UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE QUITO

CARRERA:

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de:

INGENIEROS ELECTRÓNICOS

TEMA:

AUTOMATIZACIÓN DEL REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON

POLÍMEROS, PARA LA ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA

INDUSTRIAL “ALFIZA REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES”

AUTORES:

GONZALO GABRIEL CHIMBO ROMERO

JORGE FERNANDO VALLEJO BASANTES

TUTOR:

ANÍBAL ROBERTO PÉREZ CHECA

Quito, marzo del 2016

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Nosotros Gonzalo Gabriel Chimbo Romero y Jorge Fernando Vallejo Basantes, con

documento de identificación Nº 0704408665 y 171656867 respectivamente,

manifestamos nuestra voluntad y cedemos a la Universidad Politécnica Salesiana la

titularidad sobre los derechos patrimoniales en virtud de que somos autores del

trabajo de proyecto técnico intitulado: AUTOMATIZACIÓN DEL

REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON POLÍMEROS, PARA LA

ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA INDUSTRIAL “ALFIZA

REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES”, mismo que ha sido desarrollado para optar

por los títulos de Ingenieros Electrónicos, en la Universidad Politécnica Salesiana,

quedando la Universidad facultada para ejercer plenamente los derechos cedidos

anteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en nuestra

condición de autores nos reservamos los derechos morales de la obra antes citada.

En concordancia, suscribimos este documento en el momento que hacemos entrega

del trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad

Politécnica Salesiana.


___________________________ __________________________

Gonzalo Gabriel Chimbo Romero Jorge Fernando Vallejo Basantes

CI: 0704408665 CI: 1716568678

DECLARATORIA DE COAUTORÍA DEL DOCENTE TUTOR

Yo, declaro que bajo mi dirección y asesoría fue desarrollado el proyecto técnico,

AUTOMATIZACIÓN DEL REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON

POLÍMEROS, PARA LA ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA

INDUSTRIAL “ALFIZA REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES” realizado por

Gonzalo Gabriel Chimbo Romero y Jorge Fernando Vallejo Basantes, obteniendo un

producto que cumple con todos los requisitos estipulados por la Universidad

Politécnica Salesiana para ser considerados como trabajo final de titulación.


_______________________

Aníbal Roberto Pérez Checa

CI: 1711423440

DEDICATORIA

Este proyecto técnico va dedicado a la memoria de mi Padre Gonzalo Chimbo

Aucatoma porque aunque no esté presente sigue enseñándome día a día el camino de

la superación, a mi madre Mariana Romero que siempre ha sabido guiarme,

aconsejarme que con su apoyo categórico me ha permitido alcanzar las metas que me

he propuesto, también quiero dedicar este trabajo a mi hermana Karina, mi cuñado

Marlon y a mis queridos sobrinos Sebastián y Vanessa, gracias por tanto apoyo y

amor incondicional.

Gonzalo Chimbo Romero

El presente trabajo está dedicado a mis padres Jorge y Carmen quienes con su

inmenso amor han sabido guiarme a lo largo de toda mi vida, a mis hermanos

Jaqueline , Mónica y Alfredo que han sido siempre una fuente de apoyo y amor

incondicional, a mis sobrinos Daniel, Andrés, Cristina, Micaela, Stephano,

Alejandra, Emily y Luciana de quienes siempre he recibido el cariño y el aliento

necesario para salir adelante en las metas propuestas, a mis cuñados Izabeth y Lauro

quienes siempre han estado presentes con su apoyo incondicional . También a mis

abuelitos Julio, Lucrecia, Jorge y Elisa por siempre brindarme cariño y mostrarme

que con esfuerzo, trabajo perseverancia se pueden conseguir las cosas que nos

propongamos en la vida.

Fernando Vallejo Basantes

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a la Universidad Politécnica Salesiana que durante 5 años que duró

nuestra instrucción pre profesional supo acogernos con calidez sintiéndonos a gusto y

desenvolviéndonos en un entorno amigable. También emitimos un profundo y

afectuoso agradecimiento a nuestros docentes y compañeros que fueron el apoyo y

complemento en toda nuestra etapa académica.

A nuestro tutor el Ing. Roberto Pérez que ha sido guía fundamental durante todo el

proyecto, compartiendo su experiencia y conocimientos pero sobre todo su amistad.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 3

ANTECEDENTES ....................................................................................................... 3

1.1 Tema del proyecto .................................................................................................. 3

1.2 Objetivos ................................................................................................................ 3

1.2.1 Objetivo general .................................................................................................. 3

1.2.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 3

1.3 Justificación............................................................................................................ 4

CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 5

ANÁLISIS DE FACTORES DEL PROCESO ............................................................ 5

2.1 Polímeros ............................................................................................................... 5

2.2 Caucho Natural....................................................................................................... 6

2.3 Revestimiento de rodillos con caucho.................................................................... 8

2.3.2 Pre proceso, proceso y post proceso en planta .................................................. 10

CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 13

HARDWARE Y SOFTWARE .................................................................................. 13

3.1 Hardware .............................................................................................................. 13

3.1.1 Extrusión ........................................................................................................... 13

3.1.1.1 Extrusora ........................................................................................................ 14

3.1.1.2 Velocidad de aporte........................................................................................ 16

3.1.2 Colocación del material sobre los cilindros metálicos ...................................... 17

3.1.2.1 Relación de movimientos rotacional y lineal ................................................. 17

3.1.2.2 Movimiento rotacional ................................................................................... 18

3.1.2.3 Movimiento lineal .......................................................................................... 18

3.1.2.4 Cálculo de velocidades ................................................................................... 19

3.1.2.5 Velocidad rotacional ...................................................................................... 19

3.1.2.6 Velocidad lineal ............................................................................................. 20

3.1.3 Dimensionamiento eléctrico.............................................................................. 21

3.1.4 Dimensionamiento electrónico.......................................................................... 23

3.1.5 Comunicación ................................................................................................... 27

3.2 Software ............................................................................................................... 28

3.2.1 Programación del PLC ...................................................................................... 28

3.2.1.1 Modo de funcionamiento del variador ........................................................... 29

3.2.1.2 Arranque de variadores .................................................................................. 30

3.2.1.3 Paro de variadores .......................................................................................... 31

3.2.1.4 Asignación de valores de frecuencia .............................................................. 32

3.2.1.5 Obtención de valores análogos....................................................................... 33

3.3 Configuración de parámetros del Variador .......................................................... 35

3.3.1 Modo EXT (Externo) ........................................................................................ 35

3.3.2 Modo NET (Red) .............................................................................................. 37

3.4 Modos de funcionamiento del sistema ................................................................. 38

3.4.1 Modo Manual .................................................................................................... 38

3.4.2 Modo Automático ............................................................................................. 38

3.4.3 Diagramas de flujo ............................................................................................ 39

CAPÍTULO 4 ............................................................................................................. 42

ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LOS PROCESOS TRADICIONAL Y

AUTOMÁTICO ......................................................................................................... 42

4.1 Proceso tradicional ............................................................................................... 42

4.2 Proceso automático .............................................................................................. 42

4.3 Comparación entre procesos tradicionales y automáticos ................................... 43

4.3.1 Experiencia ........................................................................................................ 44

4.3.2 Esfuerzo físico ................................................................................................... 45

4.3.3 Cantidad de personas necesarias para realizar el recubrimiento ....................... 47

4.3.4 Salud .................................................................................................................. 48

4.3.5 Tiempo .............................................................................................................. 50

4.3.5 Análisis económico ........................................................................................... 52

4.3.6 Flujo de caja ...................................................................................................... 55

CONCLUSIONES ..................................................................................................... 57

RECOMENDACIONES ............................................................................................ 60

REFERENCIAS ......................................................................................................... 61

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Actividad deportiva en la antigüedad ........................................................... 6

Figura 2. Método extracción del caucho ...................................................................... 7

Figura 3. Revestimiento de rodillos con caucho .......................................................... 9

Figura 4. Revestimiento manual del eje metálico con caucho ................................... 10

Figura 5. Limpieza de residuos de caucho en el eje metálico .................................... 10

Figura 6. Espesor del caucho en el molino y corte del exceso en el rodillo .............. 11

Figura 7. Proceso de vulcanización de un eje metálico con caucho .......................... 11

Figura 8. Rectificación del revestimiento de caucho ................................................. 12

Figura 9. Corte lateral del interior de una extrusora .................................................. 14

Figura 10. Esquema de la estructura interna de la extrusora...................................... 15

Figura 11. Forma del perfil de caucho ....................................................................... 15

Figura 12. Torno industrial ........................................................................................ 18

Figura 13. Identificación de elementos para el dimensionamiento eléctrico y

electrónico .................................................................................................................. 27

Figura 14. Líneas de comando en la activación modo NET ...................................... 29

Figura 15. Líneas de comando en la activación modo EXT ...................................... 30

Figura 16. Comando arranque variador sentido horario ............................................ 31

Figura 17. Comando arranque variador sentido anti horario ..................................... 31

Figura 18. Comando paro de variadores .................................................................... 32

Figura 19. Comando asignación valores de frecuencia .............................................. 32

Figura 20. Comando configuración módulo análogo ................................................. 33

Figura 21. Comando para obtención de datos ............................................................ 34

Figura 22. Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos ....................... 35

Figura 23. Diagrama conexión de potenciómetro ...................................................... 36

Figura 24. Diagrama de flujo de la automatización del proceso ................................ 39

Figura 25. Diagrama de flujo modo de operación manual ......................................... 40

Figura 26. Diagrama de flujo operación automático .................................................. 41

Figura 27. Dificultad de operación del proceso vs experiencia ................................. 44

Figura 28. Imagen de la aplicación de presión; a) Proceso tradicional b) Proceso

automático .................................................................................................................. 45

Figura 29. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático .......... 51

Figura 30. Comparación de costos energía y personal ............................................... 54

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Velocidad de aporte asociado a la dureza del caucho .................................. 16

Tabla 2. Relaciones en factor de aumento de velocidades angulares entre marchas . 20

Tabla 3. Descripción dimensionamiento eléctrico ..................................................... 22

Tabla 4. Dimensionamiento de contactores ............................................................... 23

Tabla 5. Descripción dimensionamiento electrónico ................................................. 24

Tabla 6. Comandos configuración variadores de frecuencia ..................................... 30

Tabla 7. Instrucciones de arranque VDF.................................................................... 31

Tabla 8. Instrucción de comunicación y paro del VDF ............................................. 32

Tabla 9. Asignación valor de frecuencia .................................................................... 33

Tabla 10. Comando dirección módulo especial y memoria buffer ............................ 34

Tabla 11. Instrucción para registros transmitidos ...................................................... 34

Tabla 12. Configuración de terminales de arranque y stop ....................................... 36

Tabla 13. Configuración comunicación con variador – PLC ..................................... 37

Tabla 14. Dificultad de proceso revestimiento manual y automático ....................... 44

Tabla 15. Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos ...................... 46

Tabla 16. Dificultad de repetición del trabajo ............................................................ 46

Tabla 17. Influencia de la dureza del compuesto de caucho en la fuerza

necesaria para la aplicación del revestimiento ........................................................... 47

Tabla 18. Número de personas empleadas para el revestimiento .............................. 48

Tabla 19. Nivel de cansancio luego de un trabajo definido ....................................... 49

Tabla 20. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo ...................................... 49

Tabla 21. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo por más de 3 veces

seguidas ...................................................................................................................... 49

Tabla 22. Estimación de la habilidad para realizar un trabajo de dimensiones más

grandes luego de realizar uno propuesto .................................................................... 50

Tabla 23. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático ........... 50

Tabla 24. Consumo de energía proceso tradicional ................................................... 52

Tabla 25. Consumo de energía proceso automático................................................... 52

Tabla 26. Costo personal proceso tradicional ............................................................ 53

Tabla 27. Costo personal proceso automático............................................................ 53

Tabla 28. Comparación de costos energía y personal ................................................ 54

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Diagrama eléctrico del sistema ................................................................... 63

Anexo 2. Formato del Censo ...................................................................................... 64

Anexo 3. Tabulación de datos .................................................................................... 67

Anexo 4. Interfaz HMI ............................................................................................... 72

Anexo 5. Manual de operación .................................................................................. 74

Anexo 6. Manual de mantenimiento .......................................................................... 80

RESUMEN

ALFIZA Revestimientos Industriales es una empresa dedicada al revestimiento de

ejes metálicos con polímeros, sus líneas de producción son totalmente empíricas por

lo que se ha decidido renovar este proceso artesanal por uno automático.

El proyecto de renovación tiene como objetivo elevar la producción, optimizar

materia prima y mejorar las condiciones laborales del operador aprovechando su

capacidad física e intelectual al máximo.

Para el efecto, la automatización del sistema reviste los ejes metálicos de manera

automática, al controlar y sincronizar la velocidad de giro del mandril y la velocidad

de avance del charriot en un torno clásico, sobre el mismo está acoplada una

extrusora, la cual proporciona una banda continua de caucho, este material es

colocado a lo largo de la superficie del rodillo.

Para la instrumentación se designa un PLC y dos variadores de frecuencia que

controlan los movimientos antes mencionados, además se utiliza una pantalla HMI,

donde el operador ingresa los datos para el revestimiento como diámetro, longitud de

rodillo y velocidad de aporte del material.

También se colocan tres sensores, ubicados estratégicamente los cuales

proporcionan datos como presencia del polímero, garantizando que el proceso se

desarrolle con normalidad, espesor del material lo cual ayudará a sincronizar las

velocidades de mandril y charriot, el último sensor mide el desplazamiento

longitudinal del charriot con la finalidad de revestir únicamente la distancia que el

operador ingresa a través del HMI.

ABSTRACT

Industrial Coatings is a company dedicated to the coating of metal shafts with

polymers, ALFIZA their production lines are fully empirical so it has decided to

renew the traditional process by one machine.

The renovation project aims to increase production, optimize raw materials and

improve the working conditions of the operator using their full physical and

intellectual capacity.

For this purpose, system automation coated metal shafts automatically, to control and

synchronize the rotational speed of the jaw chuck and the forward speed of a saddle,

it is coupled on an extruder, which provides a continuous band of rubber, and this

material is placed over the roller surface.

Instrumentation for designating a PLC and two inverters that control movements

mentioned above, also an HMI screen wherein the operator enters data for coating as

diameter, length of roll and the material delivery rate is used.

Three sensors, strategically placed which provide data such as the presence of the

polymer, ensuring that the process develops normally, material thickness which help

synchronize spindle speeds and saddle, the last sensor measures the longitudinal

displacement are also placed saddle in order to cover only the distance that the

operator enters via the HMI.

1

INTRODUCCIÓN

La industria ecuatoriana relacionada con el revestimiento de ejes metálicos con

polímeros no ha tenido un desarrollo tecnológico significativo durante varios años

que se encuentra presente en el país, siendo sus procesos realizados aún de manera

manual y empírica, por lo que el incremento en la calidad del producto final se ha

visto limitada, relacionándola directamente con factores como el desempeño y la

seguridad del operador debido al esfuerzo físico que se realiza durante la jornada

laboral, incrementando la probabilidad de un reproceso por separación entre las

capas de caucho aplicadas sobre los ejes.

A continuación una breve descripción de los contenidos en cada capítulo:

Capítulo 1

En esta sección llamada Antecedentes se detalla el tema del proyecto, objetivo

general, objetivos específicos y justificación.

Capítulo 2

Para direccionar el desarrollo del trabajo hacia los objetivos planteados se realizará

un análisis de los factores propios del proceso expuestos con detalle en este capítulo,

donde se muestra el proceso de creación de materia prima, el pre-procesado,

procesado y post-procesado en planta.

Capítulo 3

Entendido el proceso y las variables que intervienen en el mismo, se definen en el

presente capítulo los equipos mecánicos y electrónicos que se utilizarán para la

automatización, así como su dimensionamiento y los modos de operación dentro del

sistema.

2

Capítulo 4

Con el proyecto desarrollado se realizan diferentes ensayos que permitan una

tabulación de datos y su comparación con otros tomados previos al proceso de

automatización, para establecer índices que describan la nueva operación del sistema.

3

CAPÍTULO 1

ANTECEDENTES

1.1 Tema del proyecto

Automatización del revestimiento de ejes metálicos con polímeros, para la

elaboración de rodillos en la planta industrial “Alfiza Revestimientos Industriales”

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Automatizar mediante el uso de controladores industriales el revestimiento de ejes

metálicos con polímeros, en la planta industrial “Alfiza Revestimientos Industriales”

para mejorar el proceso de manufactura, aumentar la calidad y elevar la producción.

1.2.2 Objetivos específicos

Determinar la instrumentación necesaria para el control automático del proceso

de formación de rodillos.

Realizar la implementación del diseño obtenido en base de los análisis realizados

para la automatización del proceso.

Implementar el software para reducir al mínimo el tiempo de producción.

Realizar un estudio comparativo entre el proceso de revestimiento manual y

automático para determinar el impacto de la acción realizada sobre el proceso

productivo.

4

1.3 Justificación

Alfiza Revestimientos Industriales, es una empresa del cantón Quito, cuya actividad

principal es el revestimiento de rodillos con polímeros para máquinas gofradoras de

papel y la industria en general. En la actualidad realiza este proceso de manera

manual, lo que implica la dependencia directa del factor humano el cual varía

dependiendo del avance de la jornada laboral, por lo que la productividad de la planta

se ve reducida en su capacidad instalada.

Por lo antes expuesto, el presente proyecto pretende elevar de manera significativa la

producción y la calidad del producto final, al controlar la velocidad de giro del

mandril de un torno y la velocidad lineal del charriot donde se alojará una extrusora

que permitirá colocar caucho sobre el eje de una manera más rápida, disminuyendo

el tiempo del proceso y asegurando un ambiente idóneo y libre de accidentes.

5

CAPÍTULO 2

ANÁLISIS DE FACTORES DEL PROCESO

Considerando al caucho como el elemento principal para el desarrollo del presente

trabajo se muestra una pequeña reseña de sus orígenes, propiedades y su

procesamiento para que pueda ser utilizado de manera industrial.

2.1 Polímeros

Haciendo referencia a los orígenes mismos de la tierra, la naturaleza

se valía de polímeros naturales como el ADN y el ARN para hacer

posible el desarrollo de la vida, estas sustancias se encuentran

ampliamente difundidas hasta la actualidad en elementos como la

ceda, el cabello, el almidón y la celulosa. (Foro, 2016)

“Un polímero se llama a una macromolécula formada por la unión de moléculas más

pequeñas llamados monómeros” (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013).

Incluyen los siguientes 3 grupos de materiales usados comercialmente para la

fabricación de multitud de artículos:

Cauchos

Plásticos

Fibras

6

2.2 Caucho Natural

Desde mucho antes de la llegada de los españoles a América el

cautchouc, o "árbol que llora" era empleado por los aborígenes de las

regiones Centro y Sur Americanas para diversas aplicaciones como la

impermeabilización del calzado y la fabricación de distintos objetos

como pelotas utilizadas de manera especial en juegos ceremoniales

(Curso Tecnología del Caucho Online, 2013).

Uso del Caucho en la antigüedad

Figura 1. Actividad deportiva en la antigüedad

Fuente: (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)

El caucho es un polímero natural, cuya arquitectura molecular está conformada por

átomos de carbono e hidrógeno, es producido metabólicamente por un árbol

originario del nordeste brasileño llamado Hevea Brasiliensis. El látex extraído de las

plantaciones es la única fuente comercial que posee, para que pueda ser utilizado de

manera industrial se le debe extraer el agua y coagularlo a través de su reacción al

ácido fórmico.

En la actualidad el sureste asiático es la región que predomina en su producción

alrededor mundo y en el Ecuador la región de Santo Domingo de los Tsáchilas es la

que posee la mayoría de las plantaciones.

7

Extracción del Caucho

Figura 2. Método extracción del caucho

Fuente: (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)

Durante muchos años su utilización fue muy escasa debido a que sus propiedades

dependían de las condiciones climáticas así por ejemplo con el calor se torna

pegajoso y con el frio excesivo rígido y quebradizo, esto hasta que en 1839 Charles

Goodyear por accidente inventó la vulcanización, los indígenas mesoamericanos

utilizaban una combinación de savias para obtener una vulcanización empírica que

mejoraba las propiedades del látex , con el tiempo se identificaría las savias como

portadoras de sulfuros apoyando la vulcanización de Goodyear.

El proceso de vulcanización consiste el exponer al caucho natural en presencia de

azufre a temperaturas elevadas generalmente 150ºC. Produciendo de esta manera

puentes o vínculos entre las cadenas moleculares del caucho por los átomos de

azufre, aumentando y potencializando significativamente todas sus propiedades,

permitiendo su utilización de manera industrial.

Su propiedad más importante es la elevada elasticidad que posee, es

un material capaz de experimentar deformaciones considerables bajo

esfuerzos relativamente débiles y recuperar rápidamente la forma y

dimensiones originales cuando deja de actuar la fuerza deformante,

8

restituyendo la energía almacenada durante la deformación (Royo,

2015).

Una vez vulcanizado tiene muchas y diferentes propiedades que dependen de la

composición química del compuesto del que hace parte, pero mencionaremos las

principales:

Resistencia a la tensión

Resistencia al desgarro

Resistencia al agua

Excelente adhesión a metales y tejidos

Excelente aislante eléctrico

Alta resiliencia

Mala resistencia al aceite y gasolina

Mala resistencia a los aceites animales y vegetales

2.3 Revestimiento de rodillos con caucho

El incremento en la demanda de productos ha llevado a que la gran mayoría de ellos

sean manufacturados en serie, por lo que moverlos a través de bandas transportadoras

dentro de las líneas de fabricación es una tarea muy importante , de igual manera la

conversión de bobinas de papel higiénico virgen en el pequeño rollo del que se

dispone en casa o la impresión de un diseño ya sea en papel o en plástico son algunas

de las tareas realizadas por rodillos, ejes también llamados cilindros que poseen un

9

revestimiento de alguna clase de polímero pudiendo ser este caucho silicona o

poliuretano.

Revestimiento de rodillos

Figura 3. Revestimiento de rodillos con caucho

Fuente: (Sytrans, 2015)

Ya sea por el uso cotidiano o incluso por alguna falla del operador los recubrimientos

cumplen con su vida útil, al ser parte de un solo elemento dentro de la máquina este

desgaste deja en desuso la parte metálica del rodillo, Alfiza Revestimientos

Industriales se encarga de colocar un nuevo polímero sobre las piezas metálicas

devolviéndole así su funcionalidad.

Para cumplir con las exigencias del mercado Alfiza ha desarrollado sus propias

formulaciones dependientes del trabajo que desempeñe el rodillo, estas son

realizadas en un mesclador abierto comúnmente llamado molino, el que permite

adicionar al caucho diferentes productos químicos que mejoran las propiedades de la

base. Una vez lista la mezcla se coloca el polímero sobre el eje metálico que

previamente paso por un tratamiento físico-químico de limpieza, se envuelve el

rodillo de una manera empírica basados en la utilización de elementos y herramientas

manuales que aseguren la calidad requerida. Posterior a eso es sometido, dentro de

un autoclave, a presión y temperatura constantes durante un tiempo para que la

vulcanización se realice en todo el volumen de caucho adicionado al rodillo. El

último paso dentro de las instalaciones de Alfiza antes de volver a su máquina

10

originaria, es la rectificación, proceso en el que se dan las medidas especificadas por

el cliente.

Revestimiento del eje metálico con caucho

Figura 4. Revestimiento manual del eje metálico con caucho

Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

2.3.2 Pre proceso, proceso y post proceso en planta

Debido al recubrimiento original es necesario retirar los excedentes de polímero

permitiendo llegar al sustrato metálico sobre el que se deposita el nuevo

revestimiento, la superficie debe encontrarse libre de cualquier impureza como

residuos del revestimiento anterior, grasa o aceite para recibir los pegantes por lo que

se realiza una exhaustiva limpieza mecánica - química.

Limpieza de residuos en rodillos

Figura 5. Limpieza de residuos de caucho en el eje metálico


Paralelamente en el molino abierto se da el espesor determinado a la mezcla de

caucho con los productos químicos dejando lista una plancha de mezcla que se

11

adhiere al eje empleando herramientas manuales y la experiencia del operador. El

mismo procedimiento se repite hasta completar la longitud y el espesor requerido.

Elaboración del caucho en molino

Figura 6. Espesor del caucho en el molino y corte del exceso en el rodillo


Debido a que el caucho sin vulcanizar no posee características útiles para la industria

se lo somete a presión y temperatura dentro del autoclave para que, a través de la

energía proporcionada, se produzcan los enlaces necesarios para brindar las

propiedades requeridas y pueda ser manipulado para su posterior rectificación a las

medidas solicitadas por el diseño de la máquina o el cliente.

Vulcanización de un rodillo

Figura 7. Proceso de vulcanización de un eje metálico con caucho


12

Rectificación del eje revestido con caucho

Figura 8. Rectificación del revestimiento de caucho


13

CAPÍTULO 3

HARDWARE Y SOFTWARE

3.1 Hardware

La calidad del revestimiento se ve afectado directamente por variables tales como la

dureza de la mezcla, la experiencia y estado físico del operador incluso el clima

puede interferir en el proceso de revestimiento manual, ya que un enfriamiento muy

rápido de la lámina a colocar ocasiona que el operador se esfuerce más para evitar la

separación entre las capas.

Considerando las variables descritas y la experiencia de los operadores se determina

que un proceso de extrusión sería el adecuado para la provisión de material para el

revestimiento, de esta manera, se tiene una alimentación constante de material con

una geometría dada que permita con un poca de presión, la uniformidad en el espesor

del material que se va colocando a lo largo del rodillo.

3.1.1 Extrusión

La extrusión de polímeros es un proceso mecánico, en donde se

realiza una acción de prensado, moldeado, que por flujo continuo con

presión y empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la

forma deseada. El polímero precalentado es forzado a pasar a través

de una boquilla, por el empuje generado por la acción giratoria de del

http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero

http://es.wikipedia.org/wiki/Empuje

14

tornillo que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas

controladas llamada cañón (Wikipedia, 2015).

Esquema del proceso de extrusión

Figura 9. Corte lateral del interior de una extrusora

Fuente: (Educarex, 2015)

3.1.1.1 Extrusora

La extrusora es una máquina mecánicamente acoplada a un motor eléctrico que

permite el mezclado y transporte de un material generalmente termoplástico desde el

inicio hasta la parte final o boquilla en la que se da la forma deseada al material.

(Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)

Una extrusora cuenta con cuatro partes principales:

1. Motor eléctrico: Proporciona el movimiento rotacional al tornillo para su

funcionamiento.

2. Tornillo: De paso amplio y uniforme que permite el transporte del material

para ser extruido.

3. Cilindro: Comúnmente llamada botella, se trata de un tubo metálico con una

perforación a lo largo de su longitud en la cual se aloja el tornillo.

4. Boquilla: Es el elemento final de una extrusora que permite otorgar la

geometría deseada al material extrudado.

15

Esquema de una extrusora

Figura 10. Esquema de la estructura interna de la extrusora

Fuente: (FYQ, 2012)

Para el desarrollo del proyecto se seleccionó como la geometría de la banda a

colocarse un romboide de las siguientes dimensiones:

Longitud de la base: 2,5 cm

Altura: 1 cm

Angulo de inclinación: 60º

Esta consideración se la realizó basado en el movimiento helicoidal, que debe

realizar el perfil de caucho, para ser depositado en la superficie de manera uniforme,

y la experiencia de los operadores, asegurando así mayor superficie de contacto para

evitar el aparecimiento de burbujas de aire.

Forma del perfil de caucho

Figura 11. Forma del perfil de caucho


2.5 cm

1 cm

60º

16

3.1.1.2 Velocidad de aporte

Es la velocidad con la que la extrusora entrega el material para ser colocado en el eje,

depende de la viscosidad del material y temperatura del cilindro de la extrusora.

De forma experimental se determinan las velocidades de aporte de los cauchos más

usados por la empresa basándose en la dureza que estos presentan posterior a la

vulcanización.

Tabla 1. Velocidad de aporte asociado a la dureza del caucho

Dureza del caucho (°Sh”A”) Velocidad de aporte (cm/min)

45-55 300

55-65 270

65-75 240

75-85 200

Nota: Tabla de velocidad de aporte según la dureza del material


Tomando en consideración lo descrito se calcula un tiempo aproximado de envoltura

de un rodillo de las siguientes medidas:

Longitud útil: 200 cm

Diámetro del eje: 20 cm

Cálculo:

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 = 2𝜋𝑟 Ecuación 1

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 = 2𝜋(10𝑐𝑚) = 62,832 𝑐𝑚 ≅ 63,0 𝑐𝑚

17

𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 =200 𝑐𝑚

2,5 𝑐𝑚= 80 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 = 240 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛

𝑑 = 𝑣𝑡 Ecuación 2

𝑡 =𝑑

𝑣

𝑡1𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎 =63 𝑐𝑚

240 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛. = 0.2625 𝑚𝑖𝑛

𝑡80 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 = 0.2625 ∗ 80 = 21 𝑚𝑖𝑛

3.1.2 Colocación del material sobre los cilindros metálicos

Considerando como constante la velocidad de aporte del material desde la extrusora,

debe relacionarse para la colocación de la banda de polímero sobre el eje metálico

los movimientos rotacionales del mandril, que es un tipo especial de prensa ubicada

en el cabezal del torno, y lineal del charriot, que es el carro que se desliza de manera

axial sobre la bancada del torno y donde se ubican las herramientas.

3.1.2.1 Relación de movimientos rotacional y lineal

Para que el material sea colocado, de manera que asegure su uniformidad, se

requiere de una relación directamente proporcional entre la velocidad angular del

mandril del torno y la velocidad lineal del charriot en donde se encuentra alojada la

extrusora que proporciona el caucho con la forma dada en la Figura 3.

18

3.1.2.2 Movimiento rotacional

Un torno tradicional posee un mandril en el que las piezas son colocadas de manera

que giran a una velocidad establecida mecánicamente por la relación dentro de una

caja de transmisión propia de él, para el desarrollo del proyecto esta estará fijada a 50

Rev/min.

Torno Industrial

Figura 12. Torno industrial


3.1.2.3 Movimiento lineal

El charriot posee un acople mecánico que permite el movimiento axial sobre la

bancada del torno de una manera automática y dependiente de la velocidad angular

del mandril. Por los requerimientos de independencia en el movimiento rotacional y

lineal, ha sido desacoplado mecánicamente de la transmisión original y acoplado a un

motor reductor que permite su movimiento independiente en función de las

dimensiones del rodillo.

19

3.1.2.4 Cálculo de velocidades

Al tratarse de un diseño en donde los cilindros a revestirse no poseen el mismo

diámetro, se requiere calcular velocidades tanto de giro del mandril como del avance

del charriot en función del diámetro que posee el rodillo posterior al proceso de

limpieza.

3.1.2.5 Velocidad rotacional

Basado en la consideración de diámetros distintos y velocidad de aportación

constante, en cada material, se determina la fórmula para el cálculo del giro en el

mandril y su respectiva equivalencia en las revoluciones del motor que genera el

movimiento así:

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜

𝑉𝑎 = 𝜔 ∗ 𝑟 Ecuación 3

𝜔 =𝑉𝑎

𝑟

En donde 𝜔 es la velocidad angular que debe tener el rodillo considerando la

velocidad de aporte del material.

Esta velocidad angular al pasar por la transmisión mecánica propia del torno

experimenta un aumento con relación constante en cada una de sus marchas hasta

llegar al motor, estas relaciones se detallan en el siguiente cuadro.

20

Tabla 2. Relaciones en factor de aumento de velocidades

angulares entre marchas

Marcha

Relación Transmisión (%)

1ra 37

2da 21

3ra 8

Nota: Relaciones en aumento de velocidades angulares


Se realizan todos los cálculos basados en la primera marcha debido a que esta

proporciona mayor fuerza inicial para vencer la inercia en el rodillo estático.

3.1.2.6 Velocidad lineal

Está en función del diámetro del rodillo y la velocidad de aporte de material, se

determinada de la siguiente manera:

𝑉𝑎 = 𝑑 ∗ 𝑡 Ecuación 4

𝑉𝑎 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒

𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎 = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜

𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑑𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎

𝑡 =𝑉𝑎

𝑑 Ecuación 5

𝑡 =𝑉𝑎

2∗𝜋∗𝑟 Ecuación 6

21

Considerando el avance longitudinal por vuelta como el ancho de la banda de caucho

se determina la velocidad lineal del charriot usando la siguiente ecuación:

𝑉𝑙 = 𝑑 ∗ 𝑡

El tiempo que demora en recorrer el perímetro del cilindro es el mismo tiempo que

debe avanzar longitudinalmente el ancho de la banda proporcionada por la extrusora

entonces:

𝑑 = 𝑘 = 2,5 𝑐𝑚

𝑡 =𝑉𝑎

2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟

𝑉𝑙 = 𝑑 ∗ 𝑡

𝑉𝑙 = 𝑘 ∗𝑉𝑎

2∗𝜋∗𝑟 Ecuación (3.7)

En donde 𝑉𝑙 es la velocidad lineal del charriot en función del diámetro del rodillo.

Esta velocidad es transformada en revoluciones del motor, a través de la transmisión

y el motor reductor que está conectado al motor eléctrico, pasando a un valor de

frecuencia al multiplicarse por un factor constante de 104.5 obtenido de manera

experimental.

3.1.3 Dimensionamiento eléctrico

Los elementos actuadores para el sistema son motores trifásicos razón por lo que es

necesario un diagrama eléctrico que garantice el funcionamiento bajo las siguientes

características:

22

Tiempo de funcionamiento de 8 horas diarias

Protección sobre corriente.

Rango de ingeniería del 20%

El diagrama eléctrico se encuentra al detalle en el Anexo 1.

Un dimensionamiento errado puede ocasionar grandes pérdidas económicas e

incluso daños a las personas. Por lo que las consideraciones para la elección de cada

uno de los equipos se describen a continuación.

Tabla 3. Descripción dimensionamiento eléctrico

Identificación Equipo Descripción

1 Disyuntor

Magnético Térmico

(Breaker)

El circuito de fuerza exige una corriente que permita el

funcionamiento de los motores y como parte del sistema de

protección se ha elegido un Breaker de 50 A.

2 Relés Auxiliares Las señales de control de 24 V activan las bobinas

auxiliares que en sus contactos normalmente abiertos

poseen la tensión requerida para la energización de la

bobina de un contactor.

7 Contactores Interrumpen o permiten el paso de corriente al circuito

donde estén conectados.

8 Guardamotor Un guardamotor es un interruptor magneto térmico,

especialmente diseñado para la protección de motores

eléctricos.

Nota: Tabla descripción del dimensionamiento eléctrico


https://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor_magnetot%C3%A9rmico

https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

23

Tabla 4. Dimensionamiento de contactores

Ubicación

motor

Potencia

del motor

(HP)

Corriente

Nominal (A)

Corriente

Calculada*

(A)

Contactor

(A)

Torno 10 27 32,4 40

Charriot 1 3,5 4,2 5

Extrusora 3 8,7 10,44 10

* Corriente Nominal x Factor de Seguridad (20%)

Nota: Tabla dimensionamiento de contactores


3.1.4 Dimensionamiento electrónico

Esta parte del sistema no contempla el diseño o fabricación de circuitos electrónicos

sino, más bien la correcta utilización de equipos para realizar el control del proceso y

sus elementos principales, los motores.

Considerando la variación de velocidad angular que deben tener los motores, así

como los cálculos a realizarse se determina que los equipos idóneos para estas tareas

son un controlador lógico programable (PLC), y dos variadores de frecuencia (VDF).

Los valores digitales para el control de abastecimiento de material y culminación del

ciclo provienen de un sensor óptico y magnético respectivamente ubicados en lugares

estratégicos para la toma de señales, el valor análogo que permite establecer el

espesor del revestimiento para el control de las velocidades se ubica de manera

24

perpendicular sobre el rodillo enviado los datos hacia el PLC a través de un módulo

adicional que se encarga de la recepción y conversión análoga-digital, para su

utilización en el programa. De la misma manera se emplea un módulo de

comunicaciones para intercambiar datos con los variadores de frecuencia.

Para facilitar el uso del sistema se requiere un interfaz gráfico y amigable con el

usuario, que se obtiene al emplear una pantalla táctil tanto para la visualización como

para el ingreso de datos en el sistema.

Tabla 5. Descripción dimensionamiento electrónico

Identificación Equipo Descripción

3 Módulo de expansión FX3G-

CNV-ADP

Este permite el funcionamiento normal tanto

de los módulos analógicos y de

comunicación.

4 Módulo de comunicaciones

FX3U-485ADP-MB

Permite la comunicación utilizando un

protocolo RS-485.

5 Controlador lógico

programable (PLC)

Para la automatización se utiliza un autómata

Mitsubishi FX-3G 14 MR, ya que es modular

permitiendo expandirlo en base de los

requerimientos del sistema.

6

Modulo análogo digital FX3u-

4AD

Se lo utiliza para digitalizar el cambio de

espesor de la banda de caucho al momento de

la envoltura.

9 Variador de Frecuencia (VDF) Se han utilizado dos variadores de frecuencia

para cambiar la velocidad angular de los

motores y que puedan ser controlados desde

el HMI o desde el mando manual.

25

10 Interfaz Humano Máquina

(HMI)

Para un interfaz amigable se ha colocado una

pantalla de 4,3” marca Kinco la cual fue

programada para un manejo rápido y sin

complicaciones.

11 Selector Permite escoger entre los modos de

funcionamiento manual y automático.

12 Pulsador de Emergencia Ante cualquier eventualidad se dispone de un

pulsador que bloquea y apaga el circuito de

fuerza con la finalidad de proteger la

integridad física del operador.

13 Chicharra Alarma que se activa al momento de iniciar y

finalizar el proceso del revestimiento.

14 Potenciómetros Para la variación de la velocidad de los

motores es necesario incluir potenciómetros

lineales de 5 KΩ a 10 KΩ con un máximo de

10 vueltas para que generen voltaje DC

variable que sirva de referencia para el

variador de frecuencia.

15 Pulsadores A través de pulsadores se puede accionar o

apagar al proceso de forma manual.

16 Sensores Para el sistema se ha utilizado 3 sensores:

ultrasónico, óptico y magnético, ubicados

estratégicamente como lo indica la figura 2.5

C.

Estos sensores tienen la finalidad de obtener

datos que permitan que la envoltura sea

uniforme y que el proceso termine sin generar

desperdicio de material.

Nota: Tabla Descripción Dimensionamiento Electrónico


26

Dimensionamiento Eléctrico y Electrónico

( a )

( b )

1

5 4 3

7

2

8

6

9

10

11

12

13

14

15

27

( c )

Figura 13. Identificación de elementos para el dimensionamiento eléctrico y electrónico, a) Cuadro de

control referido a la tabla 3 y 4, b) Tapa frontal referida a la tabla 4, c) Ubicación de sensores referidos

a la tabla 4


3.1.5 Comunicación

Los equipos Mitsubishi poseen una gama amplia de opciones para comunicarlos, de

las cuales el escoger una depende de las condiciones de funcionamiento, distancias y

seguridad en el envío de datos. Bajo estas premisas se establece como protocolo de

comunicación entre PLC y HMI a una comunicación serial tipo RS-422, debido a

que ésta permite una comunicación hasta los 12 m a una velocidad de 10 Mbps.

Siendo altamente inmune al ruido debido a la utilización de una transmisión

diferencial y cable de tipo par trenzado.

Ahora, debido a que el PLC y los variadores de frecuencia pertenecen a una misma

marca comercial se utiliza un protocolo propio denominado Comunicación al

inversor (Inverter Communication) que está basado en un estándar RS-485.

16

28

La comunicación al inversor permite la conexión entre un PLC de serie FX y hasta

ocho variadores de frecuencia para monitorear las operaciones de estos, acepta varios

comandos el variador que permiten leer y escribir parámetros a través de la

comunicación vía RS-485. (Mitsubishi, 2013)

La distancia total que permite este protocolo es de un máximo 500 m. si el sistema

está configurado con un módulo 485-ADP.

3.2 Software

La implementación con equipos programables requiere la utilización de software

apropiado para describir las instrucciones que desarrollan, las operaciones requeridas

por el sistema. Este software es proporcionado por el fabricante del equipo, es así

que, para la programación del PLC se utiliza Gx-Developer y para el desarrollo en la

pantalla táctil el software HMI Ware - EV-5000.

3.2.1 Programación del PLC

Las acciones de control sobre los actuadores se derivan de parámetros seteados como

la velocidad de aporte, el diámetro, la longitud y eventos suscitados durante el

funcionamiento del sistema como la reducción, por estiramiento, en la medida del

espesor de la banda de caucho colocada o la falta de material para el revestimiento.

La selección de la acción a realizarse se establece por la compilación continua del

programa ejecutado en el PLC.

29

Varias funciones son de principal interés para el desarrollo del software del proceso

así:

Modo de funcionamiento

Arranque de variadores

Paro variadores

Asignación de valor de frecuencia

Obtención de valores análogos

3.2.1.1 Modo de funcionamiento del variador

Puede variar según se necesite entre PU que permite la utilización del panel propio

del variador, EXT que modifica valores con mandos remotos empleando pulsadores

y potenciómetros y NET que realiza acciones según los comandos activados desde el

plc.

El proyecto únicamente utiliza dos de los modos mencionados, el modo EXT y el

modo NET.

Activación modo NET

Figura 14. Líneas de comando en la activación modo NET


30

Activación modo EXT

Figura 15. Líneas de comando en la activación modo EXT


Tabla 6. Comandos configuración variadores de frecuencia

Comando. Descripción.

IVDR Comando escritura en VDF

K# Numero de estación de trabajo

HFD Reset VDF

HFB Instrucción para selección modo de funcionamiento.

H# 0 NET; 2 EXT

K# Canal de comunicación utilizado.

Nota: Descripción de los comandos de configuración VDF


3.2.1.2 Arranque de variadores

El arranque puede ser en sentido horario o anti horario colocando el valor H2

(horario) o H4 (Anti horario) en la instrucción H0FA del variador.

31

Arranque de variador sentido horario

Figura 16. Comando arranque variador sentido horario


Arranque de variador sentido anti horario

Figura 17. Comando arranque variador sentido anti horario


Tabla 7. Instrucciones de arranque VDF

Comando Descripción

IVDR Comando escritura variador.

K# Numero de estación de trabajo.

HFA Instrucción de arranque

H# 2-Sentido horario; 4-Sentido Anti horario.


Nota: Instrucciones de Arranque para los VDF


3.2.1.3 Paro de variadores

Detener la marcha de un variador se consigue activando la instrucción H0FA en un

valor de cero (0).

32

Paro de variadores

Figura 18. Comando paro de variadores


Tabla 8. Instrucción de comunicación y paro del VDF

Comando. Descripción.



HFA Instrucción de arranque.

H0 Paro del variador.


Nota: Instrucción de comunicación y paro del VDF


3.2.1.4 Asignación de valores de frecuencia

Una vez puesto en marcha, el variador requiere de un valor de frecuencia para

trabajar, este valor puede ser introducido directamente o a través de un registro.

Asignación de valores de frecuencia

Figura 19. Comando asignación valores de frecuencia


33

Tabla 9. Asignación valor de frecuencia




HED Instrucción de asignación de valor de frecuencia

D# Registro de él que proviene el valor a asignar. Paro del variador


Nota: Comando de asignación de frecuencia en los VDF


3.2.1.5 Obtención de valores análogos

Las variaciones en el espesor del caucho se adquieren del proceso a través del sensor

ultrasónico, estas señales son de naturaleza análoga y para ser procesadas por el PLC

son convertidas a señales digitales por el modulo análogo-digital, utilizando las

siguientes líneas de programación.

Configuración Módulo Análogo

Figura 20. Comando configuración módulo análogo


34

Tabla 10. Comando dirección módulo especial y memoria buffer


To Instrucción de escritura en módulo análogo.

K# Dirección del módulo especial.

K# Memoria buffer

H#### Modo de entrada para los canales análogos.


From Instrucción de escritura en PLC desde el modulo análogo

Nota: Comando dirección módulo especial y memoria buffer


Obtención de datos módulo análogo

Figura 21. Comando para obtención de datos


Tabla 11. Instrucción para registros transmitidos


K0 Dirección del módulo especial

K10 Memoria Buffer

D1 Dirección del registro de memoria

K# Número de registros transmitidos

From Instrucción de escritura en PLC desde el modulo análogo

Nota: Instrucción para registros transmitidos


35

3.3 Configuración de parámetros del Variador

La configuración del variador se la realiza en función de su modo de operación ya

sea este EXT (Externo), NET (Red) o PU (Panel).

El modo PU queda descartado en el proyecto por tratarse de una operación de

mandos remotos.

3.3.1 Modo EXT (Externo)

Conjuntamente con el modo de funcionamiento se asigna la función de mandos por

pulsadores en configuración de tres hilos y se asigna al terminal físico RL, que

originalmente sirve para receptar la señal de activación de valor mínimo de

frecuencia en el modo multi-speed del VDF, la función stop colocando el número

“25” en el parámetro 180 del variador.

Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos

Figura 22. Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos

Elaborado: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

36

Adicional deben configurarse los terminales de arranque en sentido horario y

arranque en sentido anti horario asignando los valores que se muestran en la

siguiente tabla.

Tabla 12. Configuración de terminales de arranque y stop

Parámetro. Nombre. Valor. Descripción.

178 STF 60 Activa arranque en sentido horario

179 STR 61 Activa arranque en sentido anti-horario

180 RL 25 Asigna la terminal física RL como terminal de

STOP

250 STOP 9999 Activa Stop

Nota: Tabla de configuración de terminales de arranque y stop


Para la variación de la frecuencia se conecta un potenciómetro lineal de 5K entre los

terminales 2, 5 y 10 del variador como lo muestra la figura 22, además se asigna las

unidades de entrada con el switch físico ubicado bajo las terminales descritas, el

rango de trabajo se lo establece entre 0v – 5v, para aprovechar la fuente interna del

VDF, colocando el valor de “1” en el parámetro número 73 del variador.

Diagrama conexión de potenciómetro

Figura 23. Diagrama conexión de potenciómetro


37

3.3.2 Modo NET (Red)

Adicional a la programación para modo EXT debe configurarse ciertos parámetros

en el variador que permitan la comunicación del variador de frecuencia con el PLC,

estos valores deben cambiarse antes de la comunicación pues una vez iniciada

podrían producirse fallas de operación.

Tabla 13. Configuración comunicación con variador – PLC

Parámetro. Nombre Valor. Descripción.

79 Selección del modo de

operación

2 Permite cambiar entre los

modos de operación externo y

de red (NET).

117 Numero de la estación

de trabajo

0/1 Numero del o los inversores

conectados desde 00 hasta 31.

118 Velocidad de

comunicación

192 Velocidad de transmisión

1.92 KBPS

119 Cantidad de bits de Stop. 10 1 bit de Stop

120 Paridad 2 Paridad par.

122 Tiempo de verificación

de la comunicación

9999 Sin verificación de la

comunicación (detección de

pérdida de señal)

123 Asignación de tiempo de

espera en la

comunicación

9999 Asignado en los datos de la

comunicación.

340 Selección modo de inicio 0 Según lo establecido en el

38

de la comunicación parámetro 79.

549 Selección del protocolo 0 Protocolo de comunicación al

inversor de Mitsubishi

Nota: Configuración comunicación con variador -PLC, Manual Mitsubishi, 2013


3.4 Modos de funcionamiento del sistema

La automatización del proceso tiene dos modos de funcionamiento, manual y

automático, en los que el accionamiento de los actuadores se realiza de una manera

rápida y sencilla ya sea mediante el uso de pulsadores físicos y potenciómetros o a

través de una pantalla táctil.

3.4.1 Modo Manual

El funcionamiento manual, permite la operación del sistema mediante el uso de

pulsadores que accionan los sentidos de giro y arranque de los actuadores.

La frecuencia para variar la velocidad de los motores se obtiene de 2 VDF y se

regula mediante potenciómetros de precisión conectados como se muestra en la

figura 23, de igual manera se puede accesar de forma manual a las funciones

mencionadas a través del HMI.

3.4.2 Modo Automático

Permite desarrollar el recubrimiento con caucho sobre un eje metálico, registrando

los valores de diámetro, longitud y velocidad de aporte en las pantallas habilitadas en

el HMI , estos datos son almacenados y utilizados en el PLC para determinar los

39

valores de frecuencia a escribirse en los VDF, una vez iniciado el proceso los

sensores receptan los datos de espesor de la banda de caucho colocada, presencia de

material para aumentar o disminuir la velocidad angular en el motor que mueve el

cabezal del torno. Finalmente el sensor óptico ubicado en el piñón principal del

charriot registra el avance longitudinal a través de un algoritmo que relaciona el

número de vueltas del piñón y la longitud que el operador registró en el inicio del

proceso.

3.4.3 Diagramas de flujo

Diagrama de Flujo de la automatización del Proceso

Figura 24. Diagrama de flujo de la automatización del proceso


Inicio

Elección del

modo de

operación

Manual Automático

Fin

40

Diagrama de flujo modo de operación manual

Figura 25. Diagrama de flujo modo de operación manual


On-Off

Extrusora

Avance del

Charriot

Arranque y giro

del cabezal del

torno

Encendido

Potenciómetro

variador tablero

Potenciómetro

variador tablero

Fin

Inicio

HMI

HMI

HMI Pulsadores

tablero

41

Diagrama de flujo modo de operación automático opción envoltura de ejes

Figura 26. Diagrama de flujo operación automático


Avance Charriot

Encendido Extrusora

Giro del cabezal del torno

Espesor está en rango

Fin

Cálculos PLC

Presencia material Stop No

Si

Llego al # de vueltas

Encendido

Si

No Cálculos

No

Inicio

ON No

Si

Ingreso de datos

Valores iniciales

Repetir

No

Si

42

CAPÍTULO 4

ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LOS PROCESOS TRADICIONAL Y

AUTOMÁTICO

El desarrollo de este capítulo permite establecer las ventajas y desventajas del

sistema, al realizar una comparación entre la manera tradicional de colocar polímeros

sobre ejes metálicos y el proceso automatizado, y por consiguiente se establecen las

conclusiones y recomendaciones luego de la implementación del sistema automático.

4.1 Proceso tradicional

Para los procesos tradicionales de envoltura se requiere la utilización de herramientas

y equipos artesanales que exigen un gran esfuerzo físico, limitando y atando a la vez

la producción de la planta al rendimiento físico del operador.

Otro factor a considerar dentro de este proceso es la experiencia y la habilidad

obtenida por el operador de manera empírica durante el transcurso de su vida laboral,

permitiendo que únicamente puedan ejecutar el revestimiento personas que llevan

mucho tiempo realizando esta actividad.

4.2 Proceso automático

La automatización del proceso de revestimiento de ejes con polímeros, permite

reducir la dependencia de personal altamente experimentado para realizar el trabajo,

el esfuerzo físico se reduce notoriamente no solo en la cantidad de fuerza que se

43

debe emplear para realizar el recubrimiento, sino también en la cantidad de tiempo

que se utiliza para obtener el mismo resultado que con el proceso tradicional.

4.3 Comparación entre procesos tradicionales y automáticos

Los datos para la comparación entre los sistemas tradicional y automático se

obtuvieron de un censo realizado al personal operativo de Alfiza Revestimientos

Industriales así como también de pruebas de funcionamiento en diferentes tipos

rodillos y documentos facilitados por la administración.

El censo estuvo estructurado con preguntas sobre el proceso de envoltura de forma

automática y manual, permitiendo establecer las ventajas y desventajas que

presentan entre ellas. Las respuestas obtenidas son apreciaciones de los operadores,

calificadas de forma cualitativa utilizando la siguiente ponderación:

1. Muy bajo

2. Bajo

3. Medio

4. Alto

5. Muy alto

Una copia del censo y la tabulación de los datos se encuentran en los anexos N. 2 y

N.3 respectivamente.

44

4.3.1 Experiencia

La experiencia y la habilidad juegan un papel fundamental en el proceso ya que una

persona sin ésta muy difícilmente puede realizar el revestimiento de manera

tradicional, la automatización permite que personal sin mucha experiencia pueda

utilizar los equipos y desarrollar el revestimiento sin mayor complicación.

Sobre la complejidad de la utilización del sistema automatizado y un proceso

tradicional se obtuvieron los siguientes datos en las preguntas N. 1 y N. 9 (Anexo 2)

del censo aplicado.

Tabla 14. Dificultad de proceso revestimiento manual y automático

Operador Experiencia(años) Manual Automático

1 0-2 5 2

2 2-4 3 1

3 6-8 1 1

Nota: Dificultad unión capas caucho revestimiento manual


Dificultad de operación del proceso vs experiencia

Figura 27. Dificultad de operación del proceso vs experiencia


0-2 2-4 6-8

P.Tradicional 5 3 1

P.Automatizado 2 1 1

-2

0

2

4

6

8

Dif

icu

ltad

de

op

erac

ión

Experiencia

Dificultad de operación del proceso vs Experiencia

45

De la gráfica se observa que no existe una relación entre la experiencia y el manejo

del proceso automático, como sucede con el proceso tradicional en el que a mayor

experiencia se reduce el nivel de dificultad para el operador.

4.3.2 Esfuerzo físico

Durante la realización del revestimiento utilizando un proceso tradicional el operador

requiere hacer presión para adherir la plancha de caucho al eje (Figura 28 a), en

cambio en el sistema automático la presión la realiza una herramienta de manera

uniforme (Figura 28 b).

Presión aplicada en los proceso de revestimiento tradicional

(a) (b)

Figura 28. Imagen de la aplicación de presión; a) Proceso tradicional b) Proceso automático


En las preguntas N.2 y N.10 del censo (Anexo 2) se consultó sobre el nivel de fuerza

que se aplica al realizar el revestimiento con cada uno de los procedimientos, los

resultados se muestran en la tabla 2.

46

Tabla 15. Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos


1 0-2 5 2

2 2-4 4 2

3 6-8 5 1

Nota: Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos


Los datos del censo indican que durante la utilización del proceso tradicional se

realiza un alto grado de fuerza, de forma contraria, al usar el procedimiento

automático el nivel de fuerza disminuye, permitiendo que el operador esté en

condiciones de realizar nuevamente el mismo trabajo, así se observa en las respuestas

a las preguntas N.3 y N.12 (Anexo 2).

Tabla 16. Dificultad de repetición del trabajo


1 0-2 4 2

2 2-4 3 2

3 6-8 3 1

Nota: Dificultad de repetición del trabajo


47

4.3.3 Cantidad de personas necesarias para realizar el recubrimiento

La cantidad de personas necesarias para realizar el revestimiento de forma tradicional

varía dependiendo de la dureza del caucho, como lo expresan las respuestas a las

preguntas N.4 y N.13 (Anexo 2), pues la dureza del material es directamente

proporcional a la fuerza necesaria para adherir el polímero al eje, variando desde 2

personas hasta 4 con cauchos de dureza 75-80° SH”A”.

Tabla 17. Influencia de la dureza del compuesto de caucho en la fuerza

necesaria para la aplicación del revestimiento


1 0-2 SI NO

2 2-4 SI NO

3 6-8 SI NO

Nota: Influencia de la dureza del caucho en la fuerza necesaria para el revestimiento


Con el proceso automático se establece un máximo de dos personas para realizar el

proceso independientemente de la dureza que posea el compuesto, así lo indican los

resultados de las preguntas N.6 y N.14 del censo (Anexo 2).

48

Tabla 18. Número de personas empleadas para el revestimiento

Operador Experiencia (años) Manual Automático

1 0-2 4 2

2 2-4 3 2

3 6-8 3 1

Nota: Número de personas empleadas para el revestimiento


La tabla 18 muestra una disminución considerable en la cantidad de personal

operativo necesario para realizar un revestimiento.

4.3.4 Salud

Es característico de las situaciones estresantes la emisión de intensas

respuestas fisiológicas que además de producir un gran malestar en el

individuo, alteran la evaluación cognitiva y psicológica generando

retardo en la emisión de respuestas para controlar alguna actividad.

Dado el esfuerzo físico que realizan los operadores en los procesos de

revestimiento manual se ve afectado a largo plazo su salud, este

inconveniente se reduce notablemente al utilizar el sistema automático

de envoltura pues como ya se explicó la fuerza necesaria para usar los

equipos es mínima (Daza, 2015).

Respecto al cansancio en una actividad definida usando los resultados obtenidos en

las preguntas N.6, N.7, N.8 y N.9 del censo (Anexo 2), mostrando el nivel de

agotamiento que tienen los operadores.

49

Tabla 19. Nivel de cansancio luego de un trabajo definido

Operador Experiencia(años) Valor

1 0-2 5

2 2-4 3

3 6-8 3

Nota: Nivel de cansancio luego de un trabajo definido


Tabla 20. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo


1 0-2 1

2 2-4 2

3 6-8 4

Nota: Estimación de la habilidad para repetir el trabajo


Tabla 21. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo por

más de 3 veces seguidas


1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 3

Nota: Estimación de la habilidad para repetir el trabajo 3 veces


50

Tabla 22. Estimación de la habilidad para realizar un trabajo de

dimensiones más grandes luego de realizar uno propuesto


1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 1

Nota: Estimación habilidad, realizar trabajos de dimensiones más grandes


Los datos de las tablas 6, 7, 8 y 9 muestran que las capacidades para repetir un

trabajo disminuyen si este se lo realiza de forma consecutiva o si las dimensiones se

incrementan.

4.3.5 Tiempo

El tiempo es un factor muy importante a considerar, se determinó un ahorro

considerable del mismo durante las pruebas así:

Tabla 23. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático

Dimensiones

rodillo

Proceso

Tradicional

Proceso

automático

Porcentaje

de ahorro

Diam.11cm.

Long. 50 cm

Espesor. 1c.m.

15 min.

10 min

33,3%

51

Diam.15, 4cm.

Long. 200 cm

Espesor. 1cm.

75 min.

38 min

49,33%

Diam.31cm.

Long. 250 cm

Espesor. 1cm

105 min.

53 min

49,52%

Diam.31cm.

Long. 250 cm

Espesor. 2,5cm

250 min

173 min

30,8%

Promedio 40,73%

Nota: Comparación de tiempo entre el Proceso Tradicional y Automático


La reducción promedio de tiempo según los datos tomados de producción es de

40,73%, respecto del tiempo empleado en el revestimiento tradicional.

Comparación de tiempo entre el Proceso Tradicional y Automático

Figura 29. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático


Diam.11cm.Diam.15,

4cm.Diam.31cm.

Diam.31cm.(2capas)

Proceso Tradicional 15 75 105 250

Proceso automático 10 38 53 173

15

75105

250

1038

53

173

0

50

100

150

200

250

300

Tie

mp

o d

e e

nvo

ltu

ra

Diámetro

Tiempo de Envoltura vs Diámetro

52

4.3.5 Análisis económico

Reducir la cantidad de personas y el tiempo que emplean estas para realizar un

trabajo disminuye el costo que tiene un revestimiento. Se realiza un análisis de

comparación por hora de funcionamiento de los procesos tradicional y automático

para determinar el costo de cada uno de ellos.

Tabla 24. Consumo de energía proceso tradicional

Maquina Motor(HP) Motor(KW) KW/h Valor (Dólares)

Molino 25 18,5 0,088 1,62

Torno 7 5,18 0,088 0,46

Total 2,08

Nota: Cuadro del consumo de energía Proceso tradicional

Elaborado: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Durante el proceso tradicional de envoltura se requiere la utilización del molino ya

que en éste se calienta y da medida al caucho a ser colocado.

Tabla 25. Consumo de energía proceso automático

Maquina Motor(HP) Motor(KW) KW/h Valor(Dólares)

Extrusora 3 2,22 0,088 0,20

Torno 10 7,4 0,088 0,65

Avance charriot ¾ 0,56 0,088 0,05

Total 0,90

Nota: Cuadro del consumo de energía proceso automático


53

El consumo de energía se reduce en un 56,73% en relación al proceso tradicional,

esta diferencia radica en la utilización del molino para el proceso tradicional.

Tabla 26. Costo personal proceso tradicional

Trabajador Experiencia

(años)

Salario básico unificado

(USD)

Valor salario por

hora(USD)

Operador 1 8 394 2,23

Operador 2 3 354 2,01

Operador 3 1,5 354 2,01

Total 6,25

Nota: Cuadro costo personal proceso tradicional


Tabla 27. Costo personal proceso automático

Trabajador Experiencia (años) Salario básico unificado

(USD)

Valor salario por

hora (USD)

Operador 2 3 354 2,01

Operador 3 1,5 354 2,01

Total 4,02

Nota: Cuadro costo personal proceso automático


La utilización de un menor número de personas para la realización del recubrimiento

reduce el costo de mano de obra en un 35,68%.

La comparación de costos de personal y energía, por hora, entre los sistemas se

resume en el siguiente cuadro.

54

Tabla 28. Comparación de costos energía y personal

Proceso tradicional Proceso automático

Energía 2,08 0,90

Costos de personal 6,25 4,02

Total 8,33 4,92

Nota: Cuadro comparación de costos energía y personal procesos tradicional y automático


De la tabla 28 se determina un ahorro del 40,93% en costos de energía y personal

utilizando el proceso automatizado en reemplazo del tradicional.

Comparación de costos energía y personal

Figura 30. Comparación de costos energía y personal


Energía Costos de personal Total

Proceso tradicional 2,08 6,25 8,33

Proceso automático 0,9 4,02 4,92

2,08

6,25

8,33

0,9

4,02

4,92

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

USD

Costos Energía y Mano de obra.

55

4.3.6 Flujo de caja

CO

NC

EP

TO

ME

SE

SM

ES

1M

ES

2M

ES

3M

ES

4M

ES

5M

ES

6M

ES

7

ME

S 8

ME

S 9

ME

S 1

0M

ES

11

ME

S 1

2T

OT

AL

VO

LU

ME

N D

E V

EN

TA

S

22

22

22

22

22

22

24

PR

EC

IO P

RO

ME

DIO

6.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

06.5

00,0

0

TO

TA

L V

EN

TA

S D

EL

ME

S13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

156.0

00

A. IN

GR

ES

O O

PE

RA

CIO

NA

L13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

156.0

00

Cobra

nzas

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

13.0

00

156.0

00

B. E

GR

ES

O O

PE

RA

CIO

NA

L10.6

47

10.6

43

10.6

40

10.6

47

10.6

43

10.6

40

10.6

40

10.6

43

10.6

47

10.6

40

10.6

43

10.6

47

127.7

21

Mante

nim

iento

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

4.8

00

Energ

ia

10

85

10

85

58

10

58

10

93

Mate

ria P

rima

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

3.6

00

43.2

00

Quim

icos

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

3.6

00

Nom

ina

764

764

764

764

764

764

764

764

764

764

764

764

9.1

68

Benefic

ios S

ocia

les

23

22

20

23

22

20

20

22

23

20

22

23

260

Gasto

de V

enta

s

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

2.1

00

25.2

00

Gasto

Adm

inis

trativo

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

1.8

50

22.2

00

Tra

nsporte

s

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

7.2

00

Carg

a fa

bril va

riable

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

1.0

00

12.0

00

C. P

AG

OS

PR

OV

EE

DO

RE

S0

00

00

00

00

00

000

Pro

veedor

00

00

00

00

00

00

0

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cio

nados

00

00

00

00

00

00

00

D. F

LU

JO

OP

ER

AC

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A - B

- C2.3

53

2.3

57

2.3

60

2.3

53

2.3

57

2.3

60

2.3

60

2.3

57

2.3

53

2.3

60

2.3

57

2.3

53

28.2

790

E. E

GR

ES

OS

NO

OP

ER

AC

ION

AL

ES

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

1.6

90

20.2

80

Pago d

e in

tere

ses

00

00

00

00

00

00

0

Pago d

e c

redito

s d

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l 0

00

00

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00

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1.6

90

1.6

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1.6

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90

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1.6

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1.6

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1.6

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20.2

80

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667

670

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7.9

99

H. S

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-5.0

00

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37

-3.6

71

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00

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38

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01

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69

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-4.3

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999

1.6

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2.9

99

2.9

99

-33,3

6%

-28%

-23%

-18%

-13%

-8%

-3%

3%

8%

13%

18%

23%

56

La tasa interna de retorno es del 98% para el periodo de análisis por lo que se

establece que la inversión inicial será recuperada dentro del periodo de análisis es

decir en un año.

57

CONCLUSIONES

Se automatizó el proceso de revestimiento de ejes metálicos con caucho

utilizando controladores industriales, puesto que se reemplazó parcialmente

la mano de obra por un sistema automático que no depende de la experiencia

del operador para su funcionamiento.

El proceso de manufactura se mejoró debido a que el sistema puede ser

utilizado constantemente sin importar las dimensiones del rodillo, la dureza

del caucho, ni el número de veces que se lo repita en el día siendo

independiente el esfuerzo físico como lo indica los datos obtenidos del censo

en las preguntas 7, 8 y 9.

La calidad del revestimiento se incrementa debido a la uniformidad y

compactación que se obtiene del pre proceso de extrusión y la disposición,

sobre el eje metálico, de la banda de caucho de una manera uniforme y con

una geometría que permite se unan (figura 3), a lo largo del perímetro, las

espiras de polímero, que se van generando con el movimiento sincronizado

del mandril y el charriot.

Se consiguió elevar la producción al reducir el tiempo de revestimiento en un

40,73% y el número de personas que se empleaba en el proceso tradicional

como lo indica la tabla 5, reduciendo los costos de energía y personal en un

40,93% según la tabla 13.

58

Se determinó necesaria la utilización de 3 sensores para la instrumentación

del sistema:

- Ultrasónico: Para medir el espesor de la capa de caucho, ya que la

resolución que este presenta es de 0,13 mm mejorando la precisión del

revestimiento.

- Magnético: Para detectar la presencia de caucho a la salida de la extrusora

ya que su presencia acciona una placa metálica que permite el

funcionamiento del sistema y en su ausencia este se detiene

- Óptico: Para censar el número de vueltas del piñón motriz del charriot a

través de pequeños pedazos de caucho negro que no son registrados por el

sensor para conocer la posición del charriot a lo largo de su eje de

desplazamiento.

Posterior a la realización del análisis del proceso de revestimiento manual de

ejes metálicos con caucho, se implementó el diagrama eléctrico que junto con

la utilización de los equipos electrónicos permitieron la automatización del

proceso puesto que se logró :

- Sensar las variables sin la intervención del operador.

- Activar los actuadores desde el autómata según lo determine el algoritmo.

- Activar señales sonoras y luminosas para indicar el inicio y finalización

del proceso.

La implementación de un programa para el PLC, que basado en los datos

recopilados por los sensores, realiza las acciones de control sobre los

actuadores, disminuye el tiempo necesario para realizar un revestimiento

59

como lo indican los datos obtenidos en las pruebas de funcionamiento y

registrados en la sección 3.4 del presente trabajo. De la misma manera la

ejecución de un programa amigable al usuario en la pantalla táctil facilita la

utilización del sistema permitiendo que operadores sin mucha experiencia

puedan utilizarlo según los datos de la tabla 1.

Una vez realizada la automatización del proceso se determinó un incremento

de la producción, como se mencionó anteriormente se reduce el tiempo del

proceso en un 40,73% adicionalmente, los costos por hora de trabajo se

reducen en un 40,93% por lo que se determina que el sistema automatizado

mejora el nivel productivo de la planta y reduce los costos fijos de

producción, haciendo más rentable el proceso.

La presión indicada para asegurar que la banda de caucho se adhiera tanto al

eje como entre sus extremos, es la que se consigue al mover el charriot de

forma transversal 0,15 cm (1,5 mm) medidos desde que la herramienta de

presión topa levemente con la banda de caucho presionándola contra el eje,

evitando posibles imperfecciones en el revestimiento: burbujas de aire,

despegue entre capas de caucho o caucho-metal.

60

RECOMENDACIONES

Debido a que las medidas de espesor de los rodillos no son iguales se sugiere

la fabricación de un juego de boquillas en las que el espesor mínimo sea 0,5

cm y el máximo 1,5 cm permitiendo ajustar el revestimiento a las medidas

solicitadas por el cliente, con la finalidad de optimizar el uso de materia

prima y reducir aún más el tiempo de producción.

Al momento de terminar el proceso de extrusión debe retirarse la boquilla de

la extrusora y limpiar los residuos de material de ésta así como del cañón ya

que no hacerlo puede causar que residuos de material se vulcanicen e impidan

el movimiento del tornillo haciendo que el motor se esfuerce demasiado.

Para evitar daños por efectos del clima en los equipos, ya que estos se

encuentran a la intemperie debe completarse el techo o cubierta en el área en

donde se encuentra el torno con el sistema de envoltura.

Para facilitar la alimentación del material hacia la extrusora se aconseja, una

vez terminada la preparación en el molino de la mezcla de caucho laminar

esta con un espesor de 1cm y cortarlo en tiras de máximo 2,5 cm de ancho y

20 cm de largo, empacarlas de manera que no se adhieran entre ellas y no les

afecte el polvo, marcarlas y almacenarlas en un lugar fresco y seco.

Este proyecto se puede utilizar como base para realizar el control automático

de la extrusora, obteniendo así un sistema integral desde la provisión del

material y el revestimiento como tal.

61

REFERENCIAS

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http://pabloangulo.blog.epn.edu.ec/

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www.soprolec.com. (2013). www.soprolec.com. Obtenido de www.soprolec.com

63

ANEXOS

Anexo 1. Diagrama eléctrico del sistema

64

Anexo 2. Formato del Censo

Encuesta

Fecha :

Nombre: Cédula:

Cargo:

Experiencia en la empresa (años) : Firma:

Para todas las preguntas 5 es el valor máximo y 1 el valor mínimo.

1. ¿Qué tan difícil le resulta realizar la unión de capas de caucho de manera manual

en el revestimiento de un cilindro?

5

4

3 2 1

2. ¿Qué valor considera que tiene la fuerza necesaria para realizar un revestimiento

de forma tradicional?

5

4

3 2 1

3. ¿Luego de realizar un revestimiento utilizando el proceso tradicional que valor de

dificultad le asignaría a repetir el procedimiento?

5

4

3 2 1

Fabricación, Recuperación y

reencauche de rodillos para la

industria.

65

4. ¿La fuerza que se utiliza para la envoltura de un eje depende de la dureza del

caucho a trabajarse?

SI

NO

5. ¿Cuantas personas considera necesarias para realizar el revestimiento de un

rodillo empleando el proceso tradicional?

5

4

3 2 1

Tomando como referencia un cilindro de 20 cm de diámetro y 200 cm de longitud,

usando el método tradicional de envoltura.

6. ¿La aplicación de una capa de 10 mm de caucho le resulta cansado?

5

4

3 2 1

7. ¿Considera que sus habilidades son las apropiadas para volver a realizar el

mismo trabajo?

5

4

3 2 1

8. ¿Podría realizar este trabajo por más de 3 veces en el día garantizando la misma

calidad?

5

4

3 2 1

9. ¿De ser el caso podría realizar el trabajo propuesto en las líneas anteriores y

luego realizar la envoltura de un rodillo cuyas dimensiones sean 36 cm de diámetro

y 280 cm de longitud?

5

4

3 2 1

66

10. EL manejo del sistema de envoltura automático le resulta complicado:

5

4

3 2 1

11. ¿Qué valor considera que tiene la fuerza durante la utilización del sistema

automático?

5

4

3 2 1

12. ¿Utilizando el sistema automático usted realiza mayor esfuerzo si la dureza del

caucho aumenta?

SI

NO

13. ¿Utilizando el sistema automático de envoltura que tan difícil le resulta repetir

el procedimiento?

5

4

3 2 1


cilindro utilizando el sistema automático de envoltura?

5

4

3 2 1

67

Anexo 3. Tabulación de datos

1. ¿Qué tan difícil le resulta realizar la unión de capas de caucho de manera manual

en el revestimiento de un cilindro? Operador Experiencia Valor

1 0-2 5

2 2-4 2

3 6-8 1

2. ¿Qué valor considera que tiene la fuerza necesaria para realizar un revestimiento

de forma tradicional?

Operador Experiencia Valor

1 0-2 5

2 2-4 4

3 6-8 5

3. ¿Luego de realizar un revestimiento utilizando el proceso tradicional que valor

de dificultad le asignaría a repetir el procedimiento? Operador Experiencia Valor

1 0-2 4

2 2-4 3

3 6-8 3

68

4. ¿La fuerza que se utiliza para la envoltura de un eje depende de la dureza del

caucho a trabajarse?

Operador Experiencia SI NO

1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 1


rodillo empleando el proceso tradicional?


1 0-2 4

2 2-4 3

3 6-8 3

Tomando como referencia un cilindro de 20 cm de diámetro y 200 cm de longitud,

usando el método tradicional de envoltura.

69

6. ¿La aplicación de una capa de 10 mm de caucho le resulta cansado?


1 0-2 5

2 2-4 3

3 6-8 3

7. ¿Considera que sus habilidades son las apropiadas para volver a realizar el

mismo trabajo?


1 0-2 1

2 2-4 2

3 6-8 4

8. ¿Podría realizar este trabajo por más de 3 veces en el día garantizando la misma

calidad?


1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 3

70

9. ¿De ser el caso podría realizar el trabajo propuesto en las líneas anteriores y

luego realizar la envoltura de un rodillo cuyas dimensiones sean 36 cm de

diámetro y 280 cm de longitud?


1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 1

10. El manejo del sistema de envoltura automático le resulta complicado:


1 0-2 2

2 2-4 1

3 6-8 1

11. ¿Qué valor considera que tiene la fuerza durante la utilización del sistema

automático?


1 0-2 2

2 2-4 2

3 6-8 1

71

12. ¿Utilizando el sistema automático usted realiza mayor esfuerzo si la dureza del

caucho aumenta?

Operador Experiencia SI NO

1 0-2 1

2 2-4 1

3 6-8 1

13. ¿Utilizando el sistema automático de envoltura que tan difícil le resulta repetir

el procedimiento?


1 0-2 2

2 2-4 2

3 6-8 1


cilindro utilizando el sistema automático de envoltura?


1 0-2 2

2 2-4 2

3 6-8 1

72

Anexo 4. Interfaz HMI

Inicio

Selección del modo de operación

Modo manual

73

Controles torno

Controles charriot

Controles extrusora

74

Modo envoltura

Ingreso de datos

Anexo 5. Manual de operación

Envoltura automática de rodillos con caucho

Manual de usuario

El presente describe la secuencia de pasos que deben ser realizados para la

utilización del sistema de envoltura de rodillos tanto en su modo manual como en

modo automático.

75

La elección del modo de accionamiento y su activación sigue la siguiente secuencia:

1. Mover la posición del selector (arriba –accionamientos físicos; abajo- HMI)

2. Pulsar el botón ON-Modo.

Para cambiar de modo debe primero desactivarse el anterior presionando el botón

Off-Modo y repetir el paso 1.

Modo manual

Permite la operación del sistema mediante el uso de pulsadores que accionan los

sentidos de giro y arranque de los actuadores. La frecuencia para variar la velocidad

de los motores se regula mediante potenciómetros de precisión, de igual manera se

puede accesar de forma manual a las funciones mencionadas a través del HMI.

Accionamientos físicos (pulsadores)

5

6

4

1

2

3 7 10 5

13

9

12 8

14

11

76

Número Descripción

1 Selector modo

2 On - modo

3 Off - modo

4 Paro de emergencia

5 Giro horario extrusora

Número Descripción

6 Giro anti horario extrusora

7 Stop extrusora

8 Giro horario torno

9 Giro anti horario torno

10 Stop torno

11 Potenciómetro regulación velocidad

torno

12 Avance hacia la derecha charriot

13 Avance hacia la izquierda charriot

14 Potenciómetro regulación velocidad

charriot

Accionamiento HMI

La activación de los actuadores de manera independiente a través del HMI se realiza

con la siguiente secuencia.

77

1. Pulsar el botón INICIO

2. Pulsar el botón MANUAL

3. Pulsar el botón de encendido

78

4. Seleccionar el actuador

5. Cada actuador posee una pantalla que permite accionar los actuadores, cambiar el

sentido de giro, incrementar y disminuir sus velocidades.

Modo automático

Permite desarrollar el recubrimiento con caucho sobre un eje metálico, registrando

los valores de diámetro, longitud y velocidad de aporte en las pantallas habilitadas en

el HMI.

Para la utilización de este modo previamente se debe seleccionar el accionamiento a

través del HMI y continuar con los siguientes pasos:

1. Pulsar el botón inicio

79

2. Pulsar el botón envoltura

3. Pulsar el botón de encendido

4. Pulsar el icono de ingreso de datos

80

5. Ingresar los datos solicitados

6. Presionar el botón de inicio

El icono de PAUSA detiene el proceso hasta que el botón inicio se nuevamente

presionado.

El icono STOP detiene el proceso de manera definitiva, y resetea los valores de los

datos ingresados.

Anexo 6. Manual de mantenimiento

Estimado Operador, antes de iniciar con el proceso de revestimiento y después del

mismo se sugiere seguir los siguientes parámetros para un buen funcionamiento y

mantenimiento del mismo:

1. Verificar antes del arranque del torno que las bandas del sistema de

transmisión se encuentren en perfecto estado caso contrario se las debe

reemplazar, éstas se encuentran ubicadas entre el motor y el mandril.

81

2. Para no afectar la velocidad del avance del charriot, se debe limpiar las

impurezas que se encuentren sobre la bancada del torno.

3. Observar que los sensores se encuentren libre de polvo en especial con el

sensor infrarrojo debido a que puede tener lecturas de datos erróneas, éste se

encuentra ubicado en la parte inferior de la extrusora

4. Se debe limpiar los residuos de material que se encuentran en la boquilla y en

la cámara de la extrusora.

Tener cuidado de que la boquilla se haya enfriado lo suficiente para su

manipulación.

Retiramos la boquilla del cuerpo de la extrusora y limpiamos

las paredes de esta de los residuos

Encendemos la extrusora y dejamos salir el material envuelto

en el husillo, esto sin presencia de la boquilla.

5. Con la ayuda de un compresor debe retirarse la acumulación de polvo dentro

del tablero que aloja los equipos, esta acción debe realizarse periódicamente

al menos una vez cada 15 días.

6. Mantener el cuidado suficiente para evitar el contacto de los equipos con

agua u otro elemento que pueda ocasionar daño en ellos.

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