Propuesta de modernización de la máquina de inyección de plástico modelo TTI 500

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Propuesta de Modernización de la Máquina de Inyección de Plástico modelo TTI-500 Autor: Manuel Alejandro Arias Zamora. Tutor: Ing. Orlando Urquijo Pascual Ing. Carlos Sing Yu. Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Propuesta de Modernización de la Máquina de Inyección de Plástico modelo TTI-500 Autor: Manuel Alejandro Arias Zamora. Tutor: Ing. Orlando Urquijo Pascual Ing. Carlos Sing Yu. Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. No piense en los problemas, solo busque sus soluciones..

(5) ii. DEDICATORIA Dedico este trabajo a mi abuela Eugenia, mi familia y amigos..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS Agradezco a todos los que hicieron posible este trabajo. En especial a los tutores por su ayuda incondicional e imprescindible. A mi mamá por todo su apoyo y por guiarme por el camino del estudio siempre. También a Jany y mi hermano por su constante preocupación por que se hiciera posible esta tesis y a todos mis amigos, por su apoyo los 5 años. Igualmente a las trabajadoras del comedor, que no saben cuánto les agradezco su ayuda, gracias por todos los dobles, triples, etc..

(7) iv. RESUMEN En la actualidad el método de moldeo por inyección constituye uno de los más usados para la confección de artículos de plástico. En Cuba existen varias instituciones que desarrollan esta tarea, una de ellas es la INPUD “1 de Mayo”. La modernización o retroffiting de máquinas de inyección se realiza con gran frecuencia. Su objetivo es recuperar y mejorar la capacidad productiva de aquellas máquinas que por su tiempo de uso resulta muy costoso su mantenimiento y adquisición de piezas de repuesto. En la empresa INPUD existen 7 máquinas con casi 20 años de uso que requieren de este proceder, nuestro trabajo de diploma se basa en la propuesta de modernización para una de estas máquinas. (TTI-500) seleccionada por ser la de mayor. capacidad y por su alto grado de empleo para las producciones de la empresa. Actualmente tiene un alto grado de roturas por la imposibilidad de adquirir las piezas de repuesto para una adecuada disponibilidad técnica pues hoy ya está obsoleta la tecnología utilizada en su fabricación. En el presente trabajo se estudia el proceso de moldeo por inyección y se propone una metodología a seguir para lograr reconvertir la máquina. También se realiza la modelación del ciclo de trabajo de esta, para en caso de ser necesario realizar la programación del controlador. Esta modelación fue simulada obteniéndose buenos resultados..

(8) v TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .............................................................................................................................. i DEDICATORIA .............................................................................................................................. ii AGRADECIMIENTOS .................................................................................................................. iii RESUMEN ..................................................................................................................................... iv INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1 Organización del informe ............................................................................................................ 2 CAPÍTULO 1. 1.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI ...................................... 3. Tipos de plástico y su clasificación .................................................................................. 3. 1.1.1. Clasificaciones ........................................................................................................... 3. 1.1.2. Principales materiales plásticos que se transforman en la MMI TTI-500 ................. 6. 1.2. Métodos de confección de artículos de plástico ............................................................... 7. 1.3. Unidades básicas de una máquina de inyección de plástico ............................................. 8. 1.3.1. Unidad de inyección .................................................................................................. 9. 1.3.2. Unidad de cierre......................................................................................................... 9. 1.3.3. Unidad de Control de proceso ................................................................................. 10. 1.3.4. Unidad de potencia .................................................................................................. 14. 1.3.5. Molde ....................................................................................................................... 15. 1.3.6. Unidad de enfriamiento ........................................................................................... 15. 1.4. Pasos para confeccionar una pieza en una MMI ............................................................. 16. 1.5. Clasificación de las MMI ................................................................................................ 17. 1.6. Funcionamiento general de las MMI .............................................................................. 17. 1.7. Componentes fundamentales de las máquinas de inyección de plástico ........................ 19. 1.8. Generalidades de las Redes de Petri ............................................................................... 21. CAPÍTULO 2.. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500 ............................................... 24.

(9) 2.1. vi Caracterización de la máquina de moldeo por inyección TTI- 500 .............................. 24. 2.1.1. Sistema hidráulico ................................................................................................... 24. 2.1.2. Sistema de control ................................................................................................... 27. 2.1.2.1. Interfaz Hombre-Máquina ................................................................................ 27. 2.1.2.2. Microprocesador y Tarjeta de entrada/salida ................................................... 28. 2.1.2.3. Componentes del sistema de control ................................................................ 29. 2.1.3. Sistema de enfriamiento .......................................................................................... 30. 2.2. Sistema de control propuesto .......................................................................................... 31. 2.3. HMI modelo MPC 40 ..................................................................................................... 31. 2.3.1. Botones de la interfaz hombre-máquina .................................................................. 33. 2.3.2. Instrucciones de la pantalla...................................................................................... 34. 2.4. Elementos necesarios para la modernización ................................................................. 37. 2.4.1. Variador de frecuencia............................................................................................ 37. 2.4.2. Accesorios y sensores .............................................................................................. 39. CAPÍTULO 3.. Propuesta final para la modernización de la MMI. TTI-500....................... 41. 3.1. Pasos a tener en cuenta para la modernización ............................................................... 41. 3.2. Conexión del sistema de control a los principales componentes de la MMI ................. 42. 3.3. Medidas de seguridad a tener en cuenta en la realización del montaje y puesta en marcha. del sistema de control MPC-40 ................................................................................................. 48 3.4. Análisis económico ......................................................................................................... 49. 3.5. Análisis medio ambiental................................................................................................ 50. 3.6. Simulación del ciclo de trabajo de la máquina de inyección .......................................... 51. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 54 Conclusiones.............................................................................................................................. 54 Recomendaciones ...................................................................................................................... 54 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 55.

(10) vii ANEXOS ....................................................................................................................................... 57 Anexo I Anexo II. Propuesta de los componentes necesarios para la modernización ........................... 57 Esquema de la Red de Petri ................................................................................. 60.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN El moldeado de plástico ha alcanzado un alto desarrollo a nivel mundial, debido a que los productos plásticos sustituyen a otros tradicionales como el acero, la madera y el papel. Su introducción en Cuba responde a la fácil obtención de la materia prima. En tal sentido resulta evidente un aumento de la comercialización de productos plásticos en el país. La empresa INPUD “1ro de Mayo” ubicada en la provincia de Santa Clara constituye una de las primeras industrias en asumir esta técnica. Debido a ello se introdujeron en la fábrica varias máquinas de inyección de plástico. La TTI-500, con más de veinte años de explotación es una de ellas. Diseñada para trabajar continuamente todo el año, sufre gran cantidad de interrupciones, debido a roturas, que afectan su eficiencia. Posee un sistema de control obsoleto que no permite realizar muchas funciones presentes en las Máquinas de Moldeo por Inyección (MMI) modernas. Su reparación se hace muy difícil pues el fabricante ya no produce piezas para este tipo de maquinarias. Por ello la producción de piezas y la productividad de la empresa se ven afectadas. En función de lo antes dicho resulta pertinente la modernización de la máquina. Respondiendo a tal demanda la presente investigación pretende proponer la sustitución de los componentes que tengan desgaste, así como el sistema de control, para de esta forma lograr condiciones óptimas de producción, logrando ahorrarle a la empresa dinero en la compra de una máquina nueva y humanizar más el trabajo de los operadores. Este tipo de trabajo conocido como retroffiting en el mundo de la ingeniería, se lleva a cabo en muchos lugares, principalmente en países desarrollados. Actualmente resulta más económico modernizar una máquina de inyección de gran tonelaje (+ 400 t) que adquirir una nueva. Se contaría así con un equipo que ofrecería las mismas prestaciones que otro de última generación. Teniendo en cuenta lo expresado anteriormente se definen como objetivos de este trabajo de diploma: Objetivo general: Proponer un Sistema de Control de una Máquina de inyección de Plástico modelo TTI 500 con el propósito de perfeccionar su funcionamiento. Objetivos específicos: Estudiar el funcionamiento general de las MMI y las especificaciones de la TTI 500..

(12) INTRODUCCIÓN. 2. Proponer la instrumentación necesaria para el sistema de control para su posterior aplicación. Simular el funcionamiento de la MMI a través de Redes de Petri. Organización del informe El presente trabajo de diploma está constituido por. tres capítulos, conclusiones,. recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. Los contenidos de los capítulos, en forma resumida son los siguientes: Capítulo 1 Constituye una revisión bibliográfica sobre las máquinas de inyección de plástico y sus principales componentes. Incluye una explicación de los plásticos más usados y su clasificación. Explica las formas de moldear los mismos, haciendo énfasis en el moldeo por inyección. Se realiza una introducción a las MMI, sus principales componentes, características y funcionamiento. Capítulo 2 Especifica las características de la MMI TTI-500. Define sus principales componentes. Incluye la propuesta de un nuevo sistema de control explicando sus particularidades. Culmina con los tipos de accesorios y sensores que deben ser ubicados para que el proceso de modernización sea exitoso. Además describe el programa usado en la simulación del ciclo de trabajo de la máquina. Capítulo3 Incluye la metodología para implementar los cambios propuestos. Explica los pasos a seguir, las medidas de protección a tener en cuenta y como realizar la integración de los componentes. También se realiza el modelado del clico de trabajo de la MMI TTI-500 para en caso de ser necesario realizar la programación de su controlador. Finalmente se hace un análisis económico del proceso y su implicación con el medio ambiente..

(13) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 3. CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. Para realizar la modernización es necesario conocer a fondo el funcionamiento de las MMI y en especial de la TTI-500, que es la que va a recibir la propuesta de modernización como culminación de esta tesis de pregrado. Con este fin se explicarán las principales unidades de la máquina y su principio de funcionamiento, principales materias primas con que trabaja además de las partes que la componen. También se tienen en cuenta los componentes fundamentales, los parámetros principales para que funcione de forma correcta y algunas otras características de la TTI-500. Además se exponen las principales características de las MMI. Luego se da una explicación de los tipos de plástico y los métodos para elaborar artículos de este material. Se hace mención al principio de inyección de plástico, dando una breve explicación del mismo. Concluye el capítulo con una reseña de las principales partes de las máquinas de moldeo por inyección y su funcionamiento tanto a nivel general, como a nivel de sus principales componentes. 1.1. Tipos de plástico y su clasificación. Para comprender mejor qué es un material plástico, es necesario explicar algunos conceptos químicos asociados a su estructura y los tipos de plásticos. Polímeros: Constituye un compuesto (macromolécula) formado por la unión de muchas unidades repetidas llamadas monómeros. Su nombre se deriva del griego poli que significa mucho y meros que significa unidad. Dentro del grupo de los polímeros se encuentran los plásticos, las fibras y los elastómeros (Arias, 2001). 1.1.1 Clasificaciones Los plásticos se pueden clasificar de acuerdo a varios parámetros, las más usadas actualmente son: Dependiendo de su origen Naturales: Son compuestos orgánicos, que pertenecen a organismos, y forman parte de su estructura (MORALES, 2005). Ejemplos:.

(14) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 4. La celulosa, que es el constituyente principal de las fibras vegetales (madera, algodón y lino). Las proteínas vegetales y animales como la albúmina y la caseína (componente de la leche). Las fibras de origen animal como la seda y la lana. El látex o caucho de origen vegetal. Artificiales: Son polímeros que no existen en la naturaleza, pero que están formados a partir de compuestos naturales poliméricos, y han sido modificados artificialmente (Morales, 2005). Ejemplos La nitrocelulosa a partir de la nitración de la celulosa de algodón. El papel a través de la modificación de la celulosa de madera. El rayón o seda artificial también a partir de la celulosa. El acetato de celulosa. Sintético: Son creados totalmente por el hombre a partir de compuestos orgánicos derivados del petróleo y del gas natural (Morales, 2005). Ejemplo: Polietileno a partir del monómero etileno Por su comportamiento ante la temperatura Termofijos Termoplásticos Termofijos: Son aquellas resinas que ante el aumento de temperatura forman una estructura con enlaces tipo red, este tipo de enlace produce que al calentarlos nuevamente se quemen en lugar de reblandecerse, este tipo de material no se puede recuperar, no es reciclable (Hernández 2005). Ejemplos: Fenol Formaldehido, Urea Formaldehido y Melanina Formaldehido. Termoplásticos: Se consideran termoplásticos. aquellos que están formados por polímeros. lineales o ramificados, estos se ablandan al calentarlos y se endurecen cuando se enfrían (Hernández 2005)..

(15) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 5. Ejemplo: Polietileno, Polipropileno, ABS. Por su estructura los termoplásticos se clasifican en: Amorfos: son cadenas que desvían la luz en todas direcciones, por lo tanto el promedio de desviación es cero, el polímero es transparente (Mejia, 2006). Ejemplo: Poliestireno cristal, SAN, Poli carbonato. Cristalinos: Son cadenas geométricamente que desvían la luz de una dirección preferente, el resultado será un polímero no transparente (Mejia, 2006). Ejemplo: Polietileno, Polipropileno. Dispersos: son aquellos que poseen una fase continua, salpicados por una fase dispersa. Estos materiales son opacos (Mejia, 2006). Ejemplo: ABS, Poliestireno alto impacto. Por el proceso de polimerización: Polímeros de condensación Polímeros de adición. Las reacciones de condensación producen diferentes longitudes de polímeros mientras que las reacciones de adición producen longitudes específicas. Por otro lado, las polimerizaciones por condensación generan pequeñas cantidades de subproductos, como agua, amoníaco y etilenglicol, mientras las reacciones de adición no producen ningún subproducto. Algunos polímeros típicos de condensación son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres. Entre los polímeros de adición se encuentran el polietileno, el polipropileno, el poli cloruro de vinilo y el poliestireno. Las masas moleculares medias de los polímeros de adición son generalmente mayores que las de los polímeros de condensación (Hernández, 2005). La clasificación más utilizada es la que se les da a partir de su comportamiento ante la temperatura. En este trabajo es la que será usada para denominar los plásticos. El proceso de fabricación de plásticos consta de cuatro etapas: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero para las aplicaciones en las industrias y moldeo del plástico para obtener la forma final..

(16) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 6. La materia prima más común en la obtención de polímeros para hacer plásticos es el petróleo, aunque existen otros materiales de los cuales podemos obtenerlos como son: resinas de origen vegetal, aceites de semillas y derivados del almidón. 1.1.2 Principales materiales plásticos que se transforman en la MMI TTI-500 Con el desarrollo de la ciencia y la técnica la industria del plástico se fue desarrollando. A partir de ello se logró obtener diferentes tipos de plásticos que de acuerdo a su composición química y estructura cada uno cuenta con un número de propiedades físicas y mecánicas que lo hacen apropiados para la fabricación de diferentes productos. Los principales plásticos que son procesados en las MMI y sus principales características son: Polietileno de alta densidad (PEAD): El producto acabado cuenta con las siguientes propiedades: Alta rigidez, estabilidad a la temperatura, estabilidad de forma, buena dureza superficial, buenas propiedades dieléctricas, insípido e inodoro, resistente a la ebullición (Hernández, 2005). Polietileno de Baja Densidad (PEBD): El producto que se termina cuenta con alta flexibilidad, buena resistencia térmica, baja dureza superficial, insípido e inodoro (Hernández, 2005). Polipropileno (PP): La pieza que se realiza con este tipo de plástico presenta elevada estabilidad de forma, resistencia a la tracción y al choque, además de rigidez y una buena dureza superficial, sin tendencia a la corrosión por tenciones. Este material se hace quebradizo a temperaturas inferiores a 0 ºC y tiene una densidad de 0.92 g/cm³ (Hernández, 2005). Copolímero Acrílico Nitrilo Estireno (SAN): La pieza obtenida tiene resistencia a las raspaduras y al desgaste de la superficie, muy estable al clima, intemperie y envejecimiento. Es muy usado en la fabricación de cajas y diversas piezas de aparatos de oficina y domésticos, aparatos de radio y televisión (Hernández, 2005). Acrilonitrilo Butadieno Estireno: Este es muy común en la fabricación de piezas para elementos de la industria del automóvil, cajas y diversas piezas para máquinas de oficina (Hernández, 2005)..

(17) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 1.2. 7. Métodos de confección de artículos de plástico. Después de exponer los conceptos químicos elementales para comprender qué son los materiales plásticos, los grupos en que es clasifican y las características de cada uno de los plásticos fundamentales que se utilizan en nuestro país, estamos en condiciones de conocer cómo se realiza la transformación de estos. Los principales métodos de moldeado son: compresión, inyección, extrusión, termoconformado y soplado hueco. Todos estos métodos consisten en calentar el plástico y darle forma, pero en dependencia de la forma que se quiera lograr, usamos uno u otro, debido a que sus particularidades tienen ventajas a la hora de confeccionar las piezas. En el moldeo por compresión el molde es abierto, llenado con una gran cantidad de material, y es cerrado bajo presión, causando que el material fluya dentro de la cavidad de moldeado. La presión requerida depende del material a moldear y la geometría del molde. El molde se mantiene cerrado hasta que el material se cure, después el molde es abierto, la pieza es retirada y se repite el ciclo. Ejemplo de piezas obtenidas por este proceso tenemos botones de cocina de gas, brazos de sillones de impedidos físicos (Eduardo, 2005). El proceso de extrusión consiste en estirar el plástico derretido. La aplicación de este método es en la producción continua de largos filamentos, como son: mangueras, tuberías, juntas etc (Eduardo, 2005). El termoconformado consiste en calentar una hoja de plástico; la forma de la pieza se da con la forma que tenga el molde, tanto como por diferentes presiones de aire o por métodos mecánicos (Morales, 2005). Por su parte el soplado hueco cuenta de una extrusora la cual plastifica el material y la lleva a un cabezal el cual es el encargado de obtener el macarrón. El macarrón cierra dentro de la cavidad del molde, entra a un soplador el cual introduce aire a presión que hace que el macarrón se pegue a las paredes del molde que se enfríe, se abre el molde y se obtiene la pieza deseada (Morales, 2005). En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, o un metal en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado boquilla. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. Es el proceso más práctico, la operación es fácil, pero el.

(18) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 8. equipo no. La velocidad del ciclo es determinada por la rapidez con que el material usado se enfría, esto depende en la conductibilidad térmica del material. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada (Morales, 2005). Este método es muy eficaz porque permite la confección de un gran número de elementos más rápido que los demás y obtener piezas de gran tamaño (hasta 8 kg) y variedad de formas. El moldeo por inyección es muy extendido, permite insertos de metal, altos índices de productividad, control de acabado superficial con la textura deseada y una buena precisión en las dimensiones. El proceso de moldeo por inyección es complicado. En ocasiones, un diseño defectuoso de la pieza o del molde puede traducirse en resultados poco aceptables. Cuando no vigilan los procesos, aumenta el índice de desechos y el rechazo de piezas por parte del cliente, lo cual puede suponer importantes pérdidas financieras. 1.3. Unidades básicas de una máquina de inyección de plástico. Una MMI está compuesta por un grupo de unidades, cada una de ellas tiene un propósito específico en el funcionamiento de la máquina. Además contienen un grupo de componentes que son los que permiten realizar cada tarea. La figura 1.1 muestra un esquema general de una MMI con las principales unidades que las conforman.. Figura 1.1. Esquema general de una MMI (MORALES, 2005)..

(19) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 9. 1.3.1 Unidad de inyección La unidad de inyección está conformada por el husillo y la cámara de inyección, la boquilla y las resistencias alrededor de la cámara. El material sólido ingresa por la tolva a la zona de alimentación del husillo, en esta zona es transportado, por efecto de la rotación del husillo dentro de la cámara de inyección, hacia la zona de fusión donde se plastifica; finalmente el material es bombeado hacia la parte delantera del husillo en la zona de dosificación. Durante el proceso de plastificación del material, el husillo gira constantemente, cuando se va a realizar la inyección hacia el molde, el mismo deja de girar y actúa a manera de pistón. Esto hace fluir el plástico fundido hacia el molde y llena sus cavidades (Eduardo, 2005). En la figura 2 se puede ver cómo está conformada esta unidad:. Figura 1.2. Unidad de inyección 1.3.2 Unidad de cierre Consiste de una prensa conformada por dos placas portamoldes, una móvil y otra fija. El sistema de accionamiento de la placa móvil puede ser un mecanismo de palancas acodadas accionadas hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema eléctrico de tornillo sinfín accionado por un motor. El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (t). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre las placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes (Eduardo, 2005). La fuerza del cierre se obtiene normalmente por un sistema de presión hidráulico que actúa sobre unas rodilleras o directamente con un cilindro hidráulico.

(20) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 10. Existen dos tipos de sistemas de cierre. Rodilleras. Hidráulico.. Figura 1.3. Sistemas de cierre. a) Rodilleras b) Hidráulico El sistema de cierre por rodilleras nos brinda alta velocidad y fuerza del cierre, menor consumo de energía y puede soportar los esfuerzos no equilibrados. Como inconveniente se puede decir que requiere de mayor mantenimiento por el desgaste que tienen las partes móviles, la fuerza del cierre con el tiempo no puede ser la misma en toda el área de las partes en contacto (Bodini, 2005). Por su parte el sistema de cierre hidráulico posee facilidad de ajuste en cambios de moldes y en los ajustes de presión. Este tipo de mecanismo consume grandes cantidades de energía. 1.3.3 Unidad de Control de proceso Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas de la cámara de inyección y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo. Los controladores PID son los que se usan para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos. Los sistemas de control. de las MMI, en su mayoría, proporcionan la ejecución manual,. semiautomática y automática de todas las operaciones relacionadas con el moldeo por inyección. Para ello debe ser capaz de controlar las variables de molde, de inyección, tipos de botadores,.

(21) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 11. temperaturas en las diferentes zonas de la cámara de inyección, temperatura del aceite, conteo de producción, velocidad y presión, protección tanto para el molde y máquina como para los operarios. Por ejemplo, para la protección de operarios, el molde nunca cerrará si la puerta de la máquina no está cerrada, o nunca se deberá inyectar si no tiene protecciones de inyección (Morales, 2005). El modo manual se caracteriza por una mayor interacción entre el operador y la máquina pues cada operación debe realizarse por separado, y es el operador quien ejecuta por medio de pulsadores, directamente en la botonera de comandos manuales, las acciones a realizar. La operación dura exactamente el tiempo que el operador mantiene presionado el pulsador. En el modo semiautomático la máquina está en la capacidad de realizar un ciclo de inyección completo. Es decir, cierra el molde, inyecta, el producto, se enfría, carga, abre el molde, expulsa y queda listo para el siguiente ciclo. Necesita un comando de arranque, que normalmente es una señal de arranque, que le da la puerta de la máquina, en la mayoría de los casos. Para empezar de nuevo un ciclo, es necesaria la intervención del operario para abrir y cerrar la puerta. Este modo es muy conveniente en productos que debido a su forma, tamaño o dificultad para su extracción se requiere de la intervención del operario. El modo de ejecución automático es similar a la de modo semiautomático, con la única condición que la máquina al terminar el ciclo de inyección no necesita que el operario realice maniobra alguna para empezar el nuevo ciclo. Este modo normalmente se usa en artículos que no tienen dificultad para desprenderse del molde, en algunos casos para asegurarse de esta operación se colocan dispositivos que detectan la extracción del producto. Controladores Lógicos Programables (PLC) Un PLC es un dispositivo electrónico operado digitalmente que utiliza la memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones a fin de implementar funciones específicas, tales como lógicas, secuenciales, tiempo, conteo y aritméticas y así controlar varios tipos de máquinas o procesos a través de módulos de entrada/salida analógicos o digitales (Jiménez, 2003). El PLC se encarga de que cada fase del proceso sea efectuado en el orden cronológico correcto y sincronizado. También nos permite verificar automáticamente ciertas condiciones de la instalación como temperaturas, presiones, niveles y al detectar un exceso en los coeficientes.

(22) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 12. máximos o mínimos de los parámetros actúa de dos formas: adopta las medidas necesarias para evitar desperfectos, o bien emite señales de aviso para el personal. Se caracteriza por permitir reprogramación, ocupar muy poco espacio, consumir poca potencia y poseer auto-diagnóstico. Además pueden realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de datos, tienen capacidad de almacenamiento y pueden comunicarse más eficientemente con el programador y con otros controladores y computadoras. en. redes. de. área local. En la actualidad muchos PLC incorporan instrucciones y módulos para manejar señales analógicas y para realizar estrategias de control más sofisticados que el simple ONOFF, tales como el control PID, inclusive con múltiples procesadores (Jiménez, 2003). Un PLC está compuesto por varios elementos, el conjunto de estos es lo que le da versatilidad y los hace funcionar. Sus partes fundamentales son: la unidad básica de procesamiento, módulos de entrada y salida, fuente de alimentación, interfaces y dispositivos periféricos. La unidad central de procesamiento (CPU) es donde se toman las decisiones relacionadas al control de la máquina o proceso. Durante su operación, la CPU recibe entradas de los dispositivos sensores, ejecuta las decisiones lógicas basándose en un programa almacenado en la memoria, y controla los dispositivos de salida de acuerdo al resultado de la lógica programada (Morales, 2005). Los módulos de entrada y salida son los que conectan al PLC con los sensores y actuadores, a través de ellos se controla y monitorea el proceso. La fuente de alimentación convierte los voltajes de línea (110 a 220 VAC) a bajos voltajes (5, 12, 24 VDC) requeridos por el CPU y los módulos de entrada y salida. Los PLC tienen muchas ventajas, algunas de ellas son su efectividad para controlar sistemas complejos, su flexibilidad y gran capacidad computacional. También contienen una gran de capacidad de entradas y salidas, lo que favorece su aplicación en sistemas de control para monitorear procesos. Además realiza operaciones a una gran velocidad. Estos dispositivos se pueden programar en varios lenguajes: Diagrama de contactos: El diagrama de contactos (Ladder Diagram LD, por sus siglas en inglés) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación La representación del lenguaje de programación gráfico (esquema de contactos) es la más usada. para hacer. programas, esta es muy similar a la de los esquemas de circuitos. Los elementos de un esquema.

(23) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 13. de circuitos como son: contactos normalmente cerrados y normalmente abiertos, se agrupan en segmentos, estos segmentos a su vez en el área de instrucciones de un bloque lógico. Cada segmento de un esquema puede contener instrucciones de entrada y salida. Las instrucciones de entrada realizan una comparación o prueba y coloca el estado del segmento dependiendo del resultado. Las instrucciones de salida examinan el estado del segmento y ejecutan alguna operación o función (Morales, 2005). Gráfico secuencial de funciones: El gráfico secuencial de funciones (SFC o Grafcet) es un lenguaje gráfico para describir ciclos automáticos mediante símbolos. Desarrolla los automatismos de una forma simple y de fácil comprensión para el que analiza esta representación gráfica. Soporta selecciones alternativas y secundarias paralelas. Los elementos básicos son etapas y transiciones. Una etapa puede ser inactiva o activa. En todo el Grafcet sólo una etapa puede ser activa en un momento dado. Para que una etapa sea activa ha tenido que preceder una transición en la que se han producido unas acciones. El franqueamiento de una transición provoca el paso de una etapa a otra dentro del ciclo de mando (Morales, 2005). Lista de instrucciones: La lista de instrucciones (IL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, en el que cada línea del programa contiene una operación que utiliza una abreviatura nemotécnica para representar una función de la CPU, (ejemplo, almacenar un valor en un registro). Las operaciones se unen y combinan en un programa, creando así la lógica de control de la aplicación. Diagrama de funciones: El diagrama de funciones (Function Block Diagram o FBD, por sus siglas en inglés) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre sí de forma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de información o datos entre componentes de control. Es el tipo más poderoso de los lenguajes de programación en cualquier marca de aparato, ya que es lo más cercano al lenguaje máquina y, puede hacer uso de particularidades de los mismos microprocesadores, y con ello hacer más rápido un programa o, más compacto (Morales, 2005). Texto estructurado: El texto estructurado (Structured text o ST, por sus siglas en inglés) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST, puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analógicos y digitales..

(24) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 14. También se especifica tipos de datos para el manejo de horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales (Morales, 2005). 1.3.4 Unidad de potencia Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como: Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes Sistema hidráulico directo El sistema eléctrico se utiliza generalmente en máquinas relativamente pequeñas. Este sistema se emplea tanto para el giro del husillo como para la apertura y cierre del molde. La máquina emplea dos sistemas mecánicos de engranajes y palancas acodadas, uno para el cierre del molde y otro para el husillo. Cada uno accionado por un motor eléctrico independiente. Los sistemas hidráulicos son los más comúnmente utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica. A diferencia de los sistemas electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen, parcial o totalmente, por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. En los sistemas hidráulicos es común utilizar presiones que varían entre los 70 y 140 kg/cm2. El motor hidráulico posee ventajas con respecto al eléctrico, entre ellas están su fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido; permitir arranques y paradas rápidas debido al pequeño momento de inercia y también permite relaciones bajas de peso/potencia, lo que posibilita alcanzar altas velocidades de inyección del material. Uno de los requisitos básicos del moldeo con una máquina MMI eficiente consiste en tener un buen sistema hidráulico. Los artículos plásticos se moldean por calor y presión y la aplicación correcta de ambos es esencial para la producción eficiente. La selección y mantenimiento del fluido hidráulico son de mayor importancia. Los aceites no solamente han de ser claros y poseer la debida viscosidad, sino que debe ser antioxidantes y.

(25) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 15. completamente saturados. De otro modo la sedimentación y los aumentos de espesor no tardarán en hacer su aparición. 1.3.5 Molde El molde contiene cavidades que se llenan con el plástico durante la inyección, produciendo así una pieza con la forma deseada. El mismo consta de circuitos de enfriamiento por donde circula el agua y se produce entonces el enfriamiento por trasmisión de calor desde el material hacia el molde y desde este al agua.. Figura 1.4. Molde de una MMI. Entre las funciones principales que cumple el molde está conducir el material plastificado a través de los canales y entradas al interior de las cavidades, las cuales le darán la forma y el acabado definido. Después se enfría la pieza hasta su solidificación para poder extraerla para lo cual se abre el molde para la expulsión de las piezas moldeadas (Menger). Los metales y aleaciones usadas para la fabricación de moldes y sus partes deben tener la capacidad de permanecer sin deformación bajo presiones extremas de inyección. Por esta y otras razones, el molde es el componente de más valor en el proceso de inyección y por tal motivo se requiere la producción de grandes cantidades de piezas para que el proceso sea rentable. 1.3.6 Unidad de enfriamiento La refrigeración de las MMI está a cargo de torres de enfriamiento generalmente. Las torres de enfriamiento son estructuras para enfriar el agua y otros líquidos que se encuentran a temperaturas altas para la función de enfriamiento de los moldes. El uso principal de torres de refrigeración industriales es el de bajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en el.

(26) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 16. proceso de producción. La eficiencia global de una torre de enfriamiento está directamente relacionada con el diseño del sistema de distribución de agua caliente. El agua calentada se bombea a la cima de la torre de refrigeración y cae en chorros finos – presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire – sobre el material de relleno dentro de la torre. A medida que gotea, entra en contacto con el aire que sube por la torre (por tiro natural o forzado por grandes ventiladores), provocando que una pequeña cantidad de agua se pierda por arrastre del viento y otra parte del agua por evaporación. 1.4. Pasos para confeccionar una pieza en una MMI. En este punto queremos aclarar que las piezas que se confeccionan dependen en gran medida de la experiencia del tecnólogo que la confecciona, ya que las fórmulas existentes para calcular tiempos de inyección, presión de inyección y velocidades no dan valores exactos para colocar en las máquinas y siempre recomiendan que se utilice la experiencia práctica del tecnólogo (MORALES, 2005). Partiendo de tener el molde construido y como es lógico, está el material plástico elegido para la pieza: 1. La elección de la máquina se realiza de acuerdo a la fuerza de cierre que requiere el molde y al peso de la pieza que se va a producir. a) La fuerza de cierre se calcula teniendo en cuenta el área proyectada de la pieza sobre el molde. De acuerdo a este cálculo se compara con las máquinas que cuenta el taller y se coloca en la que sea capaz de garantizar la fuerza de cierre para que no se abra el molde. 2. Elegir las presiones, velocidades y tiempos de inyección necesarios para obtener las piezas, estos valores son empíricos y dependen de la experiencia práctica del operador. 3. Se colocan las temperaturas de trabajo en la máquina, estas temperaturas están en dependencia del material que se trabaja de acuerdo a los rangos de temperatura. El rango de temperatura se coloca de menor a mayor desde la tolva hasta la boquilla. 4. Una vez colocados los parámetros y comprobando que todas las zonas de calentamiento están en el rango deseado se comienzan con las pruebas y tanteos de los parámetros hasta obtener la pieza deseada..

(27) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 17. 5. Se elige el régimen de trabajo Semi-Automático o Automático de acuerdo a las complejidades del molde 6. Se comienza a producir la pieza por parte de los operarios. Para el correcto funcionamiento de las máquinas de inyección de plástico es necesario tener en cuenta el correcto ajuste de los parámetros anteriormente señalados, que son los que determinan la calidad del producto. 1.5. Clasificación de las MMI. Las MMI se pueden clasificar de acuerdo a dos de sus principales características: tamaño de la carga de inyección y fuerza de cierre. El tamaño de la carga de inyección es la cantidad máxima de material que inyecta la máquina en cada ciclo. Teniendo en cuenta las grandes variaciones de densidad de los plásticos comerciales, debe acudirse a la comparación con un patrón de referencia para medir el tamaño de la carga, siendo el poliestireno el generalmente aceptado. Una máquina pequeña de laboratorio puede aceptar una carga de inyección máxima de 20 gramos. En el caso de las máquinas de gran capacidad puede alcanzar de 9,000 gramos o 9 kilogramos. (Solaz, 2005). La fuerza de cierre es la fuerza máxima que puede aplicar una máquina a un molde. Un método para clasificar las MMI consiste en distinguir entre tamaños pequeño, medio y grande. Generalmente, las máquinas pequeñas tienen una fuerza de cierre de 99 toneladas o menos; las de tamaño medio, entre 100 y 999 toneladas, y las grandes de 1,000 a 5,000 toneladas dentro de la normalidad, para tamaños mayores se necesita un pedido especial (Solaz, 2005). 1.6. Funcionamiento general de las MMI. El molde se coloca en la unidad de cierre, y consta generalmente de dos secciones, una se sujeta a la platina fija (lado de la boquilla de inyección) y la otra a la platina móvil. El movimiento de cierre se efectúa previo a iniciar la inyección, y se realiza moviendo la platina móvil por medio de un accionamiento hidráulico de pistón o mecánico de rodillera con pistones hidráulicos auxiliares. El polímero es depositado en la tolva del dispositivo dosificador que alimenta la cámara de plastificación generalmente por gravedad. Esta porción de material es empujado hacia delante cuando el husillo es puesto a girar. El cilindro hidráulico ejerce una fuerza en la parte posterior.

(28) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 18. del husillo, desplazándose hacia atrás, acarreando hacia la zona de dosificación la porción de material. Con las resistencias situadas en la superficie exterior de la cámara de inyección se lleva el material a una temperatura que produce una fusión termoplástica homogénea. Esta temperatura es regulada por controles de temperatura a un valor determinado. Las características propias del proceso de inyección hacen que el avance de material no sea permanente, sino que haya una cierta permanencia de material en la cámara de inyección sin embargo, con cada avance se obtiene una fusión plástica homogénea lista para la inyección. El molde es cerrado con el tonelaje de cierre necesario y la boquilla ya ha hecho contacto con el bebedero del molde, se inicia entonces el proceso de inyección de la pieza. El material inyectado atraviesa el bebedero, llega a las cavidades del molde, que corresponde a la forma de la pieza a producir. La velocidad máxima de inyección depende de las propiedades del polímero y las características del molde que se emplee. El cilindro puede moverse lento o rápidamente y con la presión que se seleccione según el diseño de la máquina; la presión de inyección está dada por la viscosidad y velocidad del material (MORALES 2005). La cantidad de material que se inyecta debe ser tal que su volumen sea suficiente para llenar las cavidades del molde. La presión de sostenimiento después de la inyección permite que la pieza mantenga su volumen a medida que se enfríe. El material se enfría pasado un período de tiempo corto dentro del molde. Un sistema de enfriamiento por donde circula agua a baja la temperatura, disipa el calor y acelera el proceso de solidificación de la pieza. Durante el tiempo que dura el enfriamiento, se aprovecha para cargar una nueva dosis de material. La unidad de inyección retrocede de su posición de apoyo sobre el bebedero del molde, cuando se realiza una pausa prolongada en la inyección para evitar que la resina se sobrecaliente y pierda las características de coloración y textura deseadas Una vez finalizado el proceso de la solidificación, se procede a abrir el molde por medio del mecanismo de apertura, para luego extraer la pieza por medio de expulsores. Ocurre cuando la platina móvil ha alcanzado la suficiente posición de apertura. Al expulsar la pieza termina el ciclo de trabajo y se está en condiciones de repetir el ciclo..

(29) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 1.7. 19. Componentes fundamentales de las máquinas de inyección de plástico. Las máquinas de inyección, están compuestas por una serie de elementos que trabajando en conjunto complementan el ciclo de inyección. Dentro de los principales componentes podemos hallar: Cámara de plastificación: Su función es introducir en la cavidad del molde una cantidad de material previamente determinada, que corresponde al volumen de las cavidades del molde y fundida mediante el sistema de plastificación. Sus componentes más importantes son: El husillo, es un tornillo sinfín que tiene la profundidad variable de los filetes. Esto determina la razón de compresión del material fundido, y es la que asegura que podrá ser conducido hacia delante bajo el efecto de una presión positiva. La primera sección del husillo, donde los gránulos ingresan, se llama zona de alimentación (que está debajo de la tolva), la segunda zona se llama zona de fusión. Es aquí donde se lleva a cabo la transferencia de calor por acción de las resistencias de la cámara de inyección y la tercera zona, que es donde el material termina de plastificarse hasta quedar preparado para ser inyectado a las cavidades del molde.. Figura 1.5. Husillo de una MMI. La válvula de retención está generalmente en la punta del husillo con el propósito de evitar el reflujo del material plástico durante el período de inyección. La boquilla es la que permite el paso del material fundido hacia la cavidad del molde, guiándolo como un camino estrangulado. Se encarga de asegurar el sello hermético entre el tambor y el molde. El sistema de plastificación se encarga de empujar el material hacia delante dejándolo listo para la inyección. Para la plastificación se debe poner a rotar el husillo. Para la rotación del husillo se.

(30) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 20. usan dos métodos, el primero es por medio de un motor hidráulico, y el segundo por medio de un motor eléctrico con algún sistema reductor de velocidad, engranajes o fajas. Las resistencias de calefacción se hallan en la parte exterior del tambor. Estas son las encargadas de proporcionarle calor a la cámara de inyección. para que pueda realizarse la. plastificación del material. Generalmente se dividen por sectores o zonas de calefacción, zona frontal, zona central, zona trasera y boquilla. Para la extracción de los artículos plásticos existen varios sistemas, los cuales actúan cuando el molde ha sido abierto una distancia suficiente como para permitir el desprendimiento de la parte de la superficie del molde. Los expulsores usados en las industrias pueden ser de 3 tipos: mecánicos, hidráulicos y neumáticos. Los mecánicos aprovechan la acción de la apertura del molde para expulsar la parte por medio de una placa móvil. El accionamiento de la placa puede hacerse por medio de cadenas o barras con una adecuada graduación (Paloma, 2011). En los expulsores hidráulicos sus moldes traen montados cilindros hidráulicos usados para separar partes de piezas de construcción compleja. Estos expulsores pueden tener varias formas de accionamiento, dependiendo de la aplicación del molde. Cuando el molde está abriendo los cilindros son accionados, haciendo salir las piezas del molde; a 90 grados, 45 grados hacia arriba, abajo y laterales. Los expulsores neumáticos son usados para extracciones que requieren de poca fuerza y con diseños cilíndricos. El aire hace presión entre las paredes del molde y el producto es despegado y expulsado. La bomba es probablemente el componente más importante y constituye un campo muy complejo. Su función es la convertir la energía mecánica suministrada por el motor de arrastre (eléctrico o de combustión interna), en energía hidráulica al empujar el fluido dentro del sistema. Una bomba tiene por objeto proporcionar un caudal líquido venciendo para ello determinadas resistencias, una evaluación de las cuales la constituye la presión que da origen. Es decir, sólo proporciona caudal a su salida (MORA, 2008). Las bombas más usadas en las MMI son las bombas de paletas, (Víckers, Inc), las cuales están compuestas por un rotor dirigido por un árbol con ranuras profundas, en las cuales se insertan.

(31) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 21. otras paletas de acero templado. Es conveniente instalar una válvula de seguridad para evitar que la bomba actúe por encima de su valor de presión y perjudique el equipo. La bomba hidráulica necesita de otros componentes para actuar sobre las partes móviles de la máquina de inyección, dentro de ellos se hallan distintos tipos de válvulas como son las válvulas de control de presión, válvulas de control de flujo y válvulas direccionales. Las válvulas de control de presión sirven para controlar la presión del fluido según la necesidad de los diferentes usuarios del sistema. Por lo regular se ajustan comprimiendo un resorte calibrado que las ajusta a la presión requerida. Las válvulas de control de flujo se encargan de regular la velocidad, es decir, del control de flujo de aceite que necesitan los diferentes usuarios del sistema. Aunque existen válvulas de este tipo operadas manualmente, en la actualidad son más usadas las válvulas de flujo de control remoto, ya que permiten ajustes al tamaño del estrangulador por medio de una señal eléctrica. Las válvulas direccionales se hallan en la salida de los dispositivos hidráulicos de regulación donde se conectan los diversos órganos de mando direccional que, por lo general, son electro válvulas (de una, dos, tres, cuatro vías, etc.), que dependen básicamente de señales eléctricas que actúan sobre bobinas y las cuales, a su vez, por medio del campo electromagnético generado, mueven un núcleo mecánicamente acoplado al carrete distribuidor del flujo hidráulico, el que va de esta manera directamente hacia los actuadores, cilindros o motores. Por lo general, son válvulas que operan con señal eléctrica on-off. 1.8. Generalidades de las Redes de Petri. Una Red de Petri es una representación matemática o gráfica de un sistema a eventos discretos en el cual se puede describir la topología de un sistema distribuido, paralelo o concurrente. Una Red de Petri (RdP) está formada por estados, transiciones, arcos dirigidos y marcas o fichas que ocupan posiciones dentro de los estados. Los arcos conectan un estado a una transición así como una transición a un estado. No puede haber arcos entre estados ni entre transiciones. Los estados contienen un número finito o infinito contable de marcas. Las transiciones se disparan, es decir consumen marcas de una posición de inicio y producen marcas en una posición de llegada. Una transición está habilitada si tiene marcas en todas sus posiciones de entrada (Peterson, 2005)..

(32) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 22. Las Redes de Petri clásicas están formadas de cuatro componentes básicos que forman su estructura: Un conjunto de estados P, un conjunto de transiciones T, la función de entrada I, y la función de salida O. Las funciones de entrada y salida relacionan las transiciones y los estados (Rozenberg and Engelfriet, 2005). Partiendo de esta estructura las Redes de Petri pueden ser del tipo ordinarias o del tipo generalizadas, la primera se refiere a que todos sus arcos tienen una función de peso (w) igual a 1 y la segunda para cuando tengan funciones de peso mayores que 1 respectivamente. La validación de un sistema modelado consiste en comprobar que se cumplen las propiedades de vivacidad, limitación y reversibilidad. La vivacidad se trata de un concepto relacionado con la idea de “no bloqueo”, si una Red de Petri es viva entonces no quedará bloqueada nunca. Las RdP son reversibles si para cualquier marcado alcanzable es posible volver al marcado inicial y está limitada si para todo marcado alcanzable tenemos que ningún estado tiene un número de marcas mayor que k. Para realizar la simulación es necesario seguir un conjunto de pasos, los cuales nos permiten hacer un diseño adecuado y que responda a las características del sistema a modelar. Entre los principales pasos a seguir se encuentran: (Benítez et al., 2002; Salmon, 2009; Sarasola, 2008) 1. Estudiar el sistema a controlar y sus requerimientos funcionales. 2. Analizar y modelar cada uno de los subsistemas con los modelos básicos presentados. 3. Modelar. el sistema completo, introduciendo el formato de los subsistemas e. interrelacionándolos, de forma que se obtenga el funcionamiento deseado para el sistema principal. 4. Aumentar la red de Petri obtenida introduciendo estructuras de recuperación de errores. 5. Refinar el modelo para detallar la estructura de cada subred. Aquí, inicialmente, se van. integrando los modelos de los subsistemas según la secuencia de operación, quedando conformado el modelo de planta sin control. Esto garantiza el desarrollo de nuevas sub-redes integradas que representan las secuencias deseadas de funcionamiento de la planta, los cuales constituyen elementos para la síntesis del controlador. 6. Determinar las propiedades funcionales y estructurales..

(33) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MMI. 23. 7. Aplicar métodos de reducción simples para revisar la estructura de las sub-redes y alcanzar. la mayor independencia entre selección y concurrencia de las ramas del modelo, creando modelos bien formados. 8. Simular el funcionamiento del sistema a través de su modelo en un programa compatible..

(34) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 24. CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. En este capítulo se abordan las principales características de la MMI TTI-500. Se estudian sus principales componentes y se realiza una proposición de un sistema de control nuevo. De este sistema de control se explica su interfaz- hombre máquina, se demuestra que es ideal para este proceso debido a sus características ya que está diseñado para controlar máquinas de este tipo. 2.1. Caracterización de la máquina de moldeo por inyección TTI- 500. La máquina de inyección de plástico TTI-500 en su unidad de inyección cuenta con un husillo de diámetro 85 mm, está diseñada para poder inyectar un volumen máximo de plástico de 2104 cm3. La velocidad de inyección, alcanza un valor de 43 mm⁄s. Otro parámetro fundamental es la presión máxima a la que pueda trabajar, en el caso de la TTI- 500 este valor llega hasta los 1736 kg⁄cm2. El husillo gira a una velocidad que varía desde 20 hasta120 rpm. El husillo se halla dentro de la cámara de calentamiento que tiene una longitud de 1150 mm y un radio de 183 mm. La unidad de cierre se caracteriza por tener una fuerza de cierre de 500 toneladas, los moldes que utiliza pueden alcanzar una altura máxima de 760 mm y lograr una apertura hasta 1440 mm. La velocidad de cierre de este mecanismo es de 532 mm⁄s y la de apertura 300 mm⁄s. El mecanismo de expulsión es neumático y mecánico, tiene una fuerza de expulsión de 72 mm, que posibilita un recorrido de expulsión de 150 mm. Otra de las partes fundamentales de una MMI de plástico es la unidad de potencia, en la máquina TTI 500, la misma está compuesta por un motor principal que tiene una potencia máxima de 75 hp y una bomba hidráulica con una capacidad de 66 gpm. El peso neto de la máquina es de 26 toneladas y ocupa un área de 9.16 m2. 2.1.1 Sistema hidráulico El sistema hidráulico de la máquina de inyección está compuesto por: un motor eléctrico, una bomba hidráulica , 14 electroválvulas, un tanque de aceite, 5 cilindros para el movimiento de las partes de la unidad de cierre y 2 motores hidráulicos que son accionados por la circulación de aceite a través de ellos. La función del sistema hidráulico es convertir en energía mecánica la circulación del aceite para mover varios componentes de la máquina, en la figura 2.1 se ve un esquema mostrando cómo está formado este:.

(35) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 25. Figura 2.1. Sistema hidráulico de la máquina TTI-500 Las electroválvulas que controlan los cilindros hidráulicos de la máquina TTI-500 son de marca Vickers, serie DG4V, dicha serie son válvulas direccionales eléctricas de varias vías. Estas son totalmente permutables con válvulas. Rexroth y Yuken. Se. utilizan para. varios sistemas. hidráulicos pues pueden trabajar con un flujo máximo de 21 gpm y su conexión eléctrica puede configurarse como conexión individual o central. También tienen invalidación manual opcional. El motor que mueve la bomba consume 89.8 A, es alimentado con 440 VAC y alcanza una velocidad de 1185 rpm. Este motor mueve una bomba Vickers de paletas modelo 4525V, esta bomba puede alcanzar una presión máxima de 16.8 MPa. A continuación se muestra una tabla con las válvulas que son necesarias accionar para cada movimiento:.

(36) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 26. Tabla 2.1 Accionamiento de las válvulas para cada movimiento Movimiento. 13 1. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14. Alta presión de cierre del molde. x. x. x. Baja presión de cierre del molde. x. x. x. Alta presión de cierre del molde. x. x. x. Mov. De la unidad de iny. adelante. X. X. x. Inyección. x. x. x. x. Presión de sostenimiento. x. x. x. x. Plastificación. x. x. Descompresión. x. x. Mov. De la unidad de iny. atrás. x. x. Baja presión de apertura del molde x. x. x. Alta presión de apertura del molde x. x. x. Baja presión de cierre del molde. x. x. x. Mov. Del eyector adelante. x. x. Mov. Del eyector atrás. x. x. Mov. Ajustador del molde adelante. x. x. Mov. Ajustador del molde atrás. x. x. x. Parada del cierre del molde. x x x. Parada de apertura del molde x x x x. Para mover el husillo es utilizado un motor hidráulico que es movido por la circulación de aceite a través. del mismo. Este movimiento es controlado por las válvulas que participan en la. inyección. La circulación de aceite hace mover unas paletas que están unidas mediante una serie de engranajes al husillo, por lo que al rotar generan el movimiento del husillo y así ingresa más plástico a la cámara de calentamiento..

(37) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 27. En el ajuste del molde ocurre algo semejante, sólo que el motor en lugar de mover el husillo acciona sobre un mecanismo de engranaje el cual posibilita que el molde cierre herméticamente y evita que pueda retroceder la parte móvil del mismo por la inyección de plástico. 2.1.2 Sistema de control El sistema de control está dividido en varias partes, dentro de las cuales se halla la interfaz hombre – máquina. 2.1.2.1 Interfaz Hombre-Máquina La interfaz hombre-máquina se hallan varios pulsadores y un teclado numérico que permiten al operador ajustar algunos parámetros del funcionamiento de la máquina como son el tiempo de inyección, la presión de cierre del molde (este valor se cambia pero sólo en un rango que tiene el equipo preestablecidos), el modo de trabajo de la máquina, etc. Este sistema presenta varios problemas porque es una tecnología obsoleta, tiene un tiempo de explotación de 20 años y es por ello que hay parámetros que no se pueden ajustar debido al desgaste de algunos pulsadores. La otra parte de esta interfaz es un pequeño monitor donde se visualizan los valores modificados y los parámetros que ya están establecidos. Este monitor cuenta con su propio microprocesador, que está subordinado al microprocesador de la tarjeta de control. La visualización es de muy mala calidad debido al tamaño de la pantalla y a la claridad de los caracteres en la misma. A continuación se muestra el mismo en la figura 2.2:. Figura 2.2. Interfaz hombre máquina MMI TTI-500.

(38) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 28. 2.1.2.2 Microprocesador y Tarjeta de entrada/salida El controlador es otro componente fundamental en este sistema, actúa como un controlador lógico programable. Gobierna la tarjeta de entrada/salida que está compuesta por una fuente de alimentación, un transformador, un módulo de entradas/salidas y un convertidor digitalanalógico. La fuente de alimentación tiene una entrada de 110 VAC y salidas de 12, 5,-12 24 y 24 VDC. El módulo de entradas/salidas cuenta con 32 entradas y 21 salidas. La tarjeta constituye el corazón del sistema en cuestión, ya que a través de ella se controlan todos los movimientos del proceso de inyección y sus variables. A continuación se muestra el diagrama del sistema de control:. Figura 2.3. Diagrama general del sistema de control de la MMI TTI-500 Este sistema tiene como desventaja que sólo permite la inyección en 3 etapas, no tiene señales de alarma para el nivel de aceite y no se puede almacenar la información de los moldes por lo que es necesaria la configuración del funcionamiento de la máquina cada vez que se cambia un molde para la realización de una nueva pieza. Tampoco se puede realizar el ajuste automático del molde o la expulsión en más de una etapa. Esto trae consigo que no se obtienen piezas con la mejor calidad y si el operador se equivoca en la configuración del molde se pierda tiempo mientras se realiza el proceso de reajuste hasta lograr obtener la pieza con la calidad requerida..

(39) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 29. 2.1.2.3 Componentes del sistema de control En el sistema de control están presentes contactores electromagnéticos, que no son más que dispositivos electromecánicos que funcionan como un interruptor controlado por un circuito eléctrico. En el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Dado que el contactor es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse como un amplificador eléctrico. Los contactores electromagnéticos presentes en la TTI-500 son de la. marca Merlin Gerin, de diferentes modelos acorde a las corrientes que. manejan para gobernar los distintos elementos finales (motor, resistencias). La ventaja de los contactores electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento -la que circula por la bobina del electroimán- y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. Se puede apreciar en la Figura 2.4 como se ubica este elemento.. Figura 2.4. Contactores electromagnéticos en la MMI TTI-500. Para controlar los desplazamientos del mecanismo de cierre se usan interruptores límites. Estos son contactos que están pegados a las partes móviles y al cerrar debido al movimiento, cierran un circuito que actúa como señal de entrada a la tarjeta de control. Estos son ajustados por el operador manualmente, lo que conlleva a que estos procesos no sean exactos, sino aproximados y dependan de la experiencia del operador, además cuando se cambia un molde es necesaria su reconfiguración, en lo que se pierde tiempo y se deja de producir, disminuyendo la eficiencia de la máquina..

(40) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA MMI TTI-500. 30. Figura 2.5. Interruptores límites de desplazamiento del mecanismo de cierre. También están presentes una serie de sensores que son los que facilitan la medición de la temperatura y presión. Para medir la temperatura se utilizan termopares tipo K, este sirve para un intervalo de medida entre los -40 y 1000 ºC por lo que se ajusta al proceso de inyección. En la cámara de plastificación se hallan 5 sensores de este tipo, uno por cada zona de calentamiento. 2.1.3 Sistema de enfriamiento Para la extracción de las piezas del molde es necesaria la disminución de su temperatura, para ello se usa en la TTI-500 una torre de enfriamiento de tiro forzado para reducir la temperatura del agua de enfriamiento (ver figura 2.5).. Figura 2.5. Torre de enfriamiento de las MMI.