miércoles, 20 de noviembre de 2013

AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA EMPACADORA Y DOSIFICADORA DE AGUA EN BOLSAS PLÁSTICAS

AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA EMPACADORA Y DOSIFICADORA DE AGUA EN BOLSAS PLÁSTICAS






CASTILLO BELTRAN SERGIO ALBERTO
PEÑA AGUILAR JONATHAN STIVEN





INSTITUCIÓN EDUCATIVA TÉCNICO INDUSTRIAL JULIO FLÓREZ
ESPECIALIDAD DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
CHIQUINQUIRÁ,BOYACÁ
2013 



AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA EMPACADORA Y DOSIFICADORA DE AGUA EN BOLSAS PLÁSTICAS


CASTILLO BELTRAN SERGIO ALBERTO
PEÑA AGUILAR JONATHAN STIVEN


DOCENTES:

ALEJANDRO MAGNO CORTAZAR CHAPARRO
DOCENTE DE LA ESPECIALIDAD
FRANKLIN ORLANDO RICO PIZA
DOCENTE DE EMPRENDERISMO



INSTITUCIÓN EDUCATIVA TÉCNICO INDUSTRIAL JULIO FLÓREZ
ESPECIALIDAD DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
CHIQUINQUIRÁ,BOYACÁ
2013 



INTRODUCCIÓN

El proceso de automatización (sistema diseñado con el fin de usar la capacidad máxima de las máquinas para llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos y controlar la secuencia sin intervención humana) permite la reducción de un proceso de fabricación a su fase más independiente, permite incrementar la producción y reducir el nivel de intervención humana en tareas que produzcan algún riesgo.
Al simplificar el trabajo (procesos), se hace posible el diseño y construcción de máquinas que reproducen los movimientos del trabajador (mecanización), las cuales, mediante la tecnología de transferencia de energía, se motorizan, aumentando así su eficiencia productiva.
El presente documento corresponde al informe del trabajo de grado en el que se detalla la automatización de una Máquina Dosificadora y Empacadora de Bolsas de Agua. La cual está conformado en su sistema de empaquetado por un tanque de almacenamiento que acumula el producto que va a ser empacado, en este caso agua, un dosificador que regula la cantidad necesaria de fluido en cada bolsa de agua y una mordaza la cual se emplea para cortar mediante una resistencia a alta temperatura cada bolsa de agua. En su sistema mecánico está compuesto por dos cilindros neumáticos uno ubicado en el dosificador para controlar el paso de fluido hacia el recipiente y el otro cilindro ubicado en la mordaza que permite el movimiento para que así se dividan las unidades del producto. Por último el sistema de control y mando que principalmente está  compuesto por el uso del PLC el cual se emplea para supervisar y dirigir el funcionamiento de todo el proceso, desde la programación de cada fase de producción, hasta la utilización del material empleado.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
                              

Con este respectivo trabajo de grado lo que se pretende es automatizar una máquina para así evitar diferentes tareas y disminuir recursos.
Funciones básicas de la automatización de una máquina:
*    Disminuir costos: humanos, energéticos, materiales, etc.
*    Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante.
*    Evitar tareas de difícil control manual: peligrosas, complejas o rápidas.
*    Información en tiempo real del proceso.
*    Aumentar la producción y flexibilidad de las máquinas (adaptación al mercado).
*    Facilitar la detección de averías y su reparación.


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La necesidad de ejecutar este trabajo de grado, es que la empresa tenga la necesidad de disminuir costos humanos y de tiempo, además con el sistema de automatización implementado se ahorraría muchos costos y facilitaría su reparación y mantenimiento en el momento preciso. Otra de las ventajas es que el PLC permite la simplificación en muchas partes de la elaboración del proyecto (cableado); y se le podría cambiar la programación en cualquier momento que se desee.


SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

¿QUE BENEFICIOS TIENE LA AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA?

Las industrias están creciendo y, por tanto, tienen cada vez nuevas necesidades. La automatización, es una disciplina de la ingeniería que reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del ser humano en la mecanización de los procesos industriales. En este trabajo de grado, señalaremos algunas características generales de la disciplina.

     *    En primer lugar la automatización abarca la instrumentación industrial (sensores y transmisores de campo); los sistemas de control y supervisión; los sistemas de transmisión y recolección de datos; y las aplicaciones de software en tiempo real.

     *    Entre las ventajas que otorga esta disciplina se menciona la repetividad (al encargarse una máquina de las tareas repetidas hay menos desgaste de parte del hombre); el control de calidad más fino (la máquina puede también controlar, medir y monitorear el proceso); la mayor eficiencia; la integración con sistemas empresariales; el incremento de la productividad; la reducción del trabajo.



OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar la automatización de una máquina empacadora y dosificadora de agua en bolsas plásticas, mediante la aplicación de un dispositivo programable denominado PLC (Controlador Lógico Programable) para aumentar la producción y satisfacer la demanda.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS


   *    Diseñar los aspectos técnicos, planos, lista de materiales y diagramas de funcionamiento de la empacadora  para proceder a la elaboración de trabajo de grado.

     *    Desarrollar la programación del controlador lógico programable de acuerdo a las necesidades y condiciones del producto

    *    Instalar los diferentes componentes neumáticos que se requieran en la empacador a como lo son los cilindros neumáticos, unidad de mantenimiento y electroválvulas, para el correcto funcionamiento del sistema.

    *    Cablear e instalar los dispositivos de mando y control en el respectivo tablero de dominio.











JUSTIFICACIÓN

Este proyecto se pretende realizar para suplir la necesidad de los usuarios que saben aprovechar la calidad, dedicación y beneficio que este equipo trae. El objetivo principal de la automatización industrial consiste en gobernar la actividad y la evolución de los procesos sin la intervención continua de un operador humano. Desde la aparición en el mercado industrial de los primeros autómatas programables (PLC) se han venido utilizando cada vez con más frecuencia en el campo industrial en proyectos de automatización donde se requiere una gestión del proceso con alto grado de fiabilidad.
Teniendo en cuenta la situación actual de la empresa se deben establecer los problemas a resolver, como por ejemplo: accidentes laborales, salud laboral, utilización del personal en procesos de naturaleza peligrosa o dañina para la salud, pérdida de calidad en algunos productos, niveles de rechazo de productos por parte del cliente, reparaciones de piezas, materia prima de mala calidad, incumplimiento de las normas de calidad, introducción de una línea de producto, cuellos de botella, flexibilidad en la producción, tanto en demanda como en diversidad de productos, costos de almacenamiento de inventario, tiempos de entrega, demora en las órdenes de compra, demasiado papeleo en la empresa, demasiado desperdicio o de desecho, contaminación ambiental en agua, tierra y aire, elevado consumo de energía, entre otros.







EL RESULTADO FINAL

La Empacadora Neumática de Fluidos ha de ser una solución integral a las dificultades de producción y manufactura en el envasado de productos alimenticios en estado líquido, convirtiéndose en una solución muy eficaz en los procesos industriales de la empresa TIO CAMPO, ya que no solo moderniza dicha actividad sino que sus grandes beneficios se verán reflejados en la parte económica, en la seguridad industrial, y también en la salubridad y calidad del producto final.

Nuestra máquina presenta varias ventajas y beneficios que la posicionarán como una solución ágil, segura y eficaz comparada con procesos manuales que retrasan la producción e incrementan los costos, así mismo posee características superiores comparadas con otras máquinas de su tipo, como lo son la aplicación de un sistema neumático en los procesos de dosificado y sellado de las bolsas plásticas lo que reduce el consumo de energía eléctrica y el desgaste de elementos mecánicos, la implementación del Controlador Lógico Programable reduce ostensiblemente la manipulación de los producto alimenticios en estado líquido por varios operarios ya que no requiere más de un solo operario en la manipulación del producto final y para el manejo de todo el proceso.

La Empacadora Neumática de Fluidos requiere de muy poco espacio para su ubicación e instalación siendo liviana, resistente al estar construida en acero inoxidable, segura e imprescindiblemente higiénica, por su diseño es muy fácil de transportar, silenciosa, veloz en su funcionamiento y esencialmente muy económica en su mantenimiento, consumo de energía y desgaste de sus componentes, y a la vez proporciona gran capacidad en el proceso de empacado ya que su tanque de almacenamiento está en constante retroalimentación. Es por ello que consideramos que la Empacadora Neumática de Fluidos es una solución moderna, práctica y eficaz en procesos industriales de alimentos para el consumo humano.



RECURSOS

TALENTO HUMANO:
En el desarrollo de este extraordinario trabajo contamos con la imprescindible colaboración de todos y cada uno de nuestros queridos padres que antes que nada son el apoyo y la motivación para lograr nuestras metas siendo las señoras  MARISOL BELTRAN VANEGAS, MARLENY AGUILAR PINZON, y los señores JORGE ALBERTO CASTILLO VILLAMIL y JOSE ARMANDO PEÑA, el componente principal del recurso humano…
También la participación incondicional del ex alumno, amigo y jefe de mantenimiento electromecánico de la empresa TIO CAMPO, el señor JOSE IGNACIO COY, quien nos brindó su colaboración y confianza para recibir el patrocinio de dicha empresa, así como la participación activa de la empresa de aceros LACTINOX quienes con su contribución en el préstamo de herramientas  y equipos especiales nos fueron de gran ayuda…
Igualmente contamos con el irrestricto  acompañamiento y guía incondicional de nuestro profesor de taller, el Licenciado ALEJANDRO CORTAZAR CHAPARRO y de todos nuestros maestros que de una u otra manera son participes de nuestros triunfos y a veces difíciles etapas de alcanzar…

RECURSOS TECNICOS:
Para el desarrollo técnico de nuestro trabajo primera mente contamos como base fundamental los conocimientos adquiridos durante nuestra etapa de aprendizaje en el departamento de Electricidad  y Electrónica, sus equipos y herramientas el software necesario para la programación del PLC, los textos, y el internet como material de apoyo, así como las instalaciones y equipos especiales para el tratamiento del Acero de la empresa LACTINOX.

RECURSOS ECONÓMICOS

PRESUPUESTO
CANTIDAD
ARTICULO
VALOR UNITARIO
VALOR TOTAL
1
Transformador
15.000
15.000
1
Resistencia De Ferroníquel (m)
2.000
2.000
2
Férulas En Acero Inoxidable
15.000
30.000
1
Baquelita ()
30.000
30.000
6
Manguera Neumática (m)
15.000
90.000
1
Regleta O Canal (m)
8.000
8.000
1
Pin De Corte
40.000
40.000
1
Fin De Carrera Mecánico
7.000
7.000
1
Cable Siliconado (m)
1.500
1.500
2
Y Neumática De Acople Rápido
2.800
5.600
8
Racor De 6 mm De Acople Rápido
3.500
28.000
2
Racor Regulador De
6 mm De Acople Rápido
7.000
14.000
2
Electroválvula
60.000
120.000
1
Cilindro Neumático Pequeño Festo
420.000
420.000
1
Cilindro Neumático Grande
305.000
305.000
10
Prensa Estopa
1.000
10.000
5
Muletillas
8.000
40.000
1
Pulsador
10.000
10.000
1
PLC
350.000
350.000
1
Software Del PLC
420.000
420.000
1
Bus De Datos Del PLC
250.000
250.000
1
Rollo De Cable De Maniobra (100 m)
40.000
40.000
2
Pilotos Luminosos
7.000
14.000
1
Paquete De Terminales
8.000
8.000
1
Riel Omega (1.50 m)
12.000
12.000
1
Bornera
1.000
1.000
8
Cable Encauchetado 3*12 (m)
1.400
11.200
1
Resorte
1.000
1.000
15
Tornillería En Acero Inoxidable
2.000
30.000
1
Armazón En Acero Inoxidable
11.000.000
11.000.000
Mano de obra
2.000.000

TOTAL
15.313.300




METODOLOGÍA

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
ACTIVIDAD DE DESARROLLO
Diseñar los aspectos técnicos e ingeniería del proyecto y diseñar el programa que mejor se adapte a las necesidades específicas de cada proceso, aportándole las características básicas del propio equipo.

Diseñar un esquema de requerimientos básicos que solicite el propietario. Realizar un programa que se adapte a las condiciones de trabajo específicas aportándole las respectivas características automatizadas. Diseño y elaboración de los planos eléctricos y planos neumáticos para su posterior aplicación.
Presentar innovación y mediante aplicando el uso de un dispositivo programable denominado PLC.

Indagar sobre que Controlador Lógico Programable se adaptaría mejor a las condiciones de trabajo y las exigencias del sistema de automatización.
Desarrollar habilidad acerca de los controladores programables y sus diferentes usos y aplicaciones.
Desarrollo de un programa que mejor se adapte a las condiciones, requerimientos y exigencias que requiera el sistema.
Aplicar el desarrollo de los diferentes componentes neumáticos para el correcto funcionamiento del sistema.

Instalación de los diferentes aparatos, dispositivos de control y dispositivos de mantenimiento que constituye el sistema neumático.
Definir y especificar las características que debe reunir el sistema automatizado.

Llevar a cabo el proceso de cableado de todo el sistema automatizado teniendo en cuanta las especificaciones y requerimientos analizados en la etapa de diagnóstico.


CRONOGRAMA



PROCESO DE DESARROLLO
ANEXO 1 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Limpieza y adecuación del dosificador.

ANEXO 2 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Ensamblado del dosificador.
ANEXO 3 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Instalación del dosificador.
ANEXO 4 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Cambio de la mordaza.
ANEXO 5 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
ANEXO 6 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Instalación de la nueva mordaza.
ANEXO 7 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Instalación de controles y automatismos.
ANEXO 8 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Instalación paro de emergencia.
ANEXO 9 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
ANEXO 10 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Montaje de elementos de señalización y de control.
ANEXO 11 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
ANEXO 12 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Instalación de elementos de control.
ANEXO 13 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Montaje del pin de corte.
ANEXO 14 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Inicio de la etapa de cableado.
ANEXO 15 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
ANEXO 16 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Cableado del sistema de elementos de control y señalización.
ANEXO 17 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Cableado del pin de corte.
ANEXO 18 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Cableado del contactor primario.
ANEXO 19 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
ANEXO 20 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Cableado del contactor secundario.
ANEXO 21 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
ANEXO 22 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Conexión del sistema de control con el sistema de potencia.
ANEXO 23 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
ANEXO 24 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Cableado del PLC y conexión del sistema automatizado.
ANEXO 25 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
ANEXO 26 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Cableado de las electroválvulas.
ANEXO 27 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
ANEXO 28 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Montaje del fin de carrera mecanico.
ANEXO 29 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Instalación de las electroválvulas.
ANEXO 30 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Instalación de la unidad de mantenimiento FRL.
ANEXO 31 (TOMADO POR JONATHAN PEÑA)
Montaje del cilindro neumático de la mordaza.
ANEXO 32 (TOMADO POR SERGIO CASTILLO)
Montaje del cilindro neumático del dosificador.

CONCLUSIONES

*     Logramos desarrollar habilidad en la programación, implementación y uso de los controladores programables tales como el PLC y sus diferentes aplicaciones en el campo de la automatización industrial.

*    Pudimos poner en práctica todos los conocimientos adquiridos durante el proceso de aprendizaje en el Taller de Electricidad y Electrónica de controles y automatismos.


*    Mediante la aplicación de la automatización de una maquina se pueden llevar a cabo procesos con mayor eficiencia, en menos tiempo y posibilitando al trabajador tener  menos riesgos de accidentes laborales.

*    Alcanzar competencias laborales en la aplicación e implementación de diferentes componentes neumáticos en el sistema de empaquetado y sistema de control de la maquina tales como cilindros neumáticos y electroválvulas.







RECOMENDACIONES TÉCNICAS


*                La implantación de sistemas automatizados que puedan agilizar los procesos manuales.

*                Adquisición de Equipos de Computación el cual tenga como característica principal un software y hardware actualizado que permite un buen desenvolvimiento del sistema automatizado.

*                Es recomendable diseñar un plan de seguridad y respaldo, que permita evitar cualquier tipo de accidentes en caso de cualquier eventualidad.

*                Capacitación y asesoramiento a los usuarios que van a utilizar el sistema, para un mejor funcionamiento del mismo.

*                Mantenimiento constante al sistema automatizado, así como a los demás elementos que lo constituyen para que este se desenvuelva con el mejor rendimiento posible durante un largo tiempo.









BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA


-         Flower Leiva Luis, Instalaciones Residenciales Teoría y Práctica, 5ª. ed. Bogotá, Colombia. Centro Educativo Distrital Britalia. 2000. p. 224.
-         Flower Leiva Luis, Controles y Automatismos Eléctricos Teoría y Práctica, 5ª. ed. Bogotá, Colombia. Centro Educativo Distrital Britalia. 2000. p. 294.
-          http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable
-         http://www.rocatek.com/forum_plc1.php
-         http://www.diytrade.com/china/pd/7411158/Siemens_LOGO_PLC.html
-         http://www.uhu.es/diego.lopez/AI/auto_trans-tema1.pdf
-         http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/Trabajos%20IM%202009-10/Carlos%20Tutosaus-introduccion_automatizacion.pdf
-         http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml
-         http://html.rincondelvago.com/automatizacion_1.html
-         http://auditoria.obolog.com/ventajas-desventajas-sistemas-automatizados-63189
-         http://www.festo.com/cms/es-co_co/9813.htm
-         http://es.wikipedia.org/wiki/Actuador
-         http://www.infoplc.net/noticias/item/101392-actuadores-electricos-y-neumaticos-con-diseno-optimizado-para-uso-higienico
-         http://www.euskalnet.net/j.m.f.b./neunatica.htm
-         http://www.torreoneumatica.com.ar/index.php?option=com_content&task=view&id=6&Itemid=37
-         http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/5426137/Unidades-de-mantenimiento-neumatico-FRL.html
-         http://www.slideshare.net/alexey1984/controles-y-automatismos-electricos
-         http://es.wikipedia.org/wiki/Contactor

-         http://ddtorres.webs.ull.es/Docencia/Intalaciones/Electrifica/Tema%203.htm

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