Capítulo II
MARCO TEÓRICO
11 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
El capítulo a continuación amplía la descripción del problema. Integra la teoría con la investigación y sus relaciones mutuas. Este marco aborda las características del fenómeno o problema en estudio. Estas características constituyen las variables, que no son más que las diferentes proposiciones, diversos conocimientos, que permitirán estudiar el problema. Explica los aspectos teóricos necesarios para la consecución de los objetivos planteados.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
En este aporte se citan y revisan las investigaciones realizadas con anterioridad a este estudio, que sirven de marco referencial desde el punto de vista epistemológico del mismo. En este sentido, para enriquecer los enfoques y orientar adecuadamente el estudio, se reseñan a continuación algunas investigaciones relacionadas con el tema.
Sobre las bases de las ideas expuestas, Sánchez y Villagomez (2013), presentaron un proyecto de investigación para optar al título de Ingeniero Mecatrónico en la Escuela Politécnica del Ejército cuyo título fue “Diseño e implementación de un sistema automático prototipo para el conteo y
separación de varillas”. Tuvo como objetivo general desarrollar un sistema de conteo y separación automático de varillas.
El prototipo estuvo constituido por una parte mecánica y eléctrica del sistema separador de varillas, seguido del diseño de visión artificial y el software de control, mediante el desarrollo e implementación de algoritmo de control. Dicha investigación estuvo sustentada bajo las bases teóricas de los siguientes autores principales: Manzano (2012), Carlos (2010), Prieto (2005).
Este trabajo de investigación se basó en la modalidad del proyecto factible, el diseño fue de campo no experimental. La metodología de la investigación se fundamentó en el estudio de Vargas (2009) que comprende la metodología de proyectos mecatrónicos industriales, la misma consta de cinco fases, la fase I comprende la fabricación del proyecto, la fase II el ensamblaje y pruebas de actuación del prototipo, la fase III la monitorización de variables, la fase IV la valoración de la actuación, la fase V el análisis de resultados.
A manera de conclusión, en cuanto a la implementación, se obtuvieron los datos en sitio siguiendo un protocolo de pruebas de vacío, de la cual los resultados se pudieron observar que el sistema separador se acopla a la infraestructura y espacio disponible, y responde de buena manera a las velocidades propuestas para el sistema. Los investigadores recomiendan que para garantizar el buen funcionamiento del sistema es recomendable desarrollar e implementar un programa de mantenimiento preventivo para el deterioro prematuro de los elementos mecánicos y electrónicos del sistema.
Este antecedente se considera un aporte esencial a la presente investigación, puesto que proporciona bases teóricas importantes, aplicables al estudio a desarrollar ya que contiene información valiosa sobre los fundamentos básicos de procesos de conteo industriales totalmente aplicables para alcanzar los objetivos planteados en la presente investigación.
Por otra parte, Rodriguez (2015) realizó un estudio en la universidad Dr.
Rafael Belloso Chacín presentado como requisito para optar al grado de Magíster Scientiarum en Ingeniería de Control y Automatización de Procesos, titulado “Sistema de visión de máquinas para control de calidad de preformas PET”, cuyo objetivo general fue desarrollar un sistema de visión de máquinas para control de calidad de preformas PET. Se basó en los lineamientos teóricos fundamentados en González (2005), Snyder (2004), Davies (2003), Hurtado (2012), Cabero (2011), Tamayo y Tamayo (2011), entre otros. Esta investigación fue de tipo descriptiva y proyectiva, el diseño fue de campo no experimental, transeccional.
Del mismo modo, la metodología empleada para llevar a cabo la investigación se fundamentó en la aplicada por Cho (2003) y modificada por el autor, cimentada sobre las bases del método para la elaboración de proyecto de Angulo (1996) y Harmon (1988), el cual consta de ocho fases, la fase I se basa en la definición de las especificaciones, la fase II es el esquema general, la fase III en el ordinograma general, la fase IV comprende la definición del hardware, software e interfaz, en la fase V se desarrolla la
codificación del programa, la fase VI la implementación del hardware, la fase VII en la depuración del software y por último la fase VII son las pruebas finales.
El proceso de recolección de los datos se utilizó como técnica de la observación directa no participante y documental, además de entrevistas no estructuradas. Esta investigación estudió lo que en materia de visión de máquinas es necesario conocer para el desarrollo de un sistema inteligente direccionado al control de calidad. Los resultados obtenidos demostraron la factibilidad de incluir y usar esta herramienta en los procesos de inspección visual.
Como conclusión, el estudio permitió alcanzar el objetivo general, por medio de la detección de defectos de superficies como burbujas, incrustaciones o puntos negros de manera exitosa, además del análisis de cada objetivo específico de la investigación. El autor recomienda a la empresa donde se desarrolló el trabajo, realizar estudios dirigidos a la implantación de éste sistema, como medio complementario para el control de la calidad de los productos elaborados por esta.
El mencionado antecedente resulta clave para la presente investigación ya que está orientado al control de calidad de un determinado proceso industrial, sirviendo éste de base para la estructuración del control de calidad de la empresa Zuliana de Plásticos en cuanto al conteo de vasos se refiere como manejo interno de su proceso de inspección.
Por último, Salazar, Vargas y Yari (2016) realizaron una investigación
titulada “Sistema de Control Automático inalámbrico para la localización y desplazamiento de una silla de ruedas” en la Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, específicamente en la escuela de Electrónica Mención Automatización y Control. El objetivo de esta investigación es desarrollar el sistema de control automático inalámbrico para la localización y desplazamiento de una silla de ruedas.
Dicha investigación estuvo sustentada bajo las bases teóricas de los siguientes autores principales: Angulo (2003); Bolton (2001); Dorf (2005);
Forouzan (2002), Ogata (2010), entre otros.
La investigación fue clasificada como proyectiva, descriptiva, con un diseño no experimental. El diseño se logró siguiendo la metodología de José María Angulo (1986), la misma está compuesta por IX fases: definición de las especificaciones, ordinograma general, ordinogramas modulares y codificación del programa, esquema general del hardware, implementación del hardware, integración del hardware con el software, construcción del prototipo definitivo, las pruebas finales y depuración del software.
Al concluir estas IX fases, se obtuvo como resultado el desarrollo de un sistema de control automático inalámbrico para la localización y desplazamiento de una silla de ruedas. Se recomienda llevar a cabo la propuesta que se presenta ya que representa un avance significativo para el uso de sillas de ruedas, puesto que el mismo permite al usuario poder desplazar sus sillas de ruedas desde su teléfono celular Android a un bajo costo.
Para la elaboración de esta investigación, el proyecto antes mencionado proporcionó parte de la ayuda necesaria para obtener el conocimiento en materia del funcionamiento de los sistemas Automáticos, así como también la metodología y tipos de investigación aquí encontrados fortalecen las bases y sirven como guía para el desarrollo del presente proyecto.
2. BASES TEÓRICAS
Como bases para lograr los objetivos de esta investigación, se desarrollan definiciones y conceptos claves relacionados a la variable objeto de estudio, recolectados de diversos autores con el fin de fundamentar la investigación.
2.1. ZULIANA DE PLÁSTICOS C.A
Zuliana de Plásticos C.A, es una industria líder en Venezuela, en la fabricación de envases plásticos desechables termoformados de excelente calidad. Ubicada en la zona industrial I de Maracaibo.
2.1.1. RESEÑA HISTÓRICA
Desde 1973 se dedican a producir y comercializar envases plásticos desechables termoformados, de excelente calidad y precios competitivos, tales como vasos, tinas, platos, tapas y pitillos, mediante la transformación de la materia prima (Poliestireno y Polipropileno) a través del proceso de
extrusión y termoformado para atender al consumidor venezolano y apuntando a participar en los mercados internacionales.
Encuentran la clave del éxito en la sinergia del talento de sus trabajadores capacitados y comprometidos con la calidad combinado con las nuevas tecnologías de producción y comunicación, interactuando en un clima de armonía y desarrollo integral para beneficio de todos: trabajadores, clientes, proveedores, empresa, comunidad, medio ambiente y partes interesadas.
2.1.2. MISIÓN
Actualmente la empresa ZULIANA DE PLASTICOS, C.A, tiene como misión: “Producir y comercializar envases plásticos desechables, termoformados, de excelente calidad y precios competitivos, para el mercado nacional y de exportación, mediante la sinergia del talento humano de los trabajadores, capacitados y comprometidos y las nuevas tecnologías de producción y comunicación, en un ambiente de armonía y desarrollo integral para: trabajadores, clientes, proveedores, empresa, comunidad y medio ambiente.”
2.1.3. VISIÓN
La empresa ZULIANA DE PLASTICOS, C.A, tiene como visión: “Ser la industria líder en Venezuela, en la fabricación de envases plásticos desechables termoformados de excelente calidad.”
2.1.4. POLÍTICA DE LA CALIDAD
Zuliana de plásticos C.A, tiene como política de la calidad lograr la satisfacción de nuestros clientes a través de la fabricación y comercialización de envases plásticos de excelente calidad para el consumo de alimentos y bebidas, en un ambiente de excelencia bajo las siguientes premisas:
Personal competente, motivado y comprometido, mejora continua e innovación en nuestros procesos, relaciones beneficiosas y de armonía con nuestros trabajadores, aliados comerciales, proveedores, comunidad, medio ambiente, y partes interesadas.
2.1.5. OBJETIVOS DE LA CALIDAD
Mejorar la eficacia y eficiencia de nuestros procesos.
Formar a nuestro personal y asegurar su competencia.
Mantener una gestión de seguridad, salud ocupacional y ambiente apegada a las leyes.
Aumentar la producción de envases plásticos a través de la incorporación de nuevas tecnologías, productos y un sistema de mantenimiento basado en la confiabilidad de maquinarías y equipos.
Aumentar la venta de envases plásticos a través de nuestros actuales aliados comerciales y el desarrollo de nuevos clientes.
Aumentar la satisfacción de nuestros clientes.
Aumentar la cantidad de proveedores de bienes y servicios.
Mantener y mejorar un Sistema de Gestión de la Calidad, fundamentado en las normas ISO.
Mantener una gestión de Responsabilidad Social.
2.1.6. CERTIFICACIÓN FONDONORMA
FONDONORMA, es una asociación civil sin fines de lucro con personalidad jurídica y patrimonio propio, fue creada en 1973 con el fin de desarrollar en Venezuela las actividades de normalización y certificación en todos los sectores industriales y de servicios, y de formar recursos humanos en dichas especialidades. La certificación pone de manifiesto que un producto, proceso o servicio está conforme con una norma o requisitos especificados. Asimismo reconoce la competencia profesional de quienes se desempeñan como auditores de sistemas de gestión. FONDONORMA lleva a cabo esta actividad de manera imparcial, transparente y con total objetividad.
2.1.6.1. ISO 9001:2008
Según el prólogo incluido en cada norma de la Organización Internacional de Normalización (ISO, 2015, p.iv), ISO es una federación mundial de organismos nacionales de normalización (organismos miembros de ISO). El trabajo de preparación de las normas internacionales normalmente se realiza a través de los comités técnicos de ISO.
Cada organismo miembro interesado en una materia para la cual se haya establecido un comité técnico, tiene el derecho de estar representado
en dicho comité. Entre sus normas está la ISO 9001-2008 (ISO, 2008, p. vi) que tiene como generalidad que la adopción de un sistema de gestión de la calidad debería ser una decisión estratégica de la organización.
No es propósito de esta norma internacional proporcionar uniformidad en la estructura de los sistemas de gestión de la calidad o en la documentación. Esta norma internacional pueden utilizarla partes internas y externas, incluyendo organismos de certificación, para evaluar la capacidad de la organización para cumplir los requisitos del cliente, los legales y los reglamentarios aplicables al producto y los propios de la organización.
2.1.7. PROCESOS DE PRODUCCIÓN EMPLEADOS EN ZULIANA DE PLÁSTICOS C.A.
Aproximadamente el 65% de los materiales plásticos pasa a través de una extrusora. El tipo de extrusora más utilizado es la máquina mono-tornillo, esto es debido a que son más simple, baratas y más fácil de mantener continuidad. De igual manera el proceso de termoformado es tan solo uno de muchos métodos mediante los cuales se transforma a los materiales plásticos en numerosos artículos. Por tanto estos son los procesos medulares existentes en Zuliana de Plásticos C.A.
2.1.7.1. EXTRUSIÓN/LAMINACIÓN
En el proceso de extrusión se utiliza como maquinaria central la extrusora. Inicialmente es necesario alimentar la extrusora con polipropileno
o poliestireno, según sea el caso mediante una tolva de alimentación ubicada específicamente en la entrada del túnel o baúl, en la cual a su vez se realiza la mezcla entre el material virgen, reciclado y colorantes.
Luego el material es transportado a través de la extrusora por la acción del tornillo sin fin. Se le aplica calor a través de calentadores externos y la fricción generada por disipación viscosa, donde el polímero sólido pasa a fundido. La presión aplicada sobre la masa del polímero lo fuerza a fluir a través de los dispositivos aguas abajo.
El proceso de laminación inicia con la entrada del material fundido al cabezal que se encarga de guiar el flujo de tal forma que se distribuya de manera uniforme en los labios del cabezal permitiendo así un perfil de espesores sustancialmente constante a la entrada de los cilindros pulidos, los cuales se encargan de dar el espesor definitivo y el brillo a la lámina mediante el control de temperaturas y el cierre neumático de los mismos.
Figura 1. Proceso de extrusión y laminación.
Fuente: Zuliana de Plásticos C.A. (2000).
Ya en estos momentos, tenemos una lámina que pasa posteriormente al sistema de refile y a unos cilindros de goma que dan los últimos ajustes dimensionales mediante el tensionamiento controlado de la misma, para pasar finalmente al bobinador para ser convertido en rollos o bobina. En la figura 1, se muestra la máquina extrusora y sus partes componentes.
2.1.7.2. TERMOFORMADO
El proceso de termoformado comienza cuando se instala la bobina en la máquina termoformadora, ésta la lámina se precalienta por fricción a través de un sistema que incluye dos rodillos dotados de resistencias calefactoras, luego aplicando un diferencial de presión adopta la forma de un molde frío, donde solidifica y finalmente es extraída. El proceso de termoformado tiene diversas variantes, para obtener la pieza requerida. La presión puede ser aplicada completamente al vacío o puede ser asistida por la presión atmosférica.
Figura 2. Proceso de Termoformado.
Fuente: Zuliana de Plásticos C.A. (2000).
En otros casos se utiliza una especie de pistón que ayuda a la termoformadora para adoptar la forma requerida, o un molde macho – hembra que proporciona la forma exacta de la pieza. La combinación de algunos de estos métodos es frecuentemente utilizada dependiendo de las características finales de la pieza. En la figura 2 se muestra la máquina termoformadora y sus partes componentes. El proceso de termoformado ofrece un formado rápido y uniforme, con lo que permite la automatización y la posibilidad de lograr corridas de producción largas, debido a los rápidos ciclos de moldeo y al costo de moldes relativamente bajos.
2.2. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA CALIDAD
Según la Organización Internacional de Normalización (ISO, 2015, p. 2)
“Un Sistema de Gestión de la Calidad comprende actividades mediante las que la organización identifica sus objetivos y determina los procesos y recursos requeridos para lograr los resultados deseados”. El Sistema de Gestión de la Calidad gestiona los procesos que interactúan y los recursos que se requieren para proporcionar valor y lograr los resultados para las partes interesadas pertinentes.
El Sistema de Gestión de la Calidad posibilita a la alta dirección optimizar el uso de los recursos considerando las consecuencias de sus decisiones a largo y corto plazo. Un Sistema de Gestión de la Calidad proporciona los medios para identificar las acciones para abordar las consecuencias previstas y no en la provisión de productos y servicios.
2.2.1. TÉRMINOS BÁSICOS
Los conceptos y los principios de la gestión de la calidad descritos en la Norma Internacional ISO 9000, proporcionan a la organización la capacidad de cumplir los retos presentados por un entorno que es profundamente diferente al de décadas recientes.
El contexto en el que trabaja una organización actualmente se caracteriza por el cambio acelerado, la globalización de los mercados, los recursos limitados y la aparición del conocimiento como un recurso principal.
2.2.1.1. CALIDAD
Dentro de los conceptos que incluye la ISO en su norma internacional 9000 (2015, p. 2) especifica que “La calidad de los productos y servicios de una organización está determinada por la capacidad para satisfacer a los clientes, y por el impacto previsto y el no previsto sobre las partes interesadas pertinentes”.
Así mismo, la ISO define el término Calidad (2015, p. 19) como “el grado en el que un conjunto de características inherentes de un objeto cumple con los requisitos”. Del mismo modo para Camisón, Cruz y González (2006, p. 155) la calidad “es el grado o estándar de excelencia de alguna cosa”. En este sentido indican también que “la medición de la calidad usando la conformidad con las especificaciones es relativamente sencilla, y aporta un sistema operativo de control del logro de los objetivos de la calidad”.
2.2.1.2. CONTROL DE LA CALIDAD
Para la ISO (2015, p. 14) “es la parte de la gestión de la calidad orientada al cumplimiento de los requisitos de la calidad”. Consiste en la implantación de programas, mecanismos, herramientas y/o técnicas en una empresa para la mejora de la calidad de sus productos, servicios y productividad.
Bajo la misma premisa Evans, J. y Lindsay W. (2008, p. 357) especifican que el control de la calidad “comprende la revisión sistemática de los indicadores de tiempo, los recursos y el costo conforme el proyecto se lleve a cabo”.
2.3. CONTADOR
Para Delgado, Mira y Dormido (2001, p. 496), un contador es un:
Circuito secuencial capaz de recorrer una secuencia previamente especificada de estados. En general reciben como entrada un tren de impulsos y responden con una sucesión de estados correspondientes a la representación en binario del número de impulsos recibidos desde que se inició el ciclo.
Por su parte Morris (2003, p. 248) define un contador como un “circuito secuencial que pasa a través de una secuencia prescrita de estados bajo la aplicación de pulsos de entrada” En referencia a los dos conceptos antes citados se puede decir que los contadores son circuitos electrónicos digitales importantes para gran parte de la tecnología existente hoy en día, debido a la importancia que representan en los procesos automatizados. En el mismo
orden de ideas Tokheim (1995, p.260) expresa que los contadores “Son circuitos lógicos secuenciales porque la temporización es obviamente importante y porque necesitan una característica de memoria”.
El nombre contador generalmente se utiliza para cualquier circuito secuencial temporizado cuyo diagrama de estado contenga un solo lazo. Los contadores son por tanto, pequeños sistemas secuenciales de aplicación general, de construcción muy diversa, ya que se pueden construir desde el arreglo de varios componentes electrónicos hasta un solo circuito integrado.
Las aplicaciones de los contadores son diversas: frecuencímetros, relojes, secuenciadores de control industrial, entre otros.
2.3.1. TIPOS DE CONTADORES
Para Hermosa (1995, p. 242) “aparecen dos tipos de sistemas contadores: los síncronos y los asíncronos.” La estructura de los asíncronos es la más sencilla, pero producen estados transitorios no deseados que pueden limitar su campo de aplicación. Mientras que los síncronos permiten mayor velocidad de funcionamiento que los asíncronos y además no tienen el inconveniente de los estados transitorios, aunque pueden resultar más complejos.
Bajo la misma premisa Sánchez (1993, p. 32) señala que “desde el punto de vista de activación, los contadores de un número de pulsos, operan básicamente en una de dos maneras posibles, asincrónica o sincrónica”. De acuerdo al tipo de contador binario básico se construyen los arreglos para el
extremo al que habrá de dirigirse la cuenta; esta puede ser ascendente y/o descendente, de acuerdo a la aplicación y valor final a contar, con opción o no a ser regresiva a un valor inicial.
La necesidad de regresar hasta un valor de inicio, realizable mediante retroalimentación, es evidente por el hecho de que generalmente la cuenta decimal final obtenida no es siempre un número igual a 2ⁿ. En esencia, la contabilidad de eventos se efectúa en base a división de frecuencia y, por esto, en función de circuitos biestables tipo T. Los arreglos de ordenador seguidor, en función de entradas tipo J-K, desempeñan aquí un papel importante.
2.3.1.1. CONTADORES ASÍNCRONOS
De acuerdo a Sánchez (1993, p.33) “un dispositivo contador binario funcionará de manera asincrónica si los multivibradores biestables no son disparados por un mismo pulso activador simultáneamente”. La situación real es que los cambios apropiados de nivel, en la salida de cada etapa previa, habrán de generar un consecuente cambio de estado lógico en la salida de la siguiente etapa.
La excitación y respuesta sucesiva de cada etapa muestra parcialmente un aspecto de propagación de una onda. Por esta razón al contador en modo asincrónico también se le llama contador de ondulación.
Vinculado a lo expuesto anteriormente, para Morris (1987, p. 277) en un contador de ondulación “la transición de salida del biestable sirve como una
fuente para disparar otro biestable”. La ventaja de estos contadores es su sencillez y la principal desventaja es su limitada velocidad de respuesta.
2.3.1.2. CONTADORES SÍNCRONOS
Según el estudio de Sánchez (1993, p. 33) para el funcionamiento sincrónico “los multivibradores biestables del sistema contador se excitan simultáneamente con una terminal de entrada común al pulso del reloj”. En consecuencia, las salidas habilitadas de los binarios cambian al mismo tiempo.
Por su parte, Morris (1987, p. 281) expresa que se distinguen de los contadores de pulsación en que “los pulsos del reloj se aplican a las entradas CP de todos los biestables. El pulso común dispara de forma simultánea todos los biestables, en lugar de uno a la vez en sucesión como en un contador de pulsación”. La ventaja es su mayor velocidad de respuesta respecto al asincrónico.
2.4. APLICACIONES DE LOS CONTADORES
Desde la perspectiva de Pollán (2007, p. 139), sin duda, “los contadores son los bloques digitales más utilizados, estando presentes en la mayor parte de los sistemas digitales, habida cuenta del amplio número y diversidad de sus aplicaciones”.
En primer lugar, el propio contaje directo de unidades que, además de la información sobre número de objetos, personas o sucesos, permite el
control de dicho número; por ejemplo controlar el número de objetos a insertar en un envase, el número máximo de personas presentes en un recinto.
La división de frecuencias, consecuencia directa del contaje de sus pulsos, que ofrece la posibilidad de disminuir la frecuencia de las señales y aumentar la unidad temporal que señalan sus períodos. El tiempo es una variable «omnipresente» que afecta a todo tipo de procesos y actividades;
además, puede ser aprovechada indirectamente para medir otros tipos de magnitudes. Los contadores son una buena herramienta para el manejo de la variable tiempo, por cuanto que permiten medirla con precisión y permiten, también, definir intervalos temporales precisos.
2.4.1. CONTAJE DE OBJETOS Y SUCESOS
Según Pollán (2007, p. 139) “La cuenta directa de unidades (pulsos, objetos, sucesos) encuentra aplicación en muchos procesos. Para ello se precisa que el fenómeno a contabilizar sea primeramente transformado en señal eléctrica, mediante el correspondiente sensor al que seguirá un circuito de conformación de pulsos adecuado”. Por ejemplo, se pueden contar objetos haciéndolos pasar en fila de a uno por una cinta transportadora entre una célula fotoeléctrica y un foco luminoso. La utilización de fotodetectores y otros tipos de sensores de interposición o de proximidad para detectar presencia de objetos, personas o marcas es tan amplia que existe una gran diversidad en la oferta de tales componentes.
Por otra parte, se da el caso de operaciones que pueden realizarse indirectamente por contaje; por ejemplo, el control de posición o de ángulo de algunos mecanismos (cabezales de impresoras, posicionamiento de taladros, etc.) puede efectuarse mediante regletas o discos graduados, con marcas que se cuentan a partir de un origen. En tareas de control es muy útil el contaje hasta un número predeterminado; lo cual puede realizarse de dos formas:
Comparando el resultado del contaje de un contador normal (ascendente) con el número deseado, a través del correspondiente comparador;
Prefijando en un contador descendente (imponiendo mediante carga paralelo) el número a contar y detectando cuándo el contaje inverso llega a cero.
Contadores de este tipo pueden emplearse, por ejemplo, para contar el número de objetos que entran en un recipiente o envase; al alcanzarse el número fijado, el pulso de salida determina el fin de la serie de n objetos (inhibe el paso de más objetos) y, para dejar pasar una nueva serie de n objetos, un pulso de inicio debe borrar (poner a 0) el contador.
Figura 3: Contaje de Objetos y Sucesos.
Fuente: Pollán, T. (2007).
En la figura 3, la puerta "y" debe conformar el término mínimo reducido del número n, es decir, debe recibir las salidas del contador que corresponden a dígitos con valor 1 en dicho número n. Configuraciones análogas pueden utilizarse para cualquier control de número de unidades, por ejemplo, para dejar pasar n pulsos cada vez que se activa su entrada de pulsos, para avanzar n posiciones (determinadas por marcas), etc.
2.4.2. MEDIDA DE TIEMPOS
Para Pollán (2007, p. 144) A partir de un generador de pulsos de frecuencia fija y muy precisa, cuyo período sea mucho menor que los intervalos temporales a medir, la medida de tiempos se reducirá a contar el número de pulsos en cada intervalo; dicha medida quedará expresada en unidades equivalentes al período de los pulsos.
Pollán (2007, p. 144) considera, diversas utilidades relativas a la medida de tiempos:
La medida del tiempo horario (horas, minutos, segundos): relojes digitales,
La medida de intervalos con precisión y resolución: cronómetros,
La delimitación de intervalos temporales precisos: temporizadores
2.4.2.1. RELOJES DIGITALES
Con referencia a este punto, Pollán (2007, p. 145) expresa que “el caso más general de medida de tiempos corresponde a los relojes digitales (reloj
horario en horas, minutos y segundos)”, cuyo esquema de bloques puede ser el siguiente mostrado en la figura 4. Un contador adicional módulo 7 permite indicar los días de la semana y un nuevo contador hasta 31 señalará el día del mes; al cual seguirá un contador módulo 12 para obtener el número del mes y la correspondiente lógica de ajuste para los meses de 30 y de 31 días (y los 28/29 días de febrero). La puesta en hora de este reloj suele realizarse llevando directamente la señal rápida de 0,1 segundos, mediante pulsadores.
Figura 4: Reloj Digital.
Fuente: Pollán, T. (2007).
2.4.2.2. CRONÓMETROS
Para Pollán (2007, p. 146) Otra forma de medida de tiempo es la realizada por los cronómetros que permiten medir con muy alta precisión el tiempo transcurrido entre dos sucesos; su actuación viene definida por un pulso de comienzo y otro de final de medida, los cuales abren y cierran, respectivamente, la habilitación de un contador, previamente borrado, que recibe en su entrada de reloj pulsos de frecuencia fija y muy precisa.
Figura 5: Cronómetro.
Fuente: Pollán, T. (2007).
Con este esquema funcional de la figura 5, es posible realizar medidas de tiempo sumamente precisas sin más que disponer de la frecuencia patrón adecuado (cristal de cuarzo).
2.4.2.3. TEMPORIZADORES
Según Pollán (2007, p. 147) Otra medida particular de tiempos es la temporización, en la cual se establece el tiempo que debe durar un proceso, produciendo un pulso cuya duración coincida con el tiempo prefijado; dicho pulso determina el intervalo de activación del proceso, al finalizar el cual se produce su desconexión o desactivación o bien se genera una señal de alarma acústica o visual. Una temporización es un monostable de alta precisión, la cual se consigue a partir de una frecuencia patrón muy precisa, multiplicando su período por n mediante el correspondiente contador.
2.5. CONTADOR AUTOMÁTICO
Desde el punto de vista de Delgado, Mira y Dormido (2001), un contador automático “es un circuito secuencial capaz de recorrer una
secuencia previamente especificada de estados”.
En general reciben como entrada un tren de impulsos y responden con una sucesión de estados correspondientes a la representación en binario del número de impulsos recibidos desde que se inició el ciclo.
Por otra parte la Hewllet Packard (2000, p. 3), especifica que un
“contador automático convencional es un dispositivo electrónico digital que mide la frecuencia de una señal de entrada”. Añade que “también se puede diseñar para realizar mediciones básicas, incluyendo el período de la señal de entrada, relación de la frecuencia de dos señales de entrada o el intervalo de tiempo entre dos eventos y totalizar un grupo específico de eventos”.
2.5.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTADORES AUTOMÁTICOS
Los contadores electrónicos pueden ofrecer algo más que una simple medición de frecuencia. Cuando un contador ofrece adicionalmente algunas funciones simples, como el periodo de una señal, el recíproco de frecuencia, el instrumento suele llamarse un contador multifunción. Cuando se proporcionan dos funciones de canal, tales como intervalo de tiempo, el instrumento se denomina generalmente contador universal. Suelen tener ciertas características como:
2.5.1.1. SENSIBILIDAD
Según lo expresado por la Hewllet Packard (2000, p. 9), “la sensibilidad de un contador se define como la señal de entrada mínima especificada que
se puede contar.” La sensibilidad se especifica generalmente en términos del valor RMS de una entrada sinusoidal. Por su parte Coombs (2000, p. 544) expresa que “la sensibilidad se refiere a cuán pequeña es la señal que el Instrumento puede medir.” Desde el punto de vista de Cooper y Helfrick (1991, p. 2) la sensibilidad es “la relación de la señal de salida o repuesta del instrumento respecto al cambio de la entrada o variable medida”.
2.5.1.2. RESOLUCIÓN
Según Coombs (2000, p. 545), “los contadores se utilizan comúnmente porque pueden proporcionar razonablemente buena resolución de una manera rápida y asequible. Es también una especificación que puede influir en el rendimiento del contador.” Para Copper y Helfrick (1991, p. 2) “la resolución es el cambio más pequeño en el valor medido al cual responde el instrumento”.
2.5.1.3. EXACTITUD
Para Coombs (2000, p. 547) “La precisión o exactitud está estrechamente relacionada con la resolución, pero no es idéntica a la resolución.” Se deben agregar otros factores a la especificación de resolución para determinar la precisión máxima de la medición. Uno de estos factores para la mayoría de las mediciones es la base de tiempo.
Del mismo modo Cooper y Helfrick (1991, p. 2) expresan que “la exactitud es la aproximación con la cual la lectura de instrumento se acerca
al valor real de la variable medida”.
2.5.1.4. RENDIMIENTO
A menudo hay una relación entre la resolución y el rendimiento. Si se desea más resolución y la señal es larga, el tiempo de medición puede ser extendido. Esto ralentiza el rendimiento. Según Coombs (2000, p. 549) “hay otros factores que afectan el rendimiento y no están relacionados con resolución, pero están más relacionados con la velocidad del microprocesador y la interfaz sistema.” Y agrega que “dos factores a buscar son cuántas mediciones por segundo el contador puede entregar a través de la interfaz y la rapidez con la que el contador puede cambiar entre diferentes funciones o configuraciones.”
2.5.2. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN CONTADOR AUTOMÁTICO
Figura 6: Contador automático universal.
Fuente: Pirela, Silva y Villarreal (2017).
En el bloque emisor se considera un componente que emite un haz de luz coherente, un diodo láser por ejemplo, lo que significa que todas las
ondas luminosas están en fase entre sí. La idea básica de un diodo láser consiste en usar una cámara resonante con espejos que refuerza la emisión de ondas luminosas a la mínima frecuencia y fase. A causa de esta resonancia, un diodo láser produce un haz de luz estrecho que es muy intenso, enfocado y puro. Por lo tanto, se pueden lograr varias reflexiones en los espejos y ser detectada en el otro extremo. Los espejos son reales consecuentemente se produce el efecto de la refracción, la cual disminuye la intensidad del haz, no obstante el fotodiodo detecta la presencia del haz.
En el bloque detector se considera un fotodiodo, el cual varía la corriente en función de la intensidad luminosa. Si el haz es interrumpido y no llega al receptor, el dispositivo se comporta como una llave abierta y cuando incide la luz, como una llave cerrada.
En el comparador se considera un circuito integrado que compara dos tensiones, una es fija y se la denomina “tensión de referencia” y la otra es variable (tensión en el fotodiodo). De acuerdo si una es mayor que la otra en la salida se obtiene un cero o uno.
Dentro del bloque contador se considera un circuito monoestable que genera una serie de pulsos cada vez que el fotodiodo cambia su estado, y al mismo tiempo éste controla que solo un pulso a la vez llegue al circuito contador eliminando las oscilaciones de voltaje que puedan generarse en el fotodiodo. Por último se muestra el conteo por medio de un dispositivo visualizador que puede ser una serie de display de siete segmentos o una pantalla de cristal líquido.
2.6. SISTEMA DE CONTROL
Se puede decir que en la vida diaria existen numerosos objetivos que necesitan cumplirse. Por ejemplo en el ámbito doméstico, se requiere regular la temperatura y la humedad de las casas y edificios para lograr un ambiente cómodo. Para el transporte se requiere controlar que un automóvil o un avión se muevan de un lugar a otro de forma segura y exacta. En la industria, los procesos de manufactura tienen un sin número de objetivos que cumplir para productos específicos, como es el caso del conteo de piezas, entre otros. Los sistemas de control se encuentran en gran cantidad en todos los sectores de la industria, tales como control de calidad de los productos manufacturados.
Con referencia a lo anteriormente mencionado, Dorf y Bishop (2005, p.2) definen un sistema de control como una “interconexión de componentes que forman una configuración del sistema que proporcionará una respuesta deseada”. La base para el análisis de un sistema es el fundamento proporcionado por la teoría de los sistemas lineales, que supone una relación entre causa y efecto para sus componentes. Por tanto, un componente o proceso que vaya a ser controlado puede representarse mediante un bloque tal como se muestra en la figura 7.
Figura 7. Proceso a controlar.
Fuente: Dorf y Bishop. (2005).
La relación entrada-salida representa la relación entre causa y efecto del proceso, que a su vez representa un procesamiento de la señal de entrada para proporcionar una señal de salida, frecuentemente con una amplificación de potencia. Los componentes básicos de un sistema de control se pueden resumir en objetivos de control que representa la entrada o valores deseados, algunos autores la llaman señal actuante, resultados o salidas que representan la variable controlada, algunas veces vista como salida real y finalmente los componentes del sistema a de control.
De igual manera para Kuo (1996, p.2) el objetivo general de un sistema de control es “controlar las salidas en alguna forma prescrita mediante las entradas a través de los elementos del sistema de control”.
2.6.1. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
A este respecto, Dorf y Bishop (2005, p.2) son aquellos que “utilizan un dispositivo de actuación para controlar el proceso directamente sin emplear realimentación”. Mientras tanto para Ogata (2010, p.8) “los sistemas en los cuales la salida no tiene efecto sobre la acción de control se denominan sistemas de control en lazo abierto”.
Figura 8. Sistema de control en lazo abierto.
Fuente: Dorf y Bishop. (2005).
Un sistema de control en lazo abierto utiliza un regulador o actuador de control para obtener la respuesta deseada, tal como se muestra en la figura 8. Un sistema en lazo abierto es un sistema sin realimentación.
2.6.2. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Según lo expresado por Ogata (2010, p.8) el sistema de control en lazo cerrado es un “sistema que mantiene una relación determinada entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio de control”.
Del mismo modo Dorf y Bishop (2005, p.3) expresan que los sistemas de control en lazo cerrada “usan una medida de salida y la realimentación de esta señal para compararla con la salida deseada, referencia u orden”. A menudo, la diferencia entre la salida del proceso bajo control y la entrada de referencia se amplifica y se emplea para controlar el proceso, de manera que esta diferencia se reduce continuamente. El concepto de realimentación es el fundamento para el análisis y diseño de sistemas de control.
Figura 9. Sistema de control en lazo cerrado.
Fuente: Dorf y Bishop. (2005).
En contraste con un sistema de control en lazo abierto, un sistema de control en lazo cerrado utiliza una medida adicional de la salida real, para compararla con la respuesta de la salida deseada. Esta medida de salida se denomina señal de realimentación. En la figura 9 se muestra un sencillo sistema de control con realimentación en lazo cerrado.
2.7. SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO
Para Hernández (2010, p. 2). “Es una interconexión de elementos que forman una configuración denominada sistema, de tal manera que el arreglo resultante es capaz de controlarse por sí mismo”.
En efecto, para Guzman (2012) explica lo siguiente. El control automático es una rama de la ingeniería cuyo objetivo es el gobierno autónomo del comportamiento de los sistemas o procesos estudiados previamente. Es por tanto una disciplina que aplica la teoría de control automático para diseñar sistemas que tengan un comportamiento predecible.
3. SISTEMA DE VARIABLES
Para Ortiz (2004, p. 162) las variables:
Son la descripción intensiva de los factores fundamentales que intervienen en el problema a solucionar, generalmente se definen en la hipótesis donde además se sugiere su relación jerárquica, por cuanto hay variables principales, secundarias o simplemente intervinientes. La importancia de su correcta definición radica en que ella proporciona información permanente a la mano de los elementos que se van a manejar.
La variable de interés en esta investigación es el término Contador Automático, definido conceptualmente de la siguiente manera:
3.1. DEFINICIÓN NOMINAL
CONTADOR AUTOMÁTICO
3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL
CONTADOR AUTOMÁTICO: Delgado, Mira y Dormido (2001). Es un circuito secuencial capaz de recorrer una secuencia previamente especificada de estados. En general reciben como entrada un tren de impulsos y responden con una sucesión de estados correspondientes a la representación en binario del número de impulsos recibidos desde que se inició el ciclo.
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL
CONTADOR AUTOMÁTICO: Es un dispositivo digital automático que por medio de la lectura de una barrera óptica tipo horquilla supervisa la cantidad de objetos contenidos en una muestra cada vez que cortan el haz de luz que ésta emite y genera un registro, almacenado y mostrado en una pantalla lcd.
