos
permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas
pequeñas laterales.
La fuerza que produce el vastago es igual en los dos sentidos.
SECCIÓN TRANSVERSAL FOTOGRAFÍA
Figura 1.25 Cilindro de doble vastago.
¿^
-
21
f
CILINDRO TÁNDEM
Está constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una unidad. Gracias
a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se
obtiene en el vastago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal del
mismo diámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se
dispone de un espacio determinado, no siendo posible utilizar cilindros de un
diámetro mayor.
SECCIÓN TRAN5VER5AL. FDTDGRAFfA
Figura 1.26 Cilindro Tándem.
1.4.2 SENSORES
DETECTORES DE POSICIÓN
FINAL DE CARRERA
Es utilizado para transformar un movimiento mecánico en una seña! eléctrica.
El movimiento mecánico en forma de leva o empujador actúa sobre la palanca o
pistón de accionamiento del interruptor de posición haciendo abrir o cerrar un
contacto eléctrico del interruptor.
Esta señal eléctrica se utiliza para posicionar, contar, parar o iniciar una
secuencia operativa al actuar sobre los elementos de control de la máquina.
El accionamiento por palanca supone aproximadamente el 90% del total de
aplicaciones de los interruptores de posición. Esta diseñada para ser accionada
por cualquier ieva cuyo movimiento sea perpendicular al eje sobre el que gira la
palanca. La elección de longitud de la palanca debe basarse en la distancia entre
la leva y el eje del interruptor
-
22
DETECTOR SIN CONTACTO INDUCTIVO
En la practica se deben requerir materiales móviles (piezas, etc.) en maquinas e
instalaciones para ser contadas. Los sensores inductivos constan de un oscilador,
un paso de aumento y un amplificador. El oscilador genera con ayuda de su
bobina oscilante, un campo alterno de alta frecuencia en forma de casquete que
se desborda de la cara frontal del sensor.
Figura 1.27 Detector sin contacto Inductivo.
Según sea las necesidades, se pueden emplear sensores inductivos para
sistemas con corriente alterna o corriente continua. Con corriente alterna estos
interruptores por proximidad trabajan en rangos de 20 V a 250 V. La frecuencia de
conexión alcanza cerca de 50/60 impulsos por segundo.
La adecuada elección de un interruptor de posición consiste básicamente, en la
correcta determinación del elemento de accionamiento, de! cuerpo y de la
precisión requerida. La elección del cuerpo dependerá de! grado de protección
requerido y de las dimensiones disponibles.
DETECTOR SIN CONTACTO CAPACITIVO
Están basados en la detección de un cambio en la capacidad del sensor
provocado por una superficie próxima a éste. Constan de dos elementos
principales; por un lado está el elemento cuya capacidad se altera (que suele ser
un condensador formado por electrodos) y por otra parte el dispositivo que
detecta el cambio de capacidad (un circuito electrónico conectado al
condensador).
Este tipo de sensor tiene la ventaja de que detectan la proximidad de objetos de
cualquier naturaleza; sin embargo, hay que destacar que la sensibilidad disminuye
en gran medida cuando la distancia es superior a algunos milímetros. Además, es
-
23
muy dependiente del tipo de material. Por ejemplo, a una distancia de 5 mm, la
medida del cambio de capacidad es mucho más precisa si el elemento que se
aproxima es Hierro comparándola con PVC.
Figura 1.28 Detectores capacitivos,
SENSOR DE PRESIÓN: PRESÓSTATOS
Sirven para controlar o regular una presión en un circuito neumático o hidráulico.
Estos aparatos transforman un cambio de presión en una señal eléctrica. Cuando
se alcanza una cierta presión preseleccionada, el contacto de tipo ruptura brusca
cambia de estado. •
LfNEA ELÉCTRICA
Figura 1.29 Presóstato.
1.5 PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO
Los sistemas neumáticos de mando consumen aire comprimido, que debe estar
disponible tanto en caudal suficiente como en presión adecuada según el
rendimiento de trabajo. El equipo requerido en una instalación productora de aire
comprimido es el compresor, del que existen varios tipos para las distintas
posibilidades de utilización.
-
24
1.5.1 COMPRESOR DE AIRE
También llamado bomba de aire es una máquina que disminuye el volumen de
una determinada cantidad de aire y aumenta su presión por procedimientos
mecánicos.
El aire comprimido posee una gran energía potencial, ya que si eliminamos la
presión exterior, se expandiría rápidamente.
El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas
máquinas y herramientas, como cilindros neumáticos, martillos neumáticos,
taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.
En general hay dos tipos de compresores: alternativos y rotatorios.
iLos compresores alternativos o de desplazamiento, también llamados de pistón o
de émbolo, se utilizan para generar presiones altas mediante un cilindro y un
pistón que ai moverse hacia un lado, el aire entra al cilindro por la válvula de
admisión; y cuando se mueve hacia el otro lado, el aire se comprime y pasa a un
depósito por un conducto muy fino.
Salida de aire comprimido
Depósito
Salida de aire comprimido
de controlX
{A ' '"
<
Fisión
-
-
25
1.5.2 UNIDAD DE MANTENIMIENTO
Representa una combinación de los siguientes elementos;
• Filtro de aire comprimido.
• Regulador de presión.
• Lubricador de aire comprimido.
FOTOGRAFÍA
Figura 1.32 Unidad de mantenimiento.
FILTRO DE AIRE COMPRIMIDO
Tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el
agua condensada.
El filtrado es el proceso de separar un sólido suspendido al hacerlos pasar a
través de un medio poroso por el cual el aire puede penetrar fácilmente.
El fluido a filtrar se denomina suspensión, el fluido que se filtra, el filtrado, y el
material sólido que se deposita en el filtro se conoce como residuo.
Figura 1.33 Filtro de aire.
-
26
REGULADOR DE PRESIÓN
Su propósito es mantener la presión de trabajo (secundaria) lo más constante
posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red
(primaria) y del consumo de aire.
Figura 1.34 Regulador de Presión.
LUBRICADOR DE AIRE
Lubrica los elementos neumáticos apropiadamente. Los lubricantes son
sustancias aplicadas a las superficies de rodadura, deslizamiento o contacto de
las máquinas para reducir el rozamiento entre las partes móviles. Los lubricantes
naturales pueden ser fluidos o semifluidos (como ios aceites orgánicos y
minerales), semisólidos, como la grasa o sólidos como el grafito.
Figura 1.35 Lubricadorde aire.
1.6 COMUNICACIONES
En los procesos industriales las comunicaciones consisten en un conjunto de
subsistemas de comunicación que deben trabajar de forma coordinada, los
mismos que se encuentran distribuidos físicamente en las instalaciones.
f
IX
Figura 1.36 Sistema SCADA.
-
28
La comunicación a niveles de campo se realiza mediante redes que funcionan
bajo protocolos de campo (HART, MODBUS, PROFIBUS) FIELDBUS, etc.). Las
redes de campo se comunican con las redes administrativas por medio de redes
LAN.
TIPOS DE ENLACES
Los enlaces tradicionales de comunicaciones utilizados por un sistema SCADA,
son sistemas satelitales, redes de microondas, radiocomunicaciones de VHF /
UHF, líneas conmutadas o dedicadas, fibra óptica, telefonía celular entre las
principales.
NIVELES DEL SISTEMA SCADA
Los niveles del Sistema SCADA son los siguientes;
• Nivel de instrumentación.
• Nivel de campo y proceso.
• Nivel de comunicaciones.
• Nivel de control.
• Nivel de gestión.
NIVEL DE INSTRUMENTACIÓN
Toma las variables físicas (temperatura, presión, fiujo, etc.), las convierte en una
seña! que pueda ser leída o interpretada por el operador. El sistema SCADA,
maneja instrumentación eléctrica o electrónica, donde la variable física se
convierte en una señal eléctrica. En este nivel se encuentran los sensores y
actuadores.
NIVEL DE CAMPO Y PROCESO
Aquí se realiza la integración de la información generada y requerida por los
procesos automáticos que utilizan unidades terminales que básicamente son
dispositivos inteligentes (PLCs, Controladores).
Consta de tres subunidades que son:
-
29
• La sub-unidad de entradas y salidas.
• La sub-unidad procesadora o CPU.
• La sub-unidad de puertos de comunicaciones.
NIVEL DE COMUNICACIONES
Es el encargado de tomar la información del nivel de campo y proceso, y
transmitirla por el medio de comunicación escogido hasta el centro de control.
Dependiendo del costo, la disponibilidad solicitada, la velocidad de transmisión y
la confiabilidad requerida. Los medios de comunicación mas apropiados pueden
ser:
• Línea telefónica.
• Radio de comunicaciones.
• Microondas.
• Sistemas satélites u otros de envergadura similar,
NIVEL DE CONTROL
Esta compuesto por un conjunto de poderosos computadores con toda la variedad
de periféricos, que realizan el procesamiento de las señales. Usualmente, existe
también, un equipo de ¡nterfase de comunicaciones, cuya función es la de recibir
la información de diferentes canales de comunicación y procesarla, agrupándolas
para enviarlas a los computadores servidores mediante redes de comunicación
LAN. .
NIVEL DE GESTIÓN
Se encarga de integrar los niveles inferiores en una estructura organizada
jerárquica. Las máquinas en este nivel sirven de enlace entre e! proceso
productivo y él área de gestión en la cual se requiere información sobre ventas,
tiempos de producción, etc. Emplean redes tipo LAN y WAN.
Ventajas del Sistema SCADA
Se pueden mencionar las siguientes:
-
30
• Reporte en tiempo rea! de las variables físicas del sistema.
• Control de contingencias.
• Almacenamiento de datos históricos,
• Planeamiento de la operación.
• Análisis de instrumentos.
• Eficiencia y seguridad de la operación.
• Confiabiiidad en la medición.
• Facilidad de mantenimiento.
Como se puede apreciar, un sistema SCADA, permite evaluar procesos continuos
o discretos, los que se presentan en toda la naturaleza.
1.6.1.2 BCS (SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO)
Incluye estaciones de operador ubicadas cerca de los módulos de control y
módulos de entrada /salida que son los que interactúan con el proceso, llevando a
cabo las funciones de control de toda la planta a través de una serie de módulos
de control autónomos, generalmente distribuidos en la misma planta y enlazados
por algún medio o camino de comunicación.
Los DCS buscan evitar que todo el control de la planta este en una sola unidad.
Los componentes de un Sistema de Control Distribuido son:
• Sistema de comunicaciones.
• Dispositivos de controi (PLCs, Controladores, DSPs, etc.).
• Computadoras.
• Software para el control y la supervisión.
Ventajas del DCS
• Mayor robustez a fallos de algún ordenador.
• Mayor eficiencia debido al proceso paralelo.
• Menor rigidez en los dispositivos.
• Cobertura de plantas de mayor tamaño.
-
31
1.6.1.3 INTEIUFAZMCOMIM^
Una Interíaz Hombre-Máquina, HMI o MMI (Man-Machine Interface), es un
mecanismo que permite a un operador humano interactuar con una máquina o
proceso y determinar el estado o magnitud de los dispositivos y/o variables físicas
que están presentes en dicho proceso industrial. La interfaz puede ser muy
compleja y con varias pantallas desarrolladas en un computador las mismas que
muestran en el monitor representaciones esquemáticas del proceso bajo
supervisión, incluyendo valores reales de las variables presentes en ese momento
en el proceso.
El correcto funcionamiento de una interfaz depende de la comunicación entre los
dispositivos de campo y los usuarios o supervisores de procesos industriales;
para esto se requiere de uno o varios sistemas de comunicación. Los sistemas de
comunicación pueden ser simples o complejos dependiendo del proceso a
monitorear.
La ¡nterfaz incluye las pantallas, ventanas, controles, menús, interfaz de usuario,
metáforas, la ayuda en línea, la documentación y el entrenamiento. Cualquier
cosa que el usuario ve y con lo cual ¡nteractúa es parte de la interfaz. Una interfaz
inteligente es fácil de aprender y usar. Permite a los usuarios hacer su trabajo o
desempeñar una tarea de una manera que tiene más sentido para ellos, en vez
de tener que ajustarse al software.
1.7 GLOSARIO DE TÉRMINOS
Jaba.- Cajón acondicionado especialmente para transportar botellas, piezas de
loza u otros objetos frágiles.
Paleta.- Esta formada por tablas de madera planas, que se fijan sobre un marco
del mismo materia! que se utilizan como soporte de un conjunto dejabas.
Despaletizador.- Máquina encargada de retirar cada jaba de ta paleta por lo
general hacia una banda transportadora.
-
32
Montacargas.-Ascensor destinado a elevar y transportar pesos.
Descajonador.- Máquina electromecánica destinada a retirar las botellas vacias
de las jabas.
Encajonador.- Máquina electromecánica consignada a colocar las botellas llenas
en las jabas.
Registrador.- Es un aparato que deja anotadas automáticamente las indicaciones
variables de su función propia, como la presión! la temperatura, el peso, la
velocidad, número de botellas, etc.
Contrapresión.- Presión que se realiza en sentido contrario.
Biela-excéntrico.- En las máquinas, barra que sirve para transformar e!
movimiento de vaivén en otro de rotación, o viceversa.
Cojinete.- Pieza o conjunto de piezas en que se apoya y gira el eje de un
mecanismo.
Válvula.- Mecanismo que regula el flujo de la comunicación entre dos partes de
una máquina o sistema, impide e! retroceso de un fluido que circula por un
conducto.
Válvula dosificadora.- Es utilizada para enviar el producto líquido que se
encuentra dentro del tanque de almacenamiento hacia el interior de la botella.
Estrella.- Objeto en forma de estrella que es parte de una máquina llenadora y
sirve para alinear las botellas al momento del ingreso de las mismas a la etapa de
llenado.
Prensado.- Parte de la fabricación de una botella de vidrio en la cuál se forma el
pico de la misma.
-
33
Soplado.- Parte de la fabricación de una botella de vidrio en la cuál se forma el
cuerpo de la misma.
Envases flexibles Pet- Son botellas plásticas caracterizadas por un anillo
ubicado en el pico de las mismas que sirve para transportarlas en la línea de
llenado.
tBucle de regulación.- Lazo de control automático utilizado para la regulación de
la apertura y cierre de las válvulas controladas.
Servomotor.- Sistema electromecánico que amplifica la potencia reguladora.
Obturador.- Dispositivo mecánico perteneciente al cuerpo de la válvula por el que
se controla el paso de fluido.
% Purga de aire.- Sacar el aire en un circuito de un aparato o máquina para su buen
funcionamiento.
Vastago.- Barra que, sujeta al centro de una de ias dos caras del émbolo del
cilindro neumático, sirve para darle movimiento o transmitir el suyo a algún
mecanismo,
Embolo.- Pieza que se mueve alternativamente en el interior de un cuerpo de
£; bomba o del cilindro de una máquina para enrarecer o comprimir un fluido o^recibir de él movimiento.
Electrodo.- Extremo de un conductor en contacto con un medio, al que lleva o del
que recibe una corriente eléctrica.
VHF.- Siglas de 'frecuencia muy alta' (en inglés, Very High Frequency), banda de
frecuencias de radio comprendidas entre 30 y 300 MHz. Esta frecuencia se utiliza
-
34
para emisiones FM (frecuencia modulada) y de radioaficionados, así como para
transmisiones de televisión.
UHF,- Acrónimo.en inglés de Ultra High Frequency, frecuencia de radio de onda
corta comprendida entre 300 MHz y 3.000 MHz. Esta frecuencia se utiliza para
modulación de frecuencia FM y de radioaficionados así como para transmisión de
televisión.
LAN.- Red de área local. Conjunto de ordenadores o computadoras que pueden
compartir datos, aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las
computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta
unos pocos kilómetros, y se suelen usar en oficinas o campus universitarios. Una
LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un
grupo de usuarios y reduce los costes de explotación
WAN.- Red de área amplia. Cuando se llega a un cierto punto, deja de ser poco
práctico seguir ampliando una LAN. A veces esto viene impuesto por limitaciones
físicas, aunque suele haber formas más adecuadas o económicas de ampliar una
red de computadoras. Son enlaces para grandes distancias que amplían la LAN
hasta convertirla en una red de área amplia (WAN).
-
CAPITULO 2
$
-
36
CAPITULO 2
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA MECÁNICO DE LLENADO
Esta compuesto principalmente por dos partes que son el sistema de bandas
transportadoras de botellas y el módulo encargado de receptar las botellas a ser
llenadas y evacuadas fuera de la banda transportadora. La figura 2.1 muestra un
esquema simplificado exponiendo las partes constituyentes del sistema las cuales
son: (as bandas transportadoras 1 y 2, y el módulo ¡mplementado.
También se indican los tres grados de libertad que están establecidos en eK
sistema, ejes X, Y y Z; el eje X representa el movimiento de 'las botellas en Ja
banda 2, el eje Y es el movimiento vertical (arriba y abajo) de las válvulas
llenadoras producido por dos cilindros neumáticos de iguales características, en ei
eje Z ei movimiento lo realiza la banda 1 y e! cilindro neumático encargado de
evacuar las botellas fuera de la banda 2,
MODULO DE LLENADOY EVACUACIÓN
\A 1
IFigura 2.1 Sistema mecánico simplificado y grados de libertad.
A continuación se muestra una fotografía del prototipo y la banda 2 que indica las
principales partes que conforman el sistema las cuales serán descritas en los
numerales siguientes.
-
ESTRUCTURA METÁLICA
TAN 13U E
Hl DRONEUMÁTICO
TREN DE LLENADOY EVACUACIÓN
CUADRO DE
SOPORTE
BAN DA 2
MOTO REDUCTOR.
TRIFÁSICO BARRAS
METÁLICAS
Figura 2.2 Fotografía del prototipo implementado.
Los planos en detalle de las distintas partes que conforman el prototipo se
encuentran en el ANEXO B.
2.2 CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA METÁLICA DE LLENADO
Es el soporte principal del módulo de llenado y evacuación de botellas, ya que en
el mismo se encuentran la mayor parte de piezas que conforman todo el módulo
de llenado. Esta estructura permite sujetar el cuadro de soporte del tren de
llenado encargado de llenar y evacuar las botellas fuera de la banda (movimiento
ejes Y y Z respectivamente). También es la encargada de sujetar los paneles de
control del sistema eléctrico (PLC) y electrónico (PIC).
Para la construcción y diseño de la estructura se toma en cuenta el tamaño de la
banda 2 de la figura 2.1 (movimiento eje X), en lo que se refiere a su altura y
ancho, así como los distintos elementos del módulo de llenado y evacuación de
botellas que se describen más adelante.
-
La estructura metálica empleada esta compuesta principalmente por cuatro
perfiles de tubo de 1" x 2" y 2 m de altura que forman las patas del modulo,
sujetas por pernos mediante ángulos en la parte superior y barras metálicas del
mismo material, en lugares donde sea conveniente para darle una mayor
estabilidad.
Figura 2.3 Representación 3D de la estructura metálica.
También esta compuesto de cuatro perfiles de ángulo perforados que cumplen la
función de sujetar al cuadro de soporte de! tren de llenado en una ubicación
Las representaciones 3D se encuentran realizadas en el software de diseño Autocad 2004.
-
39
adecuada dependiendo de la altura de la botella a ser llenada, están ubicados en
la parte superior de cada pata de la estructura y sujetos a la misma mediante
pernos; tacos de madera se utilizan para que los perfiles perforados tengan una
holgura adecuada y poder ubicar mediante pernos al cuadro de soporte del tren
de llenado.
ÁNGULO FERFDRADD
TADD DE MADERA
Figura 2.4 Detalle 3D de la estructura metálica.
2.3 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN Y EVACUACIÓN
Es el encargado de llenar las botellas ubicadas en el mismo mediante la banda
transportadora y luego de ser llenadas o dosificadas sacarlas fuera de la misma.
Consta principalmente de las siguientes partes;
• El cuadro de soporte del tren de llenado.
• El tren de llenado.
-
40
2.3.1 CONSTRUCCIÓN DEL CUADRO DE SOPORTE DEL TREN DE LLENADO
Tiene ia función de sostener al tren de llenado y permitir que el mismo se mueva
en el eje Z para realizar la acción de evacuación de botellas.
En el cuadro de soporte se tienen dos canales en forma de U localizados a cada
extremo del mismo y sujetados mediante pernos que sirven para que el tren de
llenado pueda deslizarse por ellos mediante ruedas pequeñas y de esta manera
sacar las botellas fuera de la banda. También esta formado por cuatro recodos
perforados ubicados en cada esquina del mismo, que encajan en [os ángulos
perforados de la estructura metálica descrita anteriormente. Los recodos sirven de
ayuda para la regulación de la altura con respecto a la banda que se debe
cambiar manualmente dependiendo del tamaño de la botella empleada en el
llenado. Las partes descritas anteriormente a excepción de los canales en U se
encuentran soldadas.
Las figuras 2.5 y 2.6 son representaciones 3D del cuadro de soporte para apreciar
de una mejor manera lo explicado anteriormente.
Figura 2.5 Representación 3D del cuadro de soporte del tren de llenado.
-
*41
ÁNGULO PERFORADO
PERFIL DE
TUBD
Figura 2.6 Detalle 3D del cuadro de soporte del tren de llenado.
PBEZA DE DOS CANALES
Está construida de madera y tiene la funcionalidad de sujetar mediante pernos al
cilindro neumático de evacuación con el objeto de que el mismo no se deslice o
se mueva al accionarse en el movimiento a través del eje Z. La pieza de dos
canales se encuentra ubicada en la parte trasera y central del cuadro de soporte
del tren de llenado y acoplada al mismo mediante una escuadra metálica.
La figura 2.7 muestra la pieza de dos canales descrita con medidas en cm. y su
respectiva representación 3D.
VISTA FRONTAL
4,7 1
" *1 -~ft*~n
Cu
.¡
t- ""
colf>
J
i
COcu
-4-1
Si!VISTA SUPERIOR. VISTA LATERAL
Figura 2.7 Pieza de dos canales del tren de llenado.
-
42
ESCUADRA DE SUJECIÓN DE PIEZA DOS CANALES
Se trata de un ángulo perforado que cumple la función de sujetar mediante per/jgg
la pieza dos canales descrita anteriormente, ai cuadro de soporte del tren de
llenado.
La figura 2.8 muestra dicha escuadra soporte, así como su representación 3D.. u . o,3
o0o0o0o
"t
o0o0o0o
-*-,
101—1
i1
Figura 2.8 Escuadra de sujeción de pieza dos canales.
2.3.2 CONSTRUCCIÓN DEL TREN DE LLENADO
Es la parte más importante del modulo mecánico de llenado, ya que es la
encargada de realizar las acciones de llenado de liquido en las seis botellas y
expulsar éstas fuera de la banda transportadora. Está constituido por varias
partes que se describen a continuación y que unidas entre si, sirven para el
propósito del sistema de llenado implementado.
BASE DEL TREN DE LLENADO
Principalmente esta formado por una especie de carro constituido de cuatro
ruedas insertadas en perfiles de aluminio adecuados para el propósito, que sirven
para que el tren se deslice a través de ios canales en forma de U ubicados en el
cuadro de soporte explicado anteriormente y de esta manera sacar las botellas
fuera de la banda a través de un cilindro neumático (cilindro de evacuación) que
empuja a todo el tren para íogrario.
Tiene una base de madera y tol en donde se apoyan las piezas que sujetan a los
cilindros neumáticos de subida y bajada de botellas (movimiento eje Y), al sistema
-
43
de válvulas de bola empleado para regular la dosificación del llenado y al sistema
de válvulas de bola que regulan el paso de aire hacia las boyas inflables para la
sujeción de botellas.
Las figuras 2.9 y 2.10 son una representación 3D de la base del tren de llenado.
BASE DEL TREN DE LLENADO
PERFIL DE ALUMINIOPERFIL DE ALUMINIO
Figura 2.9 Representación 3D de la base del tren de llenado.
PERFIL DE
ALUMINIO
Figura 2.10 Detalle 3D de la base del tren de llenado.
RUEDAS DEL TREN DE LLENADO
Son cuatro ruedas plásticas ubicadas en cada uno de los extremos de los perfiles
de aluminio descritos en el punto anterior. Los perfiles de aluminio tienen la forma
adecuada para sujetar a las ruedas, cuyo principal objetivo es hacer deslizar al
tren de llenado por los canales en forma de U con el fin de sacar las botellas ya
llenas fuera de la banda transportadora.
La figura 2.11 es una representación 3D de la rueda utilizada.
-
44
Figura 2.11 Representación 3D de la rueda del tren de llenado.
CILINDROS NEUMÁTICOS
Para la construcción de las diferentes partes del tren de llenado se tomo en
cuenta fas dimensiones de los cilindros neumáticos, ya que constituyen una parte
importante en lo que a la mecánica del módulo se refiere, porque gracias a ellos
los procesos de llenado de botellas y salida de las mismas fuera de la banda es
posible.
Se tiene tres cilindros neumáticos encargados del movimiento del tren de llenado
en los ejes Y y Z, dos son los encomendados de! movimiento en el eje Y (subida y
bajada de botellas), y uno es el que mueve al tren en el eje Z (cilindro de
evacuación).
CILINDROS NEUMÁTICOS EJE Y
Son los que hacen subir o bajar las seis válvulas llenadoras sujetadoras hacia las
botellas, cuando éstas están ubicadas bajo el tren de llenado. Los dos cilindros se
encuentran sujetos en su parte superior e inferior a la pieza en C y a la pieza en T
del tren de llenado respectivamente mediante rodelas y tuercas de medida
adecuada para el efecto, poseen las mismas características en medidas y en
funcionalidad, tienen una carrera de 16 cm lo que permite subir y sacar sin
problema fuera de la banda a las botellas ya llenas, debido a que las guías de las
botellas ubicadas en la banda tienen una altura de 10 cm, desde la base de la
misma.
-
45
La sujeción de los cilindros es de gran importancia ya que los mismos deben estar
firmes en el momento de realizarse el movimiento en todo el proceso de llenado y
evacuación de botellas, para evitar que se descalibre el tren de llenado.
La figura 2.12 es una representación 3D del cilindro y la figura 2.13 es una
fotografía del cilindro utilizado.
Figura 2.12 Representación 3D del cilindro neumático eje Y,
Figura 2.13 Fotografía del cilindro neumático eje Y.
CILINDRO NEUMÁTICO EJE Z
Es el encargado del movimiento de todo el tren de llenado a través del eje Z, su
función principal es la de mover al tren de llenado con el propósito de sacar las
botellas ya llenas de líquido fuera de la banda transportadora. Ei cilindro de
evacuación cuenta con una carrera de 19 cm que se tomo en consideración para
la salida de botellas fuera de la banda. Se encuentra sujeto en su parte posterior
mediante la pieza dos canales descrita anteriormente, que forma parte del cuadro
de soporte del tren de llenado y esta sujetado en la parte frontal mediante su
vastago a una pieza escuadra *en L pequeña ubicada en la parte posterior y
central de la base del tren de llenado.
La figura 2.14 muestra la representación 3D del cilindro de evacuación.
-
46
Figura 2.14 Representación 3D del cilindro neumático eje Z.
PIEZAS SUJETÁDORAS DE CJLESfDUOS EXE Y
Se trata de diferentes piezas que conforman el tren de llenado y tienen por
objetivo el sujetar de una manera firme a los cilindros neumáticos descritos, con el
fin de evitar movimientos del tren de llenado no deseados.
Piezas escuadra en S
Están formadas por dos escuadras de acero en L, unidas entre si mediante
pernos y tuecas para formar una pieza escuadra es S. Tienen por funcionalidad el
retener a la pieza en C que sujeta a su ves a los cilindros neumáticos de subida y
bajada de válvulas llenadoras sujetadoras. Estas piezas son dos y están
ubicadas a cada extremo de la pieza en C que se describirá más adelante. Las
escuadras en S están sujetas a la base del tren de llenado mediante tornillos.
Figura 2.15.
Figura 2.15 Representación 3D de pieza sujetadora de cilindros escuadra en S.
-
47
Pieza en C
La pieza en C sujetadora de cilindros está construida de madera y es la encargara
de sostener en la parte superior a los cilindros neumáticos de movimiento eje Y,
mediante dos orificios de 2.2 cm. de diámetro para que la rosca del cilindro
ingrese en los mismos y sujetarlos mediante una tuerca. Figura 2.16.
Figura 2,16 Representación 3D de pieza en C sujetadora de cilindros.
Piezas en T
Son dos y tienen como función sujetar en el extremo inferior a los cilindros
neumáticos del eje Y, están formadas por una placa de aluminio con un agujero
en su parte delantera (por donde el cilindro neumático ingresa) y por una pieza de
madera que se encuentra sujeta a la base del tren de llenado mediante tornillos.
La placa de aluminio y la pieza de madera se encuentran sujetas una con otra
mediante tornillos. Figura 2.17.
Figura 2.17 Representación 3D de pieza en T sujetadora de cilindros,
Pieza escuadra en L pequeña
Tiene por objetivo sujetar al cilindro del eje Z en su vastago mediante un perno en
uno de los orificios que posee. Es de acero y está ubicada en la parte posterior y
central de la base del tren de llenado, y sujeta mediante tornillos a la misma.
Figura 2.18.
-
Figura 2.18 Representación 3D de pieza escuadra en L pequeña.
PIEZA SOPORTE/CANALES DE VÁLVULAS DOSIFICAD ORAS/SU JETAD ORAS
Tiene dos funciones primordiales que son: sujetar a las válvulas
dosificadoras/sujetadoras y permitir variar manualmente la distancia entre válvula
y válvula dependiendo del tamaño de botella, gracias a los tres canales que
posee.
Está construida a partir de un canal de aluminio de 2 milímetros de grosor y se fija
a los vastagos de los cilindros neumáticos eje Y del tren de llenado mediante dos
orificios en cada lado de la pieza. Se debe indicar que sostiene en su lado
derecho al final de carrera 2. Figura 2.19.
FINAL DE
CARRERA 2
Figura 2.19 Representación 3D de pieza soporte/canales de válvulasdosificadoras/sujetadoras.
PIEZAS ALESfEADORAS DE VÁLVULAS DOSIFICADORAS/SUJETADORAS
Son dos piezas de madera que como su nombre lo indica, alinean a las válvulas
dosificadoras/sujetadoras, con el objetivo de que el tubo que conduce liquido de
-
49
cada válvula dosificadora, quede alineado para que ingrese sin ningún problema
en el pico de cada botella a ser llenada cuando los cilindros neumáticos del eje Y
hagan bajar a las válvulas. Figura 2.20.
Están sujetas entre si mediante dos pernos de 4" x %" cada uno y sus respectivas
tuercas y rodelas, ubicados a cada lado de las mismas. Una de las piezas esta
cortada en uno de sus extremos para impedir que la misma tope a la pieza en C
soporte de final de carrera 1 que se describirá más adelante.
Figura 2.20 Representación 3D de piezas alineadoras de válvulasdosificadoras/sujetadoras.
PIEZAS ESCUADRA EN L GRANDES
Son dos piezas de acero sujetas mediante pernos a la base del tren de llenado y
su principa! objetivo es el de sostener al sistema de válvulas de bola que regulan
la presión de aire hacia las válvulas dosificadoras/sujetadoras. Figura 2.21.
Figura 2.21 Representación 3D de piezas escuadra en L grandes.
-
50
PIEZA EN C SOPORTE DE FINAL DE CARRERA 1
Tiene como función soportar y sujetar en la parte inferior de ia misma al final de
carrera 1, con lo que al bajar la pieza soporte/canales de válvulas
dosifícadoras/sujetadoras (movimiento eje Y), este final de carrera se acciona. Se
encuentra construida de aluminio y está sujeta en su parte superior, a la base de!
tren de llenado mediante tornillos. Figura 2.22.
FINAL DE
CARRERA 1
Figura 2.22 Representación 3D de pieza en C soporte de final de carrera 1.
PIEZA EN C SOPORTE DE FINALES DE CARRERA 3 Y 4
Se encarga de soportar y sujetar los finales de carrera 3 y 4 que se activan al
moverse todo el tren de llenado a través del eje Z. El final de carrera 3 se acciona
cuando el tren de llenado se encuentra en posición de evacuación de botellas, y el
final de carrera 4 es accionado cuando el tren de llenado se encuentra en posición
inicial. Esta construida con un cana! de aluminio y una tapa del mismo materia!, y
se encuentra sujeta al cuadro de soporte del tren de llenado mediante pernos.
Figura 2.23.
FINAL DE
CARRERA 3
Figura 2.23 Representación 3D de pieza en C soporte de finales de carrera 3 y 4.
-
51
FINAL DE CARRERA
También llamados sensores de contacto o bumpers, son utilizados para detectar
la posición del tren de llenado y de las válvulas dosificadoras/sujetadoras. Tienen
tres terminales que son: contacto normalmente abierto (NO), contacto
normalmente cerrado (NC) y el Terminal común (C). Para nuestro caso se utilizó
el contacto normalmente abierto en todos los finales de carrera. Figura 2.24,
Figura 2.24 Representación 3D de de final de carrera utilizado.
2.3.3 CONSTRUCCIÓN DE VÁLVULAS DOSIFICADORAS/SUJETADORAS
Son las encargadas de realizar las acciones de llenado de líquido y sujeción de
las botellas, en el proceso. Están constituidas de algunas partes como:
• El tubo para líquido
El líquido a llenar ingresa a la botella mediante un tubo de acero inoxidable de 1/4
de pulgada ubicado en el centro de la válvula, de aproximadamente 20 cm. de
largo. Se encuentra sujeto en su extremo superior á la manguera de caucho
flexible mediante una abrazadera.
• La boya ¡nflable
La sujeción de las botellas se realiza mediante una boya ¡nflable ubicada en la
boca inferior del cono de la válvula, y sujeta al cono mediante adhesivo de doble
lado. Está construida de tubo de caucho y en forma cilindrica, y posee un racor
para unirlo al tubo de acero inoxidable de %" para aire. La figura 2.25 muestra una
fotografía de la boya ¡nflable.
Figura 2.25 Boya ¡nflable de caucho.
-
• El tubo para aire
Es de acero inoxidable de % de pulgada y se une al racor de la boya inflable
mediante una unión adecuada para el efecto. Lleva aire hacia la boya inflable y se
encuentra sujeto en su extremo superior a la manguera de caucho flexible por una
abrazadera.
• Ei cono de la válvula
Esta es la parte externa de la válvula dosificadora/sujetadora y tiene la forma de
un cono truncado, está fabricada de plástico resistente y tiene la medida
adecuada para poder llenar las botellas desde 200 cm3, ya que estas son las
botellas más delgadas.
• La tapa del cono de la válvula
Es |a que se encarga de sujetar al cono mediante una rosca. Tiene además tres
agujeros por los que ingresan dos pernos (que sujetan la válvula a la pieza
soporte/canales) y el tubo para líquido.
• La pieza sujetadora de la boya inflable
Es la encargada de sostener a la boya inflable desde su racor y tiene una
curvatura en ángulo recto que se acopla a la tapa del cono de la válvula para
sujetarse de una mejor manera. En la parte que se acopla a la tapa del cono de la
válvula, posee tres agujeros que tienen el mismo propósito de los agujeros de la
tapa del cono.
• Los pernos sujetadores
Son dos pernos que sujetan la válvula dosificadora/sujetadora a la pieza
soporte/canales mediante tuercas de mariposa que se ajustan para mantenerla
firme. La cabeza de los tornillos se encuentra dentro de la tapa del cono de la
válvula.
• Las tuercas ajustables de la boya inflable
Estas tuercas sirven para ajustar el racor de la boya inflable a la pieza sujetadora
de la misma, con el objeto de que la boya se mantenga firme dentro del cono de
la válvula.
La figura 2.26 muestra un corte en sección 3D de ia válvula para apreciar mejor lo
expuesto. La figura 2.27 es una representación 3D de la válvula.
-
53
TUBO PARA LfQUIDD
TORNILLO
PIEZA SUJETADORA
DE BOYA INFLABLE
CONO DE LA
VÁLVULA
TORNILLO DE LA
BOYA INFLABLE
TUERCA'
TUERCA
BDYA INFLABLE
Figura 2.26 Sección transversal 3D de la válvula dosifícadora/sujetadora.
TUBO PARA LÍQUIDO
PIEZA SU JETA DORA
DE BOYA INFLABLE
CDHD DE LA
VÁLVULA
TORNILLO DE LA
BDYA INFLABLE
TUERCA
TUERCA
Figura 2,27 Representación 3D de la válvula dosificadora/sujetadora.
-
54
2.3.4 SISTEMA MECÁNICO DE INGRESO Y DISTRIBUCIÓN DE AIRE EN LASVÁLVULAS LLENADORAS/SUJETADORAS
Está constituido por un tubo de acero inoxidable de 1 YA. " de diámetro sostenido
por las piezas escuadras en L grandes descritas con anterioridad, el cual posee
una entrada en uno de sus extremos y seis agujeros con rosca interna ubicados a
lo iargo del mismo en donde las válvulas de bola de %" reguladoras de aire se
encuentran insertadas mediante uniones apropiadas. Por ei otro extremo de las
válvulas de bola se tienen acoples para tubo de acero inoxidable de % " que a su
ves se unen a las mangueras flexibles de caucho mediante abrazaderas. En la
entrada del tubo se tiene una válvula de bola de %" ubicada por seguridad que
permite o no el paso de aire hacia las 6 válvulas de bola restantes. En la figura
2.28 se indica el tubo de acero inoxidable y la válvula de bola. La figura 2.29
muestra el sistema descrito mediante una representación 3D.
Figura 2.28 Tubo de acero inoxidable de 1 %" y válvula de bola.
Figura 2.29 Sistema de distribución de aire hacia las boyas inflables de la válvulasllenadoras/sujetadoras 3D.
El control de este sistema se encuentra implementado mediante dos
electroválvulas ubicadas antes de la válvula de bola de seguridad. La primera
sirve para permitir el ingreso de aire a las boyas inflables y la segunda realiza el
-
55
desfogue de aire de las de las mismas; estas acciones se efectúan con el objeto
de sujetar en el primer caso a las botellas y en el segundo caso dejarlas libres.
Las electroválvulas utilizadas tienen tres empalmes: una entrada, una salida
normalmente abierta y una salida normalmente cerrada. Figura 2.30. En nuestro
caso se utiliza la salida normalmente cerrada, colocando un tapón en la otra
salida.
Figura 2.30 Electroválvula de control de aire.
Características principales:
Marca Honeywell SkinnerValve División
Serie X54LB2100
Código UG3
Voltaje 110/120 V
Frecuencia 50/60 Hz
Potencia 10 W
Presión 100PSI-689 KPa
2.3.5 SISTEMA MECÁNICO DE INGRESO Y DISTRIBUCIÓN DE LÍQUIDO EN LASVÁLVULAS LLENADORAS/SUJETADORAS
Está formado por un tubo de acero inoxidable de 1 % " de diámetro sujetado a la
base del tren de llenado mediante una abrazadera, el cual posee una entrada en
uno de sus extremos y tres agujeros con rosca interna ubicados a lo largo del
mismo en donde se insertan uniones en forma de T que permiten aumentar a seis
las válvulas de bola de %" empleadas , Por el otro extremo de las válvulas de bola
se tienen acoples para tubo de acero inoxidable de % " que a su ves se unen a las
mangueras flexibles de caucho mediante abrazaderas. En la entrada del tubo se
tiene una válvula de bola de Yz ubicada por seguridad que permite o no el paso
de líquido hacia las 6 válvulas de bola restantes. Figura 2.31.
t
-
56
Figura 2.31 Sistema de distribución de líquido hacía las válvulasllenadoras/sujetadoras 3D.
El control de éste sistema se encuentra ¡mplementado mediante dos
electroválvulas que forman un solo cuerpo (con dos entradas y una salida)
ubicadas antes de la válvula de bola de seguridad. La primera sirve para permitir
el ingreso de líquido a las válvulas lienadoras/sujetadoras y la segunda introduce
aire al sistema con el fin de evitar que en las mangueras de caucho se queden
residuos de líquido. Figura 2.32.
ENTRADA OELIQUIDO
ENTRADA DC
AIRE
ELECTROVALVULA I
eLECTRnwCLVULA 2
TERMINALES DE
CONEXIÓN ELÉCTRICA
Figura 2.32 Electroválvulas de control de líquido y aire.
Características principales:
Voltaje 110/120 V
Frecuencia 50/60 Hz
Presión de trabajo: 0.1 bar - 10 bar
Temperatura máxima de trabajo: 100 ° C
Rango de temperatura: 35-65 ° C
t
-
57
2.4 SISTEMA DE PRESIÓN DE LÍQUIDO
Tiene la función de enviar el líquido a ser llenado en las botellas a una presión
constante o casi constante. Está compuesto por: un tanque hidroneumático, una
bomba de succión, un presóstato, un diafragma, un manómetro, una válvula
check, una válvula de compuerta, una válvula de esfera y tubería adecuada tanto
plástica como galvanizada. Figura 2.33.
rusa PLÁSTIGD 1/2"
TUBOGALVANIZADO ]
BOMBA DEAGUA
MANÓMETRO'
.TUBOGALVANIZADO 1/2"
PRESD5TATO
VÁLVULA DECOMPUERTA
DIAFRAGMA
TANQUEHIDRDNEUMÁT1CD
MANGUERAPLÁSTICA 1/2"
Figura 2.33 Sistema de presión de líquido.
El tanque hidroneumático está diseñado para soportar altas presiones, la presión
dentro del tanque se origina cuando ingresa el líquido a través de la bomba de
succión (Figura 2.35) hacia el mismo, por lo que el aire que se encuentra en su
interior se comprime ubicándose en la parte superior, siempre y cuando no exista
una salida abierta en el tanque. Si la válvula de esfera (Figura 2.34 a) se abre la
presión del aire comprimido ejercida sobre el líquido expulsa a éste hacia exterior.
Al salir ei líquido del tanque pasa a través del presóstato y del manómetro (Figura
2.34 b), la presión a la que se encuentra el líquido hace activar o desactivar el
-
presostato hasta obtener la presión de trabajo adecuada, el manómetro muestra
dicha presión.
La válvula check (Figura 2.34 c) se encuentra ubicada al ingreso de la bomba de
succión y sirve para evitar que el líquido se regrese al recipiente de
almacenamiento; entre la salida de la bomba y el ingreso ai tanque se encuentra
la válvula de compuerta que es de segundad (Figura 2.34 d).
(a) (c) (d)
Figura 2.34 Válvula de esfera (a), manómetro (b), válvula check (c),válvula de compuerta (d).
La bomba de succión tiene las siguientes características:
Marca Tekno
Serie QB-60
Caudal de trabajo 5 -35 i/min
Altura de trabajo 35 - 5 m
38 m
40 l/min
110V
60 Hz
3450
0.37 KW/0.5 HP
Altura máxima
Caudal máximo
Voltaje
Frecuencia
RPM
Potencia Figura 2.35 Bomba de succión.
Corriente nominal 2.1 A
Condensador de arranque 14 uF
Succión 1"
Salida 1"
-
59
2.5 CONSTITUCIÓN DEL SISTEMA DE TRANSPORTACIÓN DE BOTELLAS
Está formado por dos bandas compuestas de eslabones de acero inoxidable. La
primera banda tiene una longitud de 2.54 m y es la encomendada de recibir las
botellas a ser llenadas, la segunda tiene una longitud de 1.80 m y es la encargada
de dejar las botellas en el módulo de llenado. Ambas bandas tienen un metro de
altura y un ancho de 20 cm. lo que permite una libre circulación de las botellas, y
son accionadas mediante motoreductores trifásicos acoplados a los ejes de la
banda por cadenas. Figuras 2.36 y 2.37.
-254J3-
MaTDREDUCTDR. 1
-320.3- -168.J
Figura 2.36 Vista frontal de la banda transportadora 1.
MDTDREDUCTOR 2
14.022.9
85,0
Figura 2.37 Vista frontal de la banda transportadora 2.
La figura 2.38 representa la vista superior de las bandas 1 y 2 unidas entrlfgj
-
60
EJE
•EJE
G O
MDTORE: DUCTOR l
SUJETADORES DE G U f*AS DE LA BANDA
GUfAS DE LA BANDA-
ESLABONES DE LA BANDA,
EJE
Figura 2.38 Vista superior de las bandas transportadoras.
Características de los motoreductores:
MOTOREDUCTOR1
MOTOR
Marca Eurodriva INC.
Tipo DFT 80 N4 SEF DUTY TEFC
Serie 870014598.6.02.87,002
Voltaje 330/575 V
Corriente 2.69/1.55 A
-
Potencia 1 HP
Frecuencia 60 Hz
RPM 1700
CAJA DE REDUCCIÓN
Tipo
Serie
Entrada
Salida
Potencia
Relación
P 600 T 80 N4
870014598
1700 RPM
45 RPM
1 Hp
37.55
MOTOREDUCTOR2
Sew Do Brasil Ltda.
0280 K4
7001.64038/4010004
220/380/440/760 V
3.1/1.8/1.5/0.9 A
0.55 KW
MOTOR
Marca
Tipo
Serie
Voltaje
Corriente
Potencia
Frecuencia 60 Hz
RPM 1680
Cos O 0.7
CAJA DE REDUCCIÓN
Tipo R660280K4
Serie 7001.64038/4010004
Entrada 1680 RPM
Salida 23 RPM
Potencia 0.66 KW
Relación 72.73
Figura 2.39 Motoreductor.
-
62
2.6 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE DETENCIÓN DE BOTELLAS
Es el encargado de detener en dos niveles de la segunda banda a las botellas
que se transportan por la misma. El primer nivel de detención esta formado por la
pieza sujetadora del cilindro retenedor de botellas (Figura 2.40) que se encuentra
situada en una pared de la segunda banda antes del módulo de llenado y
evacuación de botellas, la base de esta pieza está construida a partir de un perfil
perforado y tiene varias piezas que unidas entre si forman el soporte del cilindro
neumático utilizado en la misma. El cilindro neumático (Figura 2.41) sujeto por la
pieza antes mencionada tiene la funcionalidad de dejar pasar 6 botellas hacia el
módulo de llenado, cuando las mismas hayan pasado el cilindro saca su vastago
para detener el resto de botellas en la banda. El vastago del cilindro tiene una
pieza de aluminio acoplada en su extremo que es la que detiene o deja pasar las
botellas, además sostiene al final de carrera 5 que se acciona con vastago
metido. El final de carrera 6 se encuentra ubicado en la guía posterior de la banda
2 y se acciona cuando el vastago de! cilindro retenedor se encuentra salido.
SUJETADORES
PIEZA DE ALUMINIO
PERFIL PERFORADO
ACOPLE A LA PARED
DE LA BAN DA
Figura 2.40 Pieza sujetadora del cilindro retenedor de botellas 3D.
Figura 2.41 Fotografía del cilindro retenedor de botellas.
-
63
E! segundo nivel de detención de botellas esta formado por la pieza fija
detenedora de botellas (Figura 2.42), ubicada al lado izquierdo del módulo de
llenado al final de la segunda banda y sujeta a la pared de la misma.
Esta pieza tiene por objetivo detener las 6 botellas en el momento del llenado,
está construida de aluminio y consta de un canal en una de sus partes, el mismo
que tiene el propósito de mover la pieza entera para acoplarse a los diferentes
tamaños de botellas a llenar.
DETENEDOR.
ACOPLE A LA
DE LA BANDA
Figura 2.42 Pieza fija detenedora de botellas 3D.
2.7 PANELES DE CONTROL
PANEL DE CONTROL PIC
Se encuentra ubicado en la parte frontal derecha del módulo de llenado y sujeto
por pernos a la estructura. El tablero de control contiene a la tarjeta de displays, la
tarjeta del PIC, el teclado, el pulsante de paro, el pulsante de marcha, el
interruptor de encendido, la luz piloto, un porta fusible y la fuente (Figura 2.43).
En la parte exterior se puede observar los elementos de maniobra y visualización
con los que el operador va a trabajar, y en su parte inferior se encuentra
localizada una bornera.
-
64
PORTA FUSIBLE
\LUZ PILDTD
PULSANTEDE PARD
PULSANTEDE MARCHA
• s
$&•' '.
«••— — -
fID
m
1 1 ••*•
*•i.
hCHAPA DESEGURIDAD
^TECLADO
Figura 2.43 Panel de control PIC.
En la figura 2.44 se muestra la vista superior en la que se puede apreciar el switch
de encendido, la luz piloto, el porta fusible y seis displays.
PORTA
FUSIBLE"
5WITCH DE -
ENCENDÍ DD
8 U 88h-DISPLAYS
Figura 2.44 Vista superior del tablero de control.
PAKEL DE CONTROL PLC
Se encuentra ubicado en la parte posterior del módulo, contiene en su interior al
PLC, la fuente de alimentación para las entradas del PLC, borneras, y en su lado
exterior un conector DB9 empleado para la comunicación del PLC.
Figura 2.45 Tablero de control PLC.DBSCOMUNICACIÓNPLC
FUENTE BDRNERAS
-
65
2.8 FOTOGRAFÍAS DEL MODULO EMPLEMENTADO
Figura 2.46 Módulo de llenado y banda transportadora (Frontal).
Figura 2.47 Módulo de llenado y banda transportadora (Posterior),
-
CAPITULO 3
-
CAPITULO 3
SOFTWARE Y HARDWARE DEL SISTEMA DE CONTROL
67
3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL Y
MONITOREO
El sistema de control impiementado consta de diferentes unidades las cuales se
muestran en el diagrama de bloques de la figura 3.1. La unidad principal de
control es el PLC que recibe la información del estado de entradas provenientes
de la tarjeta electrónica del microcontrolador PIC y del módulo mecánico de
llenado, las procesa y envía una señal de control a los actuadores.
ELECTROVÁLVU LAS
ACTÚA DO RES
SA Ll DA 5
HACIA EL
SISTEMA DE
LLENADO
DE CARRERA.
Y PULSANTES
E NT FIA DASPROVENIENTES
DEL MÓDULO
MECÁNICO
MONITOREO
DEL PROCESO
C O M P UTA DDR.
PLC
UNIDAD
CENTRAL
DE CONTROL
SETEO DEPARÁMETROS
TA R J ETA
ELECTRÓNICA
PIC 1 S.FÍB77
ENTRADAS
PROVENIENTES
DEL PIC
PUERTO DE
COMUNICACIÓN
SERIAL CDM 1
INTERFAZ
RS 4-B5/S32
CABLE PC/PPI
Figura 3.1 Diagrama de bloques del sistema de control y monitoreo.
La tarjeta electrónica es la encargada de enviar las tres señales de entrada al
PLC correspondientes al seteo de parámetros que se realiza mediante el
microcontrolador PIC 16F877.
En el módulo mecánico de llenado se tienen nueve señales de entrada al PLC'í,
seis provienen de los finales de carrera que sirven para detectar la posición de las
partes móviles del mismo, dos que corresponden a los pulsantes de paro y
marcha respectivamente y una señal enviada por el sensor detector de paso de
botellas.
-
Siete salidas del PLC son empleadas para activar a los actuadores del sistema
que constituyen seis electroválvulas neumáticas y una hidráulica.
Se cuenta con un sistema de comunicación entrene! PLC y un computador, el
mismo que se lo implementa mediante una interfaz serial RS 485/232 con la
ayuda del cable PC/PPI y su protocolo de comunicación S7200PPI.
El monitoreo del proceso se realiza en un computador mediante un HMI diseñado
en el software IN TOUCH en el que se puede observar de una forma didáctica su
desarrollo.
3.2 SOFTWARE EMPLEADO PARA LA AUTOMATIZACIÓN
3.2.1 SOFTWARE EAGLE PARA DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS
EAGLE (Easily Applicable.Graphical Layout Editor)
El desarrollo de programas especializados para el diseño de circuitos impresos
ha sido un factor importante en el progreso de la electrónica puesto que, en
circuitos complejos y con gran cantidad de componentes, es imprescindible la
utilización de circuitos impresos de variars capas, ios cuales son prácticamente
imposibles de diseñar manualmente.
El software EAGLE es empleado en electrónica para el diseño por computadora
de circuitos impresos en lo que se refiere a los trazos o pistas de cobre que se
ubicaran en placas de b^aquelita, fibra de vidrio o material similar, a partir de un
diagrama esquemático del circuito electrónico que se quiera diseñar.
De esta manera el programa permite dibujar circuitos impresos de hasta dos
caras y con área suficiente para una gran variedad de circuitos complejos y
sencillos así como también la plantilla de perforaciones y máscaras de soldadura.
EAGLE provee una amplia gama de librerías de componentes, conectores,
sensores, etc. Y permite la generación de nuevas librerías así como la edición de
las librerías existentes.
Está compuesto por tres módulos principales:
-
69
• Editor de circuito impreso (Layout Editor).
• Editor de diagramas esquemáticos (Schematlc Editor).
• Autorouter.
Los tres módulos están integrados en una sola interfaz de usuario, lo que permite
crear el diseño del circuito impreso a partir del circuito implementado en el editor
esquemático.
Para crear un diseno de circuito impreso utilizando EAGLE, es necesario ejecutar
los pasos que se detallan a continuación,
CREACIÓN DE UN NUEVO PROYECTO
A! iniciar el programa EAGLE (Inicio - Programas - EAGLE Layout Editor 4.01 -
EAGLE 4,01) se abre una ventana denominada Panel de control (Control Panel).
En la columna izquierda de la misma hay un'árbol de opciones desde donde se
puede tener acceso a todos los módulos del programa como por ejemplo las
librerías y los proyectos, mientras que en la parte derecha hay una descripción de
la opción seleccionada.
"Control Panel"
File Options Windo
