Máquina selladora controlada por PLC
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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS MÁQUINA SELLADORA CONTROLADA POR PLC Rene Ledesma Montes Juan Manuel Esparza Gómez Tesis de Licenciatura presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Directores de tesis: Dr. Rafael Villela Varela y M. en C. Miguel Eduardo González Elías UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 3 de Febrero del 2012
Transcript of Máquina selladora controlada por PLC
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS
MÁQUINA SELLADORA CONTROLADA POR PLC
Rene Ledesma Montes
Juan Manuel Esparza Gómez
Tesis de Licenciatura presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de
acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
Directores de tesis: Dr. Rafael Villela Varela y M. en C. Miguel Eduardo González
Elías
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
3 de Febrero del 2012
1
APROBACIÓN DE TEMA DE TESIS DE LICENCIATURA
NOTA NO IMPRIMIR
Rene Ledesma Montes
Juan Manuel Esparza Gómez
PRESENTE
De acuerdo a su solicitud de tema de Tesis de Licenciatura del Programa de Ingeniería
en Comunicaciones y Electrónica, con fecha (por defini se acuerda asignarles el tema
titulado:
MÁQUINA SELLADORA CONTROLADA POR PLC
Se nombran revisores de Tesis a los profesores al Dr. Rafael Villela Varela y al M. en
C. Miguel Eduardo González Elías, notificándoles a ustedes que dispone de un plazo
máximo de seis meses, a partir de la presente fecha, para la conclusión del documento
final debidamente revisado.
Atentamente
Zacatecas, Zac., fecha por confirmar
________________________________
Ing.
Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
2
AUTORIZACIÓN DE IMPRESIÓN DE TESIS DE LICENCIATURA
Rene Ledesma Montes
Juan Manuel Esparza Gómez
PRESENTE
La Dirección de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica les notifica a ustedes que
la Comisión Revisora de su documento de Tesis de Licenciatura, integrada por los
profesores el Dr. Rafael Villela Varela y el M. en C. Miguel Eduardo González Elías, ha
concluido la revisión del mismo y ha dado la aprobación para su respectiva
presentación.
Por lo anterior, se le autoriza a usted la impresión definitiva de su documento de Tesis
para la respectiva defensa en el Examen Profesional, a presentarse la fecha por definir.
Atentamente
Zacatecas, Zac., fecha por definir
____________________________________
Ing.
Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
NOTA NO IMPRIMIR
3
APROBACIÓN DE EXAMEN PROFESIONAL
Se aprueba por unanimidad el Examen Profesional de Rene Ledesma Montes y Juan
Manuel Esparza Gómez presentado el día 3 de Febrero del 2012 para obtener el título
de:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
Jurado:
Presidente: Dr. Rafael Villela Varela. ______________________________________
Primer vocal: M. en C. Miguel Eduardo González Elías. _________________________
Segundo vocal: Dr. Francisco Eneldo López Monteagudo. _______________________
Tercer vocal: M. en I. Claudia Reyes Rivas.___________________________________
Cuarto vocal: M. en I. Aurelio Beltrán Telles.__________________________________
4
Índice
Capítulo I INTRODUCCIÓN.
Sección 1.1 Antecedentes…………………………………………………………….….1
Sección 1.2 Objetivos………………………………………………................................2
Sección 1.3 Justificación…………………………………………………………….…..2
Sección 1.4 Alcance de la tesis……………………………………………………….…3
Sección 1.5 Contenido de la tesis………………………………………………….……3
Capítulo II PROCESO DE FABRICACIÓN DE BEBIDA DE
LECHUGUILLA
Sección 2.1 Diagrama de flujo de elaboración de la bebida…………………………….5
Sección 2.2 Planta lechuguilla…………………………………………………………...6
Sección 2.3 Corte de la piña de la lechuguilla…………………………………………...7
Sección 2.4 Lavado de la piña…………………………………………………………...8
Sección 2.5 Proceso de la fermentación………………………………………………....9
Sección 2.6 Elaboración de la bebida………………………………………………........9
Sección 2.7 Colocación del embolsado en el tubo de flujo de líquido……………….....9
Sección 2.8 Máquina selladora………………………………………………………...10
Sección 2.9 Encendido del circuito sellador………………..………………………….11
Sección 2.10 Medición de la temperatura del hilo sellador…………………..……….11
2.10.1 Apertura de la válvula para que el flujo del líquido empiece a llenar las
bolsas…………………………………………………………………………………..11
2.10.2 Sellado de las bolsas……………………………………………………11
Capítulo III SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DEL SELLADO
Sección 3.1 Mejoras y ventajas de la automatización………………………………….13
Sección 3.2 Compresor de aire………………………………………………………...14
Sección 3.3 Definición de PLC………………………………………………………..15
Sección 3.4 Cilindro neumático……………………………………………………......15
Sección 3.5 Válvula reguladora………………………………………………………..18
Sección 3.6 Unidad de filtro…………………………………………………………..19
Sección 3.7 Electroválvulas……………………………………………………………19
5
CAPÍTULO IV CIRCUITERÍA
Sección 4.1 Señales de entrada al PLC…………………………………………………21
Sección 4.2 Conexiones de señales de entrada…………………………………………21
Sección 4.3 Señales de salida al PLC…………………………………………………..21
Sección 4.4 Conexiones de señales de salida…………………………………………..22
Sección 4.5 Etapas de potencia………………………………………………………...23
Sección 4.6 Diseño y funcionamiento del transformador……………………………...24
4.6.1 Ecuaciones para el diseño del transformador...…………………………..24
4.6.1.1 Potencia del transformador……………………………………………..24
4.6.1.2 Densidad de flujo………………………………………………………27
4.6.1.3 Densidad de corriente…………………………………………………..28
4.6.1.4 Área del núcleo…………………………………………………………31
4.6.1.5 Número de vueltas de los devanados…………………………………...32
4.6.1.6 Área de los conductores………………………………………………...33
4.6.2 Pasos a seguir para el diseño del transformador………………………….34
CAPITULO V PROGRAMACIÓN DEL PLC S7-200 EN STEP 7
Sección 5.1 Introducción……………………………………………………………….36
Sección 5.2 Programa para el PLC……………………………………………………..37
Sección 5.3 Inicio del proceso………………………………………………………….38
Sección 5.4 Activación del hilo de sellado y su fin de proceso………………………...38
Sección 5.5 Recorrido de la máquina…………………………………………………..39
Sección 5.6 Sellado y retorno de la máquina a su posición inicial……………………..39
Sección 5.7 Activación del compresor…………………………………………………40
Sección 5.8 Desactivación del compresor……………………………………………...40
CAPITULO VI PRUEBAS Y RESULTADOS
Sección 6.1 Transformador de voltaje…………………………………………………42
Sección 6.2 Hilo sellador de la máquina……………………………………………….44
Sección 6.3 Construcción estructural de la máquina selladora de las bolsas…………..45
Sección 6.4 Conexión del compresor a la máquina…………………………………….47
Sección 6.5 Válvulas reguladoras de aire………………………………………………47
6
Sección 6.6 Temporización del PLC…………………………………………………...48
CONCLUSIONES…………………………………………………………………….50
REFERENCIAS………………………………………………………………………..51
7
Índice de figuras y tablas
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
Figura 1.1 Máquina selladora con pedal………………………………………………3
CAPÍTULO II PROCESO DE FABRICACION DE BEBIDA DE
LECHUGUILLA
Diagrama 2.1 Diagrama de flujo de proceso de elaboración de bebida………………....5
Figura 2.1 Planta de lechuguilla……………………………………………………..…..6
Figura 2.2 Corte de piña de la lechuguilla……………………………………………....8
Figura 2.3 Bolsa contenedora de bebida de la lechuguilla……………………………..10
CAPÍTULO III SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN
Figura 3.1 Compresor de aire…………………………………………………………..14
Figura 3.2 Válvulas de seguridad y manómetros………………………………………14
Figura 3.3 Cilindro neumático Festo……………………………...……………………15
Tabla 3.1 Datos de técnicos del cilindro neumático……………………………………16
Figura 3.4 vista de sección del cilindro neumático…………………………………….17
Tabla 3.2 Datos de la vista de sección del cilindro neumático…………………………18
Figura 3.5 Válvula reguladora………………………………………...………………..18
Tabla 3.3 Referencias de válvula reguladora…………………………………………...18
Figura 3.6 Unidad de filtro……………………………………………………………..19
Figura 3.7 Electroválvula Festo MFH-5-1/4 #6211……………………………………19
Figura 3.4 Datos de la electroválvula…………………………………………………..20
CAPÍTULO IV CIRCUITERÍA
Tabla 4.1 Señales de entrada……………………………………………………...……21
Figura 4.1 Conexión de señales de entrada…………………………………………….21
Tabla 4.2 Señales de salida……………………………………………………………..21
Figura 4.2 Conexión de salida al compresor...………………………………………....22
Figura 4.3 Conexión de salida al transformador y la electroválvula………………...…23
8
Figura 4.4 Conexión de salida a la electroválvula de sellado………………………….23
Figura 4.5 Etapas de potencia………………………………………………………….24
Figura 4.6 Alambre de corte…………………………………………………………...24
Tabla 4.3 Densidad de corriente……………………………………………………….30
Tabla 4.4 Valores de coeficiente C…………………………………………………….32
CAPÍTULO V PROGRAMACIÓN DEL PLC S7200 EN STEP7
Figura 5.1 Sistema de control…………………………………………………………..36
Figura 5.2 Diagrama de Venn…………………………………………………………..37
Figura 5.3 Inicio del proceso…………………………………………………………...38
Figura 5.4 Activación del hilo de sellado………………………………………………38
Figura 5.5 Recorrido de la máquina……………………………………………………39
Figura 5.6 Sellado y retorno a su posición inicial……………………………………...39
Figura 5.7 Activación del compresor…………………………………………………..40
Figura 5.8 Paro del compresor………………………………………………………….41
CAPÍTULO VI PRUEBAS Y ERRORES
Figura 6.1 Programa de apoyo para el cálculo simplificado de transformadores v2.0…42
Figura 6.2 Transformador……………………………………………………………...43
Figura 6.3 Circuito de control de corriente de forma manual………………………….44
Figura 6.4 Hilo sellador ya instalado…………………………………………………..44
Figura 6.5 Plancha de la máquina selladora……………………………………………45
Figura 6.6 Estructura de la máquina……………………………………………………45
Figura 6.7 Recorrido de la plancha mediante el cilindro neumático…………………...46
Figura 6.8 Sellado de las bolsas con ayuda del segundo cilindro neumático………….46
Figura 6.9 Construcción de base para el cilindro………………………………………46
Figura 6.10 Válvula reguladora de aire………………………………………………..47
9
Figura 6.11 Válvula reguladora de aire conectada al cilindro de la plancha………….48
Figura 6.12 Programa STEP para PLC Siemens……………………………………...49
10
RESUMEN
Esta tesis trata del diseño y realización de una maquina selladora de bolsas, la cual
es utilizada para envasar distintos tipos de productos líquidos.
En el proceso actual se cuenta con una máquina de envasado que es totalmente de
manera manual, la cual depende de un operario para poder realizar la tarea de sellado,
de las necesidades de maximizar la producción y minimizar los costos, nace la idea de
realizar una máquina completamente automática.
El número de bolsas selladas por ciclo en el proceso actual es muy inconstante en
el tiempo que va de los 4 a 7 segundos por bolsa, haciendo que en un rango de una
hora sea incierto el número exacto de bebida envasada, la maquina automática tiene la
capacidad de sellar hasta 4 bolsas por ciclo, el cual es de 4 segundos, habiendo un
incremento en la producción y reduciendo el tiempo en el proceso de fabricación, así se
tiene en un rango de una hora, la forma más precisa de bebida terminada.
Otro objetivo importante de esta tesis es controlar la temperatura del hilo de
sellado, actualmente es muy difícil contener una misma temperatura durante toda la
producción, el operario debe de regular constantemente la temperatura para poder
realizar la tarea, donde el hilo de sellado al estar variando su temperatura
constantemente se deforma generando un sellado irregular el cual hace que las bolsas no
queden bien serradas, quedando así agujeros en ellas, los cuales hacen que se derrame
líquido y esto a su vez se traduce en pérdidas de producción y costos.
En base a estudios en distintos tipos de alambres y a su reacción en varios niveles
de intensidad de corriente, estos generaban diversos grados de temperatura y su nivel
de deformación era muy notorio, se encontró que con un alambre de cierta aleación
llamado nicromo al paso de corriente constante, mantiene la temperatura ideal para el
sellado y su deformidad es casi nula.
Al recabar todos estos datos fue necesario construir un transformador de corriente
alterna que genera una intensidad constante al hilo para así tener una temperatura firme
en el sellado.
Todos estos procesos son unidos mediante el Circuito Lógico Programable (PLC)
para efectuar la tarea completa de sellado, este circuito es la parte central en el control
de la máquina, porque es el que se encarga desde el inicio de la activación hasta el
mantener de manera constante cada ciclo, dependiendo de las señales de entrada, será su
comportamiento hacia las señales de salida o actuadores.
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1
1.1.- Antecedentes.
Sistema de envasado de bebidas.
Envase es todo producto fabricado con materiales de cualquier naturaleza y que se
utilice para contener, proteger, manipular, distribuir y presentar mercancías, desde
materias primas hasta artículos acabados, en cualquier fase de la cadena de fabricación,
distribución y consumo. [1]
Dentro de los distintos tipos de envasado se encontró con diversas tecnologías y
materiales para realizar este proceso de los cuales podemos encontrar como:
ENVASES DE VIDRIO
El vidrio es una sustancia hecha de sílice (arena), carbonato sódico y piedra caliza.
No es un material cristalino en el sentido estricto de la palabra; es más realista
considerarlo un líquido sub-enfriado o rígido por su alta viscosidad para fines prácticos.
Su estructura depende de su tratamiento térmico. [1]
EMPAQUES DE CARTÓN
El cartón es una variante del papel, se compone de varias capas de éste, las cuales,
superpuestas y combinadas le dan su rigidez característica. Se considera papel hasta 65
gr/m2; mayor de 65 gr/m2, se considera como cartón. [1]
EMPAQUES DE METAL
Un envase metálico, en términos generales, se define como un recipiente rígido
para contener productos líquidos y/o sólidos que además puede cerrarse
herméticamente. [1]
EMPAQUES DE BOLSA.
Por motivo de la globalización y crecimiento de los mercados, el sector del
envasado tiene un alcance cada vez mayor. Actualmente es posible envasar casi
cualquier tipo de producto y, en ese aspecto, la presentación en bolsas tiene múltiples
posibilidades debido las ventajas que presenta frente a otros tipos de envase. [1]
TÉCNICAS DE ENVASADO.
En la actualidad son cuatro las técnicas principales de envasado.
2
TRADICIONAL: El principal objetivo es preservar el producto del exterior,
evitando contaminaciones cruzadas con otros alimentos, manipuladores o el ambiente.
[2]
AL VACÍO: Esta técnica consiste en la eliminación del aire que rodea al producto,
reduciendo por tanto degradaciones del alimento por parte del oxígeno, así como
dificultando el crecimiento de muchos microorganismos. Es uno de los métodos que se
emplea para envasar productos como el café, el arroz o varios tipos de especias. [2]
ATMÓSFERAS CONTROLADAS: En este tipo de envasado, el producto se
encuentra rodeado de una atmósfera preseleccionada, cuya composición base suele ser
nitrógeno y dióxido de carbono. La composición de esta atmósfera gaseosa se mantiene
constante a lo largo del tiempo mediante un control continuado. [2]
ATMÓSFERAS MODIFICADAS: En este método también se sustituye el aire que
envuelve al producto por un gas concentro o una mezcla de gases. Solo que en este caso,
la composición de gases se ajusta generalmente en el momento de envasar el producto y
del material del envase (si es permeable), esa composición se irá modificando con el
tiempo. Se utilizan principalmente tres gases (oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono),
que producen un efecto individual o combinado para mantener la calidad del producto.
[2]
1.2 Objetivos.
Objetivo principal.
Diseñar y construir un sistema de envasado automático de bebidas, controlado con
un PLC (Controlador Lógico Programable). El sistema deberá ser eficiente, económico
y fácil de operar.
Objetivos secundarios.
Investigar el proceso de envasado con máquinas automáticas modernas.
Diseñar y construir el sistema neumático para el control del proceso.
Aprender la conexión y programación del PLC S7-200 de Siemens.
1.3 Justificación.
Esta tesis es importante porque se ha estado trabajando con una máquina
completamente manual en el proceso de sellado y la producción se ve muy limitada al
tiempo de operación del equipo y a la experiencia del operador. En esta tesis se
implementó un sistema de envasado semiautomático, que permite aumentar lo siguiente:
3
Nivel de producción.
La higiene en el proceso de envasado.
La calidad del producto ya terminado.
El ahorro de costos en el proceso de producción.
Las características del proceso actual con que se lleva a cabo el envasado de la
lechuguilla son las siguientes.
1) Se cuenta con un proceso completamente manual en el envasado del producto.
2) El tipo de envase del producto ya terminado es en una presentación de bolsa.
3) El llenado de los tanques donde va el líquido es de una forma prácticamente
manual.
4) La máquina (Figura 1.1) está compuesta de una estructura metálica de 1,40m de
altura por 0,70 m de ancho, la cual está formada por un pedal y un circuito de
sellado. Este circuito tiene un hilo de nicromo el cual se calienta mediante un
regulador de temperatura, el hilo se encuentra ubicado en la parte superior de la
estructura, sujetado a una portería que está conectada con el pedal, cuando se
presiona el pedal hace que baje la portería con el hilo sellando así la bolsa con el
líquido adentro.
Figura 1.1 Máquina Selladora con pedal.
1.4 Alcance de la tesis.
Este proyecto consiste en la automatización del sistema de control de sellado de las
bolsas, pero el control de llenado dependerá directamente de un operador, por lo que se
propone un control semiautomatizado para el proceso de envasado.
4
1.5 Contenido de la tesis.
En base a un diagrama de flujo de la elaboración del proceso para fabricar la
bebida de la lechuguilla, que va desde el corte de la planta, lavado, fermentación y
elaboración de la bebida de manera manual o casera, se tomaron datos sobre el proceso
de automatización de la máquina que se encarga de sellar las bolsas que contienen
lechuguilla. En esta tesis se diseñó y construyó una máquina que realiza
automáticamente el sellado de las bolsas, pero se depende de un operador para
acomodar el tubo de plástico con el que se forman las bolsas, principalmente al inicio
del proceso de envasado.
Se obtienen muchas ventajas y mejoras del proceso de envasado al usar esta
máquina automatizada para el control de sellado de bolsas, ya que tiene distintos tipos
de mecanismos y componentes que facilitan el trabajo de sellado. Esos componentes
son: un compresor de aire, cilindros neumáticos, electroválvulas, válvulas reguladoras
de aire, un transformador adecuado para que el paso de corriente sea continuo y sin
variaciones, y un Programador Lógico Programable (PLC) que se encarga de dirigir
todo el proceso.
La circuitería es una parte importante en el diseño del sistema de control de la
máquina, ya que es la que se encarga de mandar las señales del estado en que se
encuentre el proceso hacia el PLC y de recibir de éste las señales de control que son
enviadas hacia los dispositivos de salida que accionan a la máquina de sellado. Es
importante decir que la temperatura del hilo de sellado juega un papel significativo, ya
que el diseño de un transformador adecuado para establecer y mantener la temperatura
idónea para el sellado es de mucha relevancia, ayudando a la máquina a tener un mejor
funcionamiento y un mayor rendimiento en procesos de envasado de larga duración.
CAPÍTULO II
PROCESO DE FABRICACIÓN DE BEBIDA DE
LECHUGUILLA
5
2.1 Diagrama de flujo del proceso de elaboración de la bebida.
En el diagrama 2.1 se describe todo el proceso de fabricación de la bebida de
lechuguilla desde su cosecha hasta su terminación total.
CORTE DE LA PIÑA DE
LA LECHUGUILLA
LAVADO DE LA PIÑA
PROCESO DE
FERMENTACIÓN
ELABORACIÓN DE
LA BEBIDA
LLENADO DEL TANQUE
CON LA BEBIDA
TIPO DE ENVASE
COLOCACIÓN DEL EMBOLSADO EN ÉL
TUBO DE FLUJO DEL LÍQUIDO
MAQUINA SELLADORA
PLANTA LECHUGUILLA
MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA DEL
HILO DEL SELLADO DE LA MAQUINA
ENCENDIDO DE LA MAQUINA
SELLADORA
APERTURA DE LA VÁLVULA PARA QUE EL FLUJO
DEL LÍQUIDO EMPIECE A LLENAR LAS BOLSAS
CHEQUEO DEL CORRECTO LLENADO
DE LAS BOLSAS
SELLADO DE LA BOLSA UNA
VEZ QUE ESTÁ LLENA
FIN DEL PROCESO
6
2.2 Planta lechuguilla.
Figura 2.1: Planta lechuguilla.
Tiene el aspecto de un pequeño maguey como se observa en la figura 2.1, cuyas
hojas alcanzan una longitud que varía de 0.20 a 0.50 metros de acuerdo a la región.
Raíces: son largas, fibrosas y delgadas.
Hojas: nacen del centro del tronco (acudes), dan el aspecto de una roseta, son
lanceoladas, encorvadas hacia el centro de la planta; estas terminan en un mucrón
bastante duro y agudo, de color moreno, de 30 a 40 mm, sus bordes están protegidos por
una serie de espinas ganchudas de color gris o café vueltas hacia la base de la hoja; la
longitud de las hojas separadas de la planta, es de 20 a 50 cm y de 4 a 6 cm de ancho.
Cogollo: conjunto de hojas de la cual se obtiene la fibra de mejor calidad.
Flores: florece solo una vez, a partir de un escapo floral al que denominan quiote o
garrocha el cual llega a alcanzar alturas de 3 metros, las flores son producidas de dos en
dos y son protegidas por vigorosas brácteas, son de color verde amarillo con matiz
rojizo.
Fruto: es una cápsula café o negra que crece de 1.5 a 2.5 de longitud por 1.2 a
1.5cm de diámetro; oblonga a menudo cilíndrica a obtuso triangular, con tres cámaras.
Semillas: son numerosas, planas y brillantes y aunque son viables la planta se
reproduce de manera asexual. La propagación de semilla solo se logra de manera
artificial, fuera de campo y bajo cuidado de vivero.
7
Distribución y hábitat:
La lechuguilla prospera en suelos de ladera de origen aluvial, profundos,
pedregosos y aun en fisuras entre rocas, bien drenadas el Matorral crasirusulifolio
espinoso del cual la lechuguilla forma parte, se encuentra cubriendo lomeríos y
serranías calizas, en suelos con textura arenosa o areno-arcillosa.
Las precipitaciones son de 150 a 400 mm anuales, con una temperatura media
anual de 19 a 25 °C y esta se produce a una altitud comprendida entre los 500 a 2500
msnm.
2.3 Corte de la piña de la lechuguilla.
Al proceso del corte de la lechuguilla se le denomina jima, que inicia al separar la
planta de lechuguilla de su raíz al nivel del cuello de su tallo, utilizando una barra de
metal.
La jima se realiza con menor frecuencia en la temporada de lluvias, pues el agua
absorbida por la planta provoca una reducción de azúcares en las piñas.
Cuando la planta está lista para ser cosechada, puede presentar muy diversas
manifestaciones de carácter fenológico notorias a simple vista. La principal es que
arroja el escapó floral denominado quiote, que es un síntoma de madurez y está
establecido que a los doce meses de eliminarlo, la planta reúne las mejores condiciones
para el fermento de lechuguilla.
La lechuguilla llega a su madurez en el mejor de los casos a los seis años, siendo lo
más común entre los 7 y 8 años, aunque puede llegar a tardar hasta 12 años. Las
plantaciones no maduran en forma homogénea, sino que se practican entresacas
dirigidas sobre las plantas más adecuadas para la industria, por su madurez.
Al séptimo año se empieza a practicar una entresaca de las plantaciones que
maduraron más rápido, y para el octavo casi 95% de la plantación está lista para su
cosecha.
Lo intensivo de las prácticas combinado con las mejores condiciones de sitio,
hacen que se encuentren cada vez más a menudo las plantaciones que a los cinco o seis
8
años presentan síntomas de madurez. Aunque no se cosecha la totalidad de la
plantación, es notorio que se está reduciendo el ciclo fenológico, que en un inicio fue de
diez a catorce años, posteriormente de siete u ocho años, y ya se toca la posibilidad de
un tiempo menor.
La cosecha la realizan las cuadrillas de jimadores, quienes por sus facultades y experiencia
ofrecen todo un espectáculo a quien tiene la suerte de poder presenciar esta labor tan difícil y
peligrosa por las espinas tan fuertes con que cuenta la planta.
Para jimar la gente utiliza sus herramientas de trabajo en forma normal, considerando que
son bastantes y muy diferentes para cada actividad. Empiezan por eliminar las espinas, mediante
la práctica del barbeo, que consiste en cortar las pencas a la mitad. Posteriormente el cuello de
la planta es golpeado con una barra de metal para separar la raíz del tallo, y darle la vuelta a la
planta lechuguilla.
Una vez derribada la planta, el jimador procede a cortar cada una de las hojas por la base
utilizando una coa de jima, dejando descubierta una bola formada de tejidos fibrosos
estructuralmente muy fuertes, con gran cantidad de agua y azúcares, conocido como piña o
corazón de la planta, con lo que termina la jima.
Al terminar la jima, la piña es llevada al lugar donde se va ha fermentar para cortarla en
trozos.
Figura2.2 Corte de piña de la lechuguilla
2.4 Lavado de la piña.
Una vez que la piña ha sido cortada en trozos como se ve en la figura 2.2 se procede a
lavarse, primeramente se colocan los trozos de la piña en agua para desinfectarlos dejándolos
reposar un periodo de 15 a 20 minutos, luego se pasan a otro recipiente con agua para
enjuagarlos y así están listos para el siguiente proceso.
9
2.5 Proceso de fermentación.
El proceso de fermentación de la lechuguilla es completamente natural, este proceso se
lleva a cabo mediante varias etapas las cuales deben de tener una serie de constantes, para que el
proceso se lleve a cabo en el periodo estimado.
Las cuales suelen ser las cisternas donde van colocadas las cabezas de lechuguilla, las
raciones exactas de piña de lechuguilla así como la cantidad exacta de agua y azúcar.
Uno de los factores más importantes para que la fermentación sea la adecuada es la
temperatura, la cual debe de estar controlada constantemente, este factor es esencial porque la
variación de la temperatura afecta considerablemente el proceso; la situación geográfica cuenta
mucho en este proceso.
La temperatura para el fermento se ha encontrado mediante la práctica y el error, las
temperaturas ideales para que el fermento lleve el proceso deseado se encuentran entre los 18 a
22º C, considerando la región donde se desea realizar las labores de fermentación es una región
con clima semitropical, tendremos en cuenta las situaciones en que se encuentra en gran parte
del año.
La fermentación de la lechuguilla es un proceso en el cual la planta empieza a tener una
serie de reacciones con el agua y el azúcar una vez que han sido mezclados correctamente,
teniendo así una bebida de sabor agridulce el cual se lleva acabo al paso de unos días, la
temperatura como se mencionó anteriormente es un factor importante porque cuando hay más
calor en el cuarto de fermento se acelera el proceso a realizar y contrariamente cuando baja la
temperatura.
2.6 Elaboración de la bebida.
Una vez obtenido el fermento de la lechuguilla se procede a la elaboración de la
bebida la cual será la que tendrá la presentación al público.
El proceso se da mediante el fermento de la lechuguilla y la mezcla de
componentes naturales hasta obtener el sabor deseado, una vez que se da el sabor
querido se procede a la traslación de la bebida.
2.7 Colocación del embolsado en el tubo de flujo del líquido.
10
Figura 2.3 Bolsa contenedora de bebida de la lechuguilla
Durante el transcurso de llenado del tanque con la bebida de lechuguilla se procede a
colocar el plástico en los tubos ilustrado en la figura 2.3, los cuales guiarán el líquido hasta la
máquina de sellado la cual es completamente manual, el plástico una vez que es colocado en los
tubos en la parte inferior se encuentra sellado para que el líquido lo valla empujando el plástico
y así ir llenando con el líquido las bolsas para así después sellarlas.
2.8 Máquina selladora.
La maquinaria actual con la que se cuenta para el envasado es de un modo prácticamente
manual.
La máquina selladora, figura 1.1 está compuesta de una estructura metálica de 1.40m de
altura la cual está combinada de un pedal, un circuito de sellado. Este circuito tiene un hilo de
teflón el cual se calienta mediante un regulador de temperatura, el hilo se encuentra ubicado en
la parte superior de la estructura, al igual que está conectado con el pedal, cuando presiona el
pedal hace que baje el hilo sellando así la bolsa con el líquido adentro.
2.9 Encendido del circuito sellador.
El encendido del circuito sellador es de manera manual mediante un interruptor
normalmente abierto el cual hace que pase la corriente mediante el hilo sellador de la
máquina.
El circuito sellador es indispensable en el embolsado de la bebida porque gracias a
él se puede completar el proceso de la elaboración de la bebida.
11
2.10 Medición de la temperatura del hilo del sellador.
Cuando el circuito ha sido encendido se procede a regular la temperatura del hilo que va a
sellar las bolsas, esta regulación como los demás procesos, es también de forma manual la
temperatura se va regulando mediante un indicador de temperatura que tiene el circuito de la
máquina, el resultado de la mediación de la temperatura se ve reflejado al momento del sellado;
cuando el sellado es bueno la temperatura está en las condiciones necesarias, pero cuando hay
un poco de fuga de líquido en las bolsas es porque la temperatura no ha sido bien regulada.
2.10.1 Apertura de la válvula para que el flujo del líquido empiece a
llenar las bolsas.
La apertura de las válvulas se hace una vez que los tubos que transportan la bebida
tienen las bolsas para empezar a llenarlas y que la mediación de la temperatura se ha
realizado.
Las válvulas se abren de manera manual lo cual dificulta en ocasiones calcular
bien la presión con la que el líquido fluirá dentro de los tubos transportadores, para esto
es necesario estar chocando constantemente la presión con la que sale el líquido para
poder estar sellando las bolsas.
2.10.2 Sellado de las bolsas.
Este proceso es de los últimos a realizarse dentro la elaboración de la bebida, pero
no por eso menos importante ya que de él depende la terminación del producto, el
sellado empieza a ser realizado cuando todos los demás procesos han sido previamente
terminados
Se inicia una vez que la bolsa está envolviendo el tubo que va conectado hacia el
tanque de llenado, realizado esto, se toma un saliente de la tira de plástico que contiene
las bolsas a ser selladas que esta puesta en el tubo, y se estira pasando entre la máquina,
debajo del área de sellado, posteriormente se toma la medida de una bolsa y se pasa
entre la base y el hilo sellador para cerrar esa parte y evitar flujo del líquido que viene
del tanque que contiene la bebida de lechuguilla.
Una vez realizado esto se abre la válvula para que empiece a fluir el líquido y
posteriormente llenar la bolsa que va a ser sellada.
Como este proceso depende completamente de un operador, este tiene que estar
atento para cuando la bolsa empiece a llenarse y posicionarla en el área de sellado, en
cuanto la bolsa toma la medida de líquido necesario el operador oprime el pedal bajando
así el hilo sellador y presionando la bolsa contra la base de la máquina así empezando el
proceso de sellado; este proceso lleva un tiempo máximo de 4 segundos con el hilo a
una temperatura adecuada para el corte y sellado de las bolsas, una vez trascurrido este
12
tiempo el operador suelta el pedal dejando que el hilo retorne a su posición inicial y
concluyendo el proceso de sellado.
Parte de esta máquina es la programación del circuito lógico programable (PLC),
que se realizó en base al proceso que se llevaba de manera manual, este diseño se
realiza conjuntando cada parte del proceso llevando a un ciclo completo de sellado para
la bolsa que contiene la lechuguilla, y retornando a su posición inicial para repetirlo
nuevamente, la activación del compresor que es el que abastece de aire a los cilindros
neumáticos que antes pasa por un filtro, electroválvulas y válvulas reguladoras de aire
para el correcto funcionamiento, también es parte del control y programación en este
diseño.
Las pruebas y errores en cualquier diseño son inherentes en cualquier diseño, lo
cual hace retomar datos, fundamentos, cálculos y observación del comportamiento en
base a lo construido y a lo requerido, la máquina selladora automatizada requiere de esta
etapa para concluir en lo más aproximado posible al trabajo ideal requerido.
CAPÍTULO III
SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DEL SELLADO
13
3.1 Mejoras y ventajas de la automatización.
La máquina selladora que se ha visto en el capítulo anterior es completamente
manual, haciendo del proceso lento y costoso en tiempo y producción.
El proceso de automatización en la máquina selladora es una gran ventaja con la
cual se puede aumentar la producción, acortar los tiempos de trabajo y dar calidad al
producto.
Lo mencionado en el párrafo anterior es de gran importancia para el ciclo de
producción de la bebida en cuestión, el proceso de automatización consta en controlar el
ciclo de sellado que se lleva a cabo.
Este proceso consiste en manejar los tiempos tanto de sellado como de temperatura
del hilo sellador de la máquina, esto es esencial ya que si alguno de ellos llega a fallar
surgirían perdidas en la producción del producto.
Se ha diseñado una maquina completamente automática para el sellado de bolsas,
partiendo de la idea base de la máquina selladora manual, se le han adherido algunos
cambios en beneficio de la máquina y de producción los cuales son:
Tiempo controlado en el sellado.
Temperatura constante en el hilo sellador.
Aumento de bolsas selladas en un mismo proceso.
Estas mejoras que se han propuesto anteriormente, son las que se trabajarán en esta
parte, se abarcará cada uno de ellos.
El circuito que se ha utilizado para la automatización del sellado es el PLC
(Program Circuit Logic) de la familia S7-200 de la marca Siemens.
Este PLC permite gobernar procesos en específico como el que se está abordando
en este capítulo.
Esta máquina está compuesta por:
Compresor de aire.
PLC.
Cilindros neumáticos.
Válvulas neumáticas.
Unidad de Filtro.
Piezas mecánicas.
Transformador.
14
A continuación se definirá cada uno de ellos.
3.2 Compresor de aire.
Figura 3.1 Compresor de Aire.
El compresor de aire que se ve en la figura 3.1 es utilizado para cargar de aire los
cilindros neumáticos, encargados de hacer el juego tanto en el movimiento de arrastre
como sellado de las bolsas.
Especificaciones:
Motor: 2.5HP
Capacidad del tanque: 25 litros.
Velocidad de funcionamiento: 2.800RPM.
Caudal de Aire: 196 l/min.
Presión máxima de trabajo: 8 BAR - 116 PSI.
Figura 3.2 Válvulas de seguridad y Manómetros
Manómetros de medición de presión del aire comprimido y flujo en la manguera de
salida observados en la figura 3.2.
15
Manómetro de caudal de aire en tanque.
Manómetro de caudal de salida de aire.
3.3 Definición de un PLC.
El PLC es una computadora diseñada para controlar procesos industriales. Cada
BIT ofrece la información necesaria sobre el estado de una variable de entrada,
mediante el manejo de un BIT se puede controlar la operación de un dispositivo de
salida que actúa sobre el proceso que desea controlar.
El diseño de los PLC es igual al de una computadora, aunque están planeados para
tomar decisiones.
Un PLC típico está compuesto por las siguientes partes:
Unidad central de procesamiento
Sección de entrada/salida o I/O
Unidad programadora
La familia del sistema SIMATIC S7.
Los controladores lógicos programables PLCs pueden subdividirse en la clase de
servicio Micro PLC S7-200, la clase de servicio inferior S7-300 y la clase de servicio
intermedio S7-400. [3]
S7-200
La gama S7-200 comprende diversos sistemas de automatización pequeños
micro-PLCs que se pueden utilizar para numerosas tareas. Gracias a su diseño
compacto, su bajo costo y su amplio juego de operaciones, los sistemas de
automatización S7-200 son idóneos para numerosas ampliaciones pequeñas de control.
La gran variedad de tamaños y fuentes de alimenticio de las CPUs, así como las
múltiples opciones de programación proporcionan la flexibilidad necesaria para
solucionar las tareas de automatización. Cuenta con poderosas posibilidades de
comunicaciones PPI, PROFIBUS-DP, AS-Interfase. [3]
3.4 Cilindro neumático.
Figura 3.3 Cilindro neumático marca Festo [4]
16
Los datos técnicos generales del cilindro neumático que se ve en la figura 3.1 se
muestran en la siguiente tabla. [4]
Tabla 3.1 Datos técnicos del cilindro neumático
Diámetro de embolo 32
Conexión neumática G1/8
Rosca del vástago
K3
K5
M10x1,25
M6
M10
Construcción Embolo
Vástago
Tubo perfilado
Holgura máxima de giro Q del
vástago [°]
±0,65
Amortiguación Anillos y discos elásticos en ambos
lados
Amortiguación neumática regulable en
ambos lados
Carrera de amortiguación [mm] PPV 20
Detección de posiciones Para detectores de posición
Tipo de fijación Con rosca interior
Con accesorios
Posición de montaje Indistinta
Velocidad de impacto admisible:
17
Masa máxima admisible:
Dónde:
vadm. = Velocidad admisible del impacto
Eadm. = Energía máxima admisible del impacto
Mpropia = Masa móvil (actuador)-H- Importante
mcarga = Carga útil móvil
Los datos se refieren a los valores máximos posibles. Debe tenerse en cuenta la
energía máxima admisible del impacto en la figura 3.4 se tiene una vista de sección del
cilindro neumático. [4]
Fuerza transversal:
Dónde:
Fq = Fuerza transversal
Nmm = Newton milímetro
Vista en sección:
Figura 3.4 Vista en sección del cilindro neumático
18
Cada sección del cilindro esta definida en la tabla 3.2 de datos que se tiene a
continuación. [4]
Tabla 3.2 Datos de la vista en sección del cilindro neumático.
1 Tubo perfilado Aleación forjada de aluminio anodizado liso
2 Culatas anterior y posterior Fundición inyectada de aluminio
3 Vástago Acero de aleación fina
– Juntas Poliuretano, caucho nitrílico
Calidad del material Conformidad con RoHS
3.5 Válvula reguladora.
Estas válvulas permiten cerrar el paso en un solo sentidos girando la llave que se
ve en la figura 3.5.
Figura 3.5 Válvula reguladora
Las referencias de esta válvula se muestran en la tabla 3.3.
Tabla 3.3 Referencias de válvula reguladora. [4]
Referencias descripción Rosca de
conexión
Para tubo de
diámetro exterior
Tipo
Con rosca
recubierta de
PTFE y racor QS
R1/8
6
QH-QS-6-1/8
19
3.6 Unidad de filtro.
En esta unidad que se muestra en la figura 3.6 filtra el aire comprimido.
Está compuesta por:
Una Unidad de filtro y regulador con manómetro
Lubricador proporcional estándar por neblina aceitosa
Grado de filtración: 40 µm, 5 µm
Purga del condensado: manual, semiautomática, automática
Una conexión neumática de G1/8
Un caudal [l/min] de 90 ... 8.700
Figura 3.6 Unidad de filtro [4]
3.7 Electroválvulas.
Las electroválvulas con las que cuenta la máquina selladora se encargan de
controlar el aire comprimido filtrado con un grado de 40 um (micrómetro) lubricado o
sin lubricar, la figura 3.7 muestra a la electroválvula ya conectada.
Figura 3.7 Electroválvula Festo MFH-5-1/4 #6211 [4]
20
En tabla 3.4 se muestra los datos técnicos de las electroválvulas utilizadas para
el control del aire filtrado.
Tabla 3.4 Datos de la electroválvula [4]
CAPÍTULO IV
CIRCUITERÍA
21
4.1 Señales de entrada al P.L.C.
En la tabla 4.1 se observan las señales de entrada que se mandan al PLC para
realizar el control de la máquina de envasado.
NOMBRE DIRECCIÓN TIPO FUNCIÓN
INICIO I 0.0 Switch N.A. Switch de inicio de proceso
PARO I 0.1 Switch N.A. Switch de fin de proceso
PARO_C I 0.3 Switch N.A. Switch de paro manual de compresor
De la tabla 4.1 se obtiene el siguiente diagrama de conexiones (Figura 4.1) para
cada una de las señales de entrada que van hacia el PLC.
4.2 Conexión de señales de entrada.
4.3 Señales de Salida al PLC.
Son los relevadores de las cargas que son controladas por el PLC y que permiten a
la máquina envasadora que funcione. La tabla 4.2 contiene a estas señales de salida.
Tabla 4.2 Señales de salida
NOMBRE DIRECCIÓN TIPO FUNCIÓN
RELE_C Q 1.0 Bobina de
relevador
Relevador para activar o desactivar
compresor
RELE_T Q3.0 Bobina de
relevador
Relevador para activar o desactivar
transformador
RELE_R Q3.1 Bobina de
relevador
Relevador para electroválvula del
cilindro que mueve la placa principal
RELE_S Q3.4 Bobina de
relevador
Relevador para la electroválvula del
cilindro de movimiento de corte y sellado
Tabla 4.1 Señales de entrada
Figura 4.1 Conexión de señales de entrada
22
4.4 Conexiones de señales de salida.
En la figura 4.2 se observa la conexión de la fuente de corriente continua con
salida de 5 volts de Corriente Directa, hacia el relevador del compresor.
En la figura 4.3 se observa la conexión de la fuente de 120 volts de Corriente
Alterna hacia los relevadores del transformador que va hacia el hilo de corte y de la
electroválvula.
En la figura 4.4 se observa la conexión de la fuente de 24 volts de Corriente
Directa hacia el relevador que activa la electroválvula de sellado.
Figura 4.2 Conexión de salida al compresor
Figura 4.3 Conexión de salida al transformador y la electroválvula
Figura 4.4 Conexión de salida a la electroválvula de sellado
23
4.5 Etapas de potencia.
En esta sección se describen las distintas conexiones que se utilizaron para que las
señales de control enviadas por el PLC a las bobinas de los relevadores de salida,
activen o desactiven a las cargas que permiten el proceso de recorrido y sellado de la
máquina.
En la figura 4.5 se observan las distintas cargas que se conectan a la fuente de
alimentación de 120 volts de Corriente Alterna:
RELE_C: Relevador de 120 volts de C.A. dirigido hacia el compresor de
aire.
C: Compresor de aire, activador de las electroválvulas para recorrido y
sellado de la máquina.
E.V.R.: Electroválvula de recorrido de la máquina
E.V.C.: Electroválvula de corte de la máquina.
Primario del Transformador: Conexión de la etapa primaria del
transformador.
Figura 4.6 Alambre de corte
Figura 4.5 Etapas de potencia
24
En la figura 4.6 se observa la etapa de potencia con el secundario del
transformador que entrega el voltaje de salida requerido para el calentamiento óptimo
del alambre de corte para el sellado de las bolsas.
4.6 Diseño y Funcionamiento del transformador.
4.6.1 Ecuaciones para el diseño del transformador.
Se considera como diseño del transformador al cálculo tanto del devanado
como al del núcleo. Si partimos de un núcleo conocido podemos realizar el
diseño para suministrar una potencia dada a la carga, conociendo los voltajes y
la frecuencia de la fuente de alimentación.
4.6.1.1 Potencia del Transformador.
La potencia total de salida del transformador está dada por:
S = m U2 I2 (VA) (4.1)
Dónde:
S = Potencia total de salida del transformador.
U2 = Voltaje terminal del devanado secundario por fase (V)
I2 = Corriente del devanado secundario. Por fase (A)
M = Número de fases [5]
Además, de la teoría del transformador se conoce que el voltaje U2 se puede
expresar, despreciando la caída de voltaje en el devanado secundario, mediante:
U2 = 4.44 f W2 Φ (V) (4.2)
Dónde:
f = Frecuencia del voltaje aplicado (Hz)
W2 = Vueltas del devanado secundario.
= Flujo Magnético (Wb) [5]
25
Además, el flujo magnético está dado por:
Φ = B An 10-6
(4.3)
Dónde:
B = Densidad de flujo ( / )Wb m2
An = Área del núcleo ( )mm2 [5]
La corriente puede expresarse como:
I2 = J A2 Ce2 (A) (4.4)
Dónde:
J = Densidad de corriente ( / )A mm2
2A = Área del conductor del devanado secundario ( )mm2
Ce2 = Conductores elementales del devanado secundario [5]
De las ecuaciones (4.1), (4.2), (4.3) y (4.4) se obtiene la potencia de salida
del transformador:
S = m 4.44 f B An W2 A2 Ce2 J 10-6
(VA) (4.5)
Suponiendo despreciable la corriente de excitación, se cumple:
W2 I2 = W1 I1 (4.6)
Dónde:
W1 = Vueltas del devanado primario.
I1 = Corriente del devanado primario por fase (A)
La corriente por el devanado primario puede expresarse como:
I1 = J A1 Ce (4.7)
26
Dónde:
A1 = Área del conductor del devanado primario ( )mm2
Ce1. = Conductores elementales del devanado primario.
Los conductores elementales constituyen las ramas paralelas que se forman
en los devanados, lo cual se emplea cuando el área requerida del conductor sea
superior a la comercial disponible o también por comodidad en la colocación del
enrollado.
Sustituyendo las ecuaciones (3.4) y (3.7) en la (3.6) se obtiene:
W2 A2 Ce1 = W1 A1 Ce2 (4.8)
El área total del devanado está dada por:
Ac = m ( W1 A1 Ce1 + W2 A2 Ce2 ) (4.9)
Dónde:
Ac = Área total ocupada por los devanados (mm2) [5]
De las ecuaciones (3.8) y (3.9) se obtiene:
m W1 A1 Ce1 = m W2 A2 Ce2 = Ac/2 (4.10)
De las ecuaciones (3.5) y (3.10) se obtiene:
S = 2.22 f B J An Ac 10-6
(VA) (4.11)
La ecuación (4.11) expresa que la potencia total del transformador depende
de los parámetros de diseño B y J y del producto de las áreas del núcleo y de los
devanados. [5]
Para una potencia dada, considerando fijos los valores de frecuencia,
densidades de flujo y de corriente, se requiere un valor determinado de los
productos de las áreas del núcleo y de los devanados. Sin embargo este
producto puede presentar infinitas combinaciones de cada una de las áreas
individuales.
27
La relación entre la cantidad de material del devanado y del núcleo a
emplear depende del criterio de diseño que se quiera seguir. Para mínimo costo
de operación, si el transformador es diseñado para alimentar una carga constante
y se quiere que se obtenga una máxima economía en la explotación, debe
cumplirse que las pérdidas eléctricas sean iguales a las magnéticas en la
condición nominal, garantizando con esto que la eficiencia sea máxima.
4.6.1.2 Densidad de flujo.
El valor de densidad de flujo a emplear debe ser tal que no sature el
material magnético de modo que la corriente de magnetización no sea excesiva.
Para garantizar este aspecto debe ser seleccionada una densidad de flujo que no
esté por encima de la rodilla de saturación. Además un valor excesivo de la
densidad de flujo implica un alto valor de las pérdidas de núcleo, lo cual
conduce, además de una baja eficiencia, a daños térmicos en el aislamiento.
De acuerdo con lo explicado anteriormente, la densidad de flujo tiene un
límite superior fijado por las pérdidas de núcleo y la corriente de excitación.
También existe un límite inferior de la densidad de flujo fijado por el
aprovechamiento del material activo. Para comprender este aspecto es necesario
partir de la ecuación (4.12), la cual expresa la relación entre el flujo y el voltaje
aplicado.
U1 = 4.44 f W1 Φ (V) (4.12)
Dónde:
U1 = Voltaje aplicado al devanado primario (V)
f = Frecuencia del voltaje aplicado (Hz)
W1 = Vueltas del devanado primario
= Flujo (Wb) [5]
De las ecuaciones (4.3) y (4.12) se obtiene:
U1 = 4.44 f W1 B An 10-6
(V) (4.13)
28
De acuerdo con la ecuación (4.13), si se tienen fijadas las vueltas del
devanado primario, a medida que se emplee menor densidad de flujo, mayor
debe ser el área del núcleo y el costo de éste, para unos valores dados de voltaje
y frecuencia. Sin embargo, suponiendo que se tiene fijado el área del núcleo, a
medida que se utilice menor valor de densidad de flujo, mayor será el número de
vueltas del devanado primario, de acuerdo con lo expresado en la ecuación
(4.13). Esto implica además menor valor del flujo magnético. Según la ecuación
(4.12) y por lo tanto mayor número de vueltas del devanado secundario, para un
valor dado del voltaje en éste, de acuerdo con la ecuación (4.2). Todo lo anterior
significa un aumento del costo del devanado.
El valor máximo de densidad de flujo debe ser seleccionado de acuerdo con
el tipo de material magnético a emplear. Si no se dispone de la característica del
material, se puede seleccionar como un valor seguro de densidad igual a 1.3
Tesla.
4.6.1.3 Densidad de corriente.
La densidad de corriente es un parámetro de diseño que está relacionado
con el calentamiento del devanado. Para comprender este fenómeno partiremos
de la ecuación de pérdidas eléctricas de un devanado determinado, lo cual se
expresa mediante:
Pc = I2 R (W) (4.14)
Dónde:
Pc = Pérdidas eléctricas en el devanado. (W)
I = Corriente por el devanado (A)
R = Resistencia del devanado () [5]
El valor de resistencia del devanado está dado por:
R = ρ l w / A ( ) (4.15)
29
Dónde:
= Resistividad del material
l = Longitud media de cada vuelta
w = Número de vueltas del devanado.
A = Área del conductor. [5]
La corriente por el conductor se expresa mediante:
I =J A (A) (4.16)
Sustituyendo las ecuaciones (4.15) y (4.16) en la (4.14) se obtiene:
Pc = ρ J2 w l A (4.17)
En la ecuación (4.17) los términos encerrados por los paréntesis significan
el volumen del devanado. De ésta se obtiene:
2c
c
PJ
V (4.18)
Dónde:
Vc = Volumen del devanado. [5]
La ecuación (4.18) nos indica que las pérdidas por unidad de volumen
dependen de la densidad de corriente. Esto implica que con un diseño, siempre
que se mantenga constante la densidad de corriente, las pérdidas por unidad de
volumen no varían, manteniéndose el incremento de temperatura
aproximadamente constante, para máquinas que se mantengan dentro de un
intervalo de potencia dado. Y con el mismo método de enfriamiento.
Es importante señalar que de acuerdo con la ecuación (4.17), las pérdidas
eléctricas dependen directamente del volumen para una densidad de corriente
fija, mientras que la superficie de enfriamiento depende del área, lo cual
significa realmente que a medida que la potencia aumente, menor debe ser el
30
valor de la densidad de corriente a emplear, de modo que se mantenga constante
la temperatura del aislamiento.
El cálculo exacto de la densidad de corriente a utilizar para obtener un valor
dado de temperatura, resulta laborioso, por lo que para propósitos del método
que se presenta en este trabajo, se emplearán los valores dados en la Tabla 4.3,
para este parámetro de diseño. Debe observarse en dicha tabla que para
transformadores enfriados por aceite, se permite un valor mayor de densidad de
corriente, lo cual obedece a que en este caso existe una mejor vía para la
evacuación del calor. [5]
Tabla 4.3 Densidad de corriente.
Método de
Enfriamiento
Potencia Total S
(VA)
Densidad de Corriente
(A/mm2)
Carga
constante
Carga
variable
< 200 2,8 3
Auto enfriado por aire 200 - 500 2,3 2,5
500 - 1000 1,7 2
1000 - 5000 1,1 1,8
1 000 - 2 000 2,2 3,0
Auto enfriado por aceite 2 000 - 5 000 2,1 2,95
5 000 - 25
000
1,7 2,85
> 25 000 1,5 2,5
31
4.6.1.4 Área del núcleo.
Como fue explicado anteriormente, las relaciones entre las áreas del núcleo
y del devanado dependen del criterio de diseño empleado. En el método
aproximado, las relaciones entre éstas áreas se tomarán de la Tabla 4.4, obtenida
del criterio de los diseñadores, lo cual cumple con un diseño aceptable desde el
punto de vista técnico económico.
Designaremos mediante el coeficiente C la relación entre las áreas del
núcleo y del devanado, según se expresa en la ecuación (4.19).
n
c
AC
A (4.19)
Sustituyendo la ecuación (4.19) en la (4.11) se obtiene:
3102.22
n
SA C
fJB ( mm2) (4.20)
Dónde:
An = Área del núcleo ( )mm2
S = Potencia total de salida (VA)
F = Frecuencia del voltaje aplicado (Hz)
J = Densidad de corriente ( )A
mm2
B = Densidad de flujo (T) [5]
32
Tabla 4.4 Valores del coeficiente C
Una vez que se tengan fijados los parámetros densidad de corriente y de
flujo y los valores del coeficiente C, se puede calcular el área del núcleo
mediante la ecuación (4.20), para la potencia de salida requerida. [5]
4.6.1.5 Número de vueltas de los devanados.
Para determinar el número de vueltas de los devanados, es necesario
calcular el flujo, sustituyendo en la ecuación (4.3) el área del núcleo hallada
mediante la ecuación (4.20). El número de vueltas del devanado primario se
determina de acuerdo con la ecuación (4.21):
11
4.44
UW
f (4.21)
Tipo de
transformador
Tipo de
carga
C
Columna Constante 2
Monofásico Acorazado Constante 1,6
Columna Variable 1,2
Acorazado Variable 2,02
Columna Constante 0,86
Trifásico Acorazado Constante 1,32
Columna Variable 0.38
Acorazado Variable 0,68
33
Dónde:
W1 = Vueltas por fase del devanado primario
U1 = Voltaje aplicado por fase (V)
f = Frecuencia del voltaje aplicado.
= Flujo (Wb). [5]
El número de vueltas del devanado secundario se determina mediante:
22
4.44
vacioUW
f (4.22)
El voltaje U vacio2 se calcula suponiendo aproximadamente un 5% de
caída de voltaje. [5]
4.6.1.6 Área de los conductores.
El área de cada conductor se determina conociendo la corriente por los
devanados y la densidad de corriente seleccionada.
Las corrientes por los devanados secundario y primario se determinan
mediante las ecuaciones (4.23) y (4.24)
2
2
SI
mU (A) (4.23)
21
II
k (A) (4.24)
Dónde:
11
22vacio
UWk
W U (Relación de transformación) (4.25)
Las áreas de cada conductor de los devanados primario y secundario se
calculan mediante las ecuaciones (4.26) y (4.27) respectivamente. [5]
34
11
1e
IA
JC (A) (4.26)
22
2e
IA
JC (A) (4.27)
Dónde:
Ce1 = Conductores elementales del devanado primario.
Ce2 = Conductores elementales del devanado secundario.
A1 = Área de cada conductor del devanado primario (mm2)
A2 = Área de cada conductor del devanado secundario (mm2) [5]
Los conductores elementales constituyen los circuitos paralelos que se
forman en los devanados con el objetivo de reducir el diámetro de los
conductores empleados. Esto ocurre cuando el área del conductor obtenido
durante el diseño es superior a la mayor obtenida comercialmente o también si el
enrollador por cuestiones de comodidad desea reducir el diámetro de los
conductores. Así por ejemplo cuando el devanado se enrolla con alambre doble,
se forman dos circuitos paralelos y se está en presencia de dos conductores
elementales. Se recomienda no emplear conductores redondos con un diámetro
mayor de 2 mm ya que resulta difícil su manipulación. De acuerdo con esto, si el
área obtenida mediante las ecuaciones (4.26) o (4.27) resulta superior a 3.14
mm2 (correspondiente a un diámetro de 2mm), para conductores elementales
igual a la unidad, debe incrementarse este valor o utilizar conductores
rectangulares.
4.6.2 Pasos a seguir para el diseño del transformador.
1. Seleccione la densidad de corriente mediante la Tabla 4.3
2. Seleccione el coeficiente C mediante la tabla 4.4
35
3. Calcule el área del núcleo mediante la ecuación (4.20). Si no se conoce la
densidad de flujo permisible por el material magnético escoja el valor de
1,3 T.
4. Calcule el flujo mediante la ecuación (4.3)
5. Calcule las vueltas del devanado primario mediante la ecuación (4.21),
tomando como datos el voltaje de la fuente y su frecuencia.
6. Calcule las vueltas del devanado secundario mediante la ecuación (4.22)
7. Calcule las corrientes de los devanados primario y secundario mediante
las ecuaciones (4.23) y (4.24)
8. Calcule las áreas de los conductores primario y secundario mediante las
ecuaciones (4.26) y (4.27) respectivamente. Considerando inicialmente
los conductores elementales iguales a la unidad. Si el área del conductor
primario o secundario es superior a 3.14 mm2 debe irse incrementando
el número de conductores elementales hasta lograr valores iguales o
inferiores a esta área. También puede optarse por el uso de conductores
rectangulares.
CAPÍTULO V
PROGRAMACIÓN DEL PLC S7-200
EN STEP 7
36
5.1. Introducción.
El concepto de control es extraordinariamente amplio, abarca desde un simple
interruptor que gobierna el encendido y apagado de una bombilla, hasta el más complejo
ordenador de procesos.
La palabra “CONTROL” se puede definir como la manipulación indirecta de las
magnitudes de un sistema denominado planta a través de un sistema denominado
sistema de control, como se observa en la figura 5.1
Figura 5.1Sistema de control
Los primeros sistemas de control se desarrollaron con la Revolución Industrial de
fines del siglo XIX y principios del siglo XX. En un principio, los sistemas de control se
diseñaron con componentes mecánicos y electromecánicos, básicamente engranajes,
relés y pequeños motores, pero a partir de los años cincuenta empezaron a emplearse
los semiconductores, que permitían el diseño de sistemas de menor tamaño y consumo,
más rápidos y con menor desgaste.
Al tiempo que se desarrollaban los circuitos integrados lo hacían también las
computadoras digitales, quienes sustituyeron a los sistemas convencionales de control
electromecánico. No obstante, el empleo del computador en la industria quedaba
restringido al control de procesos muy complejos, debido a su elevado costo, necesidad
de personal especializado, poca facilidad de interconexión con el proceso, debido a las
grandes tensiones y corrientes para las cuales el computador no está preparado.
La demanda en la industria de un sistema económico, robusto, flexible, fácilmente
modificable y con mayor facilidad de tratar con tensiones y corrientes elevadas, hizo
que se desarrollasen los autómatas programables denominados PLC (Programmable
Logic Controller).
Los PLC´s actuales han mejorado sus capacidades respecto a los primeros que se
usaron, en los siguientes aspectos:
37
Mejorar la velocidad de respuesta
Dotar al PLC con capacidad de comunicación
Incorporar instrucciones más potentes
Los juegos de instrucciones incluyen actualmente, aparte de las operaciones lógicas
con bits, temporizadores y contadores, otra serie de operaciones lógicas con palabras,
operaciones aritméticas, tratamiento de señales analógicas, funciones de comunicación
y una serie de funciones de control no disponibles en la tecnología clásica de relés. [6]
Lógica Digital.
Son las operaciones entre conjuntos que vienen a definir un evento. Los diagramas de
Venn (Figura 5.2) ayudan a entender las relaciones entre conjuntos.
Figura 5.2 Diagrama de Venn
El evento puede tener dos resultados: verdadero o falso, sí o no, uno o cero (1,0);
esto es, resultado digital. Para interés de los sistemas de control digital, la forma más
clara de entender la lógica booleana o algebra de Boole, es mediante el uso de
interruptores para el encendido de lámparas. [7]
5.2. Programa para el PLC.
Utilizando los principios de la sección 5.1 y aplicando el tipo de programación
KOP para Step7, se elaboró el programa controlador de la máquina selladora.
Este proceso consta de varias etapas, aplicadas a un ciclo constante de trabajo el
cual ayuda al control total del sellado de las bolsas.
A continuación describimos cada una de las etapas para su mayor entendimiento.
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5.3 Inicio del proceso.
Figura 5.3 Inicio del proceso
Esta es la primera etapa, consta de la activación de varias bobinas, de las cuales dos
son parte importante del proceso, se comienza al oprimir el botón de inicio que está
situado en la dirección I0.0, activando así una marca de proceso, desactivando el
recorrido de la plancha y activando al proceso de corte, como se puede observar en la
figura 5.3.
5.4 Activación del hilo de sellado y fin de proceso.
Figura 5.4 Activación del hilo de sellado
La activación del hilo sellador se lleva a cabo en el proceso de inicio activando la
marca principal en la dirección M0.0; esta marca a su vez activa una bobina de salida
para el transformador en la dirección Q3.0, también contamos con una sección de fin de
proceso que lleva a la inactividad a todo el sistema mediante un reset a la marca de
proceso M0.0, tal como se observa en la figura 5.4.
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5.5 Recorrido de la máquina.
Aquí activamos un tiempo de conteo con el temporizador T32 con una resolución
de 100ms, el cual activa tanto el corte como el recorrido de la máquina, la cual empieza
un ciclo constante dando así lugar al proceso principal de automatización, como se
observa en la figura 5.5.
Figura 5.5 Recorrido de la máquina
5.6 Sellado y retorno de la máquina a su posición inicial.
En esta etapa se controla el tiempo que bajan los cilindros neumáticos que se
encargan de sellar las bolsas de plástico, activándose el temporizador tipo TON en la
dirección T32 con el contacto de la Marca principal M0.0; también se controla la subida
de esos cilindros y el retorno de la plancha a su posición inicial. Esta etapa es crucial
para el buen sellado de las bolsas porque un error en el tiempo de sellado es perjudicial
para la producción. En la figura 5.6 se observa este proceso.
Figura 5.6 Sellado y retorno a su posición inicial.
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5.7 Activación del compresor.
Al inicio del proceso una de las partes importantes del control es la activación
del compresor que abastece de aire a los cilindros neumáticos para el recorrido de la
plancha y el sellado de las bolsas. El compresor se activa durante 60 segundos para
llegar a la presión deseada que es de nueve bars; este proceso se repite constantemente
para mantener la presión deseada durante todo el tiempo que dure el encendido de la
máquina. El proceso comienza con la activación de la marca M0.0 y un timer para
medir periodos de 150 segundos, y después se realiza una comparación entre el timer y
la cantidad de 600, para que mientras el tiempo sea menor a 600 (60 segundos, teniendo
en cuenta la resolución del temporizador que es 0.1 segundos), se active al compresor,
manteniéndose desactivado durante los siguientes 90 segundos y posteriormente se
repite otro ciclo de 150 segundos, como se observa en la figura 5.7.
Figura 5.7 Activación del compresor.
5.8 Desactivación del compresor.
La desactivación del compresor se necesita para mantener el flujo de aire en los
cilindros adecuadamente cuando se provoca un paro al sistema; sin esta etapa el
compresor no permitiría, por su baja presión, comenzar adecuadamente otro ciclo de
recorrido de la plancha. Este proceso se inicia cuando se realiza un paro al sistema y se
desactiva la marca M0.0, la que a su vez activa a una marca auxiliar M0.1 que permite
el conteo de un periodo de 60 segundos, durante el cual el compresor sigue funcionando
a pesar de que el resto del sistema ya esté desactivado, tal como se observa en las
figuras 5.7 y 5.8.
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Figura 5.8 Paro del compresor
CAPÍTULO VI
PRUEBAS Y RESULTADOS
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6.1 Transformador de voltaje.
Se realizó el diseño y creación de un transformador por la necesidad de mantener
un flujo constante de corriente y voltaje, de las necesidades de mantener un voltaje de
corriente alterna de 9v y un máximo de corriente de 10 A en la salida del transformador,
los cuales se calcularon mediante las fórmulas siguientes.
Calculando el número de vueltas para el devanado primario.
Dónde:
V = 127v
A = 36.54 cm2
Ø = 8000 l
F = 60 Hz
Dando un resultado de Ep = 163 vueltas.
Mediante los cálculos basados en estas fórmulas y con el apoyo del programa
cálculo simplificado de transformadores versión 2.00 que se observa en la figura 6.1 que
fue el apoyo para poder encontrar el calibre adecuado al transformador, dando un
calibre para el devanado primario de 25 awg. [8]
Figura 6.1 Programa de apoyo para el cálculo simplificado de transformadores v2.0
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Calculando el número de vueltas del devanado secundario.
Dónde:
V = 9 v.
A= 36.54 cm2
Ø = 8000 l
f = 60 Hz
Dando el resultado de Es = 11.5 vueltas.
Del mismo programa de apoyo visto en la figura 6.1 obtenemos el calibre del
devanado secundario con un calibre de 14 awg.
Obteniendo así el número de vueltas requerido para la realización del
transformador el cual nos servirá para mantener el flujo constante de corriente y voltaje,
este transformador ya completado se puede observar en la figura 6.2.
Debieron construirse varios prototipos hasta que se logró un funcionamiento
aceptable. El primer transformador falló porque el papel aislante que se usó era de mala
calidad, y se tuvo que construir otro transformador usando un papel encerado como
aislante pero surgió otro problema: el conductor tenía un diámetro muy pequeño y se
tenían más vueltas de las calculadas en el devanado secundario, provocando que el
voltaje de salida fuera mayor al deseado. Finalmente, el tercer prototipo superó ambos
problemas, ya que se usó el papel aislante adecuado y conductores con el calibre
necesario, tanto en primario como en secundario, logrando así que el transformador
funcionara adecuadamente.
Figura 6.2 Transformador.
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6.2 Hilo sellador de la máquina.
Anteriormente el hilo sellador se regulaba mediante un circuito manual que se
observa en la figura 6.3, que controlaba el flujo de corriente a través del hilo haciendo
que este incrementara o disminuyera su temperatura, el cual hacía muy inconstante la
temperatura en dicho hilo, haciendo que en un periodo de trabajo forzado el hilo se
fundiera en su totalidad o no calentara adecuadamente.
Figura 6.3 Circuito de control de corriente de forma manual.
Se determinó mediante pruebas de laboratorio que aplicando una corriente de 6 A y
un voltaje de corriente alterna de 9 V a un alambre de nicromo de calibre 16 con una
longitud de 60 cm, la temperatura es adecuada para el sellado de las bolsas y no varía en
lo absoluto. En la Figura 6.4 se observa al hilo ya instalado en la máquina envasadora.
Figura 6.4 Hilo sellador ya instalado.
Este hilo es puesto en la base de la plancha en la máquina selladora la cual está
sujeta a una barra de baquelita que es resistente a las altas temperaturas esta plancha se
observa en la figura 6.5. [9]
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Figura 6.5 Plancha de la máquina selladora.
6.3 Construcción estructural de la máquina selladora de bolsas.
En base al funcionamiento y estructura de la máquina anterior (máquina
completamente manual), se tomó como referencia para la estructura de la máquina
actual, la cual se le hicieron modificaciones adecuándola al funcionamiento
automatizado.
La estructura de la máquina cumple con dimensiones de 80 cm de alto por 70 cm
de ancho y con una profundidad de 120 cm la figura 6.6 muestra las dimensiones de esta
máquina, completamente distintas a la máquina anterior que se observa en la figura 2.4.
Figura 6.6 Estructura de la máquina.
A esta máquina se le agregaron dos cilindros neumáticos de los cuales el primero
se encarga de hacer el recorrido de la plancha donde se transporta la lechuguilla que se
observa en la figura 6.6y el segundo cilindro neumático realiza la tarea de bajar el hilo
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sellador con una temperatura apta para el sellado, presionando la bolsa durante un
tiempo calculado de 4 segundos para realizar el sellado esto se observa en la figura 6.8.
El cilindro de sellado está sujeto a una base deslizable la cual fue construida para
recorrerlo dependiendo de la necesidad de la bolsa este se puede observar en la figura
6.9.
Figura 6.7 Recorrido de la plancha mediante el cilindro neumático.
Figura 6.8 Sellado de las bolsas con ayuda del segundo cilindro neumático.
Figura 6.9 Construcción de base para cilindro.
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6.4 Conexión del compresor a la máquina.
El compresor de la máquina es esencial para un buen funcionamiento del sistema,
porque es el que proporciona el aire que pasa por el filtro y a su vez llega a las
electroválvulas las cuales regulan la cantidad de aire que necesita cada cilindro
neumático.
La primera vez que conectamos el compresor estaba completamente vacío y en su
tanque no se tenía ni el mínimo de aire comprimido que pueda almacenar, se encendió y
al querer activar los cilindros neumáticos, no había la suficiente fuerza para activarlos,
comenzamos a realizar prueba para saber la presión que necesitan los cilindros
neumáticos, después de varias pruebas llegamos a la conclusión que la presión mínima
es de 2 bar; una vez obtenido este conocimiento de manera empírica empezamos a
regular la presión necesaria y mínima para que el compresor estuviera funcionando en
cada ciclo de la máquina selladora. Una vez que la máquina tenía un trabajo constante
concluimos que el compresor debía estar activo un total de 60 segundos en cada ciclo de
120 segundos. Los cilindros neumáticos se activarán de manera automática al recibir
aire desde el compresor, el que se observa en la figura 3.1
6.5 Válvulas reguladoras de aire.
Las válvulas reguladoras de aire (figura 6.10) se encargan de canalizar el flujo de
aire hacía los cilindros neumáticos, para el control de la carrera del vástago, ya que sin
ellas el cilindro neumático genera una presión tal que hace que el vástago salga con una
fuerza exagerada y sin control.
Figura 6.10 Válvula reguladora de aire
Al conectar los cilindros neumáticos directamente a las electroválvulas y tener el
compresor a la presión adecuada para la activación de los mismos, se notó que la carrera
del vástago era muy brusca por la fuerza del aire comprimido que se le administraba
instantáneamente; al observar ese tipo de movimientos bruscos y muy potentes se llegó
a la cuenta que era necesario regular la presión de cada cilindro para tener un buen
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funcionamiento en cada uno de ellos, en la investigación encontramos que se requería
de válvulas reguladoras de presión de aire; al conectar las válvulas en la entrada de cada
uno de los cilindros (Figura 6.11), y casi cerrada en su totalidad, se observó que el
cilindro neumático tenía una carrera demasiado lenta, al ir abriendo la válvula se notó
que el movimiento del vástago era cada vez más rápido pero controlado, calibrando de
manera manual se obtuvo el movimiento adecuado para el correcto funcionamiento del
cilindro neumático, tanto como el de recorrido como el de sellado.
Figura 6.11 Válvula reguladora de aire conectada al cilindro de la plancha.
6.6 Temporización del PLC.
La programación con el PLC da muchas ventajas en la automatización de procesos
tanto individuales como generales, al momento de construirse la máquina selladora
junto con ella iba una serie de ideas para crear un programa para el control de la misma.
Una vez terminada la máquina selladora (figura 6.6), se realizó un programa en el
lenguaje diagrama escalera con el editor STEP7 (figura 6.12) diseñado para el control
de PLC’s Siemens, y al probarlo en la máquina hubo varios errores de control, como el
tiempo de recorrido de la plancha, el tiempo de sellado, la activación del compresor en
tiempos inadecuados; al detectar cada uno de los errores en el control, se comenzó por
corregir cada uno de ellos.
En el tiempo de recorrido, la plancha hacía el ciclo de ida y retorno en un tiempo
menor al que se necesitaba, esto causaba que no se alcanzara a sellar la bolsa cuando la
plancha ya estaba regresando a su posición inicial, la solución que se tomó fue retomar
el tiempo de sellado que se aplicaba en el proceso manual, que era de 4 segundos, y se
aumentó este tiempo al recorrido de la plancha, y se implementó esto en el programa
para el control de recorrido de la máquina, haciendo que el recorrido se adecuara
perfectamente al tiempo de sellado. La corrección del error de sellado como se ha
mencionado antes se tomó del proceso completamente manual y lo implementamos a la
máquina erradicando por completo este error.
El compresor tenía un error de activación de tiempos muy largos, lo que hacía que
el compresor se descargara casi en su totalidad y los cilindros neumáticos dejaran de
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realizar su trabajo, hasta que entraba el tiempo de activación y el compresor se cargaba
nuevamente, se comenzó a observar que el compresor a su máxima capacidad de aire
tardaba un tiempo de 5 minutos en descargarse hasta una presión menor de 2 bar que es
la presión mínima con la que trabajan los cilindros neumáticos, a partir de esa presión se
activó el compresor y se analizó que el tiempo requerido para regresar a su máxima
presión era de 90 segundos o un minuto y medio; estos tiempos obtenidos se
implementaron en el programa para el control del compresor, sirviendo adecuadamente
en el ciclo de encendido y apagado del compresor.
Figura 6.12 Programa STEP 7 para PLC Siemens
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CONCLUSIONES.
El aprendizaje es importante en cualquier rama de la vida, este proceso es
primordial para el crecimiento en la vida profesional y moral en las personas, este es un
proyecto que se realizó con las herramientas necesarias obtenidas durante el proceso de
enseñanza que se dio en la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Autónoma
de Zacatecas. La automatización es importante hoy en día en la mayor parte de la
industria, actualmente gran parte de los procesos que se llevan a cabo en las empresas,
tienen que ver directamente con robots, brazos mecánicos y etapas automatizadas, los
cuales son gobernados por dispositivos como PIC’s, microcontroladores y los PLC’s
(circuitos lógicos programables de sus siglas en inglés), en los que la capacitación,
entrenamiento y desarrollo a los estudiantes en estas áreas abren grandes oportunidades
en la vida laboral y también un desarrollo autónomo para la creación de ideas propias
para poder realizar algún diseño o máquina con las capacidades y especificaciones
necesarias para el proceso a realizar; en la Unidad académica de Ingeniería Eléctrica de
la UAZ se llevan a cabo este tipo de cursos con un enriquecimiento académico grande
para maestros y alumnos.
Esta máquina fue realizada por la necesidad de aumentar la producción y reducir
los costos de mano de obra en la operación, además de fomentar la automatización en el
proceso de sellado de las bolsas; el PLC es un aparato muy amigable con una
programación que resulta muy fácil y adecuada para este tipo de procesos, lo cual hace
de esto una gran ventaja para esta máquina. A pesar de que el sistema sella muy bien,
aún presenta defectos en el sellado por el tipo de control que se utiliza y los distintos
tipos de densidades de bolsas que se colocan, este proceso se podría controlar de una
manera minuciosa con sensores y programando el control de temperatura ideal para el
sellado de bolsas sin necesidad de preocuparse por la densidad de la bolsa.
Otra parte importante con la cual nos enfrentamos fue con el diseño actual de la
máquina, el cual se nos dificultó un poco por no tener los conocimientos completos
sobre el diseño de partes mecánicas movibles y estructuras complejas mecánicas, por lo
cual sugerimos que se implementen materias de diseño de partes mecánicas. También
una forma importante de experiencia para los estudiantes es comprometerlos a prácticas
profesionales con industrias ya establecidas, y las escuelas de educación superior deben
generar los compromisos para que se lleven a cabo y concretar los convenios necesarios
para solidificar el conocimiento de los alumnos en las áreas laborales requeridas.
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REFERENCIAS.
[1] http://www.garbiker.bizkaia.net/esp/ca_Pag_124.htm
[2] http://www.gs1pa.org/boletin/2006/agosto/boletin-ago06-art1.html
[3] Autómatas programables, Balcells, J y Romeral, J.L., Marcombo. 1997
[4] http://www.festo.com/cms/es-mx_mx/9732.htm
[5] Maquinas Eléctricas y Transformadores - L.L. Kosow
[6] Programmable Logic Controller (PLC) Tutorial, Stephen Phillip Tubbs, Stephen
P. Tubbs, 2005.
[7] Fundamentos de sistemas digitales Thomas L. Floyd, 7ª edición
[8] http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/index.html
[9] Manual de Resistencia de alambre nicrom
