DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LÍNEA DE …
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DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LÍNEA DE RECOLECCIÓN DE ELECTRODOS DE SOLDADURA EN LA EMPRESA “SAGER S. A.” EDIER GUZMÁN MORALES CARLOS MAURICIO LÓPEZ BELALCÁZAR UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES SANTIAGO DE CALI 2012
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DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LÍNEA DE RECOLECCIÓN DE ELECTRODOS DE SOLDADURA EN LA EMPRESA “SAGER S. A.”
EDIER GUZMÁN MORALES CARLOS MAURICIO LÓPEZ BELALCÁZAR
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SANTIAGO DE CALI 2012
DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LA LÍNEA DE RECOLECCIÓN DE ELECTRODOS DE SOLDADURA EN LA EMPRESA “SAGER S. A.”
EDIER GUZMÁN MORALES CARLOS MAURICIO LÓPEZ BELALCÁZAR
Pasantía Institucional para optar el título de Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones
Director CESAR MARINO ROJAS ESCOBAR
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SANTIAGO DE CALI 2012
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Santiago de Cali, 17 de Julio de 2012
Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Electrónico y telecomunicaciones. JIMMY TOMBE
Jurado JUAN CARLOS PERAFAN
Jurado
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A ti Dios que me diste la oportunidad de vivir y de regalarme una familia maravillosa. A mis padres, porque creyeron en mi y porque me sacaron adelante, dándome ejemplos dignos de superación y entrega, porque en gran parte gracias a ustedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron impulsándome en los momentos más difíciles de mi carrera, y porque el orgullo que sienten por mi, fue lo que me hizo ir hasta el final. Va por ustedes, por lo que valen, porque admiro su fortaleza y por lo que han hecho de mí. A mis hermanos, tíos, primos, sobrinos, novia y amigos. Gracias por haber fomentado en mí el deseo de superación y el anhelo de triunfo en la vida. Mil palabras no bastarían para agradecerles su apoyo, su comprensión y sus consejos en los momentos difíciles. A todos, espero no defraudarlos y contar siempre con su valioso apoyo, sincero e incondicional.
Carlos Mauricio López Belalcázar Agradezco a Dios y a mi familia que me han dado el apoyo para seguir con la carrera de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones hasta el final, carrera que he aprendido a querer y a valorar con gran fuerza. Edier Guzmán Morales
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AGRADECIMIENTOS Los autores de esta investigación expresan especial agradecimiento a:
LA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE, al Director del programa de Ingeniería Electrónica, Paulo Cesar Calvo y demás docentes por ser las fuentes del conocimiento teórico práctico en esta prestigiosa ciencia.
El Ingeniero CESAR MARINO ROJAS ESCOBAR, asesor de este proceso investigativo, quien con su saber en el campo de la Electrónica, orientó y fortaleció este trabajo.
La Empresa SAGER S.A. ubicada en Santiago de Cali - Valle del cauca de manera especial al Ingeniero JORGE FERNANDO JIMENEZ y al técnico ANSELMO RODRIGUEZ quienes versados en la materia nos permitieron desarrollar todas las actividades planeadas en el cronograma de este proyecto.
Las diferentes industrias: INDUSTRIAS THYN, COHA LTDA, MELEXA, COLSEIN que nos asesoraron sobre la tecnología y diferentes dispositivos a utilizar para el diseño
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CONTENIDO
Pág. GLOSARIO 16 RESUMEN 17 INTRODUCCIÓN 18 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 19 1.1. ANTECEDENTES 19
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19
2. JUSTIFICACION 24
3. OBJETIVOS 25 3.1. OBJETIVO GENERAL 25 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 25
4. MARCO TEORICO 26 4.1. NORMATIVIDAD 26 4.1.1. IEC60617. 26 4.1.2. Guía Gemma. 26 4.2. FABRICACIÓN DE ELECTRODOS EN “SAGER” 26
4.3. CONCEPTOS DE AUTOMATIZACIÓN 27 4.4. ELECTRÓNICA DEL PROYECTO 28
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4.4.1. Variador de velocidad. 28 4.4.2. Detectores. 28 4.5. DISPOSITIVO DE CONTROL 29 4.5.1. PLC. 29 4.5.2. Diagramas Ladder o de escalera. 29
4.5.3. Diagrama Grafcet. 31
4.6. DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS 31 4.6.1. Contactor. 31
4.6.2. Relé Térmico. 33 4.6.3. Solenoide. 34 4.7. MECÁNICA E HIDRÁULICA DEL PROYECTO 34 4.7.1. Elevador tipo tijera. 34
4.7.2. Bomba hidráulica. 35 4.7.3. Transmisión de movimiento por poleas. 36
4.7.4. Cilindro hidráulico de simple efecto. 37 4.7.5. Engranajes cónicos rectos. 37 4.7.6. Motorreductor. 38 5. INFORMACION GENERAL DEL SITIO 39
6. NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 42 7. SOLUCION AL PROYECTO 43 7.1. DISEÑO DELCARRO RECOLECTOR 43
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7.1.1. Planos del nuevo carro recolector. 45 7.2. SOLUCIONES PARA LA PROPULSIÓN DEL CARRO RECOLECTOR 51 7.2.1. Elevación y descenso del carro con motor diferencial. 51 7.2.2. Elevación y descenso del carro con plataforma hidráulica. 54 7.2.3. Escogencia de la solución. 59
8. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA SOLUCION CON 60 PLATAFORMA HIDRAULICA 8.1. CALCULO DEL SISTEMA DE POLEAS: 60
8.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DE TRANSPORTE PARA LA 62 RECOLECCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE LOS ELECTRODOS 8.3. DESCRIPCIÓN DE TRANSMISION DEL MOVIMIENTO DE BANDAS. 66
8.4. TIEMPO DE RECOLECCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE LOS 69 ELECTRODOS DE SOLDADURA 8.5. POSIBLE IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO EN LA PLANTA 70 8.6. POTENCIA REQUERIDA POR EL MOTOR DE LAS BANDAS 72
8.7. TABLERO DE CONTROL DEL PROCESO 73 8.8. ENTRADAS Y SALIDAS DEL DISPOSITIVO DE CONTROL 75 8.9. PLANO DE UBICACIÓN DE LOS DETECTORES 77 9. ELEMENTOS PARA LA IMPLEMENTACION 79
9.1. DISPOSITIVO CONTROLADOR 79 9.2. RELÉ TÉRMICO 80 9.3. CONTACTOR 81 9.4. MECANISMO DE PROPULSIÓN PARA LA RECOLECCIÓN 82 Y ALMACENAMIENTO
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9.4.1. Plataforma hidráulica tipo tijera. 82 9.4.2. Unidad de potencia hidráulica. 82 9.5. COMPUERTA SOLENOIDE. 83 9.6. CERROJO DE SEGURIDAD PARA GUARDAS 84 9.7. CARRO RECOLECTOR 84
9.8. BANDAS TRANSPORTADORAS. 85
9.9.1. Detectores inductivos. 85 9.9.2. Detectores fotoeléctricos. 88
9.11. ELEMENTOS PARA TABLERO DE OPERACIÓN. 89 10. PROVEEDORES 92
11. COSTO ESTIMADO DEL PROYECTO. 94
12. CONCLUSIONES 95 BIBLIOGRAFIA 96
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LISTA DE CUADROS
Pág.
Cuadro 1. Características de la plataforma hidráulica 55
Cuadro 2. Características de la Unidad de Potencia Hidráulica 56
Cuadro 3. Características de la banda de producción 61
Cuadro 4. Características de la banda ondulada 63
Cuadro 5. Características de la banda de recolección 64
Cuadro 6. Especificaciones del motor 72
Cuadro 7. Entradas para el PLC 75
Cuadro 8. Salidas para el PLC 76
Cuadro 9. Especificaciones Allen Bradley Micro830 79
Cuadro 10. Características del Relé térmico de Allen Bradley 80
Cuadro 11. Características del Contactor de Allen Bradley 81
Cuadro 12. Características de la plataforma hidráulica 82
Cuadro 13. Característica unidad de potencia hidráulica 83
Cuadro 14. Elementos de las bandas transportadoras 85
Cuadro 15. Características Técnicas –Detector SICK - IQ40-40NPP 86
Cuadro 16. Características Técnicas –Detector SICK - IME30-15BPSZ 87
Cuadro 17. Características Técnicas - Detector SICK - WL170-P132 88
Cuadro 18.Características Técnicas - pulsador 800FP-F3PX10 89
Cuadro 19. Características Técnicas - pulsador 800FP-G6 90
Cuadro 20. Características Técnicas- selector 800FP-SM22PX10 90
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Cuadro 21. Características Técnicas -piloto 800FP-P7PN3W 90
Cuadro 22. Características Técnicas- pulsador 800FP-MT44PX01 91
Cuadro 23. Características técnicas - pulsador 800FP-MT64 91
Cuadro 24. Costo Total Estimado del Proyecto 94
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LISTA DE FIGURAS
Pág. Figura 1. Recolección y almacenamiento manual de electrodos 20
Figura 2. Bandejas contenedoras para electrodos en carro recolector 20
Figura 3. Recolección y almacenamiento manual de electrodos en las 21 bandejas Figura 4. Electrodos almacenados en una bandeja 22
Figura 5. Carro recolector en el horno. 23
Figura 6. Variador de velocidad. 28
Figura 7. Ejemplo de descripción gráfica Ladder. 30
Figura 8. Partes del contactor. 32
Figura 9. Relé térmico. 33
Figura 10. Solenoide. 34
Figura 11. Elevador tipo tijera. 35
Figura 12. Bombas Hidráulicas. 35
Figura 13. Sistema de transmisión de velocidad. 36
Figura 14. Diagrama esquemático de un cilindro de Simple Efecto. 37
Figura 15. Engranaje cónico recto 38
Figura 16. Motorreductor. 38
Figura 17. Ubicación de SAGER S.A. 39
Figura 18. Vista tridimensional de la planta. 40
Figura 19. Plano de la planta a escala 1:20 (medidas en m) 41
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Figura 20. Dimensiones del horno actual (m) 43
Figura 21. Soportes para el electrodo 44
Figura 22. Vista frontal 45
Figura 23. Vista lateral 46
Figura 24. Vista superior 47
Figura 25. Prototipo final del carro recolector (Vista lateral y frontal) 48
Figura 26. Soporte inferior carro recolector 49
Figura 27. Sistema deslizable para graduar el ancho del carro. 49
Figura 28. Parales frontales y relieves 50
Figura 29. Estructura para Polipasto o diferencial 51
Figura 30. Banda y foso con el carro recolector. 52
Figura 31. Etapas de transporte para la recolección de los electrodos 54
Figura 32. Plataforma hidráulica en el foso 54
Figura 33. Guías y agujeros en la plataforma hidráulica 55
Figura 34. Inserción del carro a la plataforma 57
Figura 35. Diagrama de Flujo para el proceso de recolección y 58 almacenamiento con plataforma hidráulica
Figura 36. Banda de producción 60
Figura 37. Etapas de transporte para la recolección y almacenamiento 62 de los electrodos Figura 38.Banda ondulada 63
Figura 39.Dimensiones Relieves Banda ondulada (banda 2) (cm). 63
Figura 40. Banda de recolección junto con el foso. 64
Figura 41. Banda número 3 con solenoides y rodillos. 65
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Figura 42. Guardas de seguridad. 65
Figura 43. Ubicación de los pulsadores de paro de emergencia 66
Figura 44. Rampa de acople banda 1 y 2. 66
Figura 45. Transmisión a la polea de la banda ondulada 67
Figura 46. Acople de poleas de las bandas 2 y 3 67
Figura 47.Transmisión a los rodillos por medio de engranaje cónico 68
Figura 48. Área de la planta antes de la implementación 71
Figura 49. Área de la planta después de la implementación. 71
Figura 50. Botonera de mando del proceso para el operario 73
Figura 51. Tablero para los pilotos de aviso 74
Figura 52. Ubicación de detectores del sistema. 77
Figura 53. Ubicación relieves. 78
Figura 54. PLC Micro830 de Allen Bradley 79
Figura 55. Relé térmico 80
Figura 56. Contactor 81
Figura 57. Unidad de Potencia Hidráulica 82
Figura 58. Solenoide 83
Figura 59. Cerrojo de seguridad PILZ 84
Figura 60. Detector IQ40-40NPP- KC0K 86
Figura 61. Detector IME30-15BPSZ-W2K 87
Figura 62. Detector WL170-P132 88
Figura 63. Reflector PL80A 89
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LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Plano vista lateral diseño bandas recolección electrodos. 99
Anexo B. Plano vista superior diseño bandas. 100
Anexo C. Plano vista frontal diseño bandas. 101
Anexo D. Calculo del peso del carro en el programa SolidWorks. 102
Anexo E. Grafcet Automatización. 103
Anexo F. Simulaciones en laboratorio. 104
Anexo G. Potencia requerida por la unidad hidráulica (UPH). 105
Anexo H. Potencia requerida por el motor con las nuevas bandas. 107
Anexo I. Diagrama de fuerza para motor bandas transportadoras. 108
Anexo J. Diagrama de fuerza para el motor de la plataforma hidráulica. 109
Anexo K. Diagrama de control. 110
Anexo L. Esquema de conexiones del PLC. 111
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GLOSARIO ALMACENAMIENTO DE ELECTRODOS: es la etapa mediante la cual el carro recolector está completamente lleno de electrodos de soldadura y está listo para ser llevado al “área de secado al aire” (ilustrada en la figura 49). CARRO RECOLECTOR: tiene como objetivo almacenar los electrodos de soldadura al momento de la recolección en la producción. ELECTRODO DE SOLDADURA: un electrodo de soldadura es un elemento que está compuesto por una varilla metálica y por un revestimiento que permite la conducción de la corriente a través de una pieza de trabajo y permite fusionar dos piezas. GUÍA GEMMA (GUIDE D’ÉTUDE DES MODES DE MARCHES ET D’ARRETS): GEMMA es una guía gráfica que presenta, los diferentes modos de Marcha y paro de una instalación de producción así como las formas y condiciones para pasar de un modo a otro como automático y manual, además de la manera de encontrar fallos. HIDRÁULICA: la hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma. IEC (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISION): comisión de Electrotecnia Internacional, es una organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO. PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER): controlador Lógico Programable por sus siglas en ingles. Es un dispositivo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, entre otras; en fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras de instalación, señalización y control. RECOLECCIÓN DE ELECTRODOS: etapa en la cual se llenan electrodos de soldadura en grupo en cada nivel del carro recolector. REVESTIMIENTO DE ELECTRODO DE SOLDADURA: es una mezcla homogénea de varios compuestos químicos, estos permiten que la corriente fluya por medio del electrodo.
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RESUMEN
El proyecto consiste en diseñar un sistema capaz de recolectar electrodos de soldadura automáticamente y almacenarlos en carros contenedores de forma segura. SAGER S.A. es la empresa en la que se hace la pasantía, esta empresa se dedica a la fabricación y venta del producto mencionado. SAGER S.A, fabrica dos dimensiones diferentes de electrodos de soldadura, 9’’ (22,8 cm) y 14’’ (35,5 cm), después del proceso de fabricación, los electrodos son transportados por medio de bandas transportadoras en las cuales ocurren procesos de alineamiento del electrodo y de pulimiento de sus extremos. Finalmente los recolecta un operario que es el encargado de almacenarlos en bandejas dentro de los carros contenedores. Actualmente la recolección de este producto se hace manualmente y el almacenamiento del producto no es adecuado, todo esto hace que se presenten problemas en cuanto a la calidad del producto y el tiempo empleado. La empresa vio necesario contratar a ingenieros en pasantía para dar solución a este problema, para esto se plantearon unas necesidades y requerimientos que dieron origen al proyecto. Con este proyecto se dio solución al problema de la recolección y el almacenamiento trayendo consigo nueva tecnología, mejoras en el proceso y la oportunidad de ampliaciones o modificaciones futuras sobre el mismo. Dentro de este trabajo se determinaron dos soluciones, se escogió la más adecuada de acuerdo a una serie de condiciones y requerimientos. Se hizo una implementación de algunas técnicas de diseño concurrente, en las cuales se describió el sistema como un proceso organizado y en el que se consideró primordialmente la satisfacción de la empresa para con su producto y la automatización del proceso como base para la generación del proyecto. Palabras Claves: Electrodos de soldadura, almacenamiento, recolección, carro recolector.
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INTRODUCCIÓN La empresa SAGER S.A especialistas en soldadura con más de 20 años en el mercado, fabrica y comercializa diferentes tipos de electrodos de soldadura. A raíz de la creciente demanda de este producto la empresa vio la necesidad de mejorar su proceso de recolección y la forma en como se almacena actualmente del producto. Se hizo un proyecto atractivo debido a que en la actualidad el operario se demora mucho tiempo al recoger y almacenar los electrodos dentro del carro contenedor, viendo también malgastado el tiempo que se opera en la empresa ya que la recolección manual es lenta. Además debido a la estructura del carro recolector al momento del almacenamiento, los electrodos quedan con pequeñas marquillas a lo largo de su revestimiento y esto afecta su calidad. El concepto de almacenamiento de electrodos hace referencia al carro recolector totalmente lleno de electrodos, también hace referencia a su permanencia en el “área de secado al aire” durante un periodo de tiempo para después pasar al horno. Se agilizó el proceso de recolección, ya que con la automatización se van a producir más electrodos en menos tiempo. También se mejoró la forma en como se almacena el electrodo, haciendo que este no tenga tantos defectos por descansar sobre bandejas como se hace en la actualidad.
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1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. ANTECEDENTES
Después de una búsqueda en libros, revistas, documentos tanto físicos como electrónicos y base de datos de la Universidad Autónoma de Occidente no se encontraron trabajos que presenten soluciones al problema de recolección y almacenamiento de los electrodos de soldadura, solamente por referencia del ingeniero de producción de SAGER SA, se sabe de un proceso en la planta de Eutectic Castolin, líder mundial en soldaduras especiales, ubicada en México. Este proceso radica en la utilización de un diferencial que es utilizado para el levantamiento de un carro recolector, este recoge y almacena las varillas de soldadura en grupo sobre una banda transportadora. Sobre este proceso no se tiene ninguna otra documentación que no sea privada para SAGER S.A.
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La empresa SAGER S.A. Produce electrodos de dos dimensiones diferentes, 9’’ (23,0cm) y 14’’ (35,7cm). La última etapa del proceso es lenta y requiere que un operario ubique los electrodos en bandejas planas, (ver Figura 2) estas se deben acomodar en un carro contenedor ubicado al lado de una banda que transporta el producto, luego de almacenar el producto en el carro, este es llevado durante 24 horas para el secado del producto, después de este tiempo es llevado a un horno. La operación en la actualidad se realiza manualmente, lo que conlleva a una pérdida de la calidad del producto por la forma de almacenarse y a demoras en el proceso. (Véase Figura 1).
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Figura 1. Recolección y almacenamiento manual de electrodos
Figura 2. Bandejas contenedoras para electrodos en carro recolector
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Los pasos que se deben cumplir para la recolección y almacenamiento de los electrodos se explica a continuación:
Un operario ubica una primera bandeja en el carro recolector, de tal modo que sobre esta se ordenen los electrodos.
A medida que van saliendo los electrodos de la banda transportadora, el operario debe recogerlos y almacenarlos en fila en la bandeja ubicada en el carro. Si la bandeja se llena, se ubica una nueva arriba de la anterior y se repite el proceso hasta llenar el carro con 25 bandejas apiladas. Esta etapa tarda aproximadamente 2 horas y media para recolectar los electrodos de 9’’ y almacenarlos en el carro, el tiempo para los de 14’’ es de una hora 50 minutos’. El proceso se ilustra en la Figura 3.
Figura 3. Recolección y almacenamiento manual de electrodos en las bandejas
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Una vez terminado el proceso de recolección y almacenamiento, el carro debe almacenarse durante 24 horas en la zona de secado.
Los electrodos de 9’’ se almacenan de a 3 filas en las bandejas, como muestra la figura 4, los de 14’’ son almacenados de a dos filas ocupando el mismo espacio en la bandeja. Figura 4. Electrodos almacenados en una bandeja
Finalmente el carro es introducido por un operario en un horno a temperaturas de aproximadamente 371ºC para los electrodos de 9’’ y 426ºC para los de 14’’, para esto existen en la empresa dos hornos, los cuales se pueden usar para cualquiera de las dos temperaturas. (Ver figura 5). Cabe aclarar que en una producción día, no se pueden combinar los dos tipos de dimensiones.
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Figura 5. Carro recolector en el horno.
Por la manera de almacenar los electrodos en la actualidad, estos al salir del horno quedan con pequeñas marcas, esto es porque el revestimiento ha descansado sobre la superficie de la bandeja desde su secado al ambiente hasta el final de su horneado. En conclusión, el proceso de recolección manual actual es lento y el almacenamiento afecta el revestimiento de los electrodos, se busca eliminar todos estos inconvenientes mediante el diseño de la automatización de recolección de electrodos del proceso y el diseño de un nuevo carro recolector para un mejor almacenamiento del producto.
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2. JUSTIFICACION
Con el diseño automatizado se eliminó la intervención del operario en el proceso de recolección y almacenamiento, esto permite que se produzcan más electrodos en menos tiempo; también, en consecuencia, se evitan los errores que un ser humano es susceptible a cometer. Se diseñó un carro recolector apto para recoger y almacenar las dos dimensiones de electrodos sin dañar su revestimiento en el proceso de almacenamiento para el secado y horneo, esto permite que el producto salga con menos deterioro y con mejor calidad.
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3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema automático para la recolección y almacenamiento de electrodos de soldadura en SAGER S.A.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseñar un carro apto para almacenar los dos tipos de dimensiones de electrodos que se elaboran en la empresa.
Elegir el tipo de propulsión más adecuada para la recolección de electrodos.
Elaborar una animación que muestre el proceso de la recolección de electrodos.
Elaborar en un programa la secuencia automatizada del proceso.
Diseñar las etapas de transporte adecuadas para la recolección de los electrodos en el carro contenedor sin que estos sufran daño alguno.
Implementar la guía gemma para el proceso.
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4. MARCO TEORICO
4.1. NORMATIVIDAD 4.1.1. IEC60617. La norma IEC 60617 contiene los símbolos a usarse en diagramas electrotécnicos. Esta norma encierra alrededor de 1750 símbolos, estos pertenecen a distintas áreas como:
Dispositivos conductores y conectores.
Componentes pasivos.
Semiconductores.
Producción y conversión de energía eléctrica.
Dispositivos de protección.
Instrumentos de medición, pilotos y dispositivos de señalización.
Equipos de telecomunicaciones y conmutación.
Diagramas y planos de instalación arquitectural y topográfica.
Elementos de lógica binaria.
Elementos análogos e híbridos. 4.1.2. Guía Gemma. La guía GEMMA (del francés Guide d’Etude des Modes de Marches et d’Arrets) designan guía de estudio de los modos de marcha y paro la cual incluye módulos de seguridad (prioritario), de modos de marcha y de producción. 4.2. FABRICACIÓN DE ELECTRODOS EN “SAGER”. SAGER S.A produce electrodos de soldadura con diferentes longitudes, de 9”(228.6 mm) y 14”(355.6 mm), con diámetros de 4.5mm y 7mm respectivamente que se utilizan para aplicaciones de mantenimiento, recuperación de piezas y protección de piezas nuevas. El proceso de fabricación es prácticamente un ensamble por que se inicia con dos componentes esenciales ya prefabricados, el alambre, el concentrado para formar el revestimiento el cual se compone de silicatos de sodio y potasio mezclado con agua y otros químicos.
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El proceso de fabricación de electrodos se compone de los siguientes pasos:
Cuantificación y mezclado de los elementos que van a constituir el revestimiento del electrodo.
Moldeado de la mezcla resultante en una masa cilíndrica de aproximadamente 5 Kg.
Apilado y alineación de las varillas que van a ser revestidas para constituir el electrodo.
Revestimiento de la varilla con la mezcla.
Entrega de electrodos revestidos a la banda transportadora para el proceso de recolección.
Los electrodos revestidos de 9” y 14” quedan con pesos aproximados de 14 y 55 gramos respectivamente. 4.3. CONCEPTOS DE AUTOMATIZACIÓN. El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con mínima o sin intervención del ser humano. Entre sus ventajas se encuentran: Liberación del recurso humano de tareas desagradables y peligrosas
Reducción de costos de operación y mantenimiento.
Aumento en la seguridad de operación para equipos y operarios.
Para realizar un proceso de automatización se deben aplicar varias estrategias que generalmente incluyen. Manejo entradas y salidas, monitoreo y manejo de alarmas.
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4.4. ELECTRÓNICA DEL PROYECTO 4.4.1. Variador de velocidad. Es un sistema para variar la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna o continua, esto se hace cambiando la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Los variadores de velocidad son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia). Figura 6. Variador de velocidad.
4.4.2. Detectores. Un detector es aquel dispositivo capaz de percibir cierto fenómeno físico o químico y transformarlo en variables eléctricas. Estas variables pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, etc.
Existen diferentes tipos de detectores como los ópticos, capacitivos, infra rojos, laser, etc. Pero se centró en los inductivos y fotoeléctricos ya que son los utilizados en el proyecto.
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Detector inductivo. Los del tipo inductivo detectan sólo objetos metálicos. Son insensibles a las influencias externas y son duraderos para todas las aplicaciones. Ofrecen una alta velocidad, sin detección por contacto en una vida sumamente larga.1
Detector fotoeléctrico. Es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Se compone de un emisor y un receptor que capta la luz generada por el emisor. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos, formas, colores y diferencias de superficie, aún bajo condiciones ambientales extremas. Algunos tipos de detectores fotoeléctricos actúan por barrera de luz, por reflexión sobre espejo o por reflexión sobre objetos.2 4.5. DISPOSITIVO DE CONTROL 4.5.1. PLC. (Programmable Logic Controler), en español “Controlador Lógico Programable”. Es un equipo electrónico, que, tal como su nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Para que el PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar, esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de la instalación.
Un PLC puede ser programado directamente por lenguaje de escalera (ladder) o por diagrama GRACET. 4.5.2. Diagramas Ladder o de escalera. Son diagramas de uso común para representar la lógica de controladores de sistemas industriales (PLC). Se les llaman diagramas "escalera" porque se asemejan a una escalera, con dos rieles verticales (de alimentación) y "escalones" (líneas horizontales), en las que hay circuitos de control que definen la lógica a través de funciones. Las principales características del diagrama ladder son:
1 ABB, Power and productivity for a better world – Detectores Inductivos. [en línea]. Consultado en
Abril de 2012. Disponible en Internet: http://www.abb.com/product/seitp329/95ad52cc4b6a0627c1256fb70047bee7.aspx?productLanguage=es&country=ES 2 Wikipedia, La enciclopedia Libre – Detector fotoeléctico. [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation,
2012. Consultado en Febrero de 2012. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctrico
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Instrucciones de entrada que se colocan al lado izquierdo. Instrucciones de salida se sitúan al lado derecho.
Los rieles de alimentación son las líneas de suministro de energía (AC ó DC).
La mayoría de los PLC permiten más de una salida por cada escalón.
El procesador (o "controlador") explora peldaños de la escalera de arriba a
abajo y de izquierda a derecha, de acuerdo al esquema de la figura 7. Las instrucciones de entrada son condiciones del sistema para dejar pasar o no la corriente de una línea a la otra. Estas condiciones se manejan comúnmente con contactos normalmente abierto o normalmente cerrados los cuales interpretan las señales de alto y bajo de sensores o interruptores.3
Figura 7. Ejemplo de descripción gráfica Ladder.
Fuente: Rocatek – Programación Ladder PLC Basica [en linea] [Consultado en Septiembre de 2011] [Disponible en Internet] http://www.rocatek.com/forum_programacion_ladder.php
3 Rocatek – Programación Ladder PLC básica. [en línea]. [Consultado en 2 Septiembre de 2011].
Disponible en Internet: http://www.rocatek.com/forum_programacion_ladder.php
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4.5.3. Diagrama Grafcet. El GRAFCET (Grafico de Control de Etapas de Transición) es un grafo o diagrama funcional normalizado, que permite hacer un modelo del proceso a automatizar, contemplando entradas, acciones a realizar, y los procesos intermedios que provocan estas acciones. Inicialmente fue propuesto para documentar la etapa secuencial de los sistemas de control de procesos a eventos discretos. No fue concebido como un lenguaje de programación para PLC, sino un tipo de Grafo para elaborar el modelo pensando en la ejecución directa del automatismo o programa del PLC. Varios fabricantes en sus PLC hacen el paso directo de programar el PLC en Grafcet, en vez de pasar el Grafcet a Ladder y programar el controlador, esto lo ha convertido en un potente lenguaje gráfico de programación para autómatas, adaptado a la resolución de sistemas secuenciales. 4.6. DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS. 4.6.1. Contactor. Un contactor eléctrico funciona básicamente como un interruptor (deja o no pasar la corriente), pero con la capacidad de ser activado a distancia mediante un mecanismo electromagnético. Se define técnicamente como un interruptor trifásico, el que se acciona mediante una bobina. En La figura 8 se describe las partes del contactor.
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Figura 8. Partes del contactor.
Fuente: Aula Eléctrica – El contactor [en línea].[Consultado en Noviembre de 2011] Disponible en Internet: http://guindo.pntic.mec.es/rarc0002/all/aut/dat/f.el.contactor.pdf
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4.6.2. Relé Térmico. El relé térmico electrónico ha sido diseñado para proteger motores eléctricos. Estos aparatos operan en el principio de monitorear la corriente del circuito arrancador motor y, cuando la corriente excede unas condiciones prefijadas o no pasa corriente por alguna fase, el aparato iniciará el circuito de disparo que desconectará la potencia del arrancador (normalmente un contactor) protegiendo así al circuito y al motor.4
Figura 9. Relé térmico.
Fuente: GE Energy Industrial Solutions – Relé Térmico Electrónico RE. [en línea]. [Consultado en Abril de 2012]. Disponible en Internet: http://www.gepowercontrols.com/es/product_portfolio/control_automation/overloads/Electronic_Overload_Relay.html
4 GE Energy Industrial Solutions – Relé Térmico Electrónico RE. [en línea]. Consultado en Abril de
2012. Disponible en Internet: http://www.gepowercontrols.com/es/product_portfolio/control_automation/overloads/Electronic_Overload_Relay.html
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4.6.3. Solenoide. Los solenoides son componentes electromecánicos formados por un hilo eléctrico enrollado alrededor de un pistón móvil de acero o hierro. Cuando se aplica una tensión al solenoide la corriente genera un campo magnético que aplica una fuerza sobre el pistón haciendo que este se mueva en cualquiera de los dos sentidos. La dirección de la fuerza apunta al centro del solenoide (ver figura 10).5
Figura 10. Solenoide.
Fuente: Wikipedia: la enciclopedia libre [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2011 [consultado en noviembre de 2011]. Disponible en Internet: http://en.wikipedia.org/wiki/Solenoid
4.7. MECÁNICA E HIDRÁULICA DEL PROYECTO.
4.7.1. Elevador tipo tijera. Es un mecanismo por el cual se pueden transportar verticalmente varios objetos gracias a una plataforma ubicada en la parte superior del mecanismo de tijera. Todo el mecanismo es accionado por un pistón acondicionado al sistema y controlado por una unidad de potencia hidráulica (Bomba y motor).
5 Transmotec – Solenoides. [en línea]. Consultado en Abril del 2012. Disponible en Internet:
http://transmotec.es/solenoids/
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Figura 11. Elevador tipo tijera.
Fuente:Elevacargas Modulares VF[en linea]. [Consultado en Septiembre de 2011] Disponible en Internet: http://brasil.acambiode.com/produto_55546645158615072555019001197828.html
4.7.2. Bomba hidráulica. Una bomba hidráulica es un dispositivo tal, que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior, la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión.
Figura 12. Bombas Hidráulicas.
Fuente:BOMBAS HIDRAULICAS [en línea]. [Consultado en Septiembre de 2011] Disponible en Internet: http://members.fortunecity.es/100pies/mecanica/fotosmecanica/bombas1.jpg
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4.7.3. Transmisión de movimiento por poleas. La transmisión de movimiento por poleas se utiliza cuando la distancia entre los dos ejes de rotación es grande. El mecanismo consiste en dos poleas que están unidas por una misma correa o por un mismo cable, y su objetivo es transmitir del eje de una de las poleas al de la otra. El número de revoluciones (o vueltas) de cada eje vendrá dado por el tamaño de las poleas, de modo que, la polea mayor girará a una velocidad más baja que la polea menor. De acuerdo con esta idea, se encuentran dos casos básicos representados en la figura 13:
La polea de salida (conducida) gira a menor velocidad que la polea de entrada (motriz).
La polea de salida gira a mayor velocidad que la polea de entrada.
Figura 13. Sistema de transmisión de velocidad.
Reducción de velocidad Multiplicación de velocidad
Fuente: Villalba Hervás - Aprendemos Tecnología [en línea] [consultado en Noviembre del 2011]Disponible en internet: http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/04/03-poleas-con-correa.pdf La relación de transmisión, como su nombre indica, es una relación de dos cifras.
En donde n1 y n2 son las velocidades de la polea conductora y conducida respectivamente.
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4.7.4. Cilindro hidráulico de simple efecto. El desplazamiento del cilindro de simple efecto tiene lugar en un sólo sentido que es el de avance, por lo que en este tipo de cilindros el trabajo únicamente se efectúa en este sentido. El retroceso generalmente se consigue gracias a la incorporación de un muelle que se encuentra situado en el interior del cilindro. Asimismo existen cilindros de simple efecto sin muelle, en los que el retroceso puede ser realizado por el propio peso del émbolo y vástago si el posicionamiento del cilindro es vertical.6
Figura 14. Diagrama esquemático de un cilindro de Simple Efecto.
Fuente: WIkiFab - Cilindros Neumáticos [en línea].[Consultado en Septiembre de 2011] Disponible en Internet: http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Discusi%C3%B3n:ABC_of_ERP%27S
4.7.5. Engranajes cónicos rectos. Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc., por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°.
6 WIKIFAB – Cilindros Neumáticos. [en línea]. Consultado en Abril de 2012. Disponible en Internet:
http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Discusi%C3%B3n:ABC_of_ERP%27S
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Figura 15. Engranaje cónico recto
Fuente: Wikipedia: la enciclopedia libre [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2012 [consultado en enero de 2012]. Disponible en Internet: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c1/Kegelradgetriebe.jpg/800px-Kegelradgetriebe.jpg
4.7.6. Motorreductor. Conjunto electromecánico utilizado para la transmisión de potencia mecánica y reducción de velocidad. Como ventajas presenta regularidad en la velocidad y en la potencia transmitida, con gran eficiencia.
Figura 16. Motorreductor.
Fuente: Direct Industry - El Salón Virtual de la Industria [en línea]. [Consultado en enero del 2012] [Disponible en Internet] http://www.directindustry.es/cat/motores-motorreductores-controles-de-motor/motorreductores-planetarios-D-252.html
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5. INFORMACION GENERAL DEL SITIO
Figura 17. Ubicación de SAGER S.A.
SAGER S.A se encuentra ubicada en el departamento del valle del cauca en la ciudad de Cali en la calle 25 No 1N-65 en el norte de la ciudad, donde se está desarrollando el proyecto. En la figura 18 se muestra el plano de la planta en la que se quiere hacer el diseño de automatización.
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Figura 18. Vista tridimensional de la planta.
En la figura 19 se muestra el plano de la planta con las dimensiones de importancia para el proyecto y el nombre de cada una de las zonas de la planta.
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El área de interés para el desarrollo del proyecto, es la denotada como “área de extrusión de electrodos”. Figura 19. Plano de la planta a escala 1:20 (medidas en m)
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6. NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA Para la obtención de datos primarios se recurrió al estudio detallado del proceso de recolección y almacenamiento de los electrodos de soldadura donde se va a ejercer el control. Posteriormente se llevó a cabo una consulta en planta al personal involucrado en el proyecto a partir de lo cual se plantearon las siguientes necesidades en cuanto a la recolección de electrodos:
Eliminar la intervención del operario.
Garantizar la integridad del electrodo.
Garantizar la seguridad del proceso tanto para el equipo como para el operario.
Diseñar un carro que se acomode a las características de la planta.
Agilizar la recolección actual de electrodos. Requerimientos del sistema. La interpretación de los datos obtenidos en el punto anterior es de suma importancia, pues ellos reflejan la magnitud real de lo requerido por la empresa, por eso es necesario relacionar estas necesidades con palabras técnicas o de ingeniería para lograr abordar de una manera adecuada las posibles soluciones que se planteen.
Facilidad de operación.
Disponibilidad para futuras ampliaciones.
Facilidad de mantenimiento.
Seguridad en la operación.
Adaptable a condiciones ambientales.
Reducir el tiempo de recolección. Por todo lo anterior se concluye que el proyecto debe responder con las siguientes características. Utilidad: Sistema automatizado para el control de la recolección y almacenamiento de electrodos. Facilidad de mantenimiento: El mantenimiento debe ser llevado en forma práctica, ágil y acorde con las normas ambientales. Documentación de la automatización: Las estrategias de control deben ser bien documentadas para facilitar el entendimiento del mismo. Ensamblaje del sistema: La implementación del diseño debe ser de fácil adaptación con el resto del sistema que interviene en el proceso.
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7. SOLUCION AL PROYECTO
7.1. DISEÑO DELCARRO RECOLECTOR
Para diseñar el carro que almacenará los electrodos primero se deben establecer las especificaciones que debe tener para cumplir con los requerimientos de la empresa, en cuanto a la manera de almacenar los electrodos y la forma de llevarse y situarse en el horno. Para esto se tiene en cuenta: Altura y fondo: El carro recolector se diseñó pensando que no debe sobrepasar las dimensiones de los hornos (ver figura 20). Figura 20. Dimensiones del horno actual (m)
Ancho: El ancho debe establecerse dependiendo de las dos dimensiones de electrodos (de 9’’ y 14’’), para esto, un sólo carro debe ser apto para recolectar y almacenar cualquiera de las dos dimensiones.
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Forma: La estructura del carro recolector es angular, y debe ser en forma de n, ya que este debe recoger los electrodos sobre una banda transportadora, para esto no se necesitan bandejas en el carro sino que tenga niveles fijos que sostengan al electrodo por sus extremos, como se muestra en la figura 21. Figura 21. Soportes para el electrodo
La parte del electrodo que no tiene revestimiento descansa sobre un ángulo recto y debido a que el electrodo tiene un pequeño ángulo en su otro extremo este puede descansar sobre una pendiente de 45°. Los soportes con pendiente cumplen la función de que los electrodos queden totalmente apilados, además de lograr tener el menor contacto posible con el revestimiento, mientras que el soporte plano sostiene al electrodo por su parte metálica libre de revestimiento. Entre los niveles del carro hay un espacio de 5cm, ya que esa es la distancia suficiente para alcanzar un buen número de electrodos apilados ya que se debe mantener la altura del carro actual debido a las dimensiones del horno. Además es el espacio suficiente para que el electrodo en el tiempo de exposición al aire libre durante un día reciba el aire suficiente para la adherencia de la varilla y su revestimiento. Material: El material del cual está formado el nuevo carro recolector es hierro comercial resistente a la corrosión y a altas temperaturas que en este caso no pasan de 450°C. Ruedas: Las ruedas son de tipo industrial giratorias de hierro comercial, ya que deben ser resistentes a las altas temperaturas del horno. Capacidad: Por el espacio de 5 cm que hay nivel tras nivel, teniendo en cuenta esto y la altura del carro, este debe tener en total 20 niveles para recolectar y almacenar los electrodos. Teniendo en cuenta estas especificaciones, a continuación se muestran los planos para el carro recolector.
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7.1.1. Planos del nuevo carro recolector Figura 22. Vista frontal (cm)
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Figura 23. Vista lateral (cm)
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Figura 24. Vista superior (cm)
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Figura 25. Prototipo final del carro recolector (Vista lateral y frontal)
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Peso: El peso del carro es de aproximadamente 240Kg. (Ver anexo D). Con todos los niveles llenos de electrodos de 9’’ el peso es de 300 Kg, con electrodos de 14’’ 410 Kg. Además se deben poner dos soportes removibles en las partes inferiores, frontal y trasera, del carro recolector cada vez que esté lleno; esto para que el carro en el tiempo no ceda y mantenga su estructura en “n” rígida para el buen almacenamiento del producto, esto se muestra en la figura 26. Figura 26. Soporte inferior carro recolector
Se ha diseñado el carro recolector con un sistema deslizable compuesto por dos vigas y un pasador con dimensión variable, esto es, que mediante un sistema adaptable de las vigas superiores, frontal y trasera del carro, este quede apto tanto para la recolección como para el almacenamiento de las dos dimensiones diferentes de electrodos tal como se muestra en la figura 27. Figura 27. Sistema deslizable para graduar el ancho del carro.
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Con esto se modifica el ancho del carro, al adaptarse este queda de 40 cm para el de 9’’ y de 52 cm para el de 14’’. También el carro tiene dos parales en la parte frontal con la finalidad de que al momento de la recolección y almacenamiento los electrodos de soldadura no caigan al piso. Se tienen unos relieves circulares en su parte posterior los cuales indican al sistema qué distancia exacta subir el carro para recolectar los electrodos en cada nivel. Figura 28. Parales frontales y relieves
En cuanto a la dinámica del transporte de los electrodos en el carro, estos tienen muy poco riesgo de caerse del mismo o de realizar movimientos no deseados gracias a lo siguiente:
Los electrodos están juntos uno del otro apilados en grupo en cada nivel.
La superficie es lisa, con lo cual la fricción entre el piso y las ruedas del carro recolector es menor.
La distancia de transporte de electrodos de la zona de recolección a la “zona de almacenamiento y secado” no excede los 5 metros.
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En la superficie del piso no existe pendiente alguna, por lo cual los electrodos quedan apilados en cada nivel del carro recolector estables.
Existen parales para evitar caídas de electrodos al momento del transporte. Cabe destacar que al momento de la inserción de los carros al horno, caben en él 3 carros de 9’’ ó 2 de 14’’, teniendo claro que no se combina la producción de 2 tipos de electrodos en una sola jornada.
7.2. SOLUCIONES PARA LA PROPULSIÓN DEL CARRO RECOLECTOR.
Ya diseñado el carro recolector, se debe diseñar un sistema capaz de ubicarlo de tal forma que recoja los electrodos automáticamente, para esto se analizaron dos maneras diferentes para la recolección: 7.2.1. Elevación y descenso del carro con motor diferencial. En la figura 29 se muestra un polipasto con su correspondiente estructura, este es el componente implicado para mover el carro. Figura 29. Estructura para Polipasto o diferencial
Fuente: WILCATEC Soluciones Empresariales – Polipastos [en linea]. [Consultado en Septiembre de 2011] [Disponible en Internet] http://www.wilcatec.com/Productos/Polipastos.htm
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La recolección y almacenamiento se lleva a cabo en la banda actual de producción, debajo de esta debe haber un foso, que contiene el carro recolector cuando baja por acción del polipasto (ver figura 30). Figura 30. Banda y foso con el carro recolector.
Las dimensiones del foso son: Profundidad: 0,8 m Ancho: 0,7 m Largo: 1,3 m La descripción paso a paso del proceso se muestra a continuación:
Un operario engancha el carro vacío al polipasto, después lo sube y lo traslada encima de la banda de producción.
Se baja el carro hasta que su nivel superior quede alineado a la banda transportadora para iniciar la recolección.
A medida que van saliendo los electrodos por la banda, estos se organizan de tal forma que queden juntos para la recolección. Cada vez que al carro ingrese un grupo de electrodos, este sube de nivel para recolectar y almacenar otro grupo.
Al llenarse el último nivel, sube el carro automáticamente y se ubica en el sitio de descargue para desengancharlo.
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Para la inserción del carro sobre la banda, las dimensiones de esta deben reducirse a los lados 15 cm, para esto solamente se cambiaría su estructura dejando el sistema de correas y poleas con la misma dimensión. El polipasto necesario debe tener una capacidad de levantar un peso de hasta 500 Kg. De acuerdo a esto se cotizó un polipasto marca C.M Lodestar. Ventajas: No se encontraron ventajas para esta solución pero se incluyó a solicitud del asesor empresarial quien pidió analizar la posibilidad de esta implementación. Desventajas:
Es una solución semi-automática, que requiere la intervención humana para la elevación y el descenso del carro.
Necesita de una estructura robusta para soportar el diferencial y el carro recolector.
El sistema no garantiza la estabilidad del equipo ni del producto.
Requiere la reorganización del área de trabajo para la ubicación del foso y del diferencial.
No garantiza seguridad del sistema ni del producto
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7.2.2. Elevación y descenso del carro con plataforma hidráulica. Para esta solución se requiere ubicar dos bandas contiguas a la de producción (ver figura 31). Figura 31. Etapas de transporte para la recolección de los electrodos
Debajo de la banda de recolección se debe tener un foso en el que estará una plataforma hidráulica, esta se encarga de mover el carro para recolectar los electrodos (ver figura 32). Figura 32. Plataforma hidráulica en el foso
Fuente: JimTrade – India’s Largest Online Bussiness Directory [en linea]. [Consultado en Abril del 2012] [Disponible en Internet] http://suppliers.jimtrade.com/170/169783/266710.htm
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Las dimensiones del foso son: Profundidad: 2m Ancho: 0,8m Largo: 1,7m Con respecto a las dimensiones del carro establecidas anteriormente, para este diseño se debe tener una plataforma hidráulica con las siguientes características: Cuadro 1. Características de la plataforma hidráulica.
La plataforma tiene dos guías paralelas a las ruedas del carro, estas permiten que este se ubique en la posición exacta para la recolección. También debe tener agujeros ubicados según la distancia de las ruedas del carro de 9’’ y de 14’’, estos tienen el objetivo de anclar el carro a la superficie de la plataforma, las dimensiones de la plataforma se muestran en la figura 33. Figura 33. Guías y agujeros en la plataforma hidráulica
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La plataforma debe estar acompañada por una Unidad de Potencia Hidráulica (UPH), esta acciona la plataforma hacia arriba o hacia abajo por medio de un pistón. De acuerdo a los cálculos realizados para la potencia y teniendo en cuenta la capacidad y peso de la plataforma, se obtuvo que la unidad debe ser aproximadamente de 0,28 KW (ver anexo G). Teniendo estos datos se hizo una búsqueda de la UPH, se encontró la unidad ideal para el proyecto, la cual tiene las siguientes características: Cuadro 2. Características de la Unidad de Potencia Hidráulica.
A continuación se explican las etapas de recolección del sistema. Se ubica el carro sobre la plataforma hidráulica, como se muestra en la figura 34 (Por seguridad y por condiciones iniciales del sistema se garantiza que la plataforma esté en la posición superior).
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Figura 34. Inserción del carro a la plataforma
Al detectarse el carro en su ubicación correcta, la plataforma desciende automáticamente hasta el punto apto para la recolección. Los electrodos salen apilados en grupo por la banda de recolección. La plataforma sube automáticamente el carro para recolectar y almacenar los electrodos en cada nivel. Al llenarse el último nivel, la plataforma sube hasta poner el carro en posición de salida. Un operario retira el carro y ubica otro en la plataforma para seguir con el proceso de recolección. El proceso se explica detalladamente en el siguiente diagrama de flujo.
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Figura 35. Diagrama de Flujo para el proceso de recolección y almacenamiento con plataforma hidráulica.
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Ventajas:
Es una solución completamente automática, no requiere intervención del operario, excepto al ubicar y retirar el carro.
La plataforma transporta el carro establemente y no hay riesgo de accidentes o caída del producto.
Para esta solución, la ubicación y retiro del carro es mucho más fácil y se hace
en menos tiempo.
Desventaja:
Requiere la reorganización del área de trabajo y espacio para ubicar las bandas y el foso.
7.2.3. Escogencia de la solución. Analizando las ventajas y desventajas de las dos posibles soluciones se llegó a la conclusión de la que mejor cumple los requisitos para el sistema de recolección es el mecanismo de elevación y descenso con plataforma hidráulica. Los planos del diseño con plataforma hidráulica se muestran en los anexos A, B y C. A continuación se muestra en detalle los diferentes aspectos que componen el sistema.
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8. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA SOLUCION CON PLATAFORMA HIDRAULICA
8.1. CALCULO DEL SISTEMA DE POLEAS:
Para el proyecto es necesario poner en funcionamiento un total de dos bandas transportadoras contiguas a la banda de producción, que se muestra en la figura 36. Figura 36. Banda de producción
Sus características son:
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Cuadro 3. Características de la banda de producción
Para hallar el diámetro de la polea de la banda ondulada se tiene lo siguiente: d1 = Diámetro de la polea para la banda ondulada d2 = Diámetro de la polea de la banda de producción = 7,6cm = 3’’ n1 = Velocidad deseada de la polea para la banda transportadora 2 = 11 RPM n2 = Velocidad de la polea de la banda 1 = 9,5 RPM d1 es el dato a encontrar, para obtener este dato se procede de la siguiente manera:
Se necesita que la banda ondulada tenga una polea de 6,5cm (2,5’’), es decir, alrededor de un centímetro menos que la polea anterior. Para la polea 3, dado que lo que se requiere es que gire a una velocidad igual a la de la banda de producción, sus poleas deben ser de igual diámetro a esta.
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8.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DE TRANSPORTE PARA LA RECOLECCION Y ALMACENAMIENTO DE LOS ELECTRODOS
En la recolección y almacenamiento intervienen tres bandas transportadoras que están conectadas entre sí, todo el sistema junto con el carro y la plataforma hidráulica se ve como se muestra en la figura 37. Figura 37. Etapas de transporte para la recolección y almacenamiento de los electrodos
A continuación se presenta una descripción de las bandas transportadoras 2 y 3 (ondulada y de recolección).
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Banda número 2 (Banda ondulada): La banda ondulada a partir de la banda de producción se inclina 10º hacia abajo, su extremo final está a 40 cm del piso. Sus características son: Cuadro 4. Características de la banda ondulada
En la figura 38 se muestra un diseño de la banda. Esta tiene un grosor de 1,2cm. Figura 38.Banda ondulada
Teniendo en cuenta los diámetros y el correcto transporte de los electrodos, se optó hacer las ondulaciones de la banda con las dimensiones que se especifican en la figura 39. Figura 39.Dimensiones Relieves Banda ondulada (banda 2) (cm).
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Banda número 3 (Banda de recolección): Cuadro 5. Características de la banda de recolección
Figura 40. Banda de recolección junto con el foso.
La banda, al término de sus 90 centímetros tiene dos solenoides tipo pistón con punta que tienen la función de detener los electrodos en el momento en que el carro recolector suba. La punta permite separar los electrodos con cuidado para no desplazarlos mucho y no dañar su revestimiento, una vez el carro llega a un nuevo nivel vacío, los electrodos deben ser liberados por parte de los solenoides para que siga su transporte, antes de los solenoides se encuentran unos rodillos que tienen la función de acomodar los electrodos de forma uniforme (ver figura 41)
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Figura 41. Banda número 3 con solenoides y rodillos.
Teniendo en cuenta las normas industriales de seguridad y de funcionamiento de la planta de producción se tomaron medidas de prevención de accidentes y de mal funcionamiento de la planta, por esto se colocaron unas guardas en los acoples mecánicos (ver figura 42). Figura 42. Guardas de seguridad.
También se pensó en ubicar varios pulsadores de paro distribuidos en sitios estratégicos donde se ubique el supervisor de proceso, con la finalidad de parar la maquina en el momento que se produzca una falla o accidente (ver Figura 43). Los paros se sitúan uno al final de la banda de producción y otro en la baranda de protección para el foso (ver figura 43).
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Figura 43. Ubicación de los pulsadores de paro de emergencia
8.3. DESCRIPCIÓN DE TRANSMISION DEL MOVIMIENTO DE BANDAS.
Todo el mecanismo se hizo con el objetivo de garantizar que el electrodo sea transportado de forma segura de la banda 1 a la banda 3 para su correcta recolección y almacenamiento dentro del carro. Al final y entre las bandas, se le acopló una pequeña rampa que une la banda 1 y la 2 permitiendo el paso del electrodo (ver figura 44). Figura 44. Rampa de acople banda 1 y 2.
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El movimiento de la banda ondulada es transmitido por medio de un sistema de catarinas, ubicada una al final del eje de la banda de producción y otra al inicio del de la banda ondulada, unidas por medio de una cadena (ver figura 45). Figura 45. Transmisión a la polea de la banda ondulada
La banda ondulada se acopla al final mediante el eje de la banda 3, tal como se ilustra en la figura 46. Figura 46. Acople de poleas de las bandas 2 y 3
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El mecanismo para hacer funcionar los rodillos que se sitúa en la banda 3, se basa en engranajes cónicos rectos y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan. Los rodillos están compuestos de 2 ejes paralelos y un eje transversal que los une mediante un acople de piñones cónicos rectos. El eje transversal genera su movimiento por una Catarina acoplada a él unida a otra situada en el eje de la banda 3 (ver figura 47). Figura 47.Transmisión a los rodillos por medio de engranaje cónico
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8.4. TIEMPO DE RECOLECCION Y ALMACENAMIENTO DE LOS ELECTRODOS DE SOLDADURA
El tiempo que tarda el sistema diseñado en llenar un carro recolector está dado por lo siguiente: Las características de la banda de recolección (banda 3) son: Diámetro de la polea: 7,6 cm Radio: 3,8 cm Velocidad: 9,5 RPM Distancia recorrida: 262 cm Teniendo esto, el perímetro de la polea es:
Se calcula la velocidad de la banda:
Teniendo el anterior dato de la velocidad, el tiempo que tarda la banda de recolección en transportar un tendido de electrodos desde su inicio hasta el final es:
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Debido a que al carro deben entrar 20 grupos de electrodos, por los 20 niveles del carro, el tiempo de 1,15 minutos se multiplica por 20 y tenemos un tiempo de:
A este tiempo se le suma el tiempo de inserción, descenso, y ascenso del carro en la plataforma hidráulica, tenemos que aproximadamente el tiempo total de recolección del carro es 25 minutos. Dado que al horno deben entrar tres carros recolectores para los electrodos de 9’’ y dos carros para los de 14’’, se tiene que los tiempos para cada caso son: Recolección de 9’’: 25 X 3 = 75 minutos Recolección de 14’’: 25 X 2 = 50 minutos Comparando el tiempo de la recolección y almacenamiento manual con la forma automática, se puede ver que para recolectar los electrodos de 9’’ hay una diferencia aproximada de una hora y 15 minutos, mientras que para los de 14’’ la diferencia es de una hora aproximadamente. El tiempo de recolección y almacenamiento manual se dicta en la descripción de la Figura 3 del “Planteamiento del problema”.
8.5. POSIBLE IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO EN LA PLANTA
Para implementar el diseño es necesario mover la máquina de producción 3m hacia atrás en donde actualmente se hace la recolección manual, con tal de hacer espacio a las nuevas bandas transportadoras (señaladas en rojo en la figura 49), también es necesario cambiar el lugar de la prensa de tacos a aproximadamente 3m, al lado de la banda 3, los hornos 4m aproximadamente hacia la derecha quedando definido así las diferentes: Área de secado al aire de electrodos y Área de almacenamiento de los carros recolectores.
En la figura 48, se puede observar el área de producción y extrusión de los electrodos como se encuentra en la actualidad.
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Figura 48. Área de la planta antes de la implementación
Figura 49. Área de la planta después de la implementación.
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8.6. POTENCIA REQUERIDA POR EL MOTOR DE LAS BANDAS
Se midió por medio de una pinza amperímetrica la corriente que consume el motor con su máximo de carga. Esta medición fue de 0,9A. Teniendo la corriente que consume el motor, se calcula la potencia de la siguiente manera:
La potencia que tiene actualmente el motor es 0,45HP, si se remite a las características del motor que se muestran en el cuadro 6, se ve que este no sobrepasa la mitad de su capacidad máxima (1HP). Cuadro 6. Especificaciones del motor
Con esta potencia el motor mueve un sistema de cuatro bandas actualmente, un sistema de rodillos y un mecanismo robusto de poleas y piñones. Con este dato, junto con el asesoramiento del ingeniero mecánico de producción y los técnicos de la planta se vio que es factible acoplar la banda ondulada y de recolección al sistema actual, en el anexo J se muestra el cálculo de la potencia requerida para mover las dos nuevas bandas.
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8.7. TABLERO DE CONTROL DEL PROCESO
En la figura 50 se muestra el diseño de la botonera con la que el operario puede interactuar y controlar el proceso, se tiene el botón de Start para iniciar el proceso o reanudarlo si en cierta parte se ha bloqueado o pausado. Figura 50. Botonera de mando del proceso para el operario
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Stop: Paro de emergencia. Automático – Manual: Es un seleccionador para pasar el sistema a modo Automático o Manual según se requiera. Encender – Apagar Motor Bandas:(funcionamiento sólo en modo manual). Subir – Bajar Plataforma Hidráulica: (funcionamiento sólo en modo manual). Subir – Bajar Compuerta Solenoide: (funcionamiento sólo en modo manual). En la figura 51 se muestra la configuración de los diferentes pilotos. Los fallos y las emergencias son propias de procesos que cumplen con la guía Gemma, como también se puede ver en el tablero de operación. Figura 51. Tablero para los pilotos de aviso
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8.8. ENTRADAS Y SALIDAS DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
Después de analizar el diseño y el diagrama de flujo referenciado en la Figura 34, el siguiente paso es tener las variables de entrada y salida para el PLC. En los cuadros 7 y 8 se muestra la lista de entradas y salidas respectivamente. Cuadro 7. Entradas para el PLC.
ENTRADAS
DIRECCION
DESCRIPCION
START I:0/0 Pulsador de inicio del proceso
SC1 I:0/1 Primer detector que indica si la plataforma tiene carro
SC2 I:0/2 Segundo detector que indica si la plataforma tiene carro
FC1 I:0/3 Final de carrera superior para la plataforma
FC2 I:0/4 Final de carrera inferior para la plataforma
SE I:0/5 Detector para indicar la llegada de electrodos
SE2 I:0/6 Detector que indica cuando un nivel del carro ha llegado
SG I:0/7 Falla térmico para el motor de la plataforma
SM1 I:1/0 Falla térmico para el motor de las bandas
PP1M I:1/1 Pulsador de activación de las compuertas solenoides
PP2M I:1/2 Pulsador de desactivación de las compuertas solenoides
PM1 I:1/3 Pulsador de marcha del motor de las bandas
PM2 I:1/4 Pulsador de paro del motor de las bandas
P_ABAJO I:1/5 Pulsador para subir la plataforma hidráulica
P_ARRIBA I:1/6 Pulsador para bajar la plataforma hidráulica
STOP I:1/7 Pulsador de paro para el proceso
AUTO I:2/0 Pulsador para el paso al modo automático
MAN I:2/1 Pulsador para el paso a modo manual
RESET I:2/2 Pulsador para regresar el sistema a la posición inicial
SS1 I:2/3 Final de carrera que avisa eltermino de la recolección
SCAR I:2/4 Pulsadores ubicados en las guardas, cuando una de estas se abre el sistema para
MAN2 I:2/5 Pulsador para controlar la maquina en modo manual
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Cuadro 8. Salidas para el PLC.
SALIDAS
DIRECCION
DESCRIPCION
GH O:0/0 Salida para accionar la bomba de la plataforma
VAL O:0/1 Salida para accionar la electroválvula de la plataforma
M O:0/2 Accionamiento para el motor de las bandas
P1 O:0/3 Accionamiento para las compuertas
HL1 O:0/4 Piloto que indica fallo en el motor de las bandas
HL2 O:0/5 Piloto que indica fallo en la plataforma hidráulica
HL3 O:0/6 Piloto que indica que se está operando en modo automático
HL4 O:0/7 Piloto que indica que se está operando en modo manual
HL5 O:1/0 Piloto que indica que se ha abierto las guardas de seguridad
HL6 O:1/1 Piloto que indica que se ha presionado el pulsador de paro de emergencia
HL7 O:1/2 Piloto que indica si hay carro o no en la plataforma
En los anexos se detalla el diagrama de conexiones y el Grafcet en donde intervienen las entradas y salidas contenidas en los anteriores cuadros.
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8.9. PLANO DE UBICACIÓN DE LOS DETECTORES.
A continuación en la figura 52 se da la ubicación de los detectores. Figura 52. Ubicación de detectores del sistema.
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1. Detecta el llenado de nivel (inductivo cónico). 2. Detecta del carro sobre la plataforma (fotoeléctrico). 3. Final de carrera superior de la plataforma (Inductivo cuboidal). 4. Aviso de llenado del carro (inductivo cuboidal). 5. Final de carrera inferior de la plataforma (Inductivo cuboidal). 6. Superficie reflejante del sensor fotoeléctrico (2). 7. Detecta los niveles del carro recolector como se muestran en la figura 53.
Figura 53. Ubicación relieves.
8. Compuertas solenoides para la detención de los electrodos. 9. Rodillos, se encargan de alinear los electrodos.
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9. ELEMENTOS PARA LA IMPLEMENTACION
9.1. DISPOSITIVO CONTROLADOR.
Para el proyecto se escogió un PLC Allen Bradley Micro830 (Ver figura 54) ya que es un PLC con muy buena calidad y es uno de los modelos más económicos, sus especificaciones se muestran en el cuadro 9. Cuadro 9. Especificaciones Allen Bradley Micro830
Figura 54. PLC Micro830 de Allen Bradley
Fuente: INTRENG – Automaçao Indistrial [en línea]. [Consultado en Febrero 29 de 2012] [Disponible en Internet] http://www.intereng.com.br/produtos/rockwell-automation/acig/micro-830-1/
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9.2. RELÉ TÉRMICO
E1 Plus Solid State Overload Relay de Allen Bradley. Figura 55. Relé térmico
Fuente: Rockwell Automation [en línea].[Consultado en Febrero 29 de 2012] [Disponible en Internet] http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12768/229240/229254/229467/2442188/
Cuadro 10. Características del Relé térmico de Allen Bradley
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9.3. CONTACTOR
Contactor MSC-C 100-C09K10 de Allen Bradley Figura 56. Contactor
Fuente: Supply Line Electric, New Surplus Electrical, Automation & Motor Control – 100 – C09K10 Allen-Bradley MSC-C [en línea]. [Consultado en Febrero 29 de 2012] [Disponible en Internet] http://www.supplylineelectric.com/100_C09K10_Allen_Bradley_MSC_C_Contactor_24VAC_p/100c09k10%20nsfp.htm
Cuadro 11. Características del Contactor de Allen Bradley
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9.4. MECANISMO DE PROPULSIÓN PARA LA RECOLECCIÓN Y ALMACENAMIENTO
9.4.1. Plataforma hidráulica tipo tijera. Proveedor industrias thynLtda - La dolores, Palmira. Cuadro 12. Características de la plataforma hidráulica
9.4.2. Unidad de potencia hidráulica. La unidad de potencia hidráulica se compone de un motor trifásico, una bomba hidráulica y un pistón de simple efecto, esto es lo que se acopla para impulsar la plataforma tipo tijera. Figura 57. Unidad de Potencia Hidráulica
Fuente: Industrymart, fluid-power-components [en línea].[[Consultado en Noviembre de 2011] [Disponible en Internet] http://www.industrymart.com/gl-domains/tz-hoto/images/l_image/industry/hydraulic-power-units-b.jpg
83
Cuadro 13. Característica unidad de potencia hidráulica.
9.5. COMPUERTA SOLENOIDE.
El dispositivo elegido como compuerta para la retención de los electrodos de soldadura es un solenoide, un diseño más detallado se muestra en la Figura 58. Figura 58. Solenoide
Fuente: Powermastrenic [en línea].[Consultado en Noviembre de 2011] [Disponible en Internet] http://www.powermasterinc.com/perkins-gracias-ponerse-contacto-power-master-international-p-351.html
El rango de operación es de 6 a 24VDC. Con lo cual es apto para la salida del PLC.
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9.6. CERROJO DE SEGURIDAD PARA GUARDAS
El cerrojo de seguridad marca PILZ tiene un modo de operación dentro de los 24VDC lo cual es ideal para el manejo en el PLC (ver figura 59). Figura 59. Cerrojo de seguridad PILZ
Fuente: Indiamart – Industrial Safety Device [en línea].[Consultado en Marzo de 2012] [Disponible en Internet] http://www.indiamart.com/shreemahalaxmitradelinks/industrial-safety-device.html
9.7. CARRO RECOLECTOR
El carro tiene una estructura angular. El material es hierro comercial
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9.8. BANDAS TRANSPORTADORAS.
Cuadro 14. Elementos de las bandas transportadoras
9.9. DETECTORES. Dado los requerimientos y las necesidades del sistema, se tienen los siguientes sensores para establecer la interacción con el programa del PLC. 9.9.1. Detectores inductivos.
IQ40-40NPP- KC0K Utilizado como finales de carrera para la plataforma hidráulica, se requiere inductivo, ya que la plataforma es de metal:
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Figura 60. Detector IQ40-40NPP- KC0K
Fuente: SICK Sensor Intelligence: IQ40-40NPP-KC0K Inductive Sensor[en línea].[Consultado en octubre de 2011] [Disponible en Internet] https://www.mysick.com/saqqara/thumbnail.aspx?id=im0028269
Cuadro 15. Características Técnicas –Detector SICK - IQ40-40NPP
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IME30-15BPSZ-W2K Utilizado para detectar los relieves en el carro recolector y la llegada de electrodos al final de la banda. Figura 61. Detector IME30-15BPSZ-W2K
Fuente: SICK Sensor Intelligence: IME30-15BPSZ-W2KInductive Sensor [en línea].[Consultado en octubre de 2011] [Disponible en Internet] https://www.mysick.com/saqqara/thumbnail.aspx?id=im0021812
Cuadro 16. Características Técnicas –Detector SICK - IME30-15BPSZ
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9.9.2. Detectores fotoeléctricos:
WL170-P132 Utilizado para detectar la ausencia o presencia del carro en la plataforma hidráulica. Figura 62. Detector WL170-P132
Fuente: SICK Sensor Intelligence:WL170-P132Inductive Sensor[en línea].[Consultado en octubre de 2011] [Disponible en Internet] http://www.sick.com/group/EN/home/products/product_portfolio/industrial_sensors/PublishingImages/w12-3.jpg
Cuadro 17. Características Técnicas - Detector SICK - WL170-P132
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9.10. REFLECTOR PARA EL SENSOR FOTOELÉCTRICO
Figura 63. Reflector PL80A
Fuente: Farnell element14 - SICK OPTIC ELECTRONIC - PL80A - REFLECTOR [en línea].[Consultado en octubre de 2012] [Disponible en Internet] http://uk.farnell.com/sick-optic-electronic/pl80a/reflector/dp/730440
9.11. ELEMENTOS PARA TABLERO DE OPERACIÓN.
A continuación se muestran los elementos marca Allen-Bradley para el tablero de mando. Cuadro 18.Características Técnicas - pulsador 800FP-F3PX10
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Cuadro 19. Características Técnicas - pulsador 800FP-G6
Cuadro 20. Características Técnicas- selector 800FP-SM22PX10
Cuadro 21. Características Técnicas -piloto 800FP-P7PN3W
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Cuadro 22. Características Técnicas- pulsador 800FP-MT44PX01
Cuadro 23. Características técnicas - pulsador 800FP-MT64
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10. PROVEEDORES
Industrias THYN En cuanto a la Plataforma hidráulica tipo tijera y la unidad de potencia hidráulica a utilizar, el dueño de industrias THYN Ltda, situada en La dolores - Palmira, asesoró en cuanto al diseño que más se adecua a la solución del proyecto. COLSEIN En COLSEIN, se escogieron de una amplia lista de productos, los detectores (marca SICK) a utilizar, y tipo de conexión que utilizan, muy formalmente se envió al correo la cotización de los detectores. MELEXA Se averiguó sobre los precios de los diferentes detectores de marca Allan Bradley y su tipo de conexión, también sobre los tipos de pulsadores, contactores, relés y PLC’s disponibles. COHA Ltda El asesor de aplicaciones hidráulicas dio diferentes características a diferentes modelos de UPH, al final se escogió una mini central equus que cumple con los cálculos y las características del carro recolector y la plataforma hidráulica explicadas anteriormente. RODICLAR S.A.S. Rodiclar, una empresa dedicada a la venta de todo tipo de rodamientos y chumaceras, es la que provee las cadenas, catarinas y poleas para el sistema. BANDAS DEL VALLE Bandas del Valle, una empresa dedicada a la fabricación y venta de bandas transportadoras de todo tipo, es la encargada de la fabricación tanto de la banda ondulada como de la banda de recolección, junto con la correa para los rodillos teniendo en cuenta los requerimientos del sistema.
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FERRETERIA INDUSTRIAL S.A. Es una empresa que se dedica al suministro de equipos y herramientas para montajes y mantenimiento industriales, en la cual se cotizó el polipasto, su estructura y cadenas.
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11. COSTO ESTIMADO DEL PROYECTO. A continuación se muestra un cuadro en el cual se presenta el costo total del proyecto, todos los productos previamente nombrados son mencionados junto con la cantidad que se requiere para el proyecto. Al final del cuadro se presenta una sumatoria total de todos los precios. Cuadro 24. Costo total estimado del Proyecto.
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12. CONCLUSIONES
Se diseñó un carro apto para almacenar y recolectar los dos tipos de electrodos por un diseño de carros de dimensión variable, el cual debido a su forma, garantiza la correcta recolección y almacenamiento del producto sin dañar su revestimiento.
En cuanto al tipo de propulsión, se escogió la plataforma hidráulica tipo tijera, ya que garantiza la mayor seguridad, eficiencia, rapidez, operabilidad, adaptabilidad con la planta y estabilidad para el producto y el sistema.
La animación logra mostrar las diferentes partes del proceso de recolección de electrodos de soldadura y sirvió para corregir puntos importantes en el diseño debido a la representación gráfica del mismo.
Se diseñó un proceso que garantiza que el revestimiento de los electrodos no se vea afectado de mala manera ya que se elimina la intervención del operario.
Con la implementación de la guía gemma se hizo un programa más seguro para el operario y el proceso en cuestiones de fallo, paros de emergencia y modos de operación. Teniendo en cuenta las normas de seguridad y operación de procesos industriales, se automatizó el sistema de recolección de manera tal que se garantiza que los electrodos de soldadura tengan una mayor calidad que la que se tiene actualmente con los procesos manuales. En el proceso de implementación del diseño se pueden presentar imprevistos que pueden dar cabida a una actualización de algunas partes del diseño aquí planteado.
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BIBLIOGRAFIA ABB, Power and productivity for a better world – Detectores Inductivos. [en línea]. [Consultado en Abril de 2012]. Disponible en Internet: http://www.abb.com/product/seitp329/95ad52cc4b6a0627c1256fb70047bee7.aspx?productLanguage=es&country=ES BAUMEISTER, Theodore; AVALLONE Eugene A. Manual del ingeniero mecánico, revisado por un grupo de especialistas. México D.F: Mc Graw Hill de Mexico,S.A DE C.V, 1998.p. 961 – 972, 2065 – 2086. GARCÍA MORENO Emilio. Automatización de procesos industriales. Edición original publicada por universidad Politécnica. de Valencia. Mexico D.F.Alfaomega grupo editor, S.A. de C.V. 2001. p. 233 – 251. GE Energy Industrial Solutions – Relé Térmico Electrónico RE. [en línea]. [Consultado en Abril de 2012]. Disponible en Internet: http://www.gepowercontrols.com/es/product_portfolio/control_automation/overloads/Electronic_Overload_Relay.html Hidraulica, Bombas hidráulicas [en línea]. Disponible desde 2007. [Consultado en Septiembre de 2011]. Disponible en Internet: http://members.fortunecity.es/100pies/mecanica/hidraulicabombas.htm Ingeniaste: Ventajas y desventajas de los PLC´s. [en línea]. Disponible desde 2003. [Consultado en: Agosto de 2011]. Disponible en Internet: http://www.ingeniaste.com/ingenias/telecom/ventajas-desventajas-plc.html Instrumentación y control: Ventajas y desventajas en el empleo de los PLC. [en línea]. Disponible desde 2011. [Consultado en: Agosto de 2011]. Disponible en Internet: http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/99-capitulo-22-ventajas-y-desventajas-en-el-empleo-de-los-plc.html Javier Villarino Alonso. DTE, Departamento de Tecnología Electrónica – Universidad de Vigo: Sensores inductivos. [en línea]. [Consultado en Septiembre de 2011]. Disponible en Internet: http://www.dte.uvigo.es/recursos/inductivos/INDUCTIVOS/Frames.htm PERE PONSA Asensio, VILLANOBA ARBÓS. Automatización de procesos mediante la guía GEMMA. Universidad Politécnica de Cataluña - España: Ediciones UPC, 2005. Primera Edición. p. 21 -34, 57 – 92.
97
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98
Tecnun, Laboratorio de Neumática y Oleo hidráulica. [en línea]. Disponible desde 2011. [Consultado el 11 de Noviembre de 2011]. Disponible en Internet: http://www.tecnun.es/asignaturas/neumatica/Practica%20Oleohidraulica%20Sol.pdf Transmotec – Solenoides. [en línea]. [Consultado en Abril del 2012]. Disponible en Internet: http://transmotec.es/solenoids/ WIKIFAB – Cilindros Neumáticos. [en línea]. [Consultado en Abril de 2012]. Disponible en Internet: http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Discusi%C3%B3n:ABC_of_ERP%27S Wikipedia, La enciclopedia Libre – Sensor fotoeléctico. [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2012. [Consultado en Febrero de 2012]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctrico Wikipedia, la enciclopedia libre: Hidraulica. [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2011. Disponible desde septiembre de 2011. [Consultado en Septiembre de 2011]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica Wikipedia: la enciclopedia libre: Potencia (fisica). [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2011. Disponible desde el 9 de Noviembre del 2011. [Consultado el 11 de Noviembre de 2011]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_%28f%C3%ADsica%29 Wikipedia: la enciclopedia libre: Sensor. [en línea]. Florida: Wikimedia Foundation, 2011.Disponible desde Octubre 12 de 2011. [Consultado en Septiembre de 2011]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor WILCATEC, Soluciones empresariales: Polipastos. [en línea]. [Consultado en Septiembre de 2011]. Disponible en Internet: http://www.wilcatec.com/Productos/Polipastos.htm Zanussi Professional: Carros de servicio. [en línea]. Disponible desde 2011. [Consultado en Agosto de 2011]. Disponible en Internet: http://tools.professional.electrolux.com/Mirror/Doc/MAD/ZANUSSI/Spanish/CBAF2.pdf
99
ANEXOS
Anexo A. Plano vista lateral diseño bandas recolección electrodos.
100
Anexo B. Plano vista superior diseño bandas.
101
Anexo C. Plano vista frontal diseño bandas.
102
Anexo D. Calculo del peso del carro en el programa SolidWorks
103
Anexo E. Grafcet Automatización
Ver el archivo con el nombre “Anexo E. grafcet” anexo en este CD.
104
Anexo F. Simulaciones en laboratorio
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Anexo G. Potencia requerida por la unidad hidráulica (UPH). Para calcular la potencia requerida por la UPH es necesario saber el máximo peso para el cual fue diseñado la plataforma, este es 700 Kg. Teniendo este valor, se puede calcular la potencia que necesita la bomba en conjunción con el cilindro de simple efecto para levantar este peso, tenemos que:
Ahora se debe pasar ese peso de kg a unidades de fuerza, ya que la potencia se da en kgf·m/s o en N·m/s se opta por expresar este peso en Newton (N). La manera de proceder es multiplicar el peso por la gravedad ejercida a él, esta es 9.8m/s2
Ahora la única incógnita que se tiene es la velocidad de la bomba, esta se halla con los datos que se tienen de la plataforma tipo tijera los cuales proporciona el proveedor de la plataforma. Se sabe que la plataforma tiene un recorrido total de 160cm, entonces:
Xplataforma= 160cm. Según el proveedor, la plataforma hace su recorrido en un total de aproximadamente 5cm/s, entonces tenemos la otra variable para hallar el tiempo:
Vplataforma= 5cm/s.
Con esto tenemos que el tiempo que le toma a la plataforma hacer un recorrido completo es:
Dado que el cilindro impulsa la plataforma para cumplir este tiempo, podemos decir que el tiempo en que el vástago sale del cilindro es aproximadamente igual al tiempo que le toma la plataforma ir de su parte inferior a su parte posterior o viceversa, entonces se tiene:
106
Con esto podemos hallar la velocidad en la que el cilindro saca su vástago con la ecuación:
La longitud (L) del cilindro es alrededor de 1m, con estos datos tenemos que la velocidad es:
Como la velocidad del vástago es igual a la velocidad con la cual la bomba le suministra el aceite al pistón, se puede decir que:
Ahora como se tiene la velocidad con la cual la bomba impulsa aceite al cilindro y la fuerza que debe hacer para impulsar el peso de 468kg, se puede calcular la potencia, esta nos da:
153,125W ó 0,15312KW es la potencia que requiere una bomba para impulsar el carro recolector junto con la plataforma tipo tijera. Una vez calculada esta potencia, podemos decir que el motor debe tener la misma potencia de la bomba en el caso de una eficiencia del 100%. Dado que existen pérdidas por el acople del motor hacia la bomba no podemos asegurar que la eficiencia sea del 100% por lo tanto el motor necesita un poco más de la potencia requerida por la bomba, en la mayoría de los casos esto es un 30% más, por lo cual la potencia requerida por el motor es:
Con esto se tiene que la potencia requerida por la UPH es de 0,28KW.
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Anexo H. Potencia requerida por el motor con las nuevas bandas Se tiene que el peso de los electrodos de 14’’ sobre las bandas transportadoras es 10 Kg, este peso se pasa a kilogramos fuerza de la siguiente manera:
Con esto calculamos el torque en un punto específico de las bandas.
Se calcula la potencia de la siguiente forma:
Donde n es la velocidad de las poleas, se tiene:
Por motivo de las pérdidas del sistema, se multiplica el valor total por un excedente de 1,2 (20%).
Teniendo en cuenta que el motor es de 1HP y actualmente consume 0,45HP, se puede ver mediante los cálculos realizados que este puede mover la banda ondulada y la de recolección sin sobrepasar su límite.
108
Anexo I. Diagrama de fuerza para motor bandas transportadoras.
109
Anexo J. Diagrama de fuerza para el motor de la plataforma hidráulica.
110
Anexo K. Diagrama de control
111
Anexo L. Esquema de conexiones del PLC
112
Anexo M. Programa Ladder
Ver el archivo en word con el nombre de “Anexo M. Programa Ladder” anexo en este CD.
