UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Campus Arturo Ruiz Mora
Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
Tesis previa a la obtención del título de:
INGENIERO ELECTROMECÁNICO
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO INTERMITENTE
PARA EL MOLDEO DE LIGAS DE CAUCHO EN LA FÁBRICA
TECNOLÁTEX, LA INDEPENDENCIA 2007
Estudiante:
LUIS MAURICIO ARIAS ZAMBRANO
Director de tesis:
ING. HOLGER JAMI
ii
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO INTERMITENTE PARA EL MOLDEO DE LIGAS DE CAUCHO EN LA FÁBRICA TECNOLÁTEX, LA INDEPENDENCIA
2007.
Ing. Holger Jami __________________
DIRECTOR DE TESIS
APROBADO
Ing. Nilo Ortega __________________
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
Ing. Néstor Albán __________________
PROFESOR MIEMBRO
Ing. Jorge Terán __________________
PROFESOR MIEMBRO
iii
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruiz Mora
Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Y AUTOMATIZACIÓN
“Del contenido del presente documento se responsabiliza el autor”
________________________ Luis Mauricio Arias Zambrano
iv
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruiz Mora
Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Ing. Holger Jami, en calidad de Director de Tesis del tema “DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO INTERMITENTE PARA EL MOLDEO DE LIGAS DE CAUCHO EN LA FÁBRICA TECNOLÁTEX, LA INDEPENDENCIA 2007”,
realizada por el Sr. Luis Mauricio Arias Zambrano, para optar por el título de Ingeniero Electromecánico, doy fe que el presente trabajo de investigación ha sido dirigido y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su impresión.
Santo Domingo, 16 de mayo de 2011
Atentamente
________________________ Ing. Holger Jami
v
DEDICATORIA
El presente trabajo está
dedicado especialmente a mis padres
y hermana, quienes han sido un
apoyo permanente en cada etapa de
mi vida.
vi
AGRADECIMIENTO
Ante todo a Dios, por darme la salud y
capacidad para culminar mis estudios y más aún
por la enorme felicidad de poder compartir este
logro con las personas que quiero.
A mis padres por el sacrificio, la dedicación,
los consejos, el respaldo, la voz de aliento y
el apoyo incondicional permanente; por eso y
muchas cosas más mi agradecimiento
A mi esposa por su intervención decisiva para
finalizar la carrera y acompañarme en cada
momento de mi vida para juntos formar una gran
familia.
A mi Director de tesis Ing. Holger Jami, quien
con su experiencia, conocimientos y buena
voluntad ha sabido encaminar el desarrollo de
mi tesis para poderla finalizarla.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial campus
Arturo Ruíz Mora por la valiosa preparación
profesional impartida. Además de mi
reconocimiento por la excelente gestión
educativa y el aporte que esto representa para
el desarrollo y progreso de la región.
vii
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
Portada ... i
Hoja de sustentación de y aprobación de los integrantes del tribunal ... ii
Hoja de responsabilidad del autor ... iii
Informe de aprobación del director de tesis ... iv
Dedicatoria……….. ... v
Agradecimiento ... vi
Índice………. ... vii
Resumen ... xi
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes. ... 1
1.1.1 Antecedente Históricos. ... 1
1.1.2 Antecedente Científicos. ... 2
1.1.2.1 Estructura Química. ... 3
1.1.2.2 Propiedades físicas. ... 3
1.1.3 Antecedente Prácticos. ... 6
1.2 Planteamiento del problema. ... 8
1.3 Importancia práctica del estudio ... 10
1.4 Situación actual del tema de investigación ... 10
1.5 Objetivos ... 11
1.5.1 Objetivo general. ... 11
1.5.2 Objetivos específicos. ... 11
1.6 Justificación del estudio. ... 11
viii
CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL
2.1. Generalidades de mecanismos ... 13
2.2 Generalidades del proceso de látex. ... 13
2.2.1 Preservación del látex. ... 14
2.2.2 Recolección y transporte. ... 14
2.2.3 Recepción del látex en la fábrica ... 15
2.2.4 Concentración del látex. ... 15
2.2.5 Composición y preparación de mezclas de látex ... 16
2.2.6 Fabricación de artículos de látex por inmersión ... 17
2.2.7 Diagrama de flujo del proceso actual de la fábrica Tecnolátex. ... 22
2.2.8 Requerimientos para la fabricación de ligas. ... 23
2.2.9 Secuencia, velocidades y tiempos del proceso de moldeo. ... 24
2.3 Generalidades de los PLCs ... 25
2.3.1 Introducción. ... 25
2.3.2 Definición de PLC. ... 26
2.3.3 Ventajas e inconvenientes. ... 26
2.3.4 Programación de PLC. ... 27
2.3.5 Lenguajes de programación. ... 27
2.4 Variadores de velocidad. ... 29
2.4.1 Introducción ... 29
2.4.2 Descripción. ... 30
2.4.3 Problemas que surgen en el arranque de motores asíncronos. ... 30
2.4.4 Ventajas de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos. ... 31
2.4.5 Inconvenientes de la utilización del variador de velocidad en el arranque de motores asíncronos. ... 31
2.4.6 Aplicaciones de los variadores de frecuencia ... 31
2.4.7 Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos ... 33
2.5 Sensores ... 35
ix
CAPÍTULO III
DISEÑO DEL MECANISMO AUTOMÁTICO
3.1 Parámetros de partida. ... 37
3.2 Diseño de placa soporte para tableros. ... 38
3.2.1 Diseño de los soportes entre placa y placa ... 45
3.2.2 Cálculo de la potencia requerida por el motorreductor. ... 48
3.2.3 Diseño del eje de volteo ... 50
3.2.4 Selección de chumaceras ... 55
3.2.5 Esquema de pórtico, placa base, chumaceras y tableros: ... 56
3.3 Diseño de la estructura soporte ... 57
3.4 Diseño del mecanismo de elevación ... 61
3.4.1 Determinación de potencia del motorreductor que dará movimiento al mecanismo piñón cremallera. ... 61
3.4.2 Diseño del mecanismo piñón cremallera para la torre ... 62
3.4.3 Diseño de columna soporte cremallera ... 66
3.4.4 Diseño del eje de piñón ... 67
3.4.5 Selección de chumaceras ... 70
3.5 Diseño de la base soporte piñón cremallera ... 71
3.5.1 Diseño del eje de garruchas ... 73
3.5.2 Determinación de la potencia de arrastre del cabezal ... 74
3.6 Diseño del eje y el sistema de transmisión para movimiento horizontal por cremalleras ... 75
3.6.1 Selección de chumaceras punto B y C: ... 81
3.6.2 Selección de chumaceras punto A y D: ... 82
3.7 Diseño del mecanismo piñón cremallera para cabezal: ... 83
3.8 Diseño de estructura soporte general ... 85
3.8.1 Diseño de la columna. ... 87
3.8.2 Diseño de la viga. ... 88
3.9 Diseño del sistema de control semiautomático ... 90
3.9.1 Determinación de parámetros físicos a controlar y sensores ... 90
x
3.9.3 Requerimientos de la secuencia del proceso ... 92
3.9.4 Programa para el PLC. ... 92
3.9.5 Ubicación de sensores. ... 92
CAPÍTULO IV COTIZACIÓN Y RESULTADOS 4.1 Cotización ... 95
4.2 Resultados ... 97
4.2.1 Producción actual ... 97
4.2.2 Producción estimada ... 98
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones ... 100
5.2 Recomendaciones ... 100
Bibliografía ... 102
Anexos
xi
RESUMEN
El desarrollo del proyecto de tesis se llevó a cabo en la empresa Tecnolátex, ubicada el Recinto La Independencia; dedicada a la fabricación de ligas de caucho natural. El objetivo de este trabajo es mejorar el proceso de fabricación de ligas de caucho por el método de inmersión, se consideró la automatización específicamente en la etapa de moldeo donde se encuentra el cuello de botella, además se espera optimizar los recursos e incrementar la capacidad de producción.
Se analizó las características de los procesos de fabricación con látex natural y se escogieron las mejores alternativas para la inmersión de los moldes que fue por el tipo bastidor móvil. Se prestó especial atención a los tiempos de inmersión y emersión de los moldes así como las velocidades de giro y traslado de la estructura soporte.
Se diseñaron estructuras y mecanismos capaces de resistir constante trabajo, se emplearon elementos electromecánicos como variadores de frecuencia y encoder para realizar y controlar cada movimiento. Con el empleo de un micro controlador como el Zelio, se puede configurar cada parámetro para fabricar un producto bueno dependiendo de la calidad o estado del látex, siendo capaz el sistema de adaptarse a esta variable.
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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes.
1.1.1 Antecedente Históricos.
Algunas de las propiedades y usos del caucho fueron descubiertos por los Indios tropicales de Sudamérica mucho antes de las travesías de Colón. Desde hace muchos años, los españoles trataron de duplicar los productos resistentes al agua (calzado, revestimientos y cabos) de los Indios, pero ellos fracasaron. El caucho llegó a ser solamente una curiosidad de museo en Europa durante los siguientes dos siglos.
En 1731 el gobierno Francés, envió al geógrafo matemático Charles Marie Condamine (1701-74) a Sudamérica a una expedición geográfica. En 1736 él envió a Francia varios rollos de caucho crudo, junto con una descripción de los productos fabricados por los Indios del Valle del Amazonas. El interés científico general en la sustancia y sus propiedades revivió, y se buscaron las maneras para disolver el látex el cual endurece rápidamente después de ser extraído para poder trabajarse a distancia de su fuente natural. Muchos científicos trabajaron sobre el problema, y en 1770 el químico Británico Joseph Priestley descubrió que ese caucho puede usarse para borrar marcas de lápiz refregando, propiedad de la cual deriva el nombre de la sustancia.
Cuando por cortes o incisiones se rompen los conductos lactíferos de los árboles productores de caucho, estos segregan un líquido lechoso y turbio que contiene el caucho en suspensión y dividido en pequeñas gotitas de aspecto emulsionado. Como la secreción es relativamente abundante la misma se recoge en recipientes especiales en forma de pequeños baldes que se cuelgan al termino de las incisiones; luego el jugo recolectado es sometido a un tratamiento para solidificarlo por evaporación o coagulación, ahumado, etc. en el mismo lugar de la cosecha.
1.1.2 Antecedente Científicos.
El caucho es el cuerpo sólido que tiene el mayor coeficiente de dilatación conciso y que aumenta considerablemente con la vulcanización. Un corte reciente de caucho crudo, o sea sin vulcanizar se puede volver a unir soldándose entre sí con solo presionar uno contra otro. Una vez vulcanizado pierde esta propiedad pero adquiere una mayor elasticidad, pudiendo alargarse hasta seis veces su longitud primitiva.
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1.1.2.1 Estructura Química.
Disolventes del caucho natural. La solubilidad del caucho bruto en sus disolventes
más comunes no es muy elevada. Para hacer una solución de 10% es necesaria cierta disociación, ya por medios químicos, empleando un oxidante, ya por medio físicos, utilizando un molino. Los cementos y soluciones de caucho comerciales se hacen por los métodos citados. En la práctica, los disolventes más usados son el benceno y la nafta. Otros buenos disolventes son el tricloroetileno, tetracloroetano, pentacloroetano, tetracloruro de carbono, cloroformo, tolueno, xileno, keroseno y éter. En contacto con el disolvente, el caucho se hincha primero poco a poco hasta la consistencia de gel y después se dispersa formando una solución. El caucho bruto aumenta de 10 a 40 veces su propio peso en disolventes que a la temperatura ordinaria forman gel con el caucho. El efecto Tyndal, propio de las dispersiones coloidales, se produce en las soluciones de caucho. La viscosidad de la solución del caucho bruto es grande.
El efecto del calor. El caucho bruto calentado hasta 200ºC se ablanda y sus soluciones
tienen menor viscosidad, pero el número de dobles enlaces se conserva sin alteración. Cuando la temperatura se eleva hasta 250ºC, los enlaces dobles se separan y tiene lugar la formación de anillos. El cambio a caucho cíclico eleva la densidad y la solubilidad, el producto obtenido es una dura y frágil resina.
1.1.2.2 Propiedades físicas.
La densidad del caucho a 0ºC es de 0,950 a 20ºC es de 0.934. El caucho bruto deshilado después de la masticación por cilindros fríos no varía de densidad. Cuando el caucho bruto ha sido estirado y deformado durante algún tiempo, no vuelve completamente a su estado original. Si entonces se calienta, la recuperación es mayor que a la temperatura ordinaria. Este fenómeno se denomina deformación residual o estiramiento permanente y es propio del caucho.
El caucho bruto absorbe agua. Los coagulantes usados en el látex al preparar el caucho afectan al grado de absorción de agua; usando ácido clorhídrico, sulfúrico o alumbre se obtienen cauchos con poder de absorción relativamente elevado. El poder de absorción de agua del caucho purificado es muy bajo.
Gran variedad de sustancias son solubles o pueden dispersarse en caucho bruto, tales como el azufre, colorantes, ácido estiárico, N-fenil-2-naftilamina, mercaptobenzitiazol, pigmentos, aceites, resinas, ceras, negro de carbono y otras.
El efecto deteriorante de luz y el calor sobre el caucho se reconoció largo antes del descubrimiento de la vulcanización. En una discusión de algunos problemas encontrados con mercaderías de caucho en 1826, Hancock comenzó en su Narrativa personal del origen y progreso de del Caucho de la India "El efecto injurioso del sol sobre películas delgadas de caucho fue descubierto por nosotros y advertido antes de que se produzcan muchos daños".
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Más recientemente, las concentraciones de látex disponibles en el mercado se clasificaron por su preparación:
Por evaporación.
Por separación parcial de sueros sólidos por métodos mecánicos.
El mejor ejemplo del primer tipo es el Revertex, preparado por evaporación del látex en presencia de un mineral alcalino (hidróxido de potasio), u otro agente estabilizante, como el jabón de potasio o alguna sal de carácter coloidal. Este posee una consistencia cremosa y contiene cerca del 75 % de los sólidos totales, de los cuales un 7 al 8 % consiste en sueros sólidos y sustancias estabilizantes agregadas.
En la segunda categoría hay dos importantes ejemplos de concentración. El primero, comercializado bajo varias denominaciones, como por ejemplo Utermark látex, Jatex o Dunlop, posee una concentración del 60 % de caucho seco, obtenido por centrifugaron del látex original. Este látex concentrado tiene una ligera consistencia cremosa, y contiene solo una fracción de los componentes que no son caucho presentes en el látex original. Esta estabilizado con amoniaco (en una concentración de aproximadamente 0,5 % de NH3 en peso), y es capaz de dar un color pálido característico.
Los usos del látex en la industria son:
1.1.3 Antecedente Prácticos.
Preparación. Hasta 1930, el látex de caucho natural, aparte de su empleo para fabricar el crepé y la lámina ahumada, tenía pocas y pequeñas aplicaciones industriales. El contenido de sólidos del caucho fresco de árboles de media edad oscila entre 32 y 38%. En los árboles jóvenes desciende hasta 20%, y en árboles viejos y en los que no han sido sangrados mucho tiempo, la cifra se eleva hasta 45%. Aunque, aproximadamente, 90% de los sólidos son de hidrocarburo del caucho, se hallan también enzimas, proteínas, azucares, tanino, alcaloides, sales minerales y algunos componentes de la corteza. Algunas de estas sustancias distintas del hidrocarburo del caucho son las que motivan a la estabilización de las partículas coloidales del mismo en el agua. Otras afectan el color y otras cooperan a los caracteres físicos del caucho contenido en el látex. Cuando fluye del árbol, el látex es casi neutro, pero la acción de enzimas y bacterias lo vuelve ácido y entonces el látex tiende a coagularse. Para evitar la coagulación y conservar el látex en su estado coloidal estable, se le añaden bactericidas y conservadores lo antes posible después que ha sido obtenido del árbol. El preservativo más común es el amoniaco, pero se usan también el formaldehído, hidróxido de sodio, jabón y ciertos productos químicos bactericidas, como las sales de pentaclorofenol. En las plantaciones se suele colocar una pequeña cantidad de amoniaco acuoso en la vasija en la que se recoge el látex fresco. El látex obtenido se lleva a la estación, donde se le añade amoniaco en estado gaseoso.
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Látex centrifugado. Por razones del costo de transporte y facilidad de aplicación, todo el látex usado en la industria está en forma concentrada. El más usado es el látex centrifugado, el cual se obtiene tratando el látex fresco con un agente estabilizador, como el amoniaco, y después haciéndolo pasar por una máquina centrifuga. El látex se estabiliza con 0.3% de amoniaco, se centrifuga y después se ajusta a 0.6% para asegurar mayor vida de almacenaje. Variando la operación de centrifugación, la cantidad relativa de concentrado y de suero puede ajustarse a un nivel económico. Aproximadamente 80% del contenido de sólidos del látex fresco queda en el concentrado y 20% en el suero o la nata.
Látex cremificado. Otro método para concentrar el látex de hevea es la cremificación. El látex normalmente amoniacado se cremifica mediante prolongado reposo, pero así no se concentra mucho en sólidos. Distintas sustancias caracterizadas por su peso molecular relativamente elevado, gran viscosidad y limitada solubilidad en agua se emplean para cremificar el látex, entre ellas la gelatina, metilcelulosa, goma arábiga, ácido algínico y sales del ácido algínico. No obstante, los procedimientos industriales de cremificación se basan casi todos en el empleo de sales sódicas o amoniacales del ácido algínico.
En las plantaciones se toma el látex como se obtiene del árbol, se le añade amoniaco y se le quita el lodo dejándolo en reposo varios días o por centrifugaron. Se añade al látex el agente de cremificación en solución de 1.5-2.5% o más alta, y se agita. Durante varios días se deja reposar la mezcla, sin agitarla, hasta que se separa en dos capas. El suero se saca por el fondo, el concentrado se agita de nuevo y después de cierto tiempo se realiza una nueva separación y se saca una segunda porción de suero. Se añade amoniaco al concentrado hasta 1.6% o más, basado en el agua del látex, y el látex cremificado, con un total de sólidos comprendido entre 62 y 68%, queda así preparado para su expedición.
impregnación y artículos moldeados. Las propiedades físicas del látex de caucho natural son muy superiores a las de cualquiera de los látex sintéticos experimentados hasta el presente.
1.2 Planteamiento del problema.
Una de las formas de fabricar ligas o bandas de caucho es por el proceso de inmersión, que consiste como su nombre lo indica el repetidas inmersiones de moldes que pueden ser de porcelana o metálicos; dependiendo de la aplicación del producto. Los moldes primeramente son sumergidos en una solución preparada químicamente conocida como coagulante, esto facilita la adhesión de cada capa o película de látex a la superficie a moldear. Inmediatamente se sumerge el molde en el depósito que contiene las que contienen látex previamente formulado y estabilizado.
La inmersión de los moldes en depósitos de caucho en estado líquido (látex) y otros agentes químicos se la debe realizar repetidas veces para así obtener las características deseadas del producto.
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ese tramo de manguera debe ser desechado y los moldes poco a poco se van deteriorando y deben ser reemplazados.
Así mismo los problemas cotidianos que se presentan con el personal encargado de moldear cada uno de los tableros: enfermedades, atrasos, calamidades domésticas, festividades, entre otros. Además del correspondiente agotamiento debido a que cada tablero pesa alrededor de 11 libras deben ser moldeados repetidamente; además de la permanente exposición al amoniaco contenido en el látex y al líquido coagulante.
Mencionadas situaciones son un inconveniente para cualquier empresa, porque capacitar a una persona en esta ardua labor lleva alrededor de un mes, por lo que la empresa esta sujeta o depender de lo disponibilidad del personal y dadas las circunstancias en cualquier ocasión se paralizaría la producción, o sea la dependencia directa de la producción con el personal.
personal, menor costo de fabricación y menor desperdicio de materia prima; así la empresa se encauzará para alcanzar el éxito productivo y económico.
Con el diseño de un mecanismo automático que realice la secuencia de inmersiones de los moldes en el caucho y el coagulante, los niveles de inmersión y los tiempos en cada etapa, lograremos disminuir el costo de producción y el desperdicio de materia prima. Adicional mejoraremos sustancialmente la presentación logrando la estandarización del producto.
En lo que se refiere a módulos que nos permitan realizar el proceso, haremos uso de controladores lógicos programables (PLCs), sensores y actuadores, en lo concerniente a sistemas de movimientos giratorios, lineales, verticales u horizontales se analizará varias alternativas como sistemas neumáticos u óleo hidráulicos, transmisión por cadena, piñón cremallera, motorreductor y de ser necesario se utilizarán variadores de frecuencia.
1.3 Importancia práctica del estudio
La importancia del desarrollo de este proyecto, se basa principalmente en la aplicación de los conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera de Ingeniería Electromecánica y de mostrar u ofrecer a las industrias de la zona que hay profesionales que podemos optimizar una infinidad de procesos mejorando de forma general su productividad.
1.4 Situación actual del tema de investigación
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De lo expuesto en citado estudio se pudo determinar que la inmersión era realizada con elementos básicos, siendo un proceso controlado por los obreros acarreando con esto problemas de calidad y discontinuidad en la producción.
1.5 Objetivos
1.5.1 Objetivo general.
Diseñar un mecanismo adecuado para la fabricación de ligas de caucho por el método de inmersión, utilizando la tecnología y materiales acordes al medio. Con esto se logrará aumentar la productividad y rentabilidad.
1.5.2 Objetivos específicos.
1. Establecer los requerimientos de fabricación del producto.
2. Diseñar un sistema de inmersión y traslado que permita un moldeo continuo. 3. Plantear los circuitos eléctricos de control y potencia.
4. Comparar situación anterior con actual pronosticada. 5. Proponer el mecanismo de fabricación de ligas de caucho.
1.6 Justificación del estudio.
La conveniencia de realizar este proyecto se basa, en dar a conocer los nuevos e innovadores sistemas que permiten realizar este tipo de procesos y de los instrumentos que permiten controlar y supervisar dicho proceso, logrando así una línea de fabricación lo que conlleva a disminución de costos de producción lo que beneficiaría a la empresa.
El impacto metodológico principalmente se basa en la elaboración de un producto de uniformes características, en un proceso continuo, aprovechando al máximo el recurso humano requiriendo el mínimo conocimiento al operario para operar el mecanismo. Además se prevé disminuir al máximo la mano de obra, que para muchas industrias es el mayor problema con el que deben enfrentarse. La fase de moldeo es en su totalidad manual, anticuado y deficiente, con el sistema automático propuesto se facilitará esta parte crítica de la fabricación abreviando su complejidad y permitirá ampliar la capacidad de producción.
1.7 Idea a defender.
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CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL
2.1. Generalidades de mecanismos
Las consideraciones que se deben tener en cuenta para el diseño del mecanismo y de las fuerzas que gobiernan el movimiento de las máquinas además de las fuerzas transmitidas por estas partes. “Al diseñar una máquina, o al estudiar el diseño de una máquina ya existente, existen dos divisiones del problema distintas, pero relacionadas íntimamente entre sí. Primera, las partes de la máquina pueden estar proporcionadas y relacionadas entre sí de tal manera que cada una tenga el movimiento apropiado. Segunda, cada parte puede estar adaptada para soportar las fuerzas impuestas sobre ella” (Doughtie & Walter, 1991, pág. 9). Diseñar un sistema electromecánico que todas y cada una de sus partes funcionen correctamente y relacionadas entre sí, y que los materiales de los cuales estén construidos soporten el trabajo al que van a estar sometidos.
2.2 Generalidades del proceso de látex.
2.2.1 Preservación del látex.
El látex es un líquido muy inestable susceptible de evolucionar más o menos rápidamente y de coagular espontáneamente. Para conservarlo bajo su forma líquida, conviene entonces "preservarlo", a través de productos químicos que mantengan su PH ideal.
Cierto número de agentes presentantes se emplean hoy en día, el más conocido y comúnmente utilizado es el amoniaco. Preserva eficazmente la pre coagulación al fluidificar el látex, actúa también como antiséptico deteniendo la mayoría de los procesos enzimáticos que se producen en medios neutro o ácido.
El látex debe ser preservado lo más pronto posible, en la misma plantación, mediante 3 a 4 g/l de amoniaco, evitando el ennegrecimiento del caucho.
2.2.2 Recolección y transporte.
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2.2.3 Recepción del látex en la fábrica
El látex llega a la fábrica en tanques plásticos de 220 litros desde las diferentes plantaciones, ubicadas en un radio de 50 kilómetros. Se realiza una previa inspección para verificar la calidad del producto, luego se procede a vaciar a las tinas de concentración, filtrando en una malla que retienen posibles impurezas.
2.2.4 Concentración del látex.
La concentración del látex original no es la adecuada para los procesos de transformación por otra parte sería antieconómico transportar hasta los puntos de consumo un 70 por ciento de agua. Por ello la primera etapa en la preparación de los tipos comerciales de látex natural es concentración, para aumentar su contenido de caucho hasta al menos 50 por ciento. El menor peso específico del caucho es también el fundamento del método de concentración por flotación. En efecto, si el látex se deja en reposo, el caucho tiende a flotar y se acumula en una capa superior, que sobrenada sobre una capa inferior de suero.
En la práctica este proceso de flotación se acelera por la adición de sustancias mucilaginosas, especialmente alginatos, y el látex se almacena durante varios días en grandes tanques, en los que se logran una separación de dos capas perfectamente diferenciadas, de las que se elimina la capa inferior, consistente esencialmente en suero, mientras que la superior constituye el látex cremado, que en las variedades comerciales típicas tienen un contenido de sólido de aproximadamente 68 por ciento (contenido de caucho de 66,8 por ciento).
2.2.5 Composición y preparación de mezclas de látex
La formulación de mezclas de látex sigue las mismas líneas generales que la de las mezclas de caucho sólido, en el sentido de que hay que agregar un agente vulcanizante, uno o varios acelerantes de vulcanización, activadores, antioxidantes, y en ocasiones cargas y plastificantes, aunque hay diferencias considerables entre ambas. El agente vulcanizante suele ser en todos los casos el azufre, como acelerantes se emplean casi exclusivamente ultra acelerantes de la familia de los ditiocar-bamatos. El empleo de ultra acelerantes permite vulcanizar satisfactoriamente en tiempos razonablemente cortos a temperaturas moderadas. Como activador se emplea el óxido de zinc.
La inclusión de cargas en una fórmula de látex tiene como objetivo reducir el costo final del artículo, y en algunos casos aumentar su rigidez, pero no su resistencia mecánica. En consecuencia se emplean cargas de poco precio, principalmente carbonato de cálcio natural y caolines. Todos los ingredientes mencionados, en su gran mayoría insolubles en agua, se incorporan al látex en forma de dispersiones acuosas.
Un dispositivo clásico y muy eficaz para la preparación de dispersiones es el molino de bolas, que consiste simplemente en un recipiente cilíndrico, de porcelana en los tamaños pequeños o metálicos con un revestimiento interior cerámico en los modelos industriales, lleno hasta aproximadamente la mitad de su altura con cantos rodados o bolas de porcelana o gres, dispuesto horizontalmente y dotado de un movimiento de giro sobre sí mismo, de tal manera que las bolas chocan unas contra otras en un movimiento en cascada, produciendo la trituración y dispersión de los ingredientes.
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Preferiblemente dispondrán de un agitador de paletas que mueva toda la masa del látex, para impedir sedimentación así como la formación de una película seca superficial, pero que funcione a una velocidad lenta para no producir ni espuma ni oclusión de aire Es muy conveniente que el recipiente disponga de una camisa o doble pared por la que se puede hacer circular agua caliente o fría, para regular a voluntad la temperatura de la mezcla de látex.
2.2.6 Fabricación de artículos de látex por inmersión
Numerosos artículos de goma de paredes muy delgadas en relación con su superficie, tales como guantes de cirugía, guantes de uso doméstico e industrial, globos de juguetes o meteorológicos, profilácticos, dediles para uso médico, ligas, etc., se fabrican a partir de látex, por inmersión de un molde de la forma adecuada en una mezcla de látex convenientemente formulada, secado y vulcanización de la película de látex depositada sobre el molde, y finalmente el desmolde del artículo vulcanizado. Dependiendo del espesor de pared deseado para el artículo, se emplea una de las tres técnicas de moldeo por inmersión siguientes:
Inmersión simple.
Inmersión con coagulante.
Inmersión con látex termo sensible.
En la primera, un molde, generalmente de vidrio o de porcelana, se sumerge en la mezcla de látex y seguidamente se extrae lentamente de la misma, con lo que, por simple humectación, queda mojado y recubierto de una delgada película de látex, que se coagula por evaporación, de aire caliente y seguidamente se vulcaniza, en aire caliente, después de lo cual se desmolda.
poro, que accidentalmente pudiera haberse formado en la primera capa, queda cubierto en la segunda” (Royo, pág. 350).
Cuando se requiere un espesor mayor, del orden de 0,5 mm o más, se emplea la técnica de inmersión con coagulante. En ella los moldes ligeramente calientes se sumergen primero en una disolución de una sal coagulante, seguidamente se evapora el disolvente, con lo que el molde queda recubierto de un delgado depósito de coagulante, que al ser sumergido en el látex se va difundiendo en las capas de éste adyacentes al molde, lo que provoca su coagulación. De esta forma se consigue mayor espesor de la capa de látex, y por consiguiente mayor espesor del artículo final después del secado y vulcanización en aire caliente.
Como coagulante se emplea generalmente sal cálcica, preferentemente nitrato de calcio, aunque puede emplearse cloruro, si bien es más higroscópico. Como disolvente se emplean alcohol (metílico o etílico), agua o mezclas alcohol/agua. Los alcoholes tienen la ventaja de que mojan mejor la superficie del molde y de que son de evaporación más rápida, pero son de mayor precio que el agua, además de ser inflamables. Cuando se emplea agua es imprescindible adicionar un agente tenso activo, que reduzca la tensión superficial y mejore la humectación, y generalmente se suele incorporar también una pequeña cantidad de un producto sólido inerte, frecuentemente talco, que se mantiene en suspensión por agitación, y que tiene por objeto mejorar la uniformidad de espesor de la película depositada y facilitar el desmolde.
El espesor de la capa de látex gelificada depende de la concentración de la disolución coagulante, del contenido de sólidos y de la estabilidad química de la mezcla de látex, y del tiempo de inmersión, pero en la práctica existen límites para estos factores, por lo que para conseguir espesores superiores a aproximadamente 0,8 mm es preciso recurrir a una repetición del proceso, con un secado, al menos parcial, entre las dos inmersiones sucesivas.
19
frecuente recubrir el interior con una capa flocada, con un tacto aterciopelado, que facilita el deslizamiento del guante sobre la mano al ponérselo o quitárselo y que en cierta medida absorbe la transpiración de la piel. Para ello, una vez realizada la primera inmersión, que proporciona la capa exterior del guante, y sin una nueva inmersión en coagulante, se realiza la segunda inmersión en una nueva mezcla de látex, generalmente de mayor viscosidad y mayor estabilidad química, que dará una segunda capa que se mantiene sin coagular durante algunos segundos, que se aprovechan para proyectar sobre ella, por medios neumáticos a veces ayudados por sistemas electrostáticos, una nube de fibras muy cortas, generalmente de algodón, que quedan ancladas en el látex y le proporcionan el aspecto aterciopelado. Después del secado y vulcanización del conjunto, el guante es invertido en el desmolde, pasando a ser la segunda capa flocada la capa interior del artículo.
En otras ocasiones puede ser deseable que el guante tenga una resistencia a disolventes, a ácidos y a otros productos químicos, o a la intemperie, como sólo la confieren algunos látex de caucho sintéticos, tal como los de poli cloropreno o los de cauchos nitrílicos, que sin embargo suelen ser de mayor precio que el látex de caucho natural. En tales casos, una solución posible es fabricar la capa exterior del guante, la que ha de ponerse en contacto con el presunto agente agresivo, con el caucho sintético elegido, y el resto con caucho natural, mediante la siguiente secuencia de operaciones: inmersión en coagulante - inmersión en látex sintético - secado - inmersión en coagulante - inmersión en látex natural (eventualmente seguida de flocado) - secado y vulcanización. Por último, cuando se desea obtener espesores relativamente altos, superiores a un milímetro, en una sola inmersión, puede recurrirse al empleo de mezclas de látex termo sensible. En tales casos es aconsejable el uso de moldes metálicos, generalmente de fundición inyectada de aluminio, que ofrecen mejor conductividad térmica que los de porcelana.
como consecuencia de la sucesiva inmersión de moldes calientes, ya que ello conduciría a una desestabilización del látex y eventualmente a una coagulación, que lo inutilizaría; es preciso pues disponer de una refrigeración continua y eficaz de toda la masa del baño.
Por otra parte, el secado correcto de tales espesores de látex coagulado presenta numerosas dificultades, siendo precisa una regulación cuidadosa no sólo de la temperatura, sino también de la humedad relativa del aire en las diversas zonas del horno de secado, para evitar que un secado prematuro de las capas externas impida la evaporación del agua de las más profundas, que al vaporizarse posteriormente a las temperaturas de vulcanización podría dar lugar a ampollas y deformaciones irreversibles del artículo.
Para la fabricación de artículos por inmersión, el látex más utilizado es con gran diferencia el látex de caucho natural, preferiblemente los tipos centrifugados de bajo contenido de amoníaco, y ello no sólo por razones económicas, sino además por las buenas propiedades mecánicas tanto del gel húmedo como de la película seca, antes y después de la vulcanización, por su buena auto adherencia, que facilita la confección de un refuerzo en el borde de los artículos por enrollamiento de la película seca, y por su rapidez de vulcanización, que permite realizar este proceso en tiempos razonablemente cortos a temperaturas moderadas, por ejemplo 16 horas a 30-35°C, o al menos conservarlas durante 1-2 días a temperatura ambiente, en todos los casos con agitación lenta. Este proceso mejora la uniformidad de las mezclas en las operaciones posteriores.
21
hasta cubrir los moldes fijados en el bastidor inmóvil, realizándose en ambos casos los desplazamientos por medios neumáticos. En las instalaciones de cadena los moldes se fijan uno a uno y a intervalos regulares a una cadena que está en movimiento permanente, conduciendo los moldes a las distintas fases del proceso; en este caso los baños son fijos, y son los moldes los que descienden, guiados por la cadena, para las correspondientes inmersiones. Las instalaciones de bastidores suelen ser más económicas y ofrecen mayor versatilidad, mientras que las de cadena se prestan a un mayor grado de automatización.
2.2.7 Diagrama de flujo del proceso actual de la fábrica Tecnolátex.
RECOLECCIÓN DEL LÁTEX EN EL
CAMPO
TRANSPORTE A LA FÁBRICA
RECEPCIÓN DE LÁTEX EN LA
FÁBRICA
FILTRADO DE LÁTEX EN LAS
TINAS
CONCENTRACIÓN DEL LÁTEX POR
MEDIO DE CREMADO MEZCLA DEL LÁTEX CON QUÍMICOS PREVIAMENTE MOLIDOS OBTENCIÓN DE LÁTEX CONCENTRADO AL 50%. EVACUACIÓN DEL SUERO DE LAS TINAS DE
REPOSO
REPOSO EN LAS TINAS POR
8 DÍAS DESMOLDE DE LAS MANGUERAS REPOSO DEL LÁTEX VULCANIZADO MOLDEO MANUAL POR INMERSIÓN UTILIZANDO EL MÉTODO DE INMERSIÓN EN COAGULANTE SECADO EN LOS HORNOS POR LAPSO DE 2
HORAS
DESPUNTE Y CORTE DE LAS
MANGUERAS ALMACENAMIENTO CONTEO Y ENSACADO DE LAS FUNDAS ENFUNDADO, PESADO Y SELLADO.
RETIRO DE LAS LIGAS DEFECTUOSAS LABORES DE PICA
23
Tipo de liga Peso de cada
manguera Estabilidad del látex (viscosidad) Nr. de inmersiones Solución Coagulante Látex Solución Coagulante Látex
1 X X
2 X X
3 X X
4 X X
5 X X
6 X
7 X
Liga fina 24 gr.
Normal Inferior
Tipo de liga Peso de cada
manguera Estabilidad del látex (viscosidad)
Nr. de inmersiones Solución
Coagulante Látex
Solución
Coagulante Látex
1 X X
2 X X
3 X X
4 X X
5 X X
6 X X
7 X X
8 X
9 X
Liga gruesa
30 gr.
Normal Inferior
2.2.8 Requerimientos para la fabricación de ligas.
De acuerdo a la información proporcionada por la empresa, para la fabricación de ligas específicamente en la etapa de moldeo de su principal, tanto liga fina como liga gruesa en varios colores como: amarillo, azul, rojo, verde, negra, blanco y natural.
A continuación se muestra en tablas, detalles como el peso necesario de cada manguera, el nivel de estabilidad (viscosidad), que mucho influye en las dimensiones o características del producto y la secuencia de inmersiones necesarias en cada depósito o tina para alcanzar las dimensiones o el peso requerido para cada producto:
2.2.9 Secuencia, velocidades y tiempos del proceso de moldeo.
La inmersión de los tableros en cada tina se las debe realizar de acuerdo a la solución en la cual se está trabajando, pero actualmente todos los factores que a continuación se detallaran están a criterio del moldeador.
Temperatura de los moldes.- Se necesita que los moldes tengan cierta
temperatura antes de darles la primera capa o sea sumergirlos en coagulante.
Velocidades lineales de inmersión.- La velocidad de entrada de los moldes en
cada solución, actualmente no se toma en cuenta las velocidades lineales para ninguna inmersión.
Periodo de tiempo sumergido.- Es el tiempo necesario que el tablero que
contiene los moldes deben estar sumergidos en cada solución, tampoco son tomados en cuenta actualmente.
Velocidades lineales de emersión.- La velocidad de salida de los moldes en
cada solución, actualmente no se toma en cuenta las velocidades lineales para ninguna emersión.
Tiempo de goteo.- Es el tiempo que los tableros permaneces precisamente a
25
Método de giro.- Después del goteo, es necesario el giro de 180º para que el
látex se mantenga distribuido uniformemente. Actualmente, el giro es dado por el moldeador de tal forma que la fuerza centrifuga generada por la velocidad con que realiza tal movimiento, el látex sale despedido hacia el suelo incrementando más aún las pérdidas de materia prima y deformando todavía un poco más el espesor de la manguera.
Manipulación de los moldes.- Como toda la etapa de inmersión es realizada por
los moldeadores, esto implica una constante y permanente manipulación de los tableros lo que degenera en otros inconvenientes como la rotura de los moldes debido a la caída de los tableros y las deformaciones en las mangueras por el roce entre tableros generando así desperdicios.
Exposición a los químicos.- Las soluciones tanto de coagulante como de látex
que en su previa formulación contienen ciertos químicos que afectan al normal desenvolvimiento del ser humano. En el caso del látex que en su fórmula entre tantos otros químicos contiene una dosis pequeña de amoniaco pero suficiente para dificultar la respiración.
2.3 Generalidades de los PLCs 2.3.1 Introducción.
Un PLC (Programmable Logic Controller ó Controlador Lógico Programable), es un dispositivo digital electrónico, que utiliza una memoria programable para guardar la información o instrucciones, a fin de implementar funciones específicas tales como lógica combinatoria, control secuencial, temporización, etc., referidas al control de maquinarias y/o sistemas automáticos a nivel industrial.
Mediante el uso de PLCs se busca obtener mejoras en los procesos asociados, logrando asimismo una mayor versatilidad del sistema, dada la facilidad de estos controladores para programarlos.
etc. Su elección depende del tipo de proceso a automatizar, así como la cantidad y tipo de entradas y salidas necesarias para suplir todos los sensores y actuadores del proceso.
Debido a que es un dispositivo programable, el proceso que se desea automatizar debe ser estudiado para de esta forma generar el programa con las rutinas, que por medio de una serie de instrucciones y basado en las señales de entrada, tomen las decisiones sobre la acción que se debe ejecutar en los actuadores automáticos del proceso. Este programa se elabora y se carga al PLC a través de un tipo de software, ya sea usando una PC convencional o con el uso de un programador manual.
Las empresas en las cuales se utilizan los PLCs son diversas, pudiéndose asegurar que su uso en la mayoría de los procesos industriales es generalizado, esto se debe a las ventajas que ofrecen entre las cuales se hallan la flexibilidad de programación y la facilidad de su implementación.
2.3.2 Definición de PLC.
Un Controlador Lógico Programable (PLC) es un dispositivo de estado sólido, basado en microprocesadores, que permite el control secuencial en tiempo real de una máquina o proceso. Un PLC incluye módulos de entrada/salida de tipo digital y análogo, y memoria para el almacenamiento de instrucciones, destinadas a realizar funciones especificas tales como lógica secuencial, procesamiento aritmético y control análogo.
2.3.3 Ventajas e inconvenientes*.
Entre las ventajas tenemos:
Menor tiempo de elaboración de proyectos.
Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación.
Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico.
27
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo programador. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Si el programador queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
Y entre los inconvenientes: Adiestramiento de técnicos. Costo.
2.3.4 Programación de PLC.
Un PLC (Controlador Lógico Programable) en sí es una máquina electrónica la cual es capaz de controlar máquinas e incluso procesos a través de entradas y salidas. Las entradas y las salidas pueden ser tanto analógicas como digitales. Los elementos importantes en un programa para PLCs al igual que un alambrado lógico con elementos eléctricos como relevadores son:
Contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados. Bobinas.
Temporizadores. Contadores.
Un contacto es un elemento eléctrico el cual su principal y única función es abrir y cerrar un circuito eléctrico ya sea para impedir el paso de la corriente o permitir el paso de la misma. Un contacto es un elemento de entrada, así lo lee el PLC. Las entradas se representan por medio de la letra I. Cuando un contacto se activa y este se cierra
(contacto normalmente abierto) este pasa de un estado lógico 0 a un estado lógico de 1. Cuando un contacto se activa y este se abre (contacto normalmente cerrado) este pasa de un estado lógico 1 a un estado lógico 0.
2.3.5 Lenguajes de programación.
órdenes y símbolos que están disponibles se le llama lenguaje de programación del autómata. Sería deseable que la misma simbología utilizada para representar el sistema de control pudiera emplearse para programar el autómata; el ahorro de tiempo y documentación y la seguridad en el programa obtenido serían considerables. Sin embargo, esta solución no es siempre posible.
El lenguaje depende del autómata empleado y de su fabricante, que decide el tipo de unidad de programación (literal, gráfica) y el intérprete (firmware) que utiliza su máquina, mientras que el modelo de representación depende del usuario, que lo elige según sus necesidades o conocimientos. Cabe indicar que según la norma IEC 61131. Se definen cuatro lenguajes de programación normalizados. Esto significa que su sintaxis y semántica ha sido definida, no permitiendo particularidades distintivas (dialectos)*. Los lenguajes consisten en dos de tipo literal y dos de tipo gráfico:
Literales: Lista de instrucciones (IL).
Texto estructurado (ST).
Gráficos: Diagrama de contactos (LD).
Diagrama de bloques funcionales (FBD).
Si la representación elegida para el sistema de control es comprensible por la unidad de programación, no será necesario realizar ninguna codificación, al aceptar ésta los símbolos utilizados. En caso contrario, habrá que traducirla a un programa, según uno de los anteriores lenguajes.
El programa obtenido está formado por un conjunto de instrucciones, sentencias, bloques funcionales y grafismo que indican las operaciones a realizar sucesivamente por el PLC. La instrucción representa la tarea más elemental de un programa; leer una entrada, realizar una operación AND, activar una salida, etc. La sentencia representa el mínimo conjunto de instrucciones que definen una tarea completa; encontrar el valor de
29
una función lógica combinación de varias variables, consultar un conjunto de condiciones y, si son ciertas, activar un temporizador, etc.
El bloque funcional es el conjunto de instrucciones o sentencias que realizan una tarea o función compleja: contadores, registros de desplazamientos, transferencias de información, etc. Todos estos elementos están relacionados entre sí mediante los símbolos o grafismos (algebraicos o gráficos) definidos en el lenguaje empleado. En general, las instrucciones pueden ser de distintos tipos: lógicas, aritméticas, de transferencias, etc., que adoptan diferentes formas de representación según el lenguaje empleado. En algunos autómatas, el programa necesita para su correcta ejecución de una tabla de parámetros, introducida también desde la unidad de programación, que define el entorno de funcionamiento de la máquina.
2.4 Variadores de velocidad. 2.4.1 Introducción
El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentación. Como la frecuencia de alimentación que entregan las cvompañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es constante, salvo que se varíe el número de polos, el resbalamiento o la frecuencia.
2.4.2 Descripción.
Los variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe el motor. Otra definición sería, los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asíncronos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.
Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean: Dominio de par y la velocidad
Regulación sin golpes mecánicos Movimientos complejos
Mecánica delicada
El control de los motores eléctricos mediante conjuntos de conmutación Todo o Nada es una solución bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de máquinas. No obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones.
2.4.3 Problemas que surgen en el arranque de motores asíncronos.
El pico de corriente en el arranque puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red,
Las sacudidas mecánicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la máquina así como para la seguridad y comodidad de los usuarios,
Funcionamiento a velocidad constante.
31
2.4.4 Ventajas de la utilización del Variador de Velocidad en el arranque de motores asíncronos.
El variador de velocidad no tiene elementos móviles, ni contactos. La conexión del cableado es muy sencilla.
Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos. Controla la aceleración y el frenado progresivo. Limita la corriente de arranque.
Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el tiempo.
Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente cargado, con acción directa sobre el factor de potencia
Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo; protege al motor.
Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador. Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, rpm, etc.).
2.4.5 Inconvenientes de la utilización del variador de velocidad en el arranque de motores asíncronos.
Es un sistema caro, pero rentable a largo plazo.
Requiere estudio de las especificaciones del fabricante. Requiere un tiempo para realizar la programación.
2.4.6 Aplicaciones de los variadores de frecuencia
Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al
Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión
constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión,
controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la potencia del
motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la
potencia del motor.
Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades
de resonancia.
Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante
velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen
un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor
consumo de energía en el arranque.
Pozos petrolíferos. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a
33
2.4.7 Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos
Aceleración controlada.- La aceleración del motor se controla mediante una rampa de
aceleración lineal o en S. Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleración adecuado para la aplicación.
Variación de velocidad.- Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un
regulador. En este caso es un sistema rudimentario que posee un mando controlado mediante las magnitudes eléctricas del motor con amplificación de potencia, pero sin bucle de realimentación es lo que se llama en bucle abierto.
La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en función de las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal.
Regulación de la velocidad.- El valor de la consigna se compara permanentemente con
la señal de alimentación, imagen de la velocidad del motor. Esta señal la suministra un generador tacométrico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor. Si se detecta una desviación como consecuencia de una variación de velocidad, las magnitudes aplicadas al motor (tensión y/o frecuencia) se corrigen automáticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial. Gracias a la regulación, la velocidad es prácticamente insensible a las perturbaciones. La precisión de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular.
Desaceleración controlada.- Cuando se desconecta un motor, su deceleración se debe
Si la desaceleración deseada es más rápida que la natural, el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la máquina; se habla entonces de frenado eléctrico, que puede efectuarse reenviando energía a la red de alimentación, o disipándola en una resistencia de frenado.
Si la desaceleración deseada es más lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la máquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada.
Inversión del sentido de marcha.- La mayoría de los variadores actuales tienen
implementada esta función. La inversión de la secuencia de fases de alimentación del motor se realiza automáticamente o por inversión de la consigna de entrada, o por una orden lógica en un borne, o por la información transmitida a mediante una red.
Frenado.- Este frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de
desaceleración. Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asíncronos, esta función se realiza de forma económica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energía mecánica se disipa en el rotor de la máquina y, por tanto, este frenado sólo puede ser intermitente. En el caso de un variador para motor de corriente continua, esta función se realiza conectando una resistencia en bornes del inducido.
Protección integrada.- Los variadores modernos aseguran tanto la protección térmica
de los motores como su propia protección. A partir de la medida de la corriente y de una información sobre la velocidad (si la ventilación del motor depende de su velocidad de rotación), un microprocesador calcula la elevación de temperatura de un motor y suministra una señal de alarma o de desconexión en caso de calentamiento excesivo. Además, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, están dotados de protecciones contra:
35
Los desequilibrios de fases, El funcionamiento en monofásico.
2.5 Sensores
Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular. Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc.; todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos.
Para determinar la posición o ubicación exacta del carro que soporta todo el mecanismo necesitaremos finales de carrera, las señales emitidas por los interruptores le permitirán al PLC ejecutar la acción previamente programada.
Interruptores final de carrera.- Sensores de control ofrece la línea de interruptores de
precisión de acción rápida más avanzada del mundo para una amplia gama de aplicaciones. Las versiones selladas son estancas a la humedad y otros contaminantes. Los modelos antideflagrantes están diseñados para uso en lugares peligrosos.
2.6 Encoder
Los codificadores están diseñados con el fin de controlar la posición y la velocidad angular de los ejes en movimiento mecánico*. Principal campo de aplicación son: la madera maquinaria de trabajo, máquinas textiles, maquinaria CNC, y así sucesivamente. Existen equipos con capacidad de mediar hasta 10000 pulsos por turno (ppr).
En sistemas de gama media, el posicionamiento de móviles a partir de encoders incrementales, el contador tiene normalmente entrada por doble tren de impulsos, con dos entradas (fases) A y B tales que las señales o trenes de ondas enviadas por el sensor
digital incrementan o decrementan el contador según el desfase existente entre ellas. El decalaje de ¼ de división en los captadores consigue que las señales cuadradas de salida tengan entre si un desfase de ¼ de periodo cuando el encoder gira en un sentido, y de ¾ de periodo si gira en sentido contrario.
El procesamiento de dichas señales mediante un simple sistema lógico permite conocer el desplazamiento a partir de un origen, a base de contar impulsos y determinar el sentido del movimiento según el desfase existente entre las señales.
Además de los impulsos de posición, los encoders pueden emitir también al exterior una señal de referencia (cero o reset) por cada revolución complete realizada, señal obtenida de un tercer captador que detecta una marca única en toda la banda de revolución. Esta señal se utiliza para poner a cero el contador de impulsos, a fin de fijar el origen de referencia. Si el encoder utilizado no tuviese señal de fin de recorrido, debería conectarse la entrada del contador a uno de los terminales de la alimentación (positivo o negativo según modelo) a través de un contacto, para habilitación/inhibición de la cuenta.
Al elegir el encoder apropiado para una aplicación, debe comprobarse la compatibilidad entre sus señales y las del contador en:
Frecuencia máxima de operación. Ancho de impulsos mínimo.
3.1 El alum será Parámetro tablero está minio que si án cortadas p
DISEÑO
os de partida
construido irven como para transfor
CA O DEL ME
a.
en aluminio moldes para rmarse en lig
APÍTULO I CANISMO
o fundido, d a darle forma
gas; las dime
II
O AUTOMÁ
de tal forma a a las mang ensiones en
ÁTICO
que soporta gueras que p la lámina nr
3
a los tubos d posteriormen
r. 1.
37
3.2
Los plac
Grá tabl
Diseño de p
s tableros ir ca soporte; 1
áfico de la leros; lámina
placa sopor
án dispuesto 15 tableros p
sección de a nr. 2.
rte para tabl
os en cantid por lado, sep
e placa sopo
leros.
dades iguales parados entre
orte y plac
s y simétrica e sí por 20 m
a de empot
amente a ca mm.
tramiento (s
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seguros) pa la
Pun
Nota: Para segur de es
ntos a consi
a) Longitu b) Ancho t c) Espesor posterio
a ordenar y ros, uno en c sta manera su
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ud total de la total de la pl r de la plac ormente).
asegurar lo cada extrem ujetar todos
diseño.
a placa sopor laca soporte: ca soporte:
os tableos a o, uno es fijo
y cada uno d
rte: 1600 mm : 613 mm.
6 mm (asu
a la placa s o y el otro e de los 30 tab
m.
umimos este
soporte se c s abisagrado bleros.
e espesor p
d) Material: AISI 1018 (Juvinall, 1993, pág. 679)*
Datos: Resistencia final (límite a la rotura): 49,5 Klb/in2 = 341 Mpa.
Resistencia a la cedencia (límite a la fluencia): 32 Klb/in2 = 221 Mpa. e) Condiciones de apoyo, en la mitad de los tramos 1-2 y 3-4 del gráfico anterior es
necesario tener soportes en estos puntos, podríamos colocar un soporte en el centro de 1-2 y 3-4 lo cual disminuirá el Mmáx, pero lo vamos a disminuir aún más colocando 2 apoyos a lo largo de 1-3 y 2-4, por lo tanto según la distribución racional de apoyos, lo más recomendable es lo siguiente: “Para el caso de cuatro apoyos la mejor distribución de apoyos es:” (Stiopin, 1965, pág. 224)**.
Longitud total de la viga 0,8 0,8 2,6
De nuestros datos la longitud es de 1600 . 1600 2,6
1600 2,6
615,4 0,6 m
0,8L 492,3 mm 0,5 m
f) Cálculo del peso que soportará la viga.
1. El peso de cada tablero cargado de una capa de látex es 5 Kg. Son 15 unidades: 15 5 75 ; 75
: Es el peso de los tableros sobre la placa base.
41
2. El peso de las placas de empotramientos (sujetadores) que son de acero AISI 1018 es:
Cálculo del volumen (parte 1):
. : á
6 . 28 19 . 15 1600 724800
7,24800. 10
Cálculo del volumen (parte 2).
13 . 14 20 . 13 17680
1,768. 10
Como son dos filas de placas de empotramiento y 15 tableros entonces el volumen será:
V 2V 2V 15
V 2 . 7,24800. 10 2 . 1,768. 10 15 V 2,00718. 10
Como la densidad del acero es 7800 * Como
donde:
.
7800 . 2,00718. 10
15,7
: Peso total de los sujetadores de los tableros.
75 15,7
90,7 Peso total que deberá soportar la placa soporte de los tableros y la consideramos como distribuida.
90,7 . 9,8
888,86 1,63
Tenemos como carga distribuida:
888,86
1,63 545,3
A continuación presentamos el diagrama de cuerpo libre de la placa que soportará los tableros:
Transformamos la q (distribuida) en puntual P≈890 N
Σ 0
0
ΣM 0
0,5. 0,8. 1,1 1,6 0
43
Resolviendo el sistema hiperestático empleando el software “Atlas V 1.17” obtenemos las reacciones en cada punto:
103 ; 167 ; 167 ; 103
Diagrama de esfuerzo cortante:
Diagrama de momento flector:
Analizamos para la sección transversal de la chapa superior de la placa base: Cálculo de la Inercia
donde 0,613
6. 10 ; Este valor es asumido para realizar el diseño.
Calculamos el momento de inercia de la sección:
. 12
0
Cálculo del esfuerzo
2
6. 10
2 3. 10
Condiciones de diseño
Para el caso de la fuerza extrema donde el Momento Torsor es cero y el momento flector es máximo:
0
Según la teoría de Tresca:
4
Por lo que:
donde: S Límite a la fluencia del material
Coeficiente de seguridad.
á .
á .
, . ..
4,89.10 N m
donde:
S 221Mpa 221. 10 2,21. 10
2,21. 10 4,89. 10
45,2
Notamos que al utilizar 6 el coeficiente de seguridad es de 45,2 lo cual consideramos demasiado elevado, por tal motivo volvemos a calcular para un espesor de chapa 4 .
45
0,613 . 4. 10 12 3,27. 10
2
4. 10
2 2. 10 Mmáx. C
I
18Nm . 2. 10 m 3,27. 10 m 11,01. 10 N m
2,21. 10
11,01. 10 20,07
Nos arroja un coeficiente de seguridad de 20,07 lo consideramos adecuado, ya que sí bajamos aún más el espesor de la chapa, tendremos problemas al momento de soldadura por deformaciones en la placa soporte que debe ser completamente plana.
3.2.1 Diseño de los soportes entre placa y placa
Diseñaremos como columnas para los puntos centrales B y C, ya que son los puntos con
mayor carga: 167
Escogemos una sección rectangular: 613mm x 4mm; donde 613 mm es el ancho de la placa y 4 mm es el espesor, asumido y en base a este valor se chequeará el coeficiente de seguridad .
.
7800 0,61 . 1,6 . 4. 10
30,60 .
30,60 . 9,8
300 300
1,63 184,05 /
Cálculo de reacciones por el peso de la placa soporte y (sección 3.2 lit. f)
545,3 184,05 ; 730
Calculando las reacciones usando el software “Atlas V 1.17” obtenemos:
143 225
225 143
Para la sección rectangular calculamos los momentos de inercia en x y y.
47
. 12
4. 10 0,613
12 8,33. 10
Radio de giro en eje x:
8,33.10
0,63 . 4.10 0,18
Inercia en eje y:
. 12
0,613 4. 10
12 3,36. 10
Radio de giro en eje y:
3,36. 10
0,613 . 4.10 1,154. 10
Se toma porque el radio de giro resulta menor en relación al eje .
De la relación de esbeltez:
0,2
1,154.10 173,2
Como se conoce que 2,21. 10 ⁄
2 .
donde es el módulo de elasticidad (Juvinall, 1993, pág. 678)* . 207. 10 ⁄
2 . 2 . 207.10 ⁄ 2,21 . 10 ⁄
/
136
Primera de Euler:
Como , se tiene que emplear la ecuación de Euler para columnas:
donde:
.
. .
0,613 . 4. 10 . 207. 10 ⁄ 173,2
166991,65 P 166991,65
225 742,18
Con un 742,18 demostramos que los soportes no fallarán por efecto de columna;
nótese que cumple inclusive con el requerimiento de la AISI que establece para los
elementos sujetos a compresión 200.
3.2.2 Cálculo de la potencia requerida por el motorreductor.
Primeramente calcularemos la fuerza total (peso) que tiene que vencer el motor para hacerlo girar.
a) Peso de los tableros con los moldes cargados de caucho:
75 (Sección 3.2)
Como son dos filas de palillos cargados (arriba y abajo).
150
b) Peso de las placas de empotramiento:
15,7
Como son dos filas de placas (arriba y abajo)
31,4
c) Peso de placas soportes:
30,60 (Sección 3.2.1)
Como son dos placas superior e inferior; lámina nr. 3.
