De acuerdo a los cálculos, los motores necesarios para esta aplicación deben tener las características de 0.5 Hp, factor de servicio de 1.5, capaz de ser montado de forma horizontal, con aislamiento clase B, y un diseño clase A.
93
-Motores del elevador rotativo en la alimentación de la paletizadora 1)Se determina la potencia eléctrica en KW del motor.
Selección de dos motores para la elevación de una pila con 7 tarimas, en el diseño de una paletizadora automática, estos motores pertenecen a un mecanismo de elevación el cual tiene que efectuar una transmisión por ruedas dentadas y cadena, capacidad de carga hasta de 598.86 kg con una velocidad de 0.195 m/s.
El rendimiento mecánico es que tan eficiente es la transmisión de potencia mecánica a través del mecanismo de transmisión. Se tomará de 0.9 ya que se trata de un acoplamiento directo a la flecha del motor.
La fuerza, y la potencia necesarias, y de acuerdo a las ecuaciones 3.10 y 3.11 son: m= 598.86 kg
= × 2 = � Por tanto:
= � × × =
Se tiene una potencia de 1273 Wla cual debe ser dividida entre dos para elevar ambos lados del elevador rotativo de alimentación.
= = ⁄
Los Hp’s de los dos motores a utilizar son los siguientes de acuerdo a la ecuación 3.12: = = ⁄
Los motores serán de 1 Hp c/u por no haber de 0.85 Hp.
2) Obtención de la potencia máxima a partir del factor de servicio.
El factor de servicio de un motor es un margen de seguridad, dichos valores ya se encuentra tabulados, por ello que se debe localizar la finalidad del motor mediante la tabla I, ubicada en el anexo A.
Ahora con el factor de servicio se obtiene la potencia máxima del motor con base en la ecuación 3.13.
94 = × =
3) Se selecciona el diseño del motor de acuerdo a su uso.
Los motores trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla en el rango de 1 a 2000 Hp, son especificados por su diseño: A, B, C o D, en la tabla II, ubicada en el anexo A, se encuentran las clases.
Los motores a seleccionar deben ser de “clase A” ya que esta proporciona, un par de arranque normal, con una corriente de arranque normal, lo que lo hace apto para cargas (cadena y blocks).
4) Se establece el tipo de arranque, montaje y aislamiento.
El arranque se hace directo ya que un motor con 1Hp, no tiende a cambiar el factor de potencia, este se representa en la figura I del anexo A.
El montaje, de acuerdo a los tipos mencionados en la tabla III, ubicado en el anexo A, debe ser de tipo horizontal montado en la estructura de la alimentación y sujetado por tornillos de alta resistencia.
En la tabla IV, ubicada en el anexo A, se muestran los diversos aislamientos, y en base a esta se requieren motores trifásicos con clase de aislamientoB.
5) Se calcula la corriente que pasa por el conductor una vez efectuado el arranque del motor.
-Carga continua
Es la carga cuyo máximo valor de corriente se espera que se conserve durante 3 horas o más y al 125% de la carga. Se toma la suma de la carga de ambos motores, y se obtiene:
= × =
Corriente eléctrica que pasa por el conductor por medio de la ecuación 3.14:
95 =
√ × × =
Corriente corregida por la ecuación 3.15:
= × =
Corriente de protección por ecuación 3.16:
= × = Potencia consumida por ecuación 3.17:
= √ × × × =
De acuerdo a los cálculos, los motores necesarios para esta aplicación deben tener las características de 1Hp, factor de servicio de 1.5, capaz de ser montado de forma horizontal, con aislamiento clase B, y un diseño clase A.
- Motores en el elevador rotativo del pallet falso
1) Se determina la potencia eléctrica en KW del motor.
Selección de un par de motores para descender el pallet falso cargado con 16 blocks (1 capa), en el diseño de una paletizadora automática, este motor tiene que efectuar una transmisión por ruedas dentadas y cadena, capacidad de carga hasta de 524.18 kg con una velocidad de 0.1 m/s.
La fuerza, y la potencia necesarias, y de acuerdo a las ecuaciones 3.10 y 3.11 son: m= 524.18 kg
= × 2 = � Por tanto:
= � × × = La potencia requerida para el motor es de 571.3 W
96 Esta carga se divide entre dos ya que se requieren dos motores esto es, un motor de un lado del pallet y el otro del lado opuesto a este.
=
Los Hp’s necesarios para estos motores de acuerdo a la ecuación 3.12 son: =
= ⁄ Se requieren 2 motores de ½ Hp c/u por no haber de 0.383 Hp.
2) Obtención de la potencia máxima a partir del factor de servicio.
El factor de servicio de un motor es un margen de seguridad, dichos valores ya se encuentra tabulados, por ello que se debe localizar la finalidad del motor mediante la tabla I, ubicada en el anexo A.
Ahora con el factor de servicio se obtiene la potencia máxima del motor con base en la ecuación 3.13.
= × =
3) Se selecciona el diseño del motor de acuerdo a su uso.
Los motores trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla en el rango de 1 a 2000 Hp, son especificados por su diseño: A, B, C o D, en la tabla II, ubicada en el anexo A, se encuentran las clases.
Los motores a seleccionar deben ser de “clase A” ya que esta proporciona, un par de arranque normal, con una corriente de arranque normal, lo que lo hace apto para cargas (cadena y blocks).
4) Se establece el tipo de arranque, montaje y aislamiento.
El arranque se hace directo ya que el 0.5 Hp de cada motor no tiende a cambiar el factor de potencia, este se representa en la figura I del anexo A.
El montaje, de acuerdo a los tipos mencionados en la tabla III, ubicado en el anexo A, debe ser de tipo horizontal montado en la estructura del pallet falso y sujetado por tornillos de alta resistencia.
97 En la tabla IV, ubicada en el anexo A, se muestran los diversos aislamientos, y en base a esta se requieren motores trifásicos con clase de aislamientoB.
5) Se calcula la corriente que pasa por el conductor una vez efectuado el arranque del motor.
-Carga continua
Es la carga cuyo máximo valor de corriente se espera que se conserve durante 3 horas o más y al 125% de la carga. Se considera la suma de las cargas de los dos motores:
= × =
Corriente eléctrica que pasa por el conductor por la ecuación 3.14:
= = =
√ × × =
Corriente corregida dada por la ecuación 3.15:
= × =
Corriente de protección en base a la ecuación 3.16:
= × = Potencia consumida por ecuación 3.17:
= √ × × × =
De acuerdo a los cálculos, los motores necesarios para esta aplicación deben tener las características de 0.5 Hp, factor de servicio de 1.5, capaz de ser montado de forma horizontal, con aislamiento clase B, y un diseño clase A.
-Motores en los rodillos con giro independiente
98 Selección de motores para rodillos, donde deben girar cuatro en un sentido y otros cuatro en sentido opuesto, ya que, este movimiento se requiere para girar los blocks de construcción y de esta manera obtener la posición deseada para el estibado estratégico. Debe de tener una capacidad de carga de 15 kg ya que es el peso del block más grande que se fabrica en la empresa, con una velocidad de 0.1 m/s y una alimentación eléctrica de 24 V CD, su potencia de acuerdo a las ecuaciones 3.10 y 3.11 es.
m= 15 kg y g=9.81 m/s2
= × 2 = � Por tanto:
= � × × = La potencia requerida para el motor es de 16.4 W
Los Hp’s con base en la ecuación 3.12 son:
= = El motor será de 1/44 Hp VCD
-Motor para la paleta direccionadora
1) Se determina la potencia eléctrica en KW del motor.
Selección de un motor para girar el tornillo sin fin con la finalidad de mover la paleta generando un movimiento horizontal, esto es para darle la dirección a los blocks de construcción y así realizar el estibado de manera estratégico en el pallet falso. Debe de tener una capacidad de carga de 22 kg, con una velocidad de 0.1 m/s y una alimentación eléctrica de estar entre 24 y 100 V CD, su potencia de acuerdo a las ecuaciones 3.10 y 3.11, es.
m= 22 kg y g=9.81 m/s2
= × 2 = �
Por tanto:
= � × × =
99 Los Hp’s con base en la ecuación 3.12 son:
= =
El motor será de 1/27 Hp VCD 3.3 Selección de equipo
La propuesta realizada consta de distintos equipos para que esta pueda desarrollar la finalidad correspondiente, debido a que, una correcta selección de estos asegura que la maquinaria está operando de forma correcta y otorgue un mayor tiempo de vida útil.
3.3.1.- Selección del Controlador Lógico Programable (PLC)
Los PLC se encuentran en una gran cantidad de dispositivos realizando acciones de control en diversos procesos industriales, siendo la base del control en la mayoría de procesos industriales, ya que son capaces de monitorear todo tipo de variables dentro de un proceso y generar las acciones de control correspondientes.
Como se mencionó en el capítulo del marco teórico, el controlador de un sistema depende de las necesidades del proceso que se pretende automatizar y por lo tanto se requiere conocer la cantidad de instrumentación para la correcta selección, es por ello que en la tabla 3.2, se hace una lista de los instrumentos que deben ser conectados al controlador, para dimensionarlo correctamente.
100 Elemento Cantidad Alimentación
CA/CD Entradas Digitales Salidas Digitales Sensor Fotoeléctrico 5 CD 5 - Sensor Inductivo 1 CD 1 - Sensor de final de carrera 3 CD 3 - Válvula de Solenoide 5 - - 5 Relevador 6 - - 6 Total 9 11
Tabla 3.2.- Dimensionamiento del PLC
Considerando lo anterior se debe reflexionar si es o no posible tener un controlador por medio de la siguiente tabla.
Necesidad Selección
Proceso secuencial
En caso de una operación de estibado, este si es proceso monótono, por lo que, si es necesario tener un controlador que realice las actividades.
Siendo un PLC la mejor selección por las facilidades que esta nos otorga.
Diversos tipos de Producto
Para el caso de una empresa de fabricación de block, sí maneja diversos tipos, cada uno contiene diversas formas y medidas, por lo que se requiere un controlador capaz de manejar las diversificaciones que eso representa, siendo importante su
101 programación para ello.
Espacio Disponible
El controlador se deberá encontrar dentro del gabinete correspondiente, es por ello que se prefiere un controlador lógico programable de pocas dimensiones.
Actuadores
Para el caso del controlador necesitado, no es necesario que tenga varios tipos de salidas y entradas, ya que todos los
elementos son dispositivos digitales, siendo una cantidad mínima de 9 entradas digitales por 11 salidas digitales.
Distancia al controlador
Es necesario que el controlador se encuentre cerca del proceso, debido a que la empresa no cuenta con un área destinada para un cuarto de control, y no puede ser
monitoreada desde un lugar remoto, por lo que se debe tener cerca pero protegido por su gabinete con la norma correspondiente.
102 Los principales proveedores de Controladores Lógicos Programables que por sus características, logran cubrir las necesidades de la operación descritas en la tabla 3.3 son los tabulados en la tabla 3.4, en ello incluye la familia del controlador así como el más adecuado de cada marca.
MARCA FAMILIA PLC
Siemens Simatic s7 S7-200
Allen Bradley Micrologix 1200
Mitsubishi Melsec Fx FX1N
Schneider Electric Twido Twido
Fanuc GE Versa Max Durus
Honeywell Modular Control System HC 900
ABB System 800Xa s 800-I/O
Delta Electronics DVP Series DVP-EH2
Vipa System 200 200V
Omron Compactos 320 E/S CPM2A
Tabla 3.4.- Marcas consideradas para selección
Se presentan los diferentes controladores lógicos programables, que son capaces de satisfacer las necesidades que implica este proyecto, es por ello que ahora es necesario comparar las características y precios que cada uno de los controladores ofrece escogiendo de esta forma el más indicado, esta comparación extensa se muestra en la tabla 3.5.
103 ASPECT OS PLC Precio Entradas y salidas (D y A) Multita reas Contado res
Lenguaje Software Conexion a Red/ Tipo a PC Tipo de controlador / CPU Servicio disponi ble Literatura disponible S7-200 $6,900 D (14E/10S) A (2E/1S) Si 0.22µs 4 Escalera Step 7 Micro/WI N RS-485 Compacto 224XP Internet Inglés 1200 $5,900 D (24E/16S) Si 0.44µs 4 Escalera RSLogix 500 RS-232 Compacto 1762- L40AWA Internet Inglés FX1N $ 5,000 D (14E/10S) Si 0.55µs 2 Escalera Texto Bloques GX Developer Fx RS-232 Compacto FX1N-24 MR-DS Pr Internet Inglés Español Twido $4,700 D (14E/10S) Si 0.15µs
4 Escalera Twidosuite RS-485 Compacto
TWDLCDA2 4DRF Internet Inglés Español Durus $4,000 D (12E/8S) A (4E/0S) 10ms 6 Escalera Bloques Keypad Durus Software RS-485 Compacto IC210MDR0 24 Fabrican te Inglés HC 900 $24,000 ☼ D (16E/16S) A (8E/4S) 27ms N/D Bloques HC Designer Ethernet RS-485 RS-232 Modular C30 Internet Inglés
104 s 800-I/O $21,000 ﬩ D (16E/16S) 0.7µs N/D Texto
Escalera Bloques
Advant OCS
Rs-485 Modular Internet Inglés
DVP-EH2 $3,900 D (12E/8S) 0.24µs 4 Escalera Lista Grafcet WPLSoft RS-232 Compacto DVP20EH00 R2 Internet Inglés 200V $11,900 ‹D (16E/16S) A (2E/2S)
0.18µs N/D Escalera Step 7 RS-485 Modular
214C
Internet Inglés CPM2A $11,162 ←D (12E/8S) 0.64µs 5 Escalera CXProgra
mer
RS-232 Compacto
20CDR-D
Internet Inglés
105
☼ La cotización se realizó con los módulos 900G02-0102 (D I), 900H02-0102 (D O), y rack 900R04-0001
﬩ La cotización se realizó con los módulos DI810 (D I), DO810 (D O).
‹ La cotización se realizó con los módulos 223-2BL10 (D I/O),
Una vez realizada la comparación de las diversas características que cada proveedor ofrece se establece que el controlador lógico programable que se ha seleccionado es, como lo muestra la figura 3.1, el Micrologix 1200 (1762-L40BXB) ofrecido por el fabricante Allen Bradley, sus principales características están en la tabla 3.6 y otros documentos en el Anexo B.
Controlador Lógico Micrologix 1200 con alimentación a 24 V CD Marca: Allen Bradley
Modelo: Micrologix Compacto (1762-L40BXB) Condición: Nuevo
Precio: $5,900.00
Especificaciones: Anexo B
Figura 3.1.- PLC Micrologix 1200
Tabla 3.6.- Características del PLC
3.3.2.- Selección de Sensores
Siempre en un proceso que debe automatizarse se requiere de una gama de sensores, ya que estos representan las formas en que el controlador recoge la información de lo que está ocurriendo en alguna etapa del proceso.
106 Para seleccionar el tipo de sensor requerido para el proceso se deben considerar los siguientes criterios importantes:
Donde deben instalarse. Los sensores deberán ser capaces de soportar polvo y agua, debido a que, al ser colocados en la intemperie, sobre la línea de proceso, las condiciones climáticas son cambiantes.
La finalidad. La variable física que debe medirse corresponde a la presencia de los blocks sobre la línea de producción, y la presencia de las tarimas en la cadena elevadora.
Una vez definida la utilidad que los sensores requieren cubrir, se pueden delimitar los sensores, capaces de cubrir las necesidades pueden ser de tipo capacitivo, inductivo, y los ópticos.
Como los blocks no son de metal se descartan los sensores inductivos, por tanto queda entre los sensores capacitivos y ópticos, pero debido a que el material de cada tipo de block no contiene la misma cantidad de componentes, la constante dieléctrica requerida para que el sensor capacitivo opere de manera correcta, no es la misma por lo que se debería calibrar el sensor con cada tipo de block, lo que no es muy útil, por ello que, el más apropiado es el sensor óptico.
Dentro del mercado hay una infinidad de marcas fabricantes de sensores, es por ello se debe hacer una comparativa con las marcas de distribución en México, representando algunos en la tabla 3.7.
Marca de Sensores Ópticos Costo Aproximado (MN)
Allen Bradley $1200.00 Autonics $800.00 Sunx $900.00 Datalogic $800.00 Sick $900.00 SCHMersal $1000.00
107 Los costos son obtenidos a través de ISEL Implementos y Servicios México, por medio de una búsqueda en internet.
Para seleccionar el sensor óptico adecuado al proceso se utilizan las siguientes cuatro características.
1. Forma de la Carcasa. Las empresas fabricantes diseñan las carcasas selladas o con bases a través de sujeción mediante tornillos, esto por la norma europea EN 60947. Debido a las condiciones en que deberá operar el sensor es necesario que este se encuentre con una carcasa sellada que sea de metal.
2. Distancia Operativa. Es la característica más importante que se debe tomar en cuenta, ya que de ella depende una buena lectura, en la EN 60947-5-2 las posibilidades de operar un sensor son: por aproximación axial y aproximación radial, por tanto, si el sensor es aproximado de forma axial, se necesita que se encuentre aproximadamente a 40 cm.
3. Datos eléctricos y conexiones. Es importante que el sensor seleccionado utilice voltaje de corriente directa de entre 10 y 30 VCD, tanto para su alimentación, como su salida al controlador, siendo de una conexión a dos hilos y normalmente abierta. 4. Generalidades. El sensor deberá trabajar entre 4 y 25 mA, protegidos mediante
NEMA 12 o IP65, y en un rango de temperatura de -25 °C a 75 °C o 248 °K a 343 °K.
En base a dichas características, y a los costos previamente cotizados la empresa Autonics ofrece una gama de sensores que los cubre, sin embargo se ha distinguido la serie Autonics BR Sensores cilíndricos.
Dentro de las especificaciones que ofrece la serie de sensores Autonics BR, el sensor seleccionado, es el retro reflectivo, mostrado en la figura 3.2, con las características principales de la tabla 3.8.
108 Sensor Fotoeléctrico Retro reflectivo de 12-24VCD
Marca: AUTONICS Modelo: BR3M-MDT-P Distancia de trabajo: 0.1 a 2 m Montaje: Perpendicular. Precio: $850.00 Especificaciones: Anexo C
Figura 3.2.- Sensor óptico Autonics Tabla 3.8.- Características del sensor 3.3.3.- Selección de los motores
- Selección de los motores en el transportador de rodillos
De acuerdo a lo mencionado en la sección teórica el motor debe cumplir las especificaciones requeridas, y una forma de control sencillo.
Con base en los cálculos realizados en este capítulo en el punto 3.2.2, se ha realizado una comparación de diversas marcas, que se encuentra en el anexo A tabla VI, donde destaca el motor mostrado en la figura 3.3, con las principales características de la tabla 3.9.
109
Motor trifásico tipo jaula de ardilla totalmente cerrado y autoventilado Marca: ABB Modelo: 3GQA083301ASA0.5 Voltaje de alimentación: 220 V HP: ½ hp Velocidad: 1108 RPM Condición: Nuevo Precio: $ 3,078.573 + IVA Aislamiento: Clase B Montaje: Horizontal rígido Frecuencia: 60 Hz
Figura 3.3.- Motor jaula de ardilla ABB
Tabla 3.9.- Características del motor
- Selección de los motores en el elevador rotativo de alimentación
Con base en los cálculos realizados en este capítulo en el punto 3.2.2, se ha realizado una comparación de diversas marcas, que se encuentra en el anexo A tabla VII, donde destaca el motor mostrado en la figura 3. 4, con las principales características de la tabla 3.10.
110 Motor trifásico tipo jaula de ardilla totalmente cerrado y autoventilado
Marca: ABB Modelo: 3GQA093101AXA1 Voltaje de alimentación: 220 V HP: 1 hp Velocidad: 1111 RPM Condición: Nuevo Precio: $ 4,251.363 + IVA Aislamiento: Clase B Montaje: Horizontal rígido Frecuencia: 60 Hz
Figura 3.4.- Motor jaula de ardilla ABB Tabla 3.10.- Características del motor
- Selección del motor en el pallet falso
La aplicación de este par de motores es similar a la de los elevadores, es decir ellos deben descender, mediante un juego de cadenas, el pallet falso, con los actuadores, y la cama de blocks correspondiente, posteriormente ascender el antes mencionado pallet falso, con base en las características requeridas para la máquina se han realizado cálculos, establecidos en este capítulo en el punto 3.2.2, en los cuales se demuestra que este par de motores requeridos es de las mismas especificaciones que el del transportador de rodillos, es decir el ABB tipo jaula de ardilla.
111 - Selección del motor en rodillos con giro independiente
Con base en los cálculos realizados en este capítulo en el punto 3.2.2, se ha realizado una comparación de diversas marcas, que se encuentra en el anexo A tabla VIII, donde destaca el motor mostrado en la figura 3.5, con las principales características de la tabla 3.11.
Motor de Imán Permanente de 24 V Marca CF motor , modelo RS-385SH Alimentación Velocidad Construcción Corriente HP Precio
24 V CD 4300 RPM Imán permanente 0.21 A 1/44 $ 64.529 + IVA
Figura 3.5.- Motor de Imán permanente CFmotor Tabla 3.11.- Características del motor de CD para rodillos - Selección del motor para la paleta direccionadora
Con base en los cálculos realizados en este capítulo en el punto 3.2.2, se ha realizado una comparación de diversas marcas, que se encuentra en el anexo A tabla IX,