3.4 Selección de propuesta final
3.4.1 Estiramiento de sacos
Como se explicó anteriormente se tiene dos propuestas para esta parte, empezaremos con una tabla de ventajas y desventajas, y con esto poder elegir la propuesta más conveniente:
Tabla 7 Tabla de ventajas y desventajas
Actuadores neumáticos Banda transportadora
Ventajas Desventajas Ventajas desventajas
Alimentación ya existente Control de la velocidad manual
Control de velocidad Ruido
Fácil de variar velocidad Mayor espacio
Poco espacio Desgaste del mecanismo
Silencioso Limpieza
Como se puede apreciar en la tabla 7 la propuesta que tiene como base los actuadores tiene mayores ventajas, siendo la más importante la ventaja de la limpieza, esto por el hecho de estar manejando productos alimenticios, la banda transportadora se compone de mecanismos los cuales necesitan un lubricante para hacer menor el desgaste, dicho lubricante en algún momento del proceso puede caer dentro del alimento, porque el mecanismo se encontrara en la parte superior de los sacos, contaminando el producto y por lo tanto causara mermas. Con todo lo anterior podemos concluir que para la parte de abrir los sacos se utilizaran los actuadores, acomodados de la manera ya explicada anteriormente. Los actuadores a utilizar serán actuadores de simple efecto ya que solo requerimos la acción cuando los actuadores se extiendan, mientras que el regreso no importa la fuerza con la que lo hagan.
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3.4.2 Sujeción de sacos
Como se dijo al inicio de este apartado, al cambiar de lugar las etiquetas, el proceso de etiquetado se simplifica, afectando la sección de sujeción de sacos, ahora esta parte solo debe cumplir con la función de mantener el saco cerrado mientras pasa por la cosedora, eliminando la parte de que una vez que el saco ya esté cerrado se tenga que volver a abrir para introducir la etiqueta, teniendo esto en cuenta y al analizar las propuestas para esta parte anteriormente mencionadas, ahora solo se requiere de una prensa, la cual se puede realizar con dos actuadores uno de cada lado del saco, que al extenderse realizaran la acción de aprisionar el saco para que este ya no se mueva.
3.4.3 Dispensador de etiquetas
El dispensador de etiquetas será una caja donde estarán almacenadas las etiquetas, en la parte de abajo tendrá una pequeña ranura por donde se deslizaran una a una, en la cara frontal también contara con una pequeña ranura, por la cual una rueda de goma anclada al eje de un motor hará que las etiquetas puedan bajar e introducirse en los sacos. Después de que una etiqueta baje, las que están detrás serán empujadas hacia la rueda de goma mediante un resorte.
3.5 Diseño conceptual
De acuerdo a las características establecidas en el punto 3.1.4 se considera que la propuesta 1 es la más viable para la solución del problema de etiquetado, ya que de esta manera se aprovecha la alimentación neumática con la que cuenta la máquina en la etapa de ensacado de alimento.
De forma general la propuesta de solución es la siguiente:
39 Figura 28 Diseño conceptual dos.
3.6 Selección de equipo.
En base a las propuestas que se presentaron en el punto anterior a continuación describiremos los componentes básicos con los cuales se pretende construir las diferentes propuestas, con la finalidad de poseer más información de todos los componentes.
Se identificaron los siguientes componentes básicos: 1. Actuadores neumáticos
2. Unidad planchador 3. Motor eléctrico CD 4. Sensores de presencia
3.6.1 Actuador neumático
Un actuador neumático es dispositivo mecánico cuya función es proporcionar una fuerza para mover o actuar. Se pueden dividir en dos tipos; lineales y rotatorios, para la maquina etiquetadora se utilizaran solo actuadores lineales. A su vez los actuadores lineales se dividen en dos tipos; los simple efecto que solo cuenta con una alimentación de aire lo que causa que realicen un trabajo en un solo sentido y los de doble efecto que cuentan con dos entrada de alimentación de aire, estos realizan su acción de avance y de retroceso por medio de la acción de aire
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comprimido, en conclusión los actuadores doble efecto puede realizar trabajo en ambos sentidos [24]. Actuadores neumáticos Actuadores lineales Actuadores de giro Actuadores especiales - Simple efecto - Doble efecto - Giro limitado - Giro ilimitado o motores - Especiales - Combinados
Figura 29 Clasificación genérica de los actuadores [12]
Figura 30 Actuador de doble efecto [13]
La forma de controlar el los movimientos de un actuador es mediante una válvula neumática, existen diferentes tipos de válvulas y se pueden clasificar en base al número de entradas y salidas, numero de posiciones, tipo de accionamiento etc
.
[12]41 Figura 31 Electroválvula 5/2 [13]
3.6.1.1 Cilindro de simple efecto Parker P1A
Figura 32 Cilindro de simple efecto, retorno por muelle [12]
Tabla 8 Tabla de comparación de cilindros neumáticos MARCA RADIO (mm) CARRERA (mm) PRESIÓN MÍNIMA DE TRABAJO VELOCIDAD DEL EMBOLO (mm/s) TIPO MODELO
SMC 40 300 0.05 MPa 50 a 500 Doble efecto CA2L 40 300JN- Y7BW
PARKER 25 320 0.05 MPa Doble efecto P1A-S 025 D
FESTO 40 10-2000 0.05 MPa Doble efecto DNC-40-300-PPV-A
FESTO 20 300 0.05 MPa Doble efecto DSNU-40-300-PPV-A
De acuerdo a las condiciones de operación con las que contamos en la máquina, y con las características que presenta cada uno de los cilindros neumáticos presentados en la tabla 8, se seleccionan los cilindros de la marca Festo, siendo la diferencia principal entre estos las tapas (DNC-40-300-PPV-A es de tapas cuadradas y DSNU-40-300-PPV-A es de tapas redondas) así como el diámetro, para mayores informes, ver Anexo V.
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3.6.1.1 Final de carrera
El final de carrera o sensor de contacto (también conocido como "interruptor de límite") o limit swicht, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados.
Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo.
Figura 33 Estructura del final de carrera
43 Figura 35 Dispositivo planchador[10]
3.6.3 Motor eléctrico
Un motor eléctrico es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de campos magnéticos variables, todo motor eléctrico tiene dos partes principales, la parte estática llamada estator y la parte móvil llamada rotor [14].
44 Clasificación de Motores electricos Corriente Alterna Corriente Continua Motores especiales Monofásicos Polifásicos Excitación derivación Excitación serie Excitación compuesta De imanes permanentes Rotativos Lineales Motores síncronos Motores asíncronos
Motores paso a paso Motores de reluctancia
Motores magneto hidrodinámicos Motor universal
Figura 37 Clasificación de motores eléctricos [14]
Para dar solución al etiquetado de los sacos de PP utilizaremos un motor a pasos. Un motor a pasos es un actuador electromagnético rotatorio que convierte mecánicamente entradas de pulsos digitales a movimiento rotatorio incremental de la flecha. La rotación no solo tiene una relación directa al número de pulsos de entrada, sino que la velocidad está relacionada a la frecuencia de los pulsos.
Motores a pasos Reluctancia Variable Imán Permanente Híbridos Motores Unipolares Motores bipolares
Figura 38 Clasificación de los motores a pasos [14] Parámetros de los motores a pasos
Par dinámico de trabajo:
Depende de sus características dinámicas.
Es el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo de la carga.
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Ángulo de paso
Se define como el avance angular que se produce en el motor por cada impulso de excitación. Se mide en grados, siendo los pasos estándar más importantes los siguientes:
Tabla 9 Tabla de pasos estándar
Grados por impulso de excitación N° de pasos por vuelta
0.72° 500
1.8° 200
3.75° 96
7.5° 48
15° 24
De acuerdo a lo anterior, elegir un motor a pasos de reluctancia variable es la mejor opción ya que estos motores trabajan con ángulos de paso de entre 5° y 15°, lo que los hace trabajar a una mejor velocidad respecto a los demás.
Adquirir un motor a pasos es una excelente opción, ya que son de bajo costo y de alguna forma son fáciles y rápidos de controlar.
Tabla 10 Tabla de costos para motor
CANTIDAD MODELO DESCRIPCION $ UNITARIO
1 T0604b9103 Motor a pasos Paso 130
1 Tb6560 Drive Toshiba para motor a pasos
30 TOTAL 160
3.6.4 Sensores de presencia
La variedad de los dispositivos para interpretar señales presencia, tales como sensores fotoeléctricos, inductivos, etcétera. Estos componentes son esenciales para cumplir con la función principal del sistema [15].
El mal etiquetado de los sacos es el resultado de una mala apertura del saco, error humano (cansancio, equivocación de etiqueta), etcétera. Es indispensable contemplar la integración de sensores individuales o simultáneos, esto con la
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finalidad de que el diseño pueda adaptarse a las distintas condiciones de producción del cliente.
3.6.5 Relevadores
El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico[16].
Figura 39 Conexión de un relevador
Figura 40 Componentes de un relevador
Se denominan contactos de trabajo aquellos que se cierran cuando la bobina del relé es alimentada y contactos de reposo a los cerrados en ausencia de alimentación de la misma. De este modo, los contactos de un relé pueden ser normalmente abiertos, NA, normalmente cerrados, NC, o de conmutación. La lámina central se denomina lámina inversora o de contactos inversores o de
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es activado; el circuito se conecta cuando el relé está inactivo. Estos contactos se utilizan para aplicaciones en las que se requiere que el circuito permanezca cerrado hasta que el relé sea activado.
- Los contactos de conmutación controlan dos circuitos: un contacto NA y uno NC con una terminal común.
Relés
Relé de tipo armadura Relé de núcleo móvil Relé tipo red o de lengüeta Relé polarizado o biestable
Relés Electromecanicos Relé de estado sólido Relé de Corriente alterna Relé de láminas Relés Electromecanicos Relé de estado sólido Relé de Corriente alterna Relé de láminas
Figura 41 Clasificación de los relevadores
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Para mayor información respecto a las características del relevador seleccionado, consultar Anexo VI.
3.6.6 Arduino
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos [17,18].
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software [17, 18].
Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de diseño de referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta, así pues eres libre de adaptarlos a tus necesidades [17,18].
Por lo anterior utilizaremos el arduino uno para el control de motor a pasos para la colocación de etiquetas.
Arduino Uno
Figura 43 Arduino Uno [18]
El Arduino Uno es una placa electrónica basada en el microprocesador Atmega328. Tiene 14 pines digitales de entrada / salida (de las cuales 6 se puede
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- Tensión de entrada (límites) 6-20V
- Pines E / S digitales 14 (de los cuales 6 proporcionan PWM) - Pines de entrada analógica 6
- DC Corriente por I / O Pin 40 mA
- Corriente CC para Pin 3.3V 50 mA
- Memoria Flash 32 KB ( ATmega328 ) de los cuales 0,5 KB utilizado por gestor de arranque
- SRAM 2 KB ( ATmega328 )
- EEPROM 1 KB ( ATmega328 )
- Velocidad del reloj 16 MHz Características físicas
La longitud y la anchura de la PCB Uno máximo son 2,7 y 2,1 pulgadas, respectivamente, con el conector USB y el conector de alimentación que se extiende más allá de la dimensión anterior. Cuatro orificios de los tornillos que la Junta pueda fijarse a una superficie o caja. Tenga en cuenta que la distancia entre los pines digitales 7 y 8 es de 160 milésimas de pulgada (0,16 "), no es un múltiplo par del milésimas de pulgada espaciamiento de los otros pernos 100 [18].
Para mayor información respecto a la composición del Arduino consultar Anexo VIII.Para un costo aproximado del total de los elementos a utilizar en el desarrollo del proyecto, consultar Anexo [lX].
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CAPÍTULO 4
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prototipo que conjunta todos los elementos, anteriormente descritos, en un solo esquema de funcionamiento.
4.2 Dibujos
Ya que la presente tesis solo es una propuesta y no se abarca hasta el punto de realizar físicamente el prototipo, se utilizará el software “SolidWorks“, el cual nos
permitirá diseñar nuestra propuesta de forma virtual, permitiendo simular todos los movimiento que deseamos que nuestro prototipo realice, dicho software es capaz de mostrarnos si es que existen rozamientos entre las piezas diseñadas, además que podemos usar medidas reales para poder darnos cuenta el tamaño real de nuestra máquina. Otra de las grandes ventajas de utilizar SolidWorks es que podemos estar modificando nuestro diseño constantemente, para así llegar a nuestra propuesta final de diseño, la cual cumpla con todas las características anteriormente mencionadas.
De acuerdo a lo anterior, el siguiente paso es dibujar cada una de los elementos que componen todo el diseño, comenzando con la función de apertura de los sacos.
Como primer punto debemos dibujar los actuadores que vamos a utilizar, los cuales deben tener cada uno una carrera de 30 centímetros, esto ya que cada uno abrirá la mitad del saco, por lo tanto si los actuadores parten del centro del saco, tendremos una amplitud total de 60 cm la cual es el ancho total del saco, en SolidWorks el actuador queda de la siguiente manera:
52 Figura 44 Actuador abre sacos
Es importante mencionar que una de las ventajas de SolidWorks es que no necesitamos dibujar los dos actuadores, ya que a la hora del ensamble, podemos insertar el mismo actuador las veces que sea necesario. En este caso, necesitaremos dos actuadores.
Una vez que ya tenemos los actuadores debemos juntarlos, cuando hacemos esto podemos observar que los centros de los vástagos quedan separados
Figura 45 Actuadores neumáticos
Esto puede causar un gran problema, ya que las extensiones que lleven soldadas al momento en que el vástago salga estas no quedaran de forma lineal, haciendo que el estirado del saco no sea paralelo a la cosedora. La forma de solucionar esto es que las extensiones que vayan fijas al vástago primero barajaran
53 Figura 46 Abre costales extensión final
Una vez que ya tenemos las dos partes principales para nuestro diseño, procedemos a acomodarlas de tal forma que al realizar sus funciones, las partes móviles no peguen entre ellas, además podemos tener las medidas exactas y por lo tanto el espacio que ocupara dentro del proceso. Una vez todo ensamblado queda de la siguiente manera:
Figura 47 Ensamble final de los actuadores neumáticos
Ahora que ya tenemos el mecanismo para abrir los sacos de PP, necesitamos hacer que todo el sistema pueda subir y bajar, esto con la finalidad de que cuando el saco llegue, el sistema para abrir sacos baje, insertando las extensiones dentro del saco, y así cuando los actuadores empiecen a funcionar, estiraren el saco. Para solucionar esto, se plantea el uso de un actuador doble efecto, el cual cuando tenga el vástago recogido el sistemas abre sacos estará por la parte superior del saco, cuando el saco sea sensado el actuador bajará insertando las
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extensiones. Después de dibujar el nuevo actuador el cual debe tener una carrera de 30 cm, se ensambla de tal manera que no estorbe con lo demás, el dibujo queda de la siguiente manera:
Figura 48 Actuador de doble efecto
La punta de la extensión debe quedar a una altura de 10 cm de la parte superior del saco, esto ya que como la carrera del actuador es de 30 cm, al momento de descender, las extensiones solo entraran 20 cm dentro del saco, con lo cual se cree que es suficiente para estirar los sacos. La longitud total de los actuadores abre sacos es menor de un metro, con lo cual se cumplen con las especificaciones antes mencionadas.
Una vez que ya tenemos la forma en que vamos a abrir los sacos, ahora debemos de diseñar la forma mantener dicho estiramiento mientras el saco es cosido, para lo cual se necesitara de una prensa, con una longitud de 60 cm. La cual ya dibujada en SolidWorks queda de la siguiente forma:
55 Figura 49 Prensa de cerrado
La parte delantera de la prensa estará compuesta por una esponja con la finalidad de poder presionar las dos prensas con más fuerza. Cuando se plantearon las propuestas se dijo que la prensa de cada lado seria accionada por un actuador, pero se cambió a que sean dos actuadores por cada lado, todo esto para que la presión sea uniforme, ya que si existe un solo actuador este se encontrara por la parte media de la prensa, y puede que la acción de prensar no sea tan eficiente en todas las partes, además que teniendo dos actuadores de cada lado se asegura que la prensa no gire en determinado momento y la presión se aplique en dos puntos de la prensa. Teniendo esto en cuenta el dibujo de la prensa se diseñó para que tenga dos sujetadores donde entrara el actuador y se atornillaran uno con otro. La pieza encargada de unir el actuador con la prensa se muestra a continuación:
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Esta pieza ira enroscada en el vástago y con ayuda de los agujeros que tiene será anclada a la prensa anteriormente mostrada. Los actuadores a utilizar son doble efecto con una carrera de 30 cm. Y ya con la pieza anteriormente mostrada, quedan de la siguiente manera:
Figura 51 Actuador de doble efecto
Una vez que se encuentran trazados todos los elementos, se realiza el ensamble final, que permite visualizar la unión de todos los componentes, así como su funcionamiento.
Figura 52 Ensamble final del prensado de sacos con actuadores retraídos.
En la imagen anterior podemos ver los actuadores en forma retraída, este posición será ocupada cuando el saco llegue y mientras es abierto por la maquina anterior.
57 Figura 53 Ensamble final del cerrado de sacos con actuadores expulsados.
Una vez que ya tenemos estos dos elementos ahora debemos diseñar el contenedor de etiquetas, con una cara frontal interior de 12*15 cm con 20 cm de fondo, esto para que se puedan almacenar hasta 100 etiquetas, dicha caja tendrá una ranura por la parte de abajo, y una ranura en la parte frontal, además que por la parte interior tendrá un resorte el cual empujara poco a poco las etiquetas las