UNIVERSIDAD AUTNOMA DEQUERTAROFACULTAD DE INGENIERAAUTOMATIZACIN I

REPORTE DE PROYECTO FINAL

SISTEMA ELECTRONEUMTICO DE UNA MAQUINA EMPAQUETADORA DE HUEVOS

PROFESOR: DR.JOS GABRIEL ROS MORENO

REALIZ:ALCANTAR YAEZ ABED DANIEL

LANDAVERDE RAMREZ ADOLFO

MONROY MEZA ANA ELENA

SUREZ SOTO JESS ISMAEL.

MXICO , QUERTARO 26 DE NOVIEMBRE DE 2015

RESUMENTiempo estimado del proyecto: 1 mes.

Fecha de entrega del proyecto: 26 de Noviembre de 2015.

En este reporte se presentan los resultados obtenidos de la fabricacin de una empacadora de huevos diseada por alumnos de la Facultad de Ingeniera UAQ.

Empacadora de huevos que consiste en una cinta transportadora por la cual se desplazan huevos, disponiendo de una gua y un cilindro de doble efecto neumtico que acta como un un brazo articulado para recoger el huevo,a travs de un mecanismo de succin proveniente de una aspiradora y contando con un cilindro de doble efecto sin vstago neumtico , el cual desplaza el brazo articulado para incorporar los huevos a un estuche , que proviene de un cilindro de simple efecto neumtico que empuja al estuche antes hasta una distancia suficiente para ser trasportada por un brazo de madera controlado por un servo motor hasta el proceso donde termina la succin .

NDICE

INTRODUCCIN.

Mxico es el primer pas donde una persona consume ms de un huevo diario en el mundo, despus siguen los japoneses, que si bien tienen la misma poblacin viven en la cuarta parte del territorio mexicano", (Direccin de Comunicacin Institucional Unin Nacional de Avicultores)Industria AvcolaLa industria avcola es de gran importancia en el sector de alimentos en Mxico, derivado de que la carne de pollo y el huevo son las dos protenas animales de mayor consumo en nuestro pas.La industria avcola mexicana, al igual que en otros pases, se caracteriza por una disminucin a largo plazo en los precios de pollo, en trminos reales. En febrero de 2011, la Secretara de Economa de Mxico inici una investigacin antidumping exclusivamente para las importaciones de pierna y muslo de pollo provenientes de los Estados Unidos de Amrica a Mxico. Esta investigacin, fue solicitada por Bachoco y por otras dos empresas avcolas mexicanas. Al cierre de sta edicin, no se tiene informacin adicional respecto a este asunto.Respecto a la industria del huevo en Mxico, est se compone de 9 empresas grandes, 32 empresas medianas y 150 empresas pequeas. Bachoco es el segundo mayor productor y comercializador de huevo en Mxico y es lder en la produccin de huevo caf.La industria del huevo en Mxico es ms fragmentada que la industria de pollo. De acuerdo con la UNA, los nueve mayores productores de huevo produjeron en 2010 el 44.0% del total de huevo producido en Mxico, el resto es producido por alrededor de 180 productores en todo el pas.En el 2010, la industria del huevo creci 3.9% y el consumo per cpita se increment 2.7%, respecto al 2009. El consumo per cpita para el 2010 fue de 22.8 kilogramos.Fuente: Asociacin Mexicana de Envase y Embalaje

Al cierre del 2014, la industria avcola mexicana registr un crecimiento de 2.8%, respecto a lo obtenido en 2013. En ese sentido la avicultura produjo el ao pasado 5574,554 toneladas de alimento, de las cuales 2994,254 toneladas corresponden a la produccin de pollo, y 2572,300 toneladas a huevo para plato.Por lo que se refiere a la industria de huevo en Mxico, sta creci 2.5% en relacin a lo obtenido durante 2013. El valor de la produccin avcola fue mayor a 132 mil millones de pesos durante el 2014. En materia de consumos, el consumidor mantiene una alta preferencia por los productos avcolas pollo y huevo, por ejemplo, para el caso de la carne de pollo el consumo per cpita logrado en 2014 fue de 25.6 kg, mientras que el consumo per cpita aparente lleg a los 29.3 kg. Por otra parte, Mxico se mantiene como el primer consumidor de huevo fresco a nivel mundial.Al cierre del ao 2014, el consumo per cpita de huevo lleg a 22 kg. La avicultura particip con 63 por ciento de la produccin pecuaria en el pas, 33.5 por ciento de la cual fue aportada por el pollo, casi 29 por ciento por la produccin de huevo y 0.1 por ciento por la de pavo.La industria avcola gener en 2014 un milln 154 mil empleos, de los cuales 192 mil fueron directos y 962 mil indirectos. Durante el ao pasado los estados productores de pollo fueron: Aguascalientes y Quertaro 11%, La regin de la Comarca Lagunera y Veracruz 10%, Jalisco 8%, Puebla 7%, Yucatn y Chiapas 6%, le siguen Estado de Mxico, Guanajuato con 5% cada uno, Sinaloa con 4%; Nuevo Len, San Luis Potos e Hidalgo con 3%; Morelos y Michoacn con 2 por ciento.En tanto los productores de huevo son: Jalisco 55%, Puebla 15%, Sonora 8%, La Laguna 5%, Yucatn 4%, Sinaloa 3%, Nuevo Len 3% y Guanajuato con 2 por ciento.A nivel mundial Mxico es el sptimo productor de pollo despus de: Estados Unidos, China, Brasil, Unin Europea, India y Rusia. En el mismo mbito, nuestro pas ocupa el sexto lugar en la produccin de huevo, detrs de China, Estados Unidos, India, Japn y Rusia.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de Invencin por parte del maestro de automatizacin relativa a una empaquetadora de huevos, cuya utilidad reside en permitir recubrir seis huevos con un cartn en forma de cesta, agrupando dichos huevos en un conjunto fcilmente transportable..La invencin automatiza el proceso de empaquetamiento o agrupacin de huevos, de seis unidades y dispuestos de forma ordenada de dos en dos .El empaquetado se realiza mediante una lmina de cartn o material similar, dotada solo de la parte inferior de una caja de huevo.

OBJETIVO GENERAL.Realizar la automatizacin de una mquina empacadora de huevos, mediante la aplicacin de dispositivos neumticos y electrnicos para aumentar la produccin de huevo y satisfacer la demanda del sector.OBJETIVOS ESPECFICOSDisear los aspectos tcnicos e ingeniera del trabajo y realizar el programa que mejor se adapte a las necesidades especficas de cada proceso.

Presentar innovacin aplicando el uso de un dispositivo programable denominado PIC y Arduino.

Disear un modelo que permita a la maquina poder desarrollar el proceso de una manera autnoma y eficaz.

Llevar a cabo la instalacin de los diferentes componentes neumticos que se requieran.

JUSTIFICACINEste trabajo de grado se realiza con el fin de automatizar el proceso de empaquetamiento de huevos utilizando los conocimientos previamente aprendidos en la materia de automatizacin I y haciendo uso de los cursos de programaron avanzada y electrnica.Con este proyecto se busca dar una solucin al mercado de la industria avcola para solucionar el proceso de empaquetado de seis unidades de huevo, aprovechando la tecnologa actual para automatizar procesos y as mejorar la calidad del proceso.

ANTECEDENTES

Una patente de una empaquetadora de huevos tiene las siguientes especificaciones:

Ttulo: Empaquetadora de estuches de huevos.

Empaquetadora de estuches de huevos que consiste en una cinta transportadora (1) por la cual se desplazan superpuestos, disponiendo de unas guas (3) y un brazo articulado (4), que acta sobre un recubrimiento laminar de cartn (5), disponiendo de ventosas (7) y contando con guas metlicas paralelas (8), as como de un mecanismo (9), realizndose la unin del elemento laminar (5) incorporando los estuches de huevos en su interior.

Fig 1 Maquina Industrial Empaquetadora de Estuches de Huevos

Fig 2 . Solicitud de Patente

Campo de la InvencinEsta invencin tiene su aplicacin dentro de la industria dedicada a la fabricacin de empaquetadoras o estuchadoras de huevos.Antecedentes de la invencin

Dentro de la industria Avcola es conocida la existencia de estuches de huevos, constituidos a partir de una base y una tapa, opcionalmente abisagradas, constituidas a partir de lminas plsticas o de cartn, frecuentemente transparente o dotadas de serigrafiados decorativos e informativos, que presentan una sucesin de rehundidos y resaltes troncocnicos huecos, capaces de receptar huevos de gallina en su interior y generar asimismo rehundidos y resaltes troncocnicos en sus superficies exteriores, de manera que pueden asociarse de forma superpuesta ocupando un mnimo espacio, ofreciendo asimismo una gran estabilidad el conjunto.

Se conocen empaquetadoras destinadas a recubrir de cartn o similar dichos estuches, de forma que ofrezcan una apariencia agradable y distintiva de los estuches o paquetes de competencia.

Debido a que los huevos de gallina se estuchan preferentemente en docenas o medias docenas, las empaquetadoras conocidas estn especficamente diseadas para realizar su labor sobre estuches de doce o seis unidades, que agrupan seis o doce huevos de gallina en dos lneas paralelas, en las que los huevos se disponen al tresbolillo. Sin embargo, condicionantes comerciales inducen a realizar la venta de huevos en grupos de dieciocho unidades, agrupando dos estuches de seis y doce huevos, de los anteriormente descritos, de forma superpuesta.

Caractersticas de la produccin de huevo en MxicoLa produccin de huevo en Mxico presenta diferentes caractersticas de acuerdo al grado de tecnologa empleada y sus niveles de integracin vertical y horizontal. A la par, se identifican zonas bien delimitadas en las que se concentra un alto porcentaje de la produccin y que por consecuencia, son las que abastecen en mayor proporcin al mercado interno.3.1.- Sistemas productivosEn Mxico la industria del huevo se da bajo tres sistemas de produccin de acuerdo con el grado de tecnificacin que se aplica, siendo stos: el Tecnificado, Semitecnificado y de Traspatio o Rural, los cuales asimismo presentan diferentes grados de integracin vertical y horizontal, adems de atender diferentes sectores de mercado, ya que mientras el primero se enfoca al abasto de grandes zonas urbanas, los segundos canalizan su produccin a mercados microregionales y al autoabastecimiento.TecnificadoEste sistema maneja los adelantos tecnolgicos disponibles en el mbito mundial, adaptados a las condiciones climticas de la zona productora y a las necesidades de su produccin, as como a las caractersticas del mercado del pas.En este estrato se ubican las grandes compaas o consorcios avcolas que adems de incorporar tecnologa de punta, muestran un grado de integracin total, al iniciar su proceso productivo con la explotacin de aves progenitoras y terminar con la concurrencia directa a los mercados minoristas de los principales centros urbanos. Los importantes volmenes de produccin, conllevan a alcanzar economas de escala que favorecen una integracin horizontal plena, disponiendo de reas especficas para la elaboracin de alimentos balanceados, efectuando compras consolidadas de insumos, obteniendo con ello menores precios.De igual forma, algunas de estas compaas cuentan con laboratorios de diagnstico y servicios tcnicos, mantenindose con ello altos niveles de calidad sanitaria de sus inventarios y cumplir con las exigencias establecidas por las diferentes Campaas Zoosanitarias oficiales.El control de estos factores econmicos y la retencin del valor agregado generado a lo largo de la cadena produccin consumo, permiten que se obtengan niveles de rentabilidad elevados y que, por tanto, ante fenmenos de disminucin de precios, puedan mantenerse en operacin, ganando espacios desatendidos por la produccin Semitecnificada.Aunque este tipo de sistemas se practica en muchas entidades del pas, sobresalen los estados de Jalisco, Puebla, Sonora, Nuevo Len, Guanajuato, Yucatn y la Comarca Lagunera (conformada por municipios de Durango y Coahuila).Se estima que este estrato productivo aporta aproximadamente el 70% del huevo que se produce en Mxico.SemitecnificadoEste esquema productivo se encuentra diseminado prcticamente en todo el territorio nacional y opera bajo sistemas variables de tecnificacin, lo que se traduce en menores niveles de productividad.Aunque la calidad productiva de las aves es igual o similar a la que se maneja en el estrato Tecnificado, ya que de hecho estas compaas son las que les proveen las aves ponedoras; las deficiencias en cuanto a alimentos, instalaciones, equipo y en el propio manejo sanitario de las aves, influyen en menor productividad y mayores costos de produccin, confirindoles una alta vulnerabilidad ante cambios econmicos, ya sea al nivel de precios de insumos y servicios, como de la cotizacin de venta de su producto.La fuente principal de abasto de alimentos balanceados son compaas comerciales, detectndose que en algunas ocasiones los avicultores realizan sus propias mezclas de granos con concentrados comerciales, mezclas que no en todos los casos se ajustan a las necesidades nutricionales de las ponedoras.El uso de servicios tcnicos es muy bajo y no es hasta hace pocos aos, que a travs de las Campaas Zoosanitarias se ha dispuesto de asesora en materia sanitaria, la que ha influido en la disminucin de las prdidas por enfermedad y mortalidad en la parvada.Los motivos antes sealados, han orillado a que una parte importante de los productores Semitecnificados se retiren de la produccin o bien que orienten su producto hacia mercados regionales en expansin, presentndose como alternativa su asociacin, bajo el esquema de aparceras, con productores Tecnificados.Se estima que el 25% de la produccin nacional de huevo se efecta bajo este sistema, su ubicacin geogrfica puede marcarse en todo el territorio nacional, aunque predomina en entidades como:Quertaro, Sinaloa, estado de Mxico, Morelos y Tamaulipas.Rural o de TraspatioEste sistema es el de mayor tradicin en el pas, teniendo una cobertura prcticamente nacional, ubicndose desde las propias reas rurales hasta en zonas conurbadas a los grandes centros poblacionales, donde la poblacin emigrante del campo la practica.Este esquema de produccin se ha mantenido vigente desde tiempos de la colonia, ya que es prcticamente la nica fuente de abasto de huevo en el medio rural y en pequeas poblaciones y reas suburbanas, que permite a la gente de escasos recursos econmicos producir sus propios alimentos y disponer de los excedentes para su venta.Otro factor que ha influido en la permanencia de este tipo de explotaciones, principalmente en pequeos centros poblacionales y reas suburbanas es la preferencia del consumidor por el que se denomina huevo de rancho; este producto debido a la alimentacin de las aves, la cual se puede definir como pastoreo complementado con granos, da un sabor diferente al huevo, el cual se cotiza en precios superiores al de las grandes compaas.Este esquema productivo carece de tecnologas modernas, utilizndose instalaciones construidas con materiales propios de la regin, por lo que sus parmetros productivos son bastante inferiores a los obtenidos con los otros sistemas de explotacin.Las aves de pie de cra que se explotan en este sistema provienen mayoritariamente de animales criollos de las propias comunidades rurales o bien, de aves de doble propsito de las razas Rhode Island Red y Plymouth Rock Barred que son distribuidas a travs de los programas institucionales de apoyo a la poblacin marginada; un tercer origen de las aves empleadas son las propias compaas comerciales productoras de ponedoras de aves ligeras o pesadas, las que canalizan aves desechadas por seleccin o por excedentes, hacia farmacias veterinarias o tiendas de forrajes y alimentos balanceados de pequeas zonas poblacionales.Como resultado de las acciones previstas en las Campaas Zoosanitarias oficiales, se ha logrado incorporar mtodos mnimos de manejo de las aves explotadas en el traspatio y su control sanitario con el fin de evitar que stas lleguen a representar un riesgo zoosanitario para las granjas comerciales.El destino de la produccin en este sistema productivo es el autoabastecimiento y la venta local de excedentes, por lo que su produccin no se vincula con el mercado nacional. Se estima que este estrato productivo aporta aproximadamente el 5% de la produccin nacional, participacin que ha disminuido por el estancamiento de sus niveles de produccin y el mayor incremento de la proveniente de operaciones Tecnificadas y Semitecnificadas.

CONSIDERACIONES TERICAS

Neumtica.La neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.Mediante un fluido, ya sea aire (neumtica), aceite o agua (hidrulica) se puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un cilindro para que tenga un movimiento rectilneo de salida o retroceso de un vstago (barra).Esto hoy en da tiene infinidad de aplicaciones como pueden ser la apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses, levantamiento de grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc.El control del motor o del cilindro, para que realice lo que nosotros queremos, se hace mediante vlvulas, que hacen las veces de interruptores, pulsadores, conmutadores, etc. si lo comparamos con la electricidad, y mediante tubos conductores (equivalente a los conductores elctricos) por los que circula el fluido.En esta unidad vamos a estudiar como se realizan los montajes de los circuitos neumticos o hidrulicos.Todo lo que vamos a estudiar en este curso de neumtica hace referencia a circuitos neumticos, pero cambiando aire por agua o aceite, valdra igualmente para los hidrulicos.Neumtica e hidrulica prcticamente solo se diferencia en el fluido, en uno es aire y en el otro agua. Antes de empezar puedes ver aqu todos los smbolos de Neumtica o ir aprendindolos segn avances, que creemos que es mejor.Componentes de un Circuito NeumticoPues bien nada mejor que una imagen para ver los componentes generales de un circuito neumtico. Luego explicaremos uno a uno.

Fig 3 Componentes de un Circuito NeumticoCompresores Neumticos (Generadores)Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire al valor de trabajo deseado.La presin de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y es la que existe en las tuberas que recorren el circuito.El compresor normalmente lleva primero el aire a un depsito para despus coger el aire para el circuito desde depsito. Este depsito tiene un manmetro para regular la presin del aire y un termmetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar antes de llegar al circuito. Todos estos componentes se agrupan en lo que se llama circuito de control.

Fig 4 Compresores Neumticos (Generadores)Este sera el inicio de la instalacin. Nosotros los ejercicios que hagamos supondremos que llevan todo esto, aunque no lo representaremos por facilidad a la hora de realizar los circuitos.Cilindros NeumticosAl llegar la presin del aire a ellos hace que se mueva un vstago (barra), la cual acciona algn elemento que queremos mover. Hay de varios tipos:De simple efecto: Estos cilindros tienen una sola conexin de aire comprimido. No pueden realizar trabajos ms que en un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de traslacin rectilneo.El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.Ejemplo de Aplicacin: frenos de camiones y trenes. Ventaja: frenado instantneo en cuanto falla la energa. Apertura de una puerta mientras le llega el aire, cuando deja de llegar la puerta se cierra por la accin del retorno del cilindro gracias al muelle.Veamos el smbolo:

Fig 5. Smbolo de los Cilindros Neumticos de Simple EfectoCilindros de doble efecto: la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al mbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza til tanto en la ida como en el retorno. Tiene entrada y salida del aire, por lo tanto tienen dos tomas o conexiones.

Fig 6. Smbolo del Cilindro de Doble EfectoVlvulas NeumticasLas vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido. Son como interruptores elctricos, pero de aire.Motor DCEl motor de corriente continua (denominado tambin motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la accin que se genera del campo magntico.Arduino.

Arduino es una plataforma de prototipos electrnica de cdigo abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fciles de usar. Est pensado para artistas, diseadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.

Arduino puede sentir el entorno mediante la recepcin de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. El microcontrolador de la placa se programa usando el Arduino Programming Language (basado en Wiring) y el Arduino Development Environment (basado en Processing). Los proyectos de Arduino pueden ser autonomos o se pueden comunicar con software en ejecucin en un ordenador (por ejemplo con Flash, Processing, MaxMSP, etc.).

Microcontrolador 18F4550.

Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada y salida y perifricos. Estas partes estn interconectadas dentro del microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Se puede decir con toda propiedad que un microcontrolador es una microcomputadora completa encapsulada en un circuito integrado.

Toda microcomputadora requiere de un programa para que realice una funcin especfica. Este se almacena normalmente en la memoria ROM. No esta de mas mencionar que sin un programa, los microcontroladores carecen de utilidad.

El propsito fundamental de los microcontroladores es el de leer y ejecutar los programas que el usuario le escribe, es por esto que la programacin es una actividad bsica e indispensable cuando se disean circuitos y sistemas que los incluyan. El carcter programable de los microcontroladores simplifican el diseo de circuitos electrnicos. Permiten modularidad y flexibilidad, ya que un mismo circuito se puede utilizar para que realice diferentes funciones con solo cambiar el programa del microcontrolador.

Las aplicaciones de los microcontroladores son vastas, se puede decir que solo estn limitadas por la imaginacin del usuario. Es comn encontrar microcontroladores en campos como la robtica y el automatismo, en la industria del entretenimiento, en las telecomunicaciones, en la instrumentacin, en el hogar, en la industria automotriz, etc.

CLCULOS PARA LOS CILINDROS.

Pistn A:Caractersticas:Pistn de simple efecto

Dimetro del embolo :

Dimetro del vstago:

Carrera del vstago:

Presin de alimentacin:

Ciclos por minuto:

En el caso de un cilindro de simple efecto, solamente se realiza trabajo til en lacarrera de avance.

Seccin del mbolo:

La fuerza de avance sera:

Calculamos el volumen de aire comprimido por ciclo y a continuacin el consumo de aire comprimido total al realizar la maniobra completa, aplicando la ley de BoyleMariotte.

Volumen de aire en un ciclo:

Consumo de la maniobra:

Ley de Boyle-Mariotte:

Se puede cambiar como:

ya que:

Por lo tanto:

Donde:Qman = consumo de aire comprimido durante una maniobra.Qatm = consumo de aire atmosfrico durante una maniobra.Se tiene que tomar la presin absoluta para realizar el clculo en condiciones normales

Pistn B:Caractersticas:Pistn de doble efecto

Dimetro del embolo :

Dimetro del vstago:

Carrera del vstago:

Presin de alimentacin:

Ciclos por minuto:

Avance. La presin acta sobre la superficie total del mbolo, por lo que la fuerza ser:

Retroceso. En esta carrera se tiene que restar la superficie del vstago de la del mbolo:

Se comprueba que es mayor la fuerza en la carrera de avance que en la de retroceso.

Para determinar el consumo de aire se deben tener en cuenta las dos cmaras del cilindro, tanto la avance como la de retroceso.

METODOLOGA

El procedimiento terico-metodolgico utilizado en la investigacin fue un metodologa en espiral, donde se determinarn

Planificacin: Determinar las reas de conocimiento de la ingeniera en automatizacin a formar parte del proyecto.

Anlisis: Se determin que tipo de empaquetadora hacer, materiales y equipo para el desarrollo.

Desarrollo: Se realiz el estudio de las reas seleccionadas y que presentan mayor problemtica y se elabor un prototipo.

Evaluacin: Con base a lo alcanzado en el estudio y al prototipo se evalu la consistencia metodolgica a travs de consultas con expertos y se determin que hay que aplicar los resultados para mejorar el proceso de automatizacin.

RESULTADOS.Planificacin:Se determino que el cuerpo de conocimiento de la Ingeniara en Automatizacin para este proyecto son:

Programacin Avanzada: Un requerimiento necesario para el proyecto es conocer lo bsico de programacin referente a PIC y placa Arduino para el control digital y electrnico del proceso.

Electrnica : Necesario para comprender los circuitos y conexin de elementos electrnicos para la parte electroltica del proyecto.

Neumtica: Otro requisito es comprender la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos (cilindros de doble efecto).

Carpintera: No es objeto de una ingeniera, pero conocer lo bsico de la carpintera y de las herramientas bsicas es necesario para fabricar elementos como : plataforma de la estructura y soportes para los pistones y fijar piezas.

Anlisis: Se determin que el tipo de prototipo a fabricar es una Empacadora de huevos y los materiales para su fabricacin.

Esta empaquetadora de huevos consiste en una cinta transportadora por la cual se desplazan huevos, disponiendo de una gua y un cilindro de doble efecto neumtico que acta como un un brazo articulado para recoger el huevo , a travs de un mecanismo de succin proveniente de una aspiradora y contando con un cilindro de doble efecto sin vstago neumtico , el cual desplaza el brazo articulado para incorporar los huevos a un estuche , que proviene de un cilindro de simple efecto neumtico que empuja al estuche antes hasta una distancia suficiente para ser trasportada por un brazo de madera controlado por un servo motor hasta el proceso donde termina la succin.

MATERIALES Y EQUIPO.Lista de Materiales Madera Comprimida

Compresor

Vlvulas 5/3 Biestables

Vlvula 3/2 Monoestable

Cilindro de doble efecto sin vstago

Cilindro de doble efecto

Cilindro de simple efecto

Aspiradora

Conexin en Y de PVC

Tubos de aceite

Impresin 3D

Manguera Neumtica

Arduino UNO

PIC 18F4550

Protoboards

Motor de DC

Servomotor MG996R

Tubos de papel de bao

Cinta transportadora.

Huevos

Vasos de Plstico

Pistola de Silicn

Fuente de Voltaje de CD

Pijas

Computadora

Caimanes

Cables dupont

Caja de cartn para Huevos

Vlvula Distribuidora de Caudal

TIP 120

Relevador de 6v

En la lista anterior se mencionan los materiales necesarios para el desarrollo del proyecto.

La siguiente tabla agrega la simbologa,ilustracin de los materiales,caractersticas y su aplicacin en el proyecto (algunas secciones de las tablas estn en blanco ya que no es necesario).

Tabla 1. Lista de elementos, caractersticas y aplicaciones.

ElementoSmboloIlustracinCaractersticas Aplicacin

Madera ComprimidaHoja de madera de 1m x 1m.

Hoja de madera de0.5m x 0.5m

Sera el material de fabricacin de la base de la maquina empaquetadora de huevos y el material para la construccin de soportes de los pistones y de ms.

CompresorObjeto OLECompresor mvil de Work Force TA-1524 que tiene un consumo de 1kW/ h de bajo costo con altas presiones y un motor de 2.5 CV.Fuente de alimentacin para el circuito neumtico.Proporcionara el fluido que mover los mecanismos de cilindros.

Vlvulas 5/3 Biestableshttp://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_neumatica/imagenes/image113.pngF:\P1-fotos\ELECTROVALVULA 5A3.jpg

0 1000 kPa (0,2 10 bar)24 V (DC)Vlvula que controlara un cilindro de doble efecto sin vstago para el transporte del producto.

Vlvula 3/2 Monoestable0 1000 kPa (0,2 10 bar)24 V (DC)Vlvula que controlara un cilindro de simple efecto para el transporte de la caja de cartn.

Cilindro de doble efecto sin vstagohttps://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRtGIEPuGhaMQifMSrAy-XJK2Q691DaJh11yW9ylQX7Gb-Vtf7YKuWZI4kk

0 1000 kPa (0,2 10 bar)Cilindros que realizara la accin de transportar el producto desde una posicin inicial hasta una posicin final para acomodarlo en su empaque

Cilindro de doble efecto http://www.monografias.com/trabajos57/simbologia-neumatica/Image18503.jpg

0 1000 kPa (0,2 10 bar)Cilindros que harn la accin de tomar el producto y mantenerlo fijo hasta acomodarlo en su empaque

Cilindro de simple efecto

0 1000 kPa (0,2 10 bar)Empujara una caja de cartn para poder posicionarla hasta llegar a una posicin deseada.

Aspiradora120 V en CA Frecuencia de Operacin: 60 HzCorriente: 3.4 AMarca: KoblenzSuccionara los huevos para poder transportarlos.

Conexin en Y de PVC

Servir para conectar la aspiradora y los tubos de aceite.

Tubos de aceite

Tubos de aceite que harn de succionadores de los huevos.

Impresin 3DSirve para ajustar y juntar correctamente los tubos de aceite que harn de succionadores

Manguera Neumtica

http://img.dxcdn.com/productimages/sku_262134_1.jpgDimetro exterior de 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 mmFluido:-Aire comprimido-Vaco-AguaLa manguera neumtica color azul se aplica principalmente para la transmisin del fluido (aire) en el sistema neumtico del proyecto.

Arduino UNOOperating Voltage 5VInput Voltage (recommended) 7-12VInput Voltage (limit) 6-20VDigital I/O Pins 14 PWM Digital I/O Pins 6Analog Input Pins 6DC Current per I/O Pin 20 mADC Current for 3.3V Pin 50 mAPlaca programable que se encargara del control de un servo motor que empujara la caja de huevos hasta una posicin deseada.

PIC 18F4550

Voltaje de operacin 4.2V a 5.5VPIC que controlara al motor de DC para mover la banda transportadora.

Protoboardslamina con 30 lineas aproximadamente con 2 divisiones y 6 o 7 columnas cada divisin (a,b,c,d,e,f,g) que se encuentran 2 lineas rojas y 2 lineas azules.Lamina para montar los circuitos.

Motor de DChttp://www.simbologia-electronica.com/imagenes/simbolos-electricos/motores-electricos/simbolo_motor_electrico.png

0-24 V (DC)Motor que mover la banda transportadora.

Servomotor MG996RStall torque: 9.4 kgfcm (4.8 V ), 11 kgfcm (6 V)Operating speed: 0.17 s/60o (4.8 V), 0.14 s/60o (6 V)Operating voltage: 4.8 V a 7.2 VRunning Current 500 mA 900 mA (6V)Servomotor que mover un brazo de madera , el cual se encargara de mover la caja de huevos en 4 posiciones diferentes.

Tubos de papel de bao

Dimetro: 1.5 PulgadasAltura: 4 PulgadasSirven como rodillos para hacer girar la banda transportadora.

Cinta transportadora.Cinta que transportara los huevos hasta el punto en el que los huevos puedan ser succionados.

Huevoshttp://img.yoyopress.com/uploads/Comer-Huevos-beneficia-tu-Salud.jpg

50-80 grEl producto a tratar, frgil en extremo, el proceso deber tener un control excelente para que el producto no se estropee.

Vasos de PlsticoCortado a la mitad para que entre el huevo.Transportaran los huevos por la banda transportadora y evitar que rueden o se caigan,

Pistola de Silicn

Alimentacin: 110 /240Vca 10W La silicona pegara algunos elementos que no pueden ser ajustados con pijas.

Fuente de Voltaje de CD

Volaje :0 a 30v Corriente: 3 A

Alimentara los circuitos elctricos.

PijasMedida :8 X 3/4"Acabado: NEGROSirven para unir la madera y fabricar soportes para los cilindros.

CaimanesDiferentes tamaos.15 cm30 cmSirven para hacer las conexin de alimentacin de los circuitos armados para el proyecto y del motor de CD y el servomotor.

Cables dupontDiferentes tamaos.10 cm15 cm30 cmSirven para hacer las conexin entre los componentes de los circuitos armados tanto del PIC como de Arduino.

Caja de cartn para Huevos6 Cavidades para colocar los huevos.Empaque donde se depositan los huevos al final del proceso.

Vlvula distribuidora de caudalhttp://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_simbologia_neuma/imagenes/distribucion_de_caudal.jpgC:\Users\Denise\AppData\Local\Temp\Rar$DRa0.612\P1-fotos\DISTRIBUIDOR.jpgPmx= 250 PsiSirve para distribuir el caudal a los diferentes elementos necesarios.

TIP 120

Usado para utilizar el motor de CD

Relevador

6V de activacinUsado como interruptor para la aspiradora.

Desarrollo: Aqu se presenta el proceso de desarrollo del prototipo y la descripcin bsica del proceso de la maquina empaquetadora de huevos.

Descripcin bsica del proceso.

Este proceso se inici con el diseo de la estructura del sistema electroneumtico de empaquetamiento de huevos. Las etapas fueron elegidas de acuerdo a los componentes electrnicos, elctricos y neumticos con los que se cuentan en el laboratorio de automatizacin de la facultad de ingeniera.

La siguiente figura muestra un diagrama de flujo del funcionamiento general del sistema.

Fig 7. Diagrama de flujo del sistema

Construccin del Prototipo.

Diseo en AUTOCAD.

Fig 8. Prototipo modelado en AUTCAD

El proceso empezara con un botn de arranque que accionara al pistn A (3). El pistn A se encargara de empujar una caja de cartn hasta llegar a la posicin cero del proceso (donde esta el brazo de madera (4) controlado por el servomotor y arduino UNO). Seguido de eso, el usuario colocara el primer par huevos en la banda transportadora (2), esta los mover con la ayuda de un motor de CD hasta que el pistn B (10) pueda bajar y tomar los huevos. A continuacin se succionaran los huevos con una aspiradora (1) montada sobre el pistn B. Despus, el pistn C de doble efecto sin vstago (8) se mover de izquierda a derecha hasta el final de su carrera y posicionara al pistn B para que pueda bajar y colocar los huevos en la posicin 1 de la caja de cartn. Mientras el pistn C avanza hacia la derecha, el brazo de madera (4) mover la caja de cartn a la posicin 1, el siguiente paso sera apagar la aspiradora (1) y caern el primer par huevos en la posicin 1 de la caja de cartn. Se repetir el proceso para el segundo y tercer par de huevos a partir de la colocacin de par de huevos en la banda transportadora. Llegado a este ultimo paso el usuario retirara la caja de cartn con las seis unidades de huevos empaquetadas.

Collage -Fabricacin del Prototipo

Fig 9. Construccin de bases de madera.

En la figura 9 se observan los soportes de madera fabricados para realizar el proceso.Se pueden ver los soportes para ajustar al cilindro sin vstago y las tablas de madera colocadas de madera vertical para dividir las partes del proceso.

Fig 10. Impresin 3D modelada en solidworks

Esta impresin 3D fue necesaria para poder fijar los tubos de aceite que succionan el par de huevos.

Fig 11. Impresin 3D fsica.

Se puede ver en la figura 11 que se realizaron algunos ajustes a la impresin 3D fsica ya que no ajustaba correctamente los tubos de aceite.

Fig 12. Ajuste de pistones.

En la figura 12 se pueden observan los dos pistones ajustados, tanta B como C. Tambin se observan los soportes fabricados para el pistn C.

Fig 13. Conexin en Y y unin de tubos de aceite.

El ingenio es lo que sobra, en la figura 13 se puede ver la unin de la conexin en Y y los tubos que se conectaran al tubo de la aspiradora para succionar los huevos. Esto lo llamamos succionador.

Fig 14. Ajuste del succionador.

En la figura se puede ver el ajuste del succionador con la impresin 3D.

Fig 15. Pistn A

En la figura 15 se aprecia como colocamos una tabla sobre el vstago del pistn para que empujara la caja de cartn.

Fig 16. Prueba de huevos.

En la figura 16 se puede apreciar que la aspiradora tiene la suficiente potencia para aspirar un par de huevos y que el succionador sirve a la perfeccin. Tambin se observa como se ajusto la impresin 3D al vstago del pistn.

c) Funcionamiento del prototipo construido.

Fig 17. Prototipo Funcionado.

Volviendo a la descripcin general del proceso , el sistema inicia al encender las fuentes de alimentacin. Los circuitos elctricos para controlar el sistema se encendern. El primer botn accionara la vlvula 3/2 para iniciar el proceso. El pistn A se mover y seguir todo lo el proceso descrito anteriormente.

d) Parte de Control.

Funcin del servomotor en el proceso y funcionamiento interno

El servomotor MG-996r es utilizado para ajustar la posicin del empaque en el proceso, este servo motor es alimentado con un voltaje de 5v en corriente directa y controlado mediante un Arduino Uno mediante intervalos de pulsos a una frecuencia de 50Hz (20ms). La cantidad de tiempo que dure el pulso durante este intervalo de tiempo determinara la posicin del servomotor MG-966r, los valores de tiempo se obtienen mediante el datasheet o pueden ser obtenidos en la prctica pues no todos los servomotores funcionan con el mismo ciclo de trabajo, para este servomotor en especifico el rango de tiempo en el ciclo es de 650ns para 0 grados y 2350ns para 180 grados. Los grados para la posicin son obtenidos mediante la prctica, para este caso son 140 grados para la primera posicin donde sern colocados los primeros 2 huevos, 110 grados para la segunda posicin donde son colocados otros 2 huevos y 90 grados para la tercera posicin donde son colocados los ltimos 2 huevos.

Conexin del servo motor

El servo motor cuenta con 3 entradas, las cuales son GND, VCC y seal, identificadas con 3 diferentes colores cada una, caf, naranja y amarillo respectivamente. El diagrama de conexin es el siguiente:

Figura 18. Diagrama de conexin de un servomotor controlado por Arduino

Cdigo de control en Arduino

Se controlan 3 cilindros neumticos de doble efecto mediante el accionamiento de sus vlvulas neumticas, para este cdigo en concreto se utilizaron vlvulas activadas por solenoides para las posiciones y una vlvula con retorno por muelle para un cilindro en especifico. Los solenoides son activados mediante relevadores que a su vez sern activados por pulsos enviados por Arduino.

El proceso se divide en las siguientes etapas:

Verificacin de huevos en la banda de produccin.Colocacin del empaque.Succin de huevos y fijacin en su empaque.

Para la primera etapa se utiliza un sensor que verificara la presencia de huevos en la banda, la banda es impulsada por un motor de corriente directa que es controlado por Arduino. El sensor indicara si es necesario avanzar o parar la banda cuando el huevo este en posicin.Para la segunda etapa el cilindro de simple efecto coloca el empaque en el riel donde ms adelante el servomotor colocara en la posicin adecuada para posicionar los huevos.Para la tercera etapa el cilindro colocado en el eje vertical ser activado para posicionarse sobre los huevos, enseguida se activara el cilindro en posicin vertical y se encender la maquina succionadora, logrando as tomar los huevos. El cilindro vertical regresara el vstago y el vertical ira o su posicin inicial, despus el cilindro en vertical saldr nuevamente y se apagara la mquina de succin, con lo que soltara los huevos justo en su posicin en el empaque, logrando as colocar los primeros 2 huevos, el cilindro vertical volver a subir el vstago y el proceso se repetir 2 veces ms, el resultado final son 6 huevos colocados en su empaque de forma apropiada y segura.El datasheet del servomotor utilizado, MG-996r, y el cdigo realizado en Arduino, son anexados en la parte final del reporte. Dentro del cdigo vendrn los pines utilizados para cada elemento del circuito. Los pines pueden ser cambiados fcilmente en el circuito al inicio del cdigo para mayor flexibilidad en la conexin.

Cdigo:

//Para el servomotor MG996r DE towardpro el pulso minimo es de 650 y el maximo de 2350

#include

Servo servo1;

int pinservo1 = 2;int pulsoMin = 650;int pulsoMax = 2350;

int pinP1 = 3; //pin del solenoide que sacara el cilindro

int pinPfuera2 = 4; //pin segundo cilindroint pinPdentro2 = 5;int pinPfuera3 = 6; //pines para el cilindro sin vastagoint pinPdentro3 = 7;int pinAspir = 8; //pin aspiradora

int Tservo1 = 0; //tiempo del paso 1int Tservo2 = 0;int Tservo3 = 0;

int angulo0 = 140; //angulo inicial del servoint angulo1 = 110; //colocar 2 de 0 a 180int angulo2 = 100; // colocar 4int angulo3 = 90; //colocar 6int angulo4 = 90; //empujar caja

int tiempo1 = 1000; //tiempo para meter el vastago del cilindroint tiempo2 = 1000; //tiempo en sacar el vastago del pistonint tiempo3 = 1000; //absorcion de eggs :`v

int TGservo1 = 70;int TGservo2 = 50;int TGservo3 = 40;

int i = 0;

void setup() {

Serial.begin(9600);servo1.attach(pinservo1, pulsoMin, pulsoMax);pinMode(pinP1, OUTPUT);pinMode(pinPfuera2, OUTPUT);pinMode(pinPdentro2, OUTPUT);pinMode(pinPfuera3, OUTPUT);pinMode(pinPdentro3, OUTPUT);pinMode(pinAspir, OUTPUT);

}

void loop() {

//apago todos los reles y servo al iniciodigitalWrite(pinP1, LOW);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPfuera3, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, LOW);digitalWrite(pinAspir, LOW);servo1.write(angulo0);delay(tiempo1);

//meto todos los cilindros

digitalWrite(pinPdentro2, HIGH);digitalWrite(pinPdentro3, HIGH);delay(tiempo1);digitalWrite(pinP1, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, LOW);

//inicia el proceso cilindro 1digitalWrite(pinP1, HIGH); delay(tiempo2);digitalWrite(pinP1, LOW);delay(tiempo2);

Serial.print("i: ");Serial.println(i, DEC);//servo posicion 1//for para ser mas suave, probar primero son for, cambiar angulo# por ifor(i=angulo0; i >= angulo1; i--){servo1.write(i);Serial.print("i1: ");Serial.println(i, DEC);delay(TGservo1);}// cilindro 2 (vertical) y 3 (horizontal)

digitalWrite(pinAspir, HIGH);digitalWrite(pinPfuera3, HIGH);delay(tiempo2);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); //absorbe los huevosdelay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH);delay(tiempo1);digitalWrite(pinPfuera3, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, HIGH); //posicion para bajar c. y soltarlos eggsdelay(tiempo2);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); delay(tiempo2); //eggs en posiciondigitalWrite(pinAspir, LOW);delay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH); //cilindroa arribadelay(tiempo1);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, LOW);

//servo posicion 2for(i=angulo1; i >= angulo2; i--){servo1.write(i);Serial.print("i2: ");Serial.println(i, DEC);delay(TGservo2);}

digitalWrite(pinAspir, HIGH);digitalWrite(pinPfuera3, HIGH);delay(tiempo2);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); //absorbe los huevosdelay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH);delay(tiempo1);digitalWrite(pinPfuera3, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, HIGH); //posicion para bajar c. y soltarlos eggsdelay(tiempo2);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); delay(tiempo2); //eggs en posiciondigitalWrite(pinAspir, LOW);delay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH); //cilindroa arribadelay(tiempo1);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, LOW);

//servo posicion 3for(i=angulo2; i >= angulo3; i--){servo1.write(i);Serial.print("i3: ");Serial.println(i, DEC);delay(TGservo3);}digitalWrite(pinAspir, HIGH);digitalWrite(pinPfuera3, HIGH);delay(tiempo2);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); //absorbe los huevosdelay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH);delay(tiempo1);digitalWrite(pinPfuera3, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, HIGH); //posicion para bajar c. y soltarlos eggsdelay(tiempo2);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPfuera2, HIGH); delay(tiempo2); //eggs en posiciondigitalWrite(pinAspir, LOW);delay(tiempo3);digitalWrite(pinPfuera2, LOW);digitalWrite(pinPdentro2, HIGH); //cilindroa arribadelay(tiempo1);digitalWrite(pinPdentro2, LOW);digitalWrite(pinPdentro3, LOW);

for(i=angulo4; i