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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO
NOMBRE DEL SEMINARIO: AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Y SUS TECNOLOGÍAS
DEBERAN DESARROLLAR: LUZ FLORES RICARDO ORTEGA RESENDIZ OSCAR M.
NOMBRE DEL TEMA MÁQUINA PARA HACER FRAPPÉ
INTRODUCCION
EL PRESENTE TRABAJO PRESENTA LA AUTOMATIZACIÓN DE UNA MAQUINA PARA HACER FRAPPÉ, POR MEDIO DE LA IMPLEMENTACIÓN DE PLC’S Y SENSORES Y BUSCANDO OBTENER UNA MAQUINA RENTABLE, EFICIENTE Y FACIL DE MANIPULAR QUE SATISFAGA LAS NECESIDADES TANTO DE LA EMPRESA COMO DEL CLIENTE
CAPITULADO
I. JUSTIFICACIÓN II. OBJETIVO GENERAL III. OBJETIVOS ESPECIFICOS IV. INTRODUCCIÓN
V. MARCO TEORICO
VI. PLANTEAMIENTO Y DESARROLLO DEL PROBLEMA VII. DIAGRAMA ELÉCTRICO
VIII. ESTUDIO ECONOMICO IX. PARTES DE LA MAQUINA X. MANTENIMIENTO
MÉXICO D.F. A 26 DE SEPTEMBRE DEL 2009 FIRMA DE ASESORES
ING. SANTILLAN LECHUGA ING. MORALES GARCIA EZEQUIEL A. FERNANDO
ING. PERALTA MAGUEY ARACELI LETICIA
3 JUSTIFICACIÓN
La empresa FRAPPÉ LOS REYES S.A. de C.V. se dedica a la fabricación de frappés sabor café. La mayor parte del proceso de fabricación que actualmente utiliza la empresa se realiza manualmente; de esta forma la empresa no alcanza a cubrir su demanda y sus ventas tienden a bajar. Debido a esto se le propone a la empresa automatizar su proceso para aumentar su productividad y reducir sus costos, pues la automatización les ofrecería una mejor exactitud en el contenido de los ingredientes en su producto terminado y de esta forma también aumentar sus ganancias y sin dejar a un lado que por la misma automatización podrá satisfacer su demanda.
4 OBJETIVO GENERAL
Como objetivo general tenemos los siguientes puntos:
1. Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción y mejorando la calidad de la misma.
2. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad e higiene.
3. Realizar las operaciones imposibles de controlar manualmente.
4. Mejorar la disponibilidad de los productos, para proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
5. Simplificar el mantenimiento de tal forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Lograr la eficiencia total en la elaboración de su producto así como la optimización de sus materias primas por medio de la automatización quien nos ayudara a reducir tiempo así como eliminar tiempos muertos durante el proceso de elaboración.
Por medio de PLC´s, podemos lograr la apertura y cierre de válvulas solenoides con sensores conectados entre si y así obtener las cantidades deseadas de cada materia prima y así obtener la formula correcta.
5 INTRODUCCION
El presente trabajo pretende la automatización de una maquina para hacer frappé, la cual se le propuso a la empresa FRAPPÉ LOS REYES S.A. de C.V. ya que debido a su modo manual no consiguen satisfacer al 100% su demanda; es por ello que lograremos mejorar y eficientar su proceso a fin de elevar su margen de ventas y utilidades.
Cabe señalar que hoy en día el avance tecnológico lo vemos más común en cualquier centro comercial, hemos visto máquinas “automáticas” para cobrar el estacionamiento, despachadoras de golosinas, cafeteras, mecanismos de apertura y cierre de puertas con sólo la presencia del cliente, para hacer tortillas, etc, un sinfín de máquinas que hacen más cómodo ó rápido un proceso, es por ello que surge la necesidad de actualizar día con día las máquinas que por años creíamos no podrían hacer las cosas por sí solas.
La gran mayoría de los puntos que se toman en cuenta en este trabajo surgieron de la necesidad de obtener una máquina rentable que satisfaga todas las necesidades del cliente, desde tener el control total del proceso hasta saber mediante avisos si requiere el relleno de algún ingrediente en especial para mantener una producción constante.
Uno de los puntos que bien vale la pena resaltar de este trabajo es el uso del PLC por sus siglas en inglés (Program Logic Control) ya que nos dará la habilidad de modificar el proceso sin la necesidad de desconectar o conectar ningún cable o conexión de la máquina a fin de obtener una mayor producción y eficiencia de esta.
6 INDICE
1. Justificación 3
2. Objetivo general 4
3. Objetivos específicos 4
4. Introducción 5
5. Marco teórico
5.1 Automatización 7
5.2 Plc’s 9
5.2.1 ¿Cómo funciona un plc’s? 11
5.2.2 Otras funciones adicionales del plc 12
5.2.3 ¿Cómo se clasifican los plc? 12
5.2.4 Ventajas y desventajas de los plc 13
5.2.5 Inconvenientes 14
5.3 Sensor 14
5.3.1 Resolución y precisión 15
5.3.2 Tipos de sensores 16
5.3.2.1 Sensores capacitivos 17
5.4 Válvulas solenoides 25
5.4.1 Tipos de válvulas solenoides 25
6. Planteamiento y desarrollo del problema 28
6.1 Selección de equipo 30
7. Diagrama eléctrico 33
8. Estudio económico 58
9. Partes de la Máquina 60
10. Mantenimiento 61
11. Conclusiones 64
12. Bibliografía 65
13. Anexos 66
7 MARCO TEORICO
AUTOMATIZACION
Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo en su mayoría a operadores humanos.
El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano.
Esta como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos, las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.
Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un cuerpo pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana.
Algunas formas de automatización fueron controladas por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.
En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil.
La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial.
Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación.
Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción y no eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.
Para mediados del siglo 20, la automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea.
8 Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño empezaron a aparecer en la década de 1960. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales eran exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos.
Como un famoso dicho anónimo dice, "Para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento."
Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano.
El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.
Las computadoras especializadas, referidas como Controlador lógico programable, son utilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos. Esto nos lleva a controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial.
Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidas como interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente empleadas para comunicarse con los PLCs y otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces es conocido como Ingenieros de estación.
Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación.
Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.
9 PLC’s
PLC es acrónimo de Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller).
Originalmente los PLC’s fueron sistemas diseñados por ingenieros de la General Motors Company para resolver problemas de lógica de control y sustituir a los antiguos sistemas basados en relevadores.
Los sistemas de relevadores son del tipo de sistema de “lógica cableada”. Esto quiere decir que cuando un sistema de control basado en relevadores se diseñaba, este servía única y exclusivamente para resolver el problema para el cual fue pensado.
Si por alguna razón el proceso debía cambiar, era necesario volver a hacer un análisis matemático para obtener la lógica de control y además se debía modificar el cableado de los relevadores. En el peor de los casos era necesario rehacer toda la instalación del sistema de relevadores.
Por el contrario, un PLC es un sistema de microprocesador. En cierta forma se puede decir que es una computadora de tipo industrial. Un PLC tiene una CPU (Unidad central de procesamiento), fuente de alimentación, interfases para comunicación y puertos de entradas y salidas de tipo analógico o digital que se fabrican en tarjetas o módulos.
El controlador Programable tiene la estructura típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La estructura básica del hardware de un consolador Programable propiamente dicho esta constituido por:
a. Fuente de alimentación
b. Unidad de procesamiento central (CPU)
c. Módulos de interfases de entradas/salidas (E/S) d. Modulo de memorias
e. Unidad de programación
En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es mas exigente, se incluyen Módulos Inteligentes.
10 a. Fuente de alimentación
La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía ala CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.
+ 5 V para alimentar a todas las tarjetas + 5.2 V para alimentar al programador
+ 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.
b. Unidad de procesamiento central (C.P.U.)
Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, que en otros términos podría considerarse el cerebro del controlador.
La unidad central esta diseñado a base de microprocesadores y memorias; contiene una unidad de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes del proceso entradas/salidas, etc. Su misión es leer los estados de las señales de las entradas, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a gran velocidad.
c. Módulos o interfaces de entrada y salida (E/S)
Son los que proporciona el vínculo entre la CPU del controlador y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de maquinas del proceso.
Tipos de módulos de entrada y salida
Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores actuadotes), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreta o análoga) a determinado valor de tensión o de corriente en DC o AC.
Módulos de entradas discretas Módulos de salidas discretas Módulos de entrada analógica Módulos de salida analógica
d. Módulos de memorias
Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente Se cuenta con dos tipos de memorias,
Volátiles (RAM)
No volátiles (EPROM y EEPROM)
11 e. Unidad de programación
Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina; estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de visualización Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora).
¿Cómo funciona un PLC’s?
Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas según el siguiente orden:
1. Al encender el procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A continuación, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de operación normal.
2. El siguiente paso lee el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama tabla de imagen de entradas.
3. En base a su programa de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de salida.
4. A continuación el procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se controla el estado de los módulos de salida del PLC.
5. Vuelve a ejecutar el paso 2.
12 Cada ciclo de ejecución se llama ciclo de barrido (scan), el cual normalmente se divide en:
• Verificación de las entradas y salidas
• Ejecución del programa
Otras funciones adicionales del PLC
1. En cada ciclo del programa, el PLC efectúa un chequeo del funcionamiento del sistema reportando el resultado en la memoria, que puede ser comprobada por el programa del usuario.
2. El PLC puede controlar el estado de las Inicializaciones de los elementos del sistema: cada inicio de un microprocesador también se comunica a la memoria del PLC.
3. Guarda los estados de las entradas y salidas en memoria: Le puedes indicar al PLC el estado que deseas que presenten las salidas o las variables internas, en el caso de que se produzca un fallo o una falta de energía en el equipo. Esta funcionalidad es esencial cuando se quieren proteger los datos de salida del proceso.
4. Capacidad modular: Gracias a la utilización de Microprocesadores, puedes expandir los sistemas PLC usando módulos de expansión, en función de lo que te requiera el crecimiento de tu sistema. Puede expandirse a través de entradas y salidas digitales, análogas, etc., así como también con unidades remotas y de comunicación.
¿Cómo se clasifican los PLC?
Los PLC pueden clasificarse, en función de sus características en:
• PLC Nano:
Generalmente es un PLC de tipo compacto (es decir, que integra la fuente de alimentación, la CPU y las entradas y salidas) que puede manejar un conjunto reducido de entradas y salidas, generalmente en un número inferior a 100. Este PLC permite manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.
• PLC Compacto
Estos PLC tienen incorporada la fuente de alimentación, su CPU y los módulos de entrada y salida en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos (alrededor de 500 entradas y salidas)
13 Su tamaño es superior a los PLC tipo Nano y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:
1. entradas y salidas análogas 2. módulos contadores rápidos 3. módulos de comunicaciones 4. interfaces de operador
5. expansiones de entrada y salida
• PLC Modular:
Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final. Estos son:
• El Rack
• La fuente de alimentación
• La CPU
• Los módulos de entrada y salida
De estos tipos de PLC existen desde los denominados Micro-PLC que soportan gran cantidad de entradas y salida, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de entradas y salidas.
Ventajas y desventajas de los PLC
Las ventajas de los PLC son las siguientes:
1. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:
• No es necesario dibujar el esquema de contactos.
• No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del modulo de memoria es lo suficientemente grande como para almacenarlas.
• La lista de materiales a emplear es mas reducida y, al elaborar el presupuesto correspondiente, se elimina parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.
14 2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y añadir
aparatos.
3. Mínimo espacio de ocupación
4. Menor coste de mano de obra de la instalación
5. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden detectar e indicar posibles averías.
6. Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata.
7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.
8. Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para controlar otra maquina o sistema de producción.
Inconvenientes
1. Hace falta un programador, lo que exige la preparación de los técnicos en su etapa de formación.
2. La inversión inicial es mayor que en el caso de los relés, aunque ello es relativo en función del proceso que se desea controlar.
Dado que el PLC cubre de forma correcta un amplio espectro de necesidades, desde los sistemas lógicos cableados hasta el microprocesador, el diseñador debe conocer a fondo las prestaciones y limitaciones del PLC. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada.
SENSOR
Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.
Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.
Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.
Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura.
15 Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Algunas áreas de aplicación de los sensores son: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robótica, etc
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
1. Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
2. Precisión: es el error de medida máximo esperado.
3. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada.
4. Linealidad o correlación lineal.
5. Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
6. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
7. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
8. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
9. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.
Resolución y precisión
La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.
La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm.
16 En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.
Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.
Tipos de sensores
En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.
Magnitud Transductor Característica
Posición lineal o angular Potenciómetro Analógica
Encoder Digital
Desplazamiento y deformación Transformador diferencial Analógica Galga extensiométrica Analógica Velocidad lineal y angular Dinamo tacométrica Analógica
Encoder Digital
Detector inductivo Digital
Aceleración Acelerómetro Analógico
Fuerza y par (deformación) Galga extensiométrica Analógico
Presión Membranas Analógica
Piezoeléctricos Analógica
Caudal Turbina Analógica
Magnético Analógica
Temperatura Termopar Analógica
RTD Analógica
Termistor NTC Analógica Termistor PTC Analógica
Bimetal I/0
Sensores de presencia Inductivos I/0
Capacitivos I/0
Ópticos I/0 y Analógica
Sensores táctiles Matriz de contactos I/0 Piel artificial Analógica
Visión artificial Cámaras de video Procesamiento digital Cámaras CCD o CMOS Procesamiento digital Sensor de proximidad Sensor final de carrera
Sensor capacitivo Sensor inductivo Sensor fotoeléctrico Sensor acústico (presión sonora) micrófono
Sensores de acidez IsFET
Sensor de luz fotodiodo
Fotorresistencia Fototransistor Sensores captura de movimiento Sensores inerciales
17 SENSORES CAPACITIVOS
Los sensores capacitivos pueden detectar materiales conductores y no conductores, en forma líquida o sólida. Existen distintas aplicaciones, incluso control de niveles en depósitos, también para detectar el contenido de contenedores, o en máquinas empaquetadoras. Otras aplicaciones incluyen el posicionado y contaje de materiales en sistemas de transporte y almacenaje, por ejemplo cintas transportadoras y mecanismos de guía.
Materiales típicos que pueden ser detectados:
Sólidos:
Madera, cerámica, vidrio, apilamientos de papel, plástico, piedra, goma, hielo, materiales no férricos, y materias vegetales.
Líquidos:
Agua, aceite, adhesivo y pinturas.
Granulados:
Granulados plásticos, semillas, alimentos, y sal.
Polvos:
Tintas, polvo de jabón, arena, cemento, fertilizantes, azúcar, harina y café.
Especificaciones técnicas
La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector.
Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar en oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función puede regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del oscilador. La distancia de actuación en determinados materiales, pueden por ello, regularse mediante el potenciómetro. La señal de salida del oscilador alimenta otro amplificador, el cual a su vez, pasa la señal a la etapa de salida.
Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del detector, el objeto actúa como un condensador. El cambio de la capacitancia es significativo durante una larga distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un cambio pequeño en la constante dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es muy pequeño comparado con los materiales conductores. Hay que tomar nota de los factores de corrección, al comparar las distintas distancias de detección.
18 Factores de corrección
Los factores dados, son valores aproximados, y los alcances de sensibilidad vienen influenciados por condiciones individuales del objeto, y del ambiente en el que se encuentra situado el sensor. En todas las aplicaciones, resulta importante tener en cuenta la influencia de la humedad envolvente al detector y al objeto. Un elevado grado de humedad en madera o en papel, por ejemplo, incrementa la distancia de detección.
Se encuentran disponibles detectores capacitivos para:
- Montajes enrasados o apantallados.
- Montajes no enrasados o no apantallados
Hay que procurar una zona libre alrededor de la zona sensitiva de los detectores no enrasables, a fin de evitar la influencia del material que puede afectar el sensor. Gracias al control de sensibilidad, se pueden montar detectores no enrasables en áreas donde la “zona libre” queda restringida. Estos sensores son menos sensibles a la suciedad o humedad en la atmósfera, comparados con los sensores enrasables.
Los sensores enrasables tienen un electrodo de pantalla incorporado, el cual va conectado a tierra. Cuando ambos electrodos están muy cercanos, son particularmente eficientes en la detección de diferentes dieléctricos. Sin embargo, con esto resultan más propensos a detectar suciedad o humedad atmosférica.
Cuando los sensores capacitivos están montados juntos, o en oposición el uno con el otro, también pueden influenciarse mutuamente. Los modelos enrasables son mucho menos sensitivos en tales aplicaciones, comparados con los no enrasables. Cuando la distancia sensitiva requerida entre sensores es >2 <8 veces el diámetro del detector, es necesario hacer un ensayo de aplicación. No resulta necesario efectuar ensayos en aplicaciones donde las distancias sensitivas entre sensores sean >8 veces el diámetro del detector.
19 Especificaciones
Cara activa
La cara activa es la superficie del sensor capacitivo de la cual emerge el campo eléctrico. Para asegurar la correcta instalación, en las versiones con caja cilíndrica, es la cara frontal, mientras que en versiones rectangulares, generalmente, su posición viene marcada por una línea o una cruz.
Accionamiento
Para accionarlo, es suficiente acercar el material frente a la cara activa del sensor capacitivo, para cambiar el estado de la salida.
Objetos a detectar Standard
El objeto Standard a detectar es cuadrado, de 1 mm de espesor, y de acero (FE 360).
La cara frontal de la pletina Standard, es igual al diámetro de la cara activa. Cuando la distancia de detección es tres veces mayor que el diámetro de la cara activa, la pletina Standard debe ser de éste tamaño. Para asegurar las distancias de accionamiento correctas, la pletina debe estar conectada a tierra. La distancia de un sensor capacitivo rectangular deberá estar alineada con una pletina del mismo tamaño que la cara activa del sensor, y puesta a tierra.
Distancia sensitiva real
La distancia sensitiva real es la distancia entre el objeto a detectar y la cara activa cuando el sensor efectúa la conmutación, y la salida cambia de estado, estando montado en una aplicación específica.
Distancia sensitiva nominal: Sn
La distancia sensitiva nominal es la distancia sensible mostrada sin tener en cuenta las tolerancias e influencias de temperatura o de alimentación.
Distancia sensitiva normalizada: Sr
La distancia sensitiva normalizada es la distancia alineada con 23ºC +/- 5ºC. Debe estar comprendido entre el 90% y el 110% de la distancia sensitiva nominal.
20 Distancia sensitiva efectiva: Sn
Esta incluye todas las tolerancias de temperatura y tensión de alimentación. Debe estar entre el 80% y el 120% de la distancia sensitiva normalizada.
Distancia sensitiva utilizable
(Distancia sensitiva de trabajo). La distancia sensitiva de trabajo, deberá calcularse para aplicaciones bajo las peores circunstancias. Se calcula que debe estar entre 0 y 72% de la distancia nominal.
Repetitividad
Es la precisión entre la primera actuación y la segunda, con 8 horas de intervalo entre ambas y dentro de una zona de temperaturas de 18ºC a 28ºC. La máxima variación de la tensión de alimentación, sólo debe variar en un 5%. La diferencia entre ambas mediciones, no debe ser mayor de un 10% de la distancia sensitiva normalizada.
Hystéresis
Esta es la diferencia entre el punto de conmutación al acercarse, y el punto de desconexión al alejarse del detector. El valor viene dado como un porcentaje de la distancia sensitiva normalizada.
21 Frecuencia de conmutación
Se procede a medir la frecuencia de conmutación, según la normativa EN 60947-5-2.
Las pletinas patrón con el lado largo “a” están montadas a intervalos de 2 veces “a” en un disco, que no debe influenciar el sensor cuando el disco empieza a girar. Cuando la señal “on / off” del sensor es inferior a los 50 mS, se ha alcanzado la frecuencia máxima del sensor. Con los sensores de AC (corriente alterna), la frecuencia máxima del sensor se alcanza cuando el tiempo “on / off” equivale a la mitad de un período de la onda senoidal.
Gama de temperaturas
La gama de temperaturas para los sensores, viene medida según EN-DIN desde -25ºC hasta +75ºC. Dentro de ésta gama los sensores deben trabajar con una tolerancia del +10%.
Protección IP 65 IP 67 Cable
El cable standard lleva un aislante de PVC. Cables de siliconas, cables de poliuretano, y cables de PVC o de PTFE especiales, pueden obtenerse bajo demanda.
Conector y base
Hoy en día, los conectores y las bases en productos electrónicos, son tan importantes como el cable. Los detectores capacitivos de Bernstein, pueden venir suministrados con diversos tipos de conectores y de bases.
Normas
Todos los detectores cumplen con EN 60947-5,2.
22 Como escoger el sensor adecuado
Utilizando la matriz de selección
Con el propósito de ayudar al usuario a encontrar el sensor capacitivo más adecuado, Bernstein ha desarrollado la matriz de selección, mostrada más abajo. Los colores de los campos individuales, corresponden con los mostrados en el índice de productos, permitiendo así, una rápida selección del sensor más adecuado (por el número de pieza), empezando por el concepto más importante, la distancia de conmutación. Con el fin de no utilizar descripciones técnicas detalladas, la selección queda considerablemente simplificada, pero nuestros ingenieros, siempre están disponibles para responder cualquier pregunta técnica.
Notas importantes
Los sensores capacitivos pueden detectar materiales conductores y materiales no conductores, sólidos, líquidos, en forma granular o en polvo. En la práctica, hay que tener en cuenta determinadas circunstancias.
Distancia de conmutación
La distancia de conmutación nominal, se muestra (según DIN EN 6947-5-2/97) y está colocada en su lugar. La máxima distancia de conmutación se obtiene acercando una pieza conductora de determinado tamaño. Con material no conductor, el conocimiento
23 de la capacidad inductiva del objeto es importante, ya que la distancia de conmutación variará según un factor que depende del material y de la aplicación. (ver fig. 1 y 2).
Los factores indicados en la tabla muestran un supuesto acercamiento de la reacción sensitiva, ya que las características específicas del objeto a detectar (especialmente su sección maestra, su espesor, y su contenido de humedad) así como el entorno envolvente (puesta a tierra) ya que tienen gran influencia respecto a la distancia sensitiva. Para compensar, en muchas aplicaciones, se puede lograr un buen ajuste, mediante el potenciómetro que llevan incorporado.
Zona libre
Los sensores capacitivos no enrasables, son menos sensibles al polvo o a la condensación, que las versiones enrasables, pero hay que establecer una zona libre alrededor del sensor, sin materiales que puedan influenciarlo.
Los sensores capacitivos enrasables, tienen, por su diseño, una mayor sensibilidad respecto a una variedad de materiales, así hay que poner atención en mantener su cara activa libre de contaminación por polvo o por humedad. Cuando los sensores capacitivos sean montados en distancias de 2 hasta 8 diámetros, el uno respecto al otro, pueden generar mutuas influencias, así que se recomienda mucho efectuar ensayos en condiciones reales. La antes mencionada capacidad de ajuste, permite, sin embargo, encontrar soluciones para casi todas las aplicaciones.
24 Aplicaciones
Los detectores capacitivos son particularmente adecuados para determinar niveles a través de las paredes no metálicas de un depósito.
Ventajas:
La pared del depósito no deberá ser perforada, y el material a detectar no entra en contacto con el sensor. Para ésta aplicación, resulta imperativo que el factor dieléctrico del material a detectar, sea superior al del depósito. Con el ajuste del potenciómetro, se puede reducir la sensibilidad del sensor, hasta que llegue a detectar el objeto, pero no las paredes del depósito.
25 VALVULAS SOLENOIDES
La válvula a solenoide es la combinación de dos unidades funcionales:
El paquete electromagnético, compuesto por un solenoide y su correspondiente tragante o núcleo móvil, y un cuerpo de válvula conteniendo los orificios de entrada/s, pasaje/s y salida/s.
Sobre el o los orificios de pasaje actúan obturadores del tipo aguja o guillotina, de metal, o discos de elastómeros o teflón. En algunos modelos el cierre es de corredera, con aros sellos. Seleccionando el modelo adecuado, pueden ser aplicadas a los más diversos fluidos, corrosivos o no, pero limpios sin elementos sólidos en suspensión y una viscosidad, en general no mayor de 60 cSt, salvo en algunos modelos específicos, que superan ese valor.
En términos generales el rango de presión abarca desde vacío a presiones máximas que varían de 0,1 a 17 bar para la mayoría de los modelos, y en un caso particular, alcanza los 100 bar. No obstante, en construcciones especiales se superan esos valores. El rango de temperatura es de -200ºC hasta 180ºC, como máximo.
Tipos de válvulas solenoides
Vías - Posiciones - Condición de reposo
Las válvulas a solenoide se clasifican por el número de entradas y salidas en 2 vías, 3 vías, 4 vías o 5 vías. Desde el punto de vista funcional pueden ser monoestables o biestables. Las monoestables, al desenergizarse su único solenoide vuelve a una posición estable. En cambio las biestables, se componen de dos bobinas, una por cada posición, y pueden trabajar con pulsos de corriente. Las válvulas de 2 vías monoestables que al desenergizarse se cierran, se las denominan Normalmente Cerradas. Cuando por el contrario quedan abiertas se las denominan Normalmente Abiertas.
En el caso de 3 vías monoestables pueden tener varias denominaciones de acuerdo a la forma de trabajo. Normalmente Cerradas, Normalmente abiertas, convergentes, divergente. Si pueden operar de cualquier forma, se las denomina Universales. En el caso de 3, 4 o 5 vías pueden tener 2 o 3 posiciones; en este último caso con una posición estable, y dos inestables, con una bobina para cada posición.
Acción directa - Servo-operada - Combinada
Por su forma de operar las válvulas pueden ser de acción directa, servo-operadas, o la combinación de ambas: las ancladas.
26 Rearme Manual
En muchos sistemas de seguridad es necesario utilizar válvulas a solenoide de reposición o rearme manual. La acción automática (por ausencia o presencia de señal eléctrica) se realiza solamente para tomar una posición, que puede ser abierta o cerrada, pero no retoma la otra a no ser que intervenga un operador y efectúe la acción manualmente mediante una palanca ad hoc.
Válvulas operadas con aire, agua u otro fluido auxiliar
No son válvulas a solenoide propiamente dichas, pero podemos considerarlas como tal, cuando una válvula a solenoide piloto integrada al equipo, comanda la señal del fluido auxiliar.
Áreas de aplicación
En el presente manual las distintas series de válvulas están agrupadas en familias, de acuerdo a usos específicos comunes, o por abarcar un área industrial determinada, con requisitos y parámetros particulares. Esta agrupación no las exime de tener otros usos, además de los indicados.
Dichas familias son:
Válvula para uso general
Son aquellas que se utilizan en gran número de sistemas y en distintos rubros industriales que manejan fluidos comunes como agua, aire, vapor, aceites livianos, gases neutros, fluidos criogénicos, desde vacio hasta altas presiones y altas temperaturas.
Como ejemplos de aplicación podemos mencionar:
surtidores automáticos de combustibles, bebidas, irrigación de parques programados por sectores, sembradíos, fuentes de aguas danzantes, equipos de soldaduras oxiacetilénica, soldadura eléctrica bajo atmósfera inerte, sistema contra incendio, dosificadores de líquidos o gases, regulación de niveles de líquidos, máquinas
27 envasadoras, sistemas de tratamiento de agua, expulsores neumáticos, lavaderos de automóviles, máquinas de limpieza de frente, proceso de niquelado, galvanizado, máquinas de elaboración del café, sistemas anti-robo o selección de combustibles en automóviles, sistemas de calefacción por aire, agua caliente, vapor, aceites calientes, sistemas criogénicos de laboratorios o industriales, regulación de bajo y alto vacío, sistemas de secado de tintas, etc.
Válvulas para refrigeración
Se aplican al control de fluidos refrigerantes en sus distintos grados de agregación. Por lo tanto sus conexiones y materiales de construcción están dirigidos exclusivamente a los sistemas de refrigeración comercial o industrial. En nuestro Manual del Frío encontrará la información sobre este tipo de válvulas.
Válvulas para combustibles
Se incluyen las utilizadas tanto para la automatización, como para seguridad de equipos de combustión para calderas, hornos, etc. y de uso en la industria petrolera o petroquímica.
Válvulas direccionales para sistemas neumáticos y/o hidráulicos
Las válvulas de este rubro son de 3, 4 y 5 vías, y aplicadas a direccionar el flujo para operar cilindros de simple o doble efecto. También se utilizan para el ingreso alternativo de dos fluidos a un mismo circuito (convergencia), o la derivación alternativa de un fluido a dos circuitos (divergencia)
Válvulas para productos corrosivos o contaminables
En los modelos de válvulas de este tipo se utilizan materiales plásticos compatibles con el fluido aislando los materiales internos que no pueden ser reemplazados, como el núcleo fijo y el núcleo móvil, para evitar su corrosión o la contaminación del fluido.
Válvulas de acción neumática y/o hidráulica
Se utilizan cuando por su tamaño, presión, temperatura de trabajo, tipo de fluido o condiciones particulares de servicio (áreas explosivas, fluidos corrosivos, etc.), no existan válvulas a solenoide adecuadas.
Válvulas para filtro de manga
Por sus condiciones particulares de diseño, tiempo de respuesta y caudal, se utilizan en la limpieza de las mangas mediante periódicos pulsos de aire a presión.
Válvulas de rearme manual
Se aplican en los sistemas de seguridad “shut-off”, por límite de temperatura, presión, falta de llama, nivel, etc. de amplia utilización en la industria petrolera y en combustión.
28 PLANTEAMIENTO Y DESARROLLO DEL PROBLEMA
Actualmente la empresa FRAPPÉ LOS REYES S.A. de C.V. genera frappés manualmente siguiendo los siguientes pasos:
1. Se vierten 60 ml de agua, 14 gr de café (1 cucharada) y 14 gr de azúcar; estos ingredientes se mezclan aproximadamente 1 min.
2. Se agregan 100 gr de hielo.
3. Se agregan 4 oz de leche y se mezcla por aproximadamente 15 seg.
4. Se agregan 4 oz, de agua y se vuelve a mezclar por aproximadamente 15 seg.
Para terminar este proceso se requiere un mínimo de 2 min y 30 seg cuando las medidas son exactas o aproximadas a las necesarias, si no es el caso es necesario ir agregando poco a poco mas de los ingredientes para dejarlo a proporción o en dado caso crear nuevamente el producto, claro que esto significa perdida de materia prima, tiempo y por consecuencia económico pues como en toda empresa el detener el proceso significan perdidas económicas.
Por esto proponemos una maquina que ayudara a eliminar perdidas económicas así como de materia prima y sobre todo a agilizar el proceso debido a que dicha maquina tendrá la ventaja de crear hasta 7 frappés al mismo tiempo, pues el vaso de licuadora que utilizaremos puede contener tal capacidad y por la programación que tendrá se podrá escoger de 1 a 7 frappés según sea la necesidad de la empresa.
29 Primero creamos un croquis de situación.
Este un esquema donde podemos observar cada uno de los elementos que llevara nuestra maquina
Consta de 4 depósitos de aluminio (Ver anexo I) con tapas de plástico las cuales contienen un orificio de respiración, y un deposito de acrílico (Ver nexo VII) el recipiente 1 y 5 que contienen agua y leche respectivamente y ambos tienen una rejilla-colador, en las salidas de los recipientes 1(Ver anexo IV), 2, 3, 5 (Ver anexo V), están colocadas válvulas solenoides, en lo que para la el recipiente 1 se usara una válvula de uso general por contener el recipiente agua, y para los recipientes 2, 3, 5 se usaran válvulas para fluidos corrosivos según las tablas en el mismo anexo, en la salida del recipiente numero 4 estará colocada una válvula de cuchilla (Ver anexo VII) la cual nos ayudara a dosificar el hielo. Estas válvulas nos ayudaran a tener la porción exacta de cada uno de los ingredientes ayudándonos de sensores de nivel capacitivos (Ver anexo VII) S1, S2, S3, S5, los cuales nos avisaran por medio de una luz roja que tenemos poca materia prima y nos quedara un tiempo determinado antes de que el programa cierre todas las válvulas por falta de materia prima.
1 2 3 4 3 5
V3
4
V4
3 4
RJ1 RJ2 RJ3 RJ5
30 SELECCIÓN DE EQUIPO
Para llegar a la automatización seleccionamos el PLC Micrologix 1200 que a continuación presentamos.
El controlador programable MicroLogix 1200 tiene una fuente de alimentación, circuitos de entrada y salida y un procesador. El controlador está disponible en configuraciones de 24 E/S y 40 E/S.
Las características de hardware del controlador son:
Instalación del controlador
Este capítulo muestra cómo instalar el controlador. Las únicas herramientas que necesita son un destornillador de cabeza plana o Phillips y un taladro. Los temas incluyen:
• Certificaciones.
• Cumplimiento con las Directivas de la Unión Europea.
• Consideraciones de instalación.
• Consideraciones de seguridad.
• Consideraciones sobre la alimentación eléctrica.
• Cómo evitar el calor excesivo.
• Relé de control maestro.
• Instalación del módulo de memoria y/o el reloj en tiempo real.
• Dimensiones de montaje del controlador.
• Espacios requeridos para el controlador y el sistema de E/S de expansión.
• Montaje del controlador.
• Montaje del sistema del sistema de E/S de expansión 1762.
• Conexión del sistema del sistema de E/S de expansión 1762.
31 Certificaciones
• UL 508
• C-UL bajo CSA C22.2 No. 142
• Clase I, División 2, Grupos A, B, C, D
• (UL 1604, C-UL bajo CSA C22.2 No. 213)
• Marca CE para todas las directivas aplicables.
• C-Tick para todos los protocolos aplicables.
32 DIAGRAMA DE TIEMPOS Y MOVIMIENTOS
A continuación se presenta el diagrama de tiempos y movimientos el cual nos ayudara dar paso a la automatización
Para válvulas
• Parar preparar 1 Frappé
1. Si esta 6.1 y 7.2 se activan V1, V2, V3, V4 y V5.
2. Si esta 1.2, 2.2, 3.2, 4.2 y 5.2 transcurre un T1, T2, T3, T4 y T5.
3. Transcurrido T2 y T3 desactiva V2, V3 y activa L6.
4. Si esta 6.2 transcurre T6.
5. Transcurrido T4 desactiva V4.
6. Transcurrido T5 desactiva V5.
7. Transcurrido T1 desactiva V1.
8. Transcurrido T6 desactiva L6.
Para preparar de 2 en adelante el diagrama es similar lo único que cambia es el botón que se presionara para dar inicio a la automatización.
Para sensores
1. Si esta S1.1 activa RJ1 y transcurre un T50.
2. Transcurrido T50 desactiva V1, V2, V3, V4 y V5.
3. Si esta S2.1 activa RJ2 y transcurre un T50.
4. Transcurrido T50 desactiva V1, V2, V3, V4 y V5.
5. Si esta S3.1 activa RJ3 y transcurre un T50.
6. Transcurrido T50 desactiva V1, V2, V3, V4 y V5.
7. Si esta S5.1 activa RJ4 y transcurre un T50.
8. Transcurrido T50 desactiva V1, V2, V3, V4 y V5.
BT2
BT4
BT5
BT6 6.1 T6
7.2
3.2
4.2
5.2
BT3
6.2 T2
T3
T4
T5 2.2
1.2
BT1 T1
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
V1
V2
V3
V4
V5
L6 1.2
1.1 2.2
3.2
4.2
5.2
6.2 2.1
3.1
4.1
5.1
6.1
33 DIAGRAMA ELÉCTRICO
P1 P3
P2 P4 P5 P6
P7
V1 V2 V3
V4 V5 24v
0v
24v 24v
0v
24v 24v 24v 0v
24v 24v
0v
24v
0v 0v 0v
24v
24v 24v
24v
S1 S3
S2 S4
RJ2
RJ1 RJ3 RJ4
24v 24v
0v 0v 0v
0v 0v 0v
34 A continuación se presentan las rutinas de programación:
LAD 2
En esta rutina se seleccionará el numero de frappés que se deseen fabricar y nos mandara al LAD correspondiente.
Si presionamos el botón P1 nos mandara a LAD 3 Si presionamos el botón P2 nos mandara a LAD 4 Si presionamos el botón P3 nos mandara a LAD 5 Si presionamos el botón P4 nos mandara a LAD 6 Si presionamos el botón P5 nos mandara a LAD 7 Si presionamos el botón P6 nos mandara a LAD 8 Si presionamos el botón P7 nos mandara a LAD 9 Para cada LAD del 3 al 9 el procedimiento es el mismo.
35 LAD 3
Si se presiono el botón P1 el programa nos ha de mandar a LAD 3, en esta rutina tenemos que paraqué se lleve a cabo la primera acción que es abrir todas las válvulas, tenemos como condición que este presente el elemento 6 en su posición 1; esto es que la licuadora este apagada. Una ves hecho esto comienza un tiempo distinto para cada válvula por la diferente cantidad de cada elemento, transcurrido este tiempo en 2 y 3 las válvulas correspondientes a café y azúcar respectivamente se cierran y se enciende la licuadora, para que posteriormente se cierre la válvula V4, V5 y V1 en secuencia, mientras sucede esto transcurre un tiempo en 6 y al finalizar se apaga la licuadora.
36 LAD 4
37 LAD 5
38 LAD 6
39 LAD 7
40 LAD 8
41 LAD 9
42 LAD 10
43
44 LAD 11
45
46 LAD 12
47
48 LAD 13
49
50 LAD 14
51
52 LAD 15
53
54 LAD 16
55
56 LAD 17
Una vez terminado este proceso cualquiera que haya sido la selección el programa hará una revisión de los niveles de agua, café, azúcar y leche. Si hay alguno que ya este por debajo del nivel critico este nos enviara una luz roja, y comenzara un tiempo (ver LAD 18) para el cual tenemos un tiempo limite el cual al terminar se cerraran todas las válvulas y no permitirá su reactivación hasta tener un nivel por arriba del sensor.
57 LAD 18
58 ESTUDIO ECONOMICO
La tabla anterior muestra el valor de la Máquina hacer Frappé y sus accesorios.
Comparativo de Ventas por día
Costo frappé Cantidad/día de forma manual Costo
$ 25.00 216 $ 5,400.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 1
$ 25.00 274 $ 6,850.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 2
$ 25.00 548 $ 13,700.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 3
$ 25.00 822 $ 20,550.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 4
$ 25.00 1096 $ 27,400.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 5
$ 25.00 1370 $ 34,250.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 6
$ 25.00 1644 $ 41,100.00
Costo frappé Cantidad/día con máquina Función 7
$ 25.00 1918 $ 47,950.00
Descripción Precio
unitario
Cantidad Total
Recipiente de Aluminio, Ø4" x 9" con rosca STD 1/2 $200.00 4 $800.00
Tapa para recipiente de Aluminio, Ø3.8" $20.00 4 $80.00
Rejilla-colador , Ø3.8" $15.00 2 $30.00
Licuadora Industrial Vita Mix Mod. Drink Machine 748 $7,733.88 1 $7,733.88
Válvula Solenoide de uso general Jefferson, 2 vías, Serie 1335 $750.20 1 $750.20
Válvula Solenoide para fluídos corrosivos Jefferson, 2 vías, Serie 1360 TV2 $887.00 3 $2,661.00
Válvula de Cuchilla con moto-reductor 0.37 Kw SEW $2,250.50 1 $2,250.50
Recipiente de Acrílico de 6mm, 17.5L $425.00 1 $425.00
Sensor Capacitivo Mod. M18 Plug S12 Bernstein $800.00 4 $3,200.00
PLC Micrologix 1200 $5,900.00 1 $5,900.00
Tubo de Aluminio 1/2" $15.00 1 1/4 $18.75
Carcasa de Acrílico de 6mm $350.00 1 $350.00
Base de Acrílico de 1/2" $150.00 1 $150.00
Foco neón indicador Plástico Redondo Rojo $15.00 4 $60.00
Botón para maquinita de 1 pulso $50.00 7 $350.00
Total parcial $24,759.33 IVA $3,713.90 Total $28,473.23
59 Comparativo de Ventas por mes con cada función
Venta al Mes (30 días) Función 1 $ 205,500.00 Función 2 $ 411,000.00 Función 3 $ 616,500.00 Función 4 $ 822,000.00 Función 5 $ 1,027,500.00 Función 6 $ 1,233,000.00 Función 7 $ 1,438,500.00
Observando los valores de las tablas anteriores podemos establecer que el costo de la Máquina para hacer Frappés se cubrirá en 1 mes de trabajo utilizando la función 1 y tomando en cuenta que si utilizamos cualquiera de las funciones adicionales obtendríamos ganancias a corto plazo.
60 PARTES DE LA MÁQUINA
1. PLC Micrologix 1200
2. Licuadora Industrial Vita Mix 3. Recipiente de Aluminio 4. Recipiente de acrílico
5. Válvula solenoide de uso gral.
6. Válvula solenoide para fluido corrosivo
7. Válvula de cuchilla con motor 8. Tubo de Aluminio
9. Foco Neón Indicador 10. Botón de 1 pulso 11. Carcasa de Acrílico 12. Sensor capacitivo
12
61 MANTENIMIENTO
Para los recipientes:
Antes del lavado desmonte cada uno de los recipientes para evitar que la base de la licuadora se moje, una vez hecho esto lave todos los recipientes con agua caliente y jabón neutro. No utilice esponjas metálicas ásperas ni limpiadores. Séquela bien. Limpie con una esponja o un paño húmedo, y arme nuevamente para su uso.
Para la Licuadora:
Cómo armar
Antes de usar por primera vez: Después de desempacar la licuadora, lave todo excepto la base con agua caliente y jabón. Séquela bien. Limpie la base de la licuadora con una esponja o un paño húmedo. NO SUMERJA LA BASE EN AGUA. Deberá tener cuidado al manipular las cuchillas cortadoras ya que son muy filosas.
1. Antes de comenzar, asegúrese de que el cable de la licuadora esté desenchufado y que el interruptor de encendido/apagado, ubicado en el medio de la base de la licuadora, esté en la posición “off” (apagado).
2. Verifique la jarra para asegurarse de que la junta del ensamble de las cuchillas cortadoras, el sello de goma, y la junta de la jarra estén en las posiciones indicadas.
El ensamble de las cuchillas cortadoras deberá estar ajustado en forma segura a la jarra antes de colocar alimentos o líquidos en la jarra. Apriete el ensamble de las cuchillas cortadoras sosteniendo la jarra y girando el ensamble de las cuchillas cortadoras hacia la derecha.
3. Coloque la jarra sobre la base de la licuadora de modo de que quede ajustada con firmeza y no quede inclinada hacia un lado. Nunca coloque el ensamble de las cuchillas cortadoras sobre la base de la licuadora si la jarra no está colocada correctamente y ajustada en forma segura.
Instrucciones de Mantenimiento para el usuario
Limpieza
1. Antes de limpiar, asegúrese de que la unidad esté apagada, la luz de encendido esté apagada y el cable esté desenchufado del tomacorriente.
2. Siempre que sea posible, enjuague el tapón de llenado y la tapa inmediatamente después de procesar, para facilitar la limpieza. Si va a lavar la jarra a mano, hágalo con agua caliente y jabón, enjuáguela y séquela bien. Si es necesario, use un cepillo con cerdas de nylon para limpiar bien la jarra.
3. No utilice esponjas metálicas ásperas ni limpiadores con las piezas de plástico o de metal.
4. No llene la jarra con agua hirviendo. No coloque ninguna de las piezas en agua hirviendo.
5. No permita que el ensamble de las cuchillas cortadoras en la jarra permanezca sumergido en agua durante largos períodos de tiempo.
62
63
64 CONCLUSIONES
Al tener conocimiento de las múltiples ventajas que nos ofrece un PLC, tuvimos la oportunidad de aplicarlo en un sencillo proceso de elaboración de Frappés, el cual nos permitió tener el control adecuado de dosificación y control de cada uno de los elementos sin la necesidad de realizar arreglos y conexiones físicas adicionales; esto gracias al uso de la programación del PLC, obteniendo el inicio y fin de secuencia al presionar un solo botón. Además de tener sensores de nivel de cada materia prima, y así hacernos saber que ingrediente esta llegando a su nivel crítico.
El uso de las válvulas solenoides y la válvula de cuchilla resultaron ser uno de los accesorios principales en la dosificación y control, obteniendo las cantidades suficientes de cada uno de los ingredientes necesarios para la elaboración de Frappés en cualquiera de las funciones.
Al realizar el análisis de costo de la máquina y utilizando una combinación apropiada de las funciones programadas; determinamos que la recuperación de la inversión, se lograra en un tiempo corto, obteniendo así una respuesta positiva en cuanto a la optimización de los ingredientes y eficiencia de cada uno de los accesorios utilizados.
Al finalizar este proyecto hemos constatado que la automatización industrial se vuelve cada día mas versátil, al brindarnos la posibilidad de alcanzar su eficiencia y volver cómodo cualquier proceso ó trabajo, minimizando tiempos muertos, errores humanos, optimizando materia prima, y elevando la productividad de la empresa o negocio.
65 BIBLIOGRAFIA
Catalogo de controladores de nivel de sólidos Vignola Catalogo de controladores de nivel para sólidos y líquidos Filsa
Catalogo de sensores capacitivos Bernstein
Catalogo general de Válvulas a Solenoide y Controles de Nivel Catalogo de tubería pesada modular Manuvrac
Manual de controladores programables Micrologix 1200 y 1500 Manual de programación RSLogix 500 Allen Bradley Programmable Logic Controllers, Manual didáctico de Festo
66 ANEXO I
1. Recipiente de Aluminio (Clave de Pedido BG “TF844”) 2. Tapa Recipiente de Plástico (Clave de Pedido BG “TF844T”) 3. Rejilla-Colador de Aluminio (Clave de Pedido BG “TF844FS”)
- Capacidad del Recipiente: 1.8 litros.
2. TAPA RECIPIENTE
D = 3.8 pulg.
Solo para el recipiente con agua y con leche.
1. RECIPIENTE DE ALUMINIO
D = 3.8 pulg.
3. REJILLA-COLADOR
9 pulg.
D = 4 pulg.
pulg.
ROSCA STD ½ pulg.