UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
TEMA
:
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
TRITURADORA SEMIAUTOMÁTICA PARA ESPONJA DE
POLIURETANO”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO: INGENIERO EN MECATRÓNICA
NOMBRE: LUIS EDUARDO FERNANDEZ ÑATO
DIRECTOR: ING. ALEXYS VINUEZA
DECLARACIÓN DE AUTORIA
Yo LUIS EDUARDO FERNÁNDEZ ÑATO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Luis Eduardo Fernández Ñato
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción de un prototipo de trituradora semiautomática para esponja de poliuretano”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue desarrollado por Luis Eduardo Fernández Ñato, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
ING. ALEXYS F. VINUEZA LOZADA MSC. DIRECTOR DELTRABAJO
AGRADECIMIENTO
A Dios, por cada mañana al despertar me permite ver su grandeza y está conmigo en cada momento y cada paso que doy. Quien me llena de bendiciones día a día.
“No temas, porque yo estoy contigo; no desmayes, porque yo soy tu Dios que te esfuerzo; siempre te ayudaré, siempre te sustentaré con la diestra de mi justicia.
Isaías 41:10”.
A mis padres: Luis y Alicia, quienes gracias a su amor, paciencia y sacrificio, han velador por mí, me han apoyado en mi formación académica y en cada proyecto que he emprendido.
A mis hermanos Edgar y Liliana, por su apoyo.
Un agradecimiento especial al Ing. Alexys Vinueza, Director de Tesis, por su colaboración y dirección en el desarrollo de este proyecto.
Al Centro de Tapizado y Retapizado Victoria por permitirme aplicar mis conocimientos en sus instalaciones.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial, quien me abrió sus puertas para mi formación y superación profesional.
INDICE DE CONTENIDO
RESUMEN ... XI SUMMARY ... XII 1. INTRODUCCIÓN ...
1.1. OBJETIVOGENERAL ... 2
1.2. OBJETIVOSESPECÍFICOS ... 2
2. MARCO TEÓRICO ... 2.1. DESCRIPCIÓNGENERALDELAPLANTA ... 4
2.1.1. Área de costura ... 5
2.1.2. Área de carpintería ... 5
2.1.3. Área de tapizado ... 6
2.1.4. Almacenamiento ... 6
2.2. INTRODUCCIÓNALAFABRICACIÓNDEMUEBLES ... 7
2.3. FUNCIONAMIENTOACTUALDELPROCESO ... 7
2.3.1. Construcción de armazones ... 7
2.3.2. Tapizado ... 8
2.3.3. Corte de espuma de poliuretano ... 9
2.3.4. Costura ... 9
2.3.4.1. Cortes de tela y plumón ... 9
2.3.4.2. Cocido ... 9
2.3.5. Almacenado ... 10
2.4. POLÍMEROS ... 11
2.4.1. Definición ... 11
2.4.2. Propiedades mecánicas ... 11
2.4.3. Polímeros comerciales ... 11
2.4.3.1. Plásticos ... 12
2.4.3.2. Elastómeros ... 13
2.5. POLIURETANO ... 14
2.5.1. Origen y composición ... 14
2.5.2. Tipos de espuma de poliuretano ... 15
2.5.2.1. Espuma de poliuretano flexible de baja densidad ... 15
2.5.2.2. Espuma de poliuretano rígidas de baja densidad ... 16
2.5.2.3. Espuma de poliuretano rígidas de alta densidad. ... 17
2.5.3. Características y propiedades ... 17
2.5.3.1. Propiedades físicas ... 18
2.5.3.2. Propiedades mecánicas ... 19
2.5.3.3. Aplicaciones ... 19
2.6. TRITURACIÓN ... 19
2.6.1. Trituradoras ... 21
2.6.1.1. Tipos de trituradoras ... 21
2.6.1.2. Utilización ... 23
2.7. MÁQUINADETRITURACIÓNDEPOLIURETANO ... 23
2.7.1. Parametros de diseño ... 23
2.7.2. Bastidor ... 24
2.7.2.1. Estructuras metálicas ... 24
2.7.2.2. Soldadura ... 25
2.7.3. Caja de trituración ... 25
2.7.4. Aspas o cuchillas ... 26
2.7.5. Polea ... 26
2.7.6. Bandas de transmisión ... 27
2.7.7. Tamiz ... 27
2.7.8. Cálculo de la potencia ... 27
2.7.9. Cálculo de ejes... 28
2.7.10. Cálculo de columnas ... 29
2.8. MOTORESELÉCTRICOS ... 30
2.8.1. Clasificaciòn de motores ac ... 31
2.8.2. Protección ... 33
2.8.3. Campos de aplicación ... 35
2.8.5. Contactores ... 36
2.8.6. Pulsadores ... 37
2.9. SENSORESYTRANSDUCTORES ... 39
2.9.1. Terminología del funcionamiento ... 39
2.9.2. Tipo de sensores ... 40
2.9.3. Tipo de transductores ... 41
2.10. AUTOMATIZACIÓN ... 42
2.10.1. Sistemas de control ... 42
2.10.2. PLC ... 43
2.10.2.1. Tipos de PLC ... 44
2.10.2.2. Lenguajes de programación ... 46
2.10.2.3. PLC Logo ... 46
2.10.2.4. Aplicaciones industriales ... 48
3. METODOLOGÍA ... 3.1. REQUERIMIENTOSDELPROTOTIPO ... 50
3.1.1. Corte de esponja ... 50
3.1.2. Capacidad de producción ... 50
3.1.3. Principio de funcionamiento ... 51
3.1.4. Tipo de material a ser procesado ... 51
3.1.5. Sistema de control eléctrico ... 51
3.2. RESTRICCIONESDELPROTOTIPO ... 52
3.3. VARIABLESLIBRES ... 53
3.4. ANÁLISISDEALTERNATIVASDEDISEÑO ... 54
3.4.1. Introducción al análisis de alternativas ... 54
3.4.2. Aspectos técnicos de ingeniería... 54
3.4.3. Primera alternativa: trituradora semiautomática con rodillo guía y cuchillas circulares... 56
3.4.3.1. Funcionamiento ... 57
3.4.4. Segunda alternativa: trituradora semiautomática con dos ejes de corte ……….58
3.4.4.1. Funcionamiento ... 58
3.4.5.1. Funcionamiento ... 60
3.4.6. Casa de calidad ... 61
3.4.6.1. Método de criterios Ponderados ... 61
4. DISEÑO ... 4.1. DETERMINACIÓNDEFUERZASDECORTE... 65
4.2. POTENCIAREQUERIDADEOPERACIÓN ... 66
4.3. CÁLCULODEVELOCIDADESDETRABAJO ... 69
4.4. CÁLCULODERODILLOS ... 71
4.5. CÁLCULODEEJEDECUCHILLASCIRCULARES ... 77
4.6. CÁLCULODEEJEDECUCHILLAS ... 82
4.7. DISEÑODECUCHILLAS ... 88
4.8. DISEÑODELAESTRUCTURAYBASTIDOR ... 90
4.8.1. Bastidor ... 90
4.8.2. Cálculo de la columna ... 94
4.9. DISEÑOELÉCTRICOYCONTROL ... 98
4.9.1. Consideración ... 98
4.9.2. Descripción del software de programación ... 99
4.9.3. Diagrama de bloques de operación máquina trituradora .. 100
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 5.1. CONSTRUCCIÓNDELPROTOTIPO ... 103
5.2. MONTAJEDELPROTOTIPO ... 104
5.3.1. Pruebas de movimiento del eje de corte sin carga... 108
5.3.2. Prueba de corte con carga mínima ... 110
5.3.3. Prueba de corte con carga máxima ... 112
5.4. ANÁLISISDECOSTOS ... 115
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 6.1 CONCLUSIONES ... 118
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades físicas del poliuretano ... 18
Tabla 2. Tipo de lenguajes de programación ... 46
Tabla 3. Metodología Mecatrónica ... 49
Tabla 4. Partes máquina trituradora ... 56
Tabla 5. Partes máquina semiautomática con dos ejes de corte... 58
Tabla 6. Partes máquina con principio de reducción mecánica. ... 60
Tabla 7.Cuadro de comparación ponderada por pares de requerimientos de ingeniería ... 62
Tabla 8. Selección de alternativas ... 63
Tabla 9.Cuadro de selección de alternativa por criterios ponderados ... 64
Tabla 10. Tabla de masa de los elementos de la máquina trituradora ... 90
Tabla 11. Tiempo de estabilidad de las cuchillas ... 109
Tabla 12. Análisis de tiempos de corte con carga mínima ... 111
Tabla 13. Análisis de operación con carga máxima ... 113
Tabla 14. Análisis en 1 [h] de producción ... 114
Tabla 15. Análisis del tiempo de producción ... 114
Tabla 16 . Costos de fabricación ... 115
Tabla 17. Costos de materiales directos ... 115
Tabla 18. Costo total directo ... 116
Tabla 19. Costos indirectos ... 117
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Centro de tapizado "Victoria" ... 4
Figura 2. Área de costura ... 5
Figura 3. Área de Carpintería ... 5
Figura 4. Área de Tapizado ... 6
Figura 5. Área de almacenado ... 6
Figura 6. Etapa de ensamble de muebles ... 8
Figura 7. Tapizado de Mueble... 8
Figura 8. Procesos manuales de trituración de esponja ... 9
Figura 9. Procesos de Costura ... 10
Figura 10. Empaquetado del mueble terminado ... 10
Figura 11. Polímeros más comerciales ... 12
Figura 12. Aplicación de plásticos ... 13
Figura 13. Aplicación de elastómeros ... 13
Figura 14. Aplicación de fibras ... 14
Figura 15. Proceso de espumación del poliuretano: Los componentes son mezclados y agitados hasta su homogenización, e inmediatamente se inicia la reacción química que genera la espuma rígida... 15
Figura 16. Espuma de poliuretano de baja densidad ... 16
Figura 17. Espuma de poliuretano rígida de alta densidad ... 16
Figura 18. Espuma de poliuretano de alta densidad ... 17
Figura 19. Trituradora de mandíbulas ... 21
Figura 20. Trituradora de Rodillos ... 22
Figura 21. Trituradora de martillos ... 22
Figura 22. Trituradora de cuchillas ... 23
Figura 23. Batidor ... 24
Figura 24. Estructura para máquinas ... 25
Figura 26. Cajas en chapa metálica ... 26
Figura 27. Partes de una cuchilla de corte ... 26
Figura 28. Sistema de transmisión ... 27
Figura 29. Torsión y flexión en un eje ... 28
Figura 30. Motor eléctrico ... 31
Figura 31. Interruptor diferencial ... 33
Figura 32. Interruptor Magneto térmico ... 34
Figura 33. Fusibles de protección industrial ... 34
Figura 34. Campo de aplicación de motores eléctricos ... 35
Figura 35. Representación esquemática de operación de un variador de frecuencia ... 36
Figura 36. Contactor ... 37
Figura 37. Pulsadores, Botoneras ... 38
Figura 38. Funcionamiento de botoneras ... 38
Figura 39. Tipo de sensores ... 41
Figura 40. Tipo de Transductores ... 41
Figura 41. Planta industrial automatizada ... 42
Figura 42. Esquema de un sistema de control ... 43
Figura 43. Partes interna de un PLC ... 43
Figura 44. PLC tipo Nano ... 44
Figura 45. PLC tipo Compacto ... 45
Figura 46. PLC tipo Modular ... 45
Figura 47. Logo siemens ... 47
Figura 48. Componentes electrónicos ... 54
Figura 49. Elementos eléctricos ... 55
Figura 50. Equipos para controlar y automatizar... 55
Figura 51. Máquina trituradora con rodillo y cuchillas ... 56
Figura 52. Máquina trituradora con 2 ejes de corte ... 58
Figura 53. Máquina con reductor mecánico ... 59
Figura 54. Vista de las cuchillas en posición inicial ... 65
Figura 55. Velocidad de avance de esponja de poliuretano ... 67
Figura 57. Sistema de Transmisión ... 71
Figura 58. Diagrama de cuerpo libre de rodillo ... 73
Figura 59. Diagrama de cortarte ejercida en el rodillo ... 73
Figura 60. Diagrama de torque ... 74
Figura 61. Análisis solidworks en rodillo guía ... 76
Figura 62. Fuerzas ejercidas en la polea ... 77
Figura 63. Diagrama de cuerpo libre ... 78
Figura 64. Fuerza cortante y Momento flector... 79
Figura 65. Simulación solidworks eje de cuchillas circulares ... 82
Figura 66. Fuerzas ejercidas en la polea ... 83
Figura 67. Diagrama de cuerpo libre. ... 84
Figura 68. Fuerza cortante y Momento flector... 85
Figura 69. Simulación de solidworks eje de cuchillas ... 88
Figura 70. Grado de temple ... 89
Figura 71. Fuerzas que actúan en el bastidor ... 91
Figura 72. Elementos de corte sobre el bastidor ... 91
Figura 73. Diagrama fuerza cortante y momento flector ... 92
Figura 74. Análisis del bastidor ... 94
Figura 75. Columnas de soporte del bastidor... 94
Figura 76. Análisis columna ... 98
Figura 77. Etapa de operación ... 99
Figura 78. Interfaz de programación logo soft confort ... 101
Figura 79. Diagrama de bloques ... 101
Figura 80. Tablero eléctrico ... 102
Figura 81. Montaje de máquina trituradora. ... 103
Figura 82. Eje con cuchillas circulares ... 104
Figura 83. Rodillo guía ... 105
Figura 84. Tablero de control ... 105
Figura 85. Máquina tritura de espuma de poliuretano ... 106
Figura 86. Operación sin carga ... 108
Figura 87. Operación con carga mínima ... 110
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ec. 1 ... 28
Ec. 2 ... 28
Ec. 3 ... 29
Ec. 4 ... 29
Ec. 5 ... 30
Ec. 6 ... 30
Ec. 7 ... 65
Ec. 8 ... 66
Ec. 9 ... 67
Ec. 10 ... 68
Ec. 11 ... 68
Ec. 12 ... 68
Ec. 13 ... 69
Ec. 14 ... 69
Ec. 15 ... 70
Ec. 16 ... 75
Ec. 17 ... 79
Ec. 18 ... 80
Ec. 19 ... 92
ANEXOS
Anexo 1. Variador de frecuencia ... 122
Anexo 2. Motor eléctrico trifásico ... 123
Anexo 3. Tratamiento térmico para acero K100 ... 124
Anexo 4. Acero de transmisión SAE 1018 ... 125
Anexo 5. Correas de distribución ... 126
Anexo 6. Tubo cuadrado ... 127
Anexo 7. Módulo lógico programable ... 128
Anexo 8. Accesorios de maniobra ... 129
Anexo 9. Tabla de coeficiente ... 130
Anexo 10. Factor de carga estático ... 131
RESUMEN
El presente proyecto tiene como por objeto el diseño y la construcción de un máquina trituradora semiautomática para espuma de poliuretano que ayude al mejoramiento del proceso de acolchonado a los talleres y a las pequeñas industrias que se dedican a la fabricación de muebles tapizados.
SUMMARY
El tapizado es una técnica empleada por artesanos de muebles para hacer de estos cómodos y confortable para su uso, viniendo esta técnica de siglos pasados, dando sus inicios por el periodo barroco (siglo XVI).
Desde comienzos de la década del 90 los muebles tapizados han tenido un gran éxito dentro de los mercados locales, lo cual se puede ver reflejado en un positivo crecimiento del mercado y en la creación de nuevas tendencias de elaboración.
En la actualidad la mayoría de tapizadores emplean espuma de poliuretano cortada para acolchonar y dar forma a los muebles, estos pueden ser muebles de sala, sillas, sofás, sofá camas, cojines, etc.
La parte de trituración de la espuma de poliuretano abarca procesos manuales, empezando por el almacenado de los residuos y desechos de espuma, lo siguiente es pasar a procesos de corte que es la acción de romper en pequeños trozos a los residuos de espuma y se realiza en una mesa de trabajo con un estilete, tijera o a mano que permite cortar en trozos pequeños para finalmente ser utilizado en el tapizado del muebles.
El sector de los tapizados debe poseer altos grados de innovación, gran cantidad de ideas nuevas y experimentos en las coberturas de diseño y fabricación. Para facilitar este se ha ido implementando máquinas cortadoras de espuma con diferentes características: máquinas con alimentación (tolva), máquinas con protección en el área de corte (cuchillas), cortadoras horizontales.
Por lo cual el presente proyecto procura y apoya al mejoramiento en tecnología al Centro de Tapizado por medio de la implementación de una máquina trituradora de esponja. Como las actividades de corte se la realizan manualmente por parte del empleado utilizando tijeras o estiletes hace que esté expuesto a posibles accidentes de corte, al colocar la máquina trituradora el empleado hará su trabajo más seguro y más rápido y obtendrá cortes más uniformes de esponja.
El diseño y construcción de la máquina trituradora de espuma impulsara la actividad productiva del Centro de Tapizado Victoria.
1.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un mecanismo semiautomático de triturado de espuma de poliuretano para el centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar alternativas de diseño de la máquina.
Diseñar la parte mecánica y eléctrica de la máquina.
Diseñar el sistema de control de la máquina.
Centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria utilice el material obtenido en el procesos de acolchonado y en la fabricación de cojines. Cada parte de la máquina será controlada por un PLC Logo de entrada digital con salida a relé, toda la parte de potencia como es el encendido de la máquina será activada por pulsadores metálico de 22 [mm] que estarán conectados al PLC Logo que estarán en un pequeño tablero de control de 200x160x 300 [mm].
En el marco teórico se describe la investigación realizada acorde al planteamiento del problema y sustentos de bases para su desarrollo.
2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA
El centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria se dedica a la reparación y fabricación de muebles, salas, comedores, sofás, puff, sillones. El centro trabaja en convenios con diferentes distribuidores minoristas.
En el entorno de la tapicería y fabricación del Centro tiene una producción de 3 juegos de sala por semana registrando una producción de 12 juegos de sala mensual.
En la figura 1, se observa sus nuevas instalaciones listas para colocar las nuevas adquisiciones de maquinaria.
Figura 1. Centro de tapizado "Victoria"
2.1.1. ÁREA DE COSTURA
El taller cuenta con un espacio de costura como se puede ver en la figura 2, contando con 3 máquinas de costura tipo: Industrial, overlock y recta para los diferentes terminados.
Figura 2. Área de costura
2.1.2. ÁREA DE CARPINTERÍA
En la sección de carpintería que se puede observar en la figura 3, está comprendida de maquinaria de corte como caladoras, sierras circulares.
2.1.3. ÁREA DE TAPIZADO
Se realiza todo la parte de recubrimiento de la estructura como se observa en el figura 4, se da todo los acabados, diseños y contando con líneas de aire para la grapadora neumática.
Figura 4. Área de Tapizado 2.1.4. ALMACENAMIENTO
Todas las esponjas y materiales como se observa en la figura 5, son almacenadas se puede encontrar variedad como esponja corta, desperdicios, tela, armazones de muebles para fabricar.
2.2. INTRODUCCIÓN A LA FABRICACIÓN DE MUEBLES
Un taller es el requisito más básico para guiar un negocio de producción de muebles de sala y su reparación. Es donde se va a elaborar los muebles y se lo va a reparar hasta que sean entregados a sus propietarios o a su vez entregados a sus distribuidores.
En el mercado se encuentra variedad de maquinaria para trabajar madera por lo costoso los taller cuentan con máquinas necesaria como lijadoras, sierras, caladoras. Las herramientas son equipos utilizados por los empleados para realizar labores que las máquinas no pueden realizar.
Otro de los requisitos es tener un plan de producción con el que se puede saber cómo fabricar los muebles, cantidad de piezas a fabricar y qué hacer con el producto terminado las formas de entrega. Algo primordial las materias primas se deben seleccionar el tipo de madera de acuerdo a lo que se va a fabricar, toda madera debe estar guardada en un lugar fresco y seco.
La mano de obra será tan importante como el equipamiento, el plan y las materias primas, el recurso humano ayuda con el conocimiento y habilidad para manipular la y guiar al plan de producción verificando que se desarrolle correctamente evitando productos defectuosos.
2.3. FUNCIONAMIENTO ACTUAL DEL PROCESO
Los procesos en la planta se encuentran en diferentes ciclos de trabajo cada uno formado por diferentes etapas sucesivas.
2.3.1. CONSTRUCCIÓN DE ARMAZONES
mueble y al final por un proceso de tratamiento a la madera para evitar el deterioro rápidamente, como se muestra en la figura 6.
Figura 6. Etapa de ensamble de muebles
2.3.2. TAPIZADO
Se realiza un tendido de faja elástica tanto en la base como en los espaldares.
El recubrimiento se lo realiza con esponjas (figura 7) de alta densidad siendo recubierto con una capa de adhesivo líquido por todo el armazón para colocar la espuma de poliuretano y dar una forma deseada.
2.3.3. CORTE DE ESPUMA DE POLIURETANO
Este proceso es aprovechar para obtener los trozos de espuma en tamaños reducidos que se utilizará en la parte de los redondeos de los apoya brazos de los muebles y los cojines.
Figura 8. Procesos manuales de trituración de esponja
Como se observa en la figura 8, para obtener estos trozos se realizar cortes con tijera o a su vez manualmente obteniendo trozos pequeños con diferencias al tamaño deseado.
2.3.4. COSTURA
2.3.4.1. Cortes de tela y plumón
Es donde se mide la tela a utilizar para recubrir al mueble realizando cortes exactos, también se corta plumón que sirve para realizar los cojines en los cuales se los rellena de partículas de espumas de poliuretano que al final son sellados.
2.3.4.2. Cocido
Figura 9. Procesos de Costura
Como se observa en la Figura 9, se realiza la costura de las fundas para los cojines y se les da el terminado al cojín y se coloca en el mueble.
2.3.5. ALMACENADO
En esta parte se le da los últimos acabados al mueble, una vez terminado se lo embala con una cinta (figura 10) para protegerlo del polvo y es almacenado, entregado o en otro de los casos ser llevado a exhibición.
2.4. POLÍMEROS
2.4.1. DEFINICIÓN
El polímero es una composición molecular que se la puede diferenciar por su gran masa molecular, las propiedades físicas de los polímeros igualmente conocidas como macromoléculas.(Chang, 2010).
Para los polímeros naturales sobresalen las proteínas, los ácidos nucleicos, la celulosa. La mayoría de los polímeros sintéticos son compuestos orgánicos.
2.4.2. PROPIEDADES MECÁNICAS
Algunas de las propiedades puede ser la resistencia a los solventes, la resistencia química y eléctrica. La primera observación que se realiza a un polímetro es su comportamiento mecánico específicamente su deformación al ser sometido a tensión.
Los polímeros pueden cambiar notablemente sus propiedades mecánicas dependiendo de del grado de cristalinidad.
Los polímeros con un grado alto de resistencia mecánica poseen altos grados de cristalinidad, alta temperatura de transición vítrea, los polímeros “estirables” son los que tiene poca resistencia mecánica y tienen características contrarias.(López Carrasquero, 2004)
2.4.3. POLÍMEROS COMERCIALES
Figura 11. Polímeros más comerciales
2.4.3.1. Plásticos
Los plásticos son materiales que sus propiedades están intermedias entre los elastómeros y las fibras teniendo una gran cantidad de aplicaciones (figura 12) se pueden clasificar en:
Los plásticos de uso más común llamados “commodities” son materiales de bajo costo y su fabricación se realiza en grandes cantidades siendo empleados como recipientes, juguetes, muebles y enseres, etc.
Plásticos de ingeniería, la cantidad de producción es menor por su alto costo, se caracterizan por ser competitivos con los materiales metálicos y cerámicos son muy requerido en la industria automotriz.
Plásticos Avanzados, estos son constituidos con una estructura definida para una aplicación puntual, una de las propiedades destacadas son la biocompatibilidad y la formación de fases cristal líquido.
Figura 12. Aplicación de plásticos
2.4.3.2. Elastómeros
Los elastómeros son materiales que su característica principal es la de poseer una elasticidad instantánea, totalmente recuperable y con amplios grados de deformación. Los cauchos se los puede clasificar según su origen en sintético y natural siendo las principales aplicaciones como gomas, mangueras y neumáticos (figura 13). (López Carrasquero, 2004).
2.4.3.3. Fibras
Las fibras son materiales capaces de forma filamentos largos y delgados como hilos con una gran resistencia y flexibilidad. Las características sobresalientes de estos materiales son la rigidez, resistencia, elasticidad, tenacidad.
El campo más común donde se utilizan es en la industria textil, encontramos los poliésteres, otros tipos de fibras son: Fibras poliolefinicas, fibras acrílicas, poliamida, (figura 14).(López Carrasquero, 2004).
Figura 14. Aplicación de fibras
2.5. POLIURETANO
2.5.1. ORIGEN Y COMPOSICIÓN
El descubrimiento del poliuretano aproximadamente fue por los años 1937, por investigaciones desarrolladas por Otto Bayer. Se inició con su uso en la década de los 50, ya que hasta entonces no existieron máquinas capaces de procesarlo.
desprende la reacción se utiliza para evaporar y crear un agente hinchante, se obtiene un producto rígido con un volumen muy superior al que ocupaban los productos líquidos (figura 15). Es lo que conocemos como espuma rígida de poliuretano, o pur.
Figura 15. Proceso de espumación del poliuretano: Los componentes son mezclados y agitados hasta su homogenización, e inmediatamente se inicia la reacción química que genera la espuma rígida.
Fuente: (Asociacion Tecnica del Poliuretano Aplicado, 2009)
La producción de espuma de poliuretano se la realiza de forma continua en láminas, bloques o de forma discontinua para producir artículos moldeados. (Asociacion Tecnica del Poliuretano Aplicado, 2009).
2.5.2. TIPOS DE ESPUMA DE POLIURETANO
Las propiedades y los análisis es útil para demostrar la gran variedad que se pueden encontrar.
2.5.2.1. Espuma de poliuretano flexible de baja densidad
usuario. Se producen en forma de plancha (figura 16), que luego se corta a medida, o como cojines moldeados individualmente o almohadillas.
Figura 16. Espuma de poliuretano de baja densidad
2.5.2.2. Espuma de poliuretano rígidas de baja densidad
Son polímeros notablemente reticulados con un intervalo de densidad de 28 a 50 [kg/m3]. Estos materiales tienen resistencia estructural (figura 17) en relación con su peso, en combinación con excelentes propiedades de aislamiento térmico. En la actualidad se está desarrollado espumas rígidas de celdas completamente abiertas desarrollados específicamente para aplicaciones de paneles de vacío.
2.5.2.3. Espuma de poliuretano rígidas de alta densidad.
Son polímeros que tienen densidades superiores a 100 [kg/m3]. La espuma de poliuretano con piel integral se utiliza para hacer piezas moldeadas con ergonomía y con una piel decorativa.
Existen dos tipos: Polímeros con un núcleo de célula abierta con una densidad aproximadamente de 450 [kg/m3] y con una célula principalmente cerrada con una densidad total superior a 500 [kg/m3] (figura 18). Las principales aplicaciones de piel integral y elastómeros micro celulares se encuentran en partes moldeadas para tapicería de asientos de vehículos y suelas de zapatos.
Figura 18. Espuma de poliuretano de alta densidad
2.5.3. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES
La mayoría de los poliuretanos son termoestables y tienen un coeficiente de transmisión de calor muy bajo.
Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.
Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.
2.5.3.1. Propiedades físicas
Las propiedades físicas son muy utilizadas para el análisis y estudio del poliuretano, las propiedades físicas las encontramos en la tabla 1.
Tabla 1. Propiedades físicas del poliuretano
Densidad D-1622
[Kg./m3] 32 40 48
Resistencia Compresión
D-1621
[Kg./cm2] 1.7 3.0 3.5
Módulo compresión D-1621
[Kg./cm2] 50 65 100
Resist. Tracción D-1623
[Kg./cm2] 2.5 4.5 6
Resist.
Cizallamiento
C-273
[Kg./cm2] 1.5 2.5 3
Coef Conductividad C-177
[Kcal/m.hºC] 0.015 0.017 0.02
Celdas cerradas D-1940
% 90/95 90/95 90/95
Absorción de agua D-2842
[g/m2] 520 490 450
FUENTE:
2.5.3.2. Propiedades mecánicas
El peso volumétrico influye en las propiedades mecánicas, a medida que aumenta, incrementa su propiedad de resistencia.
- Resistencia a la tracción entre 3 y 10 [Kp/cm2] - Resistencia a la compresión entre 1,5 y 9 [Kp/cm2] - Resistencia al cizallamiento entre 1 y 5 [Kp/cm2] - Módulo de elasticidad entre 40 y 200 [Kp/cm2]
FUENTE:
(www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/poliuretano.html)
2.5.3.3. Aplicaciones
Los poliuretanos y sus clases, hoy en día, son muy versátiles y permiten una gama amplísima de aplicaciones que forman parte de nuestra vida, como poliuretanos sólidos algunos ejemplos pueden ser: rodillos, fibras elásticas, termoplásticos, pinturas, adhesivos, cueros sintéticos.
Como espumas de alta densidad las aplicaciones son: piel integral uso automotriz, bajo alfombras, moldeo tapicería.
Como espumas de alta densidad de poliuretanos sus aplicaciones son:
colchones, tapicería, espumas rígidas para aislamiento térmico, espumas
semirrígidas.
Otras aplicaciones se las puede encontrar en la industria automotriz,
industria del mueble, industria de la construcción, industria del calzado,
aislamientos térmicos etc.
2.6.
TRITURACIÓN
son: machacadoras, trituradores desintegradoras el nombre es según como lo definan los diseñadores o fabricantes.
El proceso de trituración se puede clasificar en:
Etapa de trituración
La desintegración de la realiza cuando el material a procesar está listo para ser tratado. Si la materia producida es muy grande o muy pequeña se pasa a regular la separación de cuchillas y zaranda para permitir el paso del material triturado.
La desintegración
Es un procesos en que los trozos se trasforman en otros cambiando a volúmenes más pequeños. El grado de desintegración de la materia se define como la relación de los tamaños máximos de la entada y salida de la máquina.
Tamaño
El tamaño de los trozos dependen de las etapas de trituración según el tamaño podemos clasificar en:
- Trituración (desintegración grosera)
Trituración gruesa – tamaños de partículas de salida: 150[mm] (6").
Trituración mediana – tamaños de partículas de salida: entre 3 y15 [cm] (1¼" a 6"). Trituración fina – tamaños de partículas de salida: entre 0.5 y 3 [cm]. (1/5" a 1¼").
- Molienda (desintegración fina)
2.6.1. TRITURADORAS
Son máquinas que son utilizadas para desintegrar materiales duros o blandos de grandes dimensiones, tiene como principio de funcionamiento la compresión, impacto, cizallamiento.
2.6.1.1. Tipos de trituradoras Se las puede clasificar en
Trituradoras de mandíbulas
Estas máquinas contienen una placa fija y otra móvil y oscilante (figura 19).
Figura 19. Trituradora de mandíbulas
Trituradora de rodillos lisos
Figura 20. Trituradora de Rodillos
Trituradoras de martillos
Las trituradoras de martillos (percusión o impacto) actúan por efecto de impacto sobre el material a desintegrar. Estas se caracterizan por una elevada cantidad de reducción (figura 21).
A estos equipos pueden ser utilizados en la trituración selectiva, método que libera minerales duros de material estéril.
Las trituradoras de martillos están compuestas por una carcasa cubierta por placas de acero, en cuyo interior se aloja un eje y un conjunto de rotor.
Trituradora de cuchillas
Son muy parecidas a molino de cuchillas en este tipo de máquinas al eje se le puede colocar varias cuchillas a lo largo de la longitud, en la parte inferior está colocado un tamiz para controlar el tamaño y el paso de las partículas (figura 22).Fuente: (Waganoff Nicolas, 2009)
Figura 22. Trituradora de cuchillas 2.6.1.2. Utilización
La trituración mediana y fina se la utiliza en la industria de la mineral, carretera, energía, cemento, química, construcción, etc.
Las máquina s trituradoras de impacto se las utiliza comúnmente para la trituración gruesa, mediana y fina, de los materiales frágiles de hasta mediana dureza; tales como carbón, carburo de calcio, materias primas químicas.
2.7. MÁQUINA
DE
TRITURACIÓN DE POLIURETANO 2.7.1. PARAMETROS DE DISEÑOdispositivo, las limitaciones de espacio, materiales pesos y componentes utilizables que pueden usar.
2.7.2. BASTIDOR
El bastidor o estructura es donde se va a sostener y proteger a los elementos (figura 23), cada bastidor es distinto de acuerdo con sus funciones, el tipo, número de componentes que se lo van a acoplar.
Figura 23. Batidor 2.7.2.1. Estructuras metálicas
Figura 24. Estructura para máquinas
2.7.2.2. Soldadura
Es un proceso en el cual se unen dos materiales como se puede observar en a figura 25, comúnmente metales y termoplásticos a través de la fusión, donde las piezas son soldadas fundiendo el uno y el otro y pudiendo colocar un material de relleno fundido metal o plástico, para conseguir un baño soldadura que, al enfriarse, se convierte en una unión fija.
Figura 25. Soldadura eléctrica 2.7.3. CAJA DE TRITURACIÓN
Figura 26. Cajas en chapa metálica 2.7.4. ASPAS O CUCHILLAS
Son partes planas o curvas que en uno de sus extremos son normalmente filos (figura 27), gemelamente fabricados de acero, se aumente cantidad de carbón para su endurecimiento y resistencia son empleadas para golpear, cortar, cizallar, etc.
Figura 27. Partes de una cuchilla de corte
2.7.5. POLEA
formado por poleas y correas para transmitir movimiento entre diferentes ejes.
Figura 28. Sistema de transmisión
2.7.6. BANDAS DE TRANSMISIÓN
Son los elementos elásticos o flexibles empleados en sistemas de transporte y para la transmisión de potencia sobre distancias largas. Constantemente estos elementos son reemplazo para engranes. Ejes, cojines, por ser un elemento elástico suelen absorber cargas de impacto y amortiguamiento.
2.7.7. TAMIZ
El tamiz es una malla de filamentos que se encuentran entrecruzan dejando unos huecos espaciosos cuadrados. Es importante que los cuadrados tengan las mismas dimensiones, ya que éste define el tamaño que va a atravesar el hueco, también conocido como "luz de malla”. Se puede emplear distintos tamaños de tamices dependiendo de las dimensiones requeridas de las partículas.
2.7.8. CÁLCULO DE LA POTENCIA
Ec. 1
Dónde:
T = Torque [N*m]
w = Velocidad angular [ ]
2.7.9. CÁLCULO DE EJES
Los ejes son elementos que transmiten un momento de giro y llevan montados elementos mecánicos que generan flexión y torsión en el elemento (figura 29). Para calcular el diámetro del eje que trabaja en cargas dinámicas se aplica la ecuación 2.
Figura 29. Torsión y flexión en un eje
√* + Ec. 2
Fuente: (Mott, 2006)
Dónde:
M = Momentos [N*mm]
S´n = Resistencia estimada a la fatiga [MPa] ([N/mm2]) Sy = Resistencia de fluencia [N/mm2]
N = Factor de seguridad T = Torque [N*mm]
2.7.10. CÁLCULO DE COLUMNAS
La columna es la parte estructural que soporta cargas axiales de compresión, se procede a calcular con las siguientes ecuaciones 3,4,5 ,6:
Relación de esbeltez (Re): es el comportamiento de la columna el cual depende de la relación entre la longitud y las dimensiones de las secciones transversales. Otro factor importante que define el comportamiento de la columna son las condiciones de apoyo de sus secciones extremas, la relación de esbeltez se define con la ecuación 3.
. Ec. 3
Dónde:
Le = Longitud real de la columna
K = Constante que depende del extremo fijo rmin = Radio de giro mínimo.
Constante de columna (ecuación 4): Permite realizar una comparación con la relación de esbeltez para seleccionar el método de columna larga o columna corta.
Dónde:
E= Módulo de elasticidad del material de la columna Syt= Resistencia de fluencia del material.
Columna larga, formula de Euler: Es un método aplicado cuando la relación de esbeltez es mayor que la constante de columna, la carga crítica (Pcri) está definida en la ecuación 5.
( ) Ec. 5 Columna corta, formula de Johnson: Es un método aplicado cuando la relación de esbeltez es menor a la constante de columna, está definida con la ecuación 6.
Ec. 6
Fuente: (Mott, 2006)
2.8. MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman en energía mecánica la energía eléctrica (figura 30).
Muy utilizado en el campo industrial por su mantenimiento, comodidad y seguridad de funcionamiento, satisfaciendo necesidades de servicio desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Los motores de corriente alterna son los que tienen múltiples aplicación por la utilización y el poco mantenimiento. La velocidad de sincronismo de los
2.8.1. CLASIFICACIÒN DE MOTORES AC
Motores asíncronos
Son aquellos motores eléctricos cuya parte móvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo es decir el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator.
Figura 30. Motor eléctrico
Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias, según la construcción del rotor se puede clasificar en:
- Motor asíncrono de Rotor Bobinado.- En este tipo de motores, en el rotor se introduce un bobinado, el bobinado del rotor se puede conectar al exterior por medio de escobillas y anillos rodantes.
-
Este tipo de motores pueden tener resistencias exteriores colocadas en el circuito del rotor, lo que permite reducir la corriente absorbida, reduciendo la saturación en el hierro y permitiendo un incremento en el par de arranque.
dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico.
Motores síncronos
Son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.
Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta.
Es utilizado en aquellos casos en donde se desea una velocidad constante, Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una su clasificación:
Motores síncronos trifásicos.
Motores asíncronos sincronizados.
Motores con un rotor de imán permanente.
Principio de funcionamiento
El funcionamiento del motor asíncrono de inducción se basa en la acción del flujo giratorio generado en el circuito estatórico sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor.
El flujo giratorio creado por el bobinado estatórico corta los conductores del rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas. Suponiendo cerrado el bobinado rotórico, es de entender que sus conductores serán recorridos por corrientes eléctricas.
Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor ha de existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio. A la diferencia entre la velocidad del flujo.
Los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar tanto trifásicos como monofásicos.
2.8.2. PROTECCIÓN
La protección de motores es importante para asegurar el funcionamiento correcto de las máquinas eléctricas. La elección de los dispositivos de protección debe hacerse con sumo cuidado.
Los fallos en los motores eléctricos pueden ser, los derivados de cortocircuitos, sobrecargas y los contactos indirectos. Los más comunes son las sobrecargas, que se presenta a través de un aumento de la intensidad absorbida por el motor, así como por el aumento de la temperatura de este. Por ello, las protecciones utilizadas para motores eléctricos suelen ser: • Protección contra contactos directos e indirectos
La protección contra contactos directos e indirectos se realiza mediante la colocación de interruptores diferenciales (figura 31), complementados con la toma de tierra y su ubicación.
• Protección contra sobrecargas y cortocircuitos
Las sobrecargas en los motores eléctricos pueden aparecer por exceso de trabajo de estos, desgaste de piezas, fallos de aislamiento en los bobinados o bien por falta de una fase. Para proteger las sobrecargas y cortocircuitos se hace uso de los fusibles y los interruptores magneto térmicos.
En la figura 32, podemos observar un seccionador fusible trifásico y su representación esquemática.
Figura 32. Interruptor Magneto térmico
La protección mediante fusibles es algo más complicada, sobre todo en los motores trifásicos, ya que estos proporcionan una protección fase a fase, de manera que en caso de fundir uno solo, dejan el motor funcionando en dos fases y provocan la sobrecarga. En la Figura 33, se observa los fusibles adecuados para proteger instalaciones que alimentan motores eléctricos que son los del tipo gG.
2.8.3. CAMPOS DE APLICACIÓN
Los usos y aplicaciones de los motores eléctricos son diversos como se observa en la figura 34, actualmente los podemos ver en todos los campos de la sociedad como pueden ser:
En la industria petrolera como dispositivos de perforación y extracción, sistemas de bombeo industrial. Pueden encontrarse en equipos de visión y sonido, equipos médicos. En el transporte para mover bandas transportadoras en las industrias de transformación. En el área de robótica tanto automotriz como en el ensamblaje de computadoras y toda clase de aparatos electrónicos.
Figura 34. Campo de aplicación de motores eléctricos
2.8.4. VARIADORES DE FRECUENCIA
Figura 35. Representación esquemática de operación de un variador de frecuencia
Como se observa en la figura 35, la operación del variador de frecuencia donde:
Rectificador: Ingreso de la red de suministro de ca., monofásica o trifásica, se obtiene c.c. mediante diodos rectificadores.
Bus de continúa: Mediante condensadores o bobinas de gran capacidad almacenan y filtran el c.c. rectificado, para obtener un valor de tensión continúa estable, y reserva de energía suficiente para proporcionar la intensidad requerida por el motor.
Etapa de salida: un ondulador convierte la energía en una salida trifásica, con valores de tensión, intensidad y frecuencia de salida variables. Las señales de salida, se obtiene por diversos procedimientos como troceado, mediante ciclo convertidores, o señales de aproximación senoidal mediante modulación por anchura de impulsos PWM.
Control y E/S: circuitos de control de los diferentes bloques del variador, protección, regulación y entradas y salidas, tanto analógicas como digitales. Además se incluye el interfaz de comunicaciones con buses u otros dispositivos de control y usuario.
2.8.5. CONTACTORES
circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina tiene la capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.
Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere controlar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales. Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las auto alimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo.
Figura 36. Contactor
Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente cierra los contactos, cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil.
2.8.6. PULSADORES
37, y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos.
Figura 37. Pulsadores, Botoneras
Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su posición de reposo.
Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA o NO o con un contacto normalmente cerrado en reposo NC. Para un dispositivo electrónico que en su interior tiene dos contactos, al ser pulsado uno, se activará la función inversa de la que en ese momento este realizando, si es un dispositivo NA (normalmente abierto) será cerrado, si es un dispositivo NC (normalmente cerrado) será abierto, funciona como un interruptor eléctrico para activar la operación de un circuito eléctrico como se observa en la figura 38.
2.9. SENSORES Y TRANSDUCTORES
El termino sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, para medir temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide es la temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un cambio en la resistencia
Un traductor se define como el elemento que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio relacionado.
2.9.1. TERMINOLOGÍA DEL FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de los transductores y, con frecuencia, el de los siguientes sistemas de medición como un todo:
1. Intervalo y extensión: El intervalo de un transductor define los límites entre los cuales puede variar la entrada.
La extensión es el valor máximo de entrada menos el valor mínimo. 2. Error: El error es la diferencia entre el resultado de una medición y el
valor verdadero de la cantidad que se mide. Error= valor medido- valor real.
3. Exactitud. La exactitud es el grado hasta el cual un valor producido por un sistema de medición podría estar equivocado.
4. Sensibilidad. La sensibilidad es la relación que indica cuanta salida se obtiene por unidad de entrada, es decir, salida/entrada.
5. Error por histéresis. Los transductores pueden producir distintas salidas de la misma cantidad medida según si el valor se obtuvo mediante un cambio por incremento continuo o por decremento continúo.
7. Repetibilidad/reproducibilidad. Los términos repetibilidad y reproducibilidad se utilizan para describir la capacidad del transductor para producir la misma salida después de aplicar varias veces el mismo valor de entrada.
8. Estabilidad. La estabilidad de un transductor es su capacidad para producir la misma salida cuando se usa para medir una entrada constante en un periodo.
9. Banda/tiempo muerto. La banda muerta o espacio muerto de un transductor es el intervalo de valores de entrada por los cuales no hay salida.
10. Resolución. Cuando la entrada varía continuamente en todo el intervalo, las señales de salida de algunos sensores pueden cambiar en pequeños escalones.
11. Impedancia de salida. Cuando un sensor que produce una salida eléctrica se enlaza o conecta con un circuito electrónico, es necesario conocer la impedancia de salida ya que esta se va a conectar en serie o en paralelo con dicho circuito.
2.9.2. TIPO DE SENSORES
Como se observa en la figura 39, se lo puede clasificar en: • Sensores de temperatura: Termopar, Termistor • Sensores de deformación: Galga extensiométrica
• Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor • Sensores de contacto: final de carrera
• Sensores de imagen digital (fotografía): CCD o CMOS • Sensores de proximidad: sensor de proximidad
• Sensor de presión y fuerza • Sensor de humedad
Figura 39. Tipo de sensores
2.9.3. TIPO DE TRANSDUCTORES
Como se observa en la figura 40, se lo puede clasificar en:
• Transductor de velocidad
• Transductores de posición y movimiento • Transductores de fuerza/presión
• Transductores de nivel
• Transductores de temperatura • Transductores de luz
• Transductor de movimiento
2.10. AUTOMATIZACIÓN
La automatización es una tecnología donde se aplican sistemas mecánico, electrónicos y computacionales y para desarrollar las actividades de operación y funcionamiento en forma automática.
La automatización industrial, es la acción de operar por sí solo, donde las actividades de producción son realizadas a través de acciones autónomas, y la participación de fuerza física humana es mínima y la de inteligencia artificial, máxima.
Los grados de participación son menores como se puede observar en la figura 41, los niveles de automatismo, donde hay un mayor nivel de inteligencia y menor nivel de intervención físico humana.
Figura 41. Planta industrial automatizada
2.10.1. SISTEMAS DE CONTROL
Las funciones principales de un Sistema de Control son la observación del proceso y sus variables a automatizar, el acondicionamiento de las variables y los parámetros observados, el procesamiento de esta información y su comparación con lo deseado y, posteriormente, la acción de corrección de los elementos (figura 42), terminales para conseguir lo deseado, para realizar estas operaciones se utilizan equipos programables.
Figura 42. Esquema de un sistema de control
2.10.2. PLC
Un Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés) se define como un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas en su interior (figura 43), de configuración de secuencia, de sincronía, de conteo y aritméticas, para el control de maquinaría y procesos.
2.10.2.1. Tipos de PLC
Existen gran variedad de tipos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías.
- PLC tipo nano
Generalmente PLC de tipo compacto con Fuente, CPU e I/O integradas (figura 44, que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.
Figura 44. PLC tipo Nano - PLC tipo compactos
Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal (figura 45), y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:
- interfaces de operador - expansiones de i/o
Figura 45. PLC tipo Compacto
- PLC tipo modular
Estos PLC se componen de un conjunto de elementos (figura 46), que conforman el controlador final, estos son:
- Rack
- Fuente de Alimentación - CPU
- Módulos de I/O - Comunicaciones. - Contaje rápido.
2.10.2.2. Lenguajes de programación
Los lenguajes de programación permiten al usuario generar rutinas o secuencias, que una máquina pueda entender y ejecutar de manera automática.
- Programa: conjunto de instrucciones, órdenes y símbolo reconocibles por el autómata que le permiten ejecutar la secuencia de control deseada. - Lenguaje de programación: conjunto total de estas instrucciones, órdenes y símbolos.
- El software o conjunto de programas son la forma básica de comunicación, en la cual el operario le indica a la máquina lo que desea que ella haga (tabla 2).
Para que un PLC pueda realizar algún proceso industrial se debe introducir un programa que tenga todas las instrucciones que debe seguir para ejecutar una labor específica.
Tabla 2. Tipo de lenguajes de programación
TIPO LENGUAJE DE PROGRAMACION
LENGUAJE BOOEANOS
LISTA DE INSTRUCCIONES (IL o AWL) LENGUAJE DE ALTO NIVEL (TEXTO ESTRUCTURADO)
DIAGRAMA DE CONTACTOS (LADER) PLANO DE FUNCIONES (SIMBOLOS LOGICOS)
INTERPRETE (GRAFCET)
ALGEBRAICOS
GRAFICOS
2.10.2.3. PLC Logo
proceso solamente requiere de 6 entradas y 4 salidas o menos, el LOGO es la mejor solución pues es muy económico.
El LOGO incluye una pantalla de cristal líquido a través de la cual se puede introducir casi cualquier función digital o realizar la programación desde ahí. No hay mayor complicación con respecto a los módulos de programación ya que consta de funciones que son necesarias en un proceso sencillo con las 6 teclas que están situadas en su frontal (figura 47).
Figura 47. Logo siemens Este dispositivo consta de tres modos de funcionamiento. • Modo programación - Para elaborar el programa • Modo RUN - Para poner en marcha el Logo.
• Modo parametrización - Para modificar los parámetros de algunas de las funciones, tiempo, computo, relojes, etc.
Al igual que los PLC tiene muy buenas características como:
1. Son robustos y esta diseñados para resistir vibraciones, temperatura, humedad y ruido.
3. Es muy fácil programarlos, así como entender el lenguaje de programación. La programación básicamente consiste en operaciones de lógica y conmutación.
2.10.2.4. Aplicaciones industriales
El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso como:
a) Maniobra de Máquina Industrial del Mueble y Madera.
En Procesos de Grava, Arena y Cemento En la Industria del Plástico.
Máquina s-Herramientas Complejas. En Procesos Textiles y de Confección. De Ensamblaje.
b) Maniobra de Instalaciones
Instalaciones de Aire Acondicionado, Calefacción, etc. Instalaciones de Seguridad
Instalaciones de Frío Industrial
Instalaciones de Almacenamiento y Trasvase y Cereales. Instalaciones de Plantas Embotelladoras.
Instalaciones en la Industria de Automoción. Instalaciones de Tratamientos Térmicos.
La metodología mecatrónica aplicada en un proyecto según la tabla 3, donde el diseño comprende la integración de sistemas, mecánicos, electrónicos y software de programación para el control.
Tabla 3. Metodología Mecatrónica
La metodología se la puede implementar a las necesidades de diseño y fabricación llegando siempre a la aplicación Mecatrónica.
INICIO
Diseñar y construir la parte mecánica
Seleccionar los dispositivos eléctricos, electrónicos y mecánicos.
Implementer conexiones eléctricas
Desarrollar el software de programación para el control de la máquina trituradora
Implementar en su totalidad a los sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos y control a la
3.1. REQUERIMIENTOS DEL PROTOTIPO
Se describen el alcance propuesto de la máquina de acuerdo a las necesidades técnicas de operación, para lo cual los requerimientos de este proyecto son:
Cantidad cortar: 10 [lb] de material reciclado Ejes de rotacion: ejes
Tipo de corte: Cortes Continuo Rendimiento: hasta 50[kg/h], Peso: 150 [kg[
Medidas: 800x650x2000 [mm] (largo, ancho, alto) Energía: 220 [V] 50/60 [Hz].
3.1.1. CORTE DE ESPONJA
En este proceso se requiere triturar la espuma de poliuretano reciclada, de una forma homogénea el tamaño comprendido trozos entre 20 a 40 [mm], quedando en condiciones listas para sus diferentes aplicaciones en el campo del tapizado.
3.1.2. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN
Por la utilización de espumas triturada para las molduras y cojines, la máquina tiene que entregar una gran cantidad de esponja cortada.
Se realizaron pruebas manuales, para ver qué cantidad de esponja puede cortar un trabajador en 1 [h], llegando a ser un promedio de 4 [kg/h].
La máquina deberá producir 50 ± 5 [kg/h] de espuma triturada.
3.1.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En el centro de la cámara de trituración se encuentran cuchillas afiladas y robustas que realizan un movimiento circular. Dependiendo de la dirección de giro de motor, la esponja es triturada por la arista afilada. Para proteger las cuchillas contra daños por impacto éstas serán biseladas.
Las cuchillas son accionadas indirectamente por un motor de corriente alterna industrial, la velocidad es preseleccionada por medio un variador de velocidad y es mantenida constante, garantizando el proceso.
3.1.4. TIPO DE MATERIAL A SER PROCESADO
Como el centro utiliza en gran cantidad espuma de poliuretano para los cojines, modularas, va teniendo gran cantidad de desperdicio que son reutilizados para triturar, por lo cual la parte mecánica de la máquina estará constituida por cuchillas de corte que se encargaran de realizar el proceso de trituración a la espuma de poliuretano de alta densidad.
3.1.5. SISTEMA DE CONTROL ELÉCTRICO
arranque de potencia, la velocidad de corte en las cuchillas y paradas programadas.
3.2. RESTRICCIONES DEL PROTOTIPO
En este apartado se describen las restricciones de la máquina de acuerdo al planteamiento funcional, donde se concibe el ser manufacturado de materiales resistentes y lo más ergonómicamente posible para evitar colisiones entre las partes móviles, la respuesta de control debe estar equilibrada en cuanto al tiempo, consumo de energía y velocidad de las cuchillas. Debe ser ajustable para que lo pueda manipular cualquier operario. Donde se enfocarán las siguientes restricciones:
Material a triturar
Todo el diseño se basará en las características y propiedades físicas de la espuma de poliuretano de alta densidad por lo cual la máquina estará diseñada solo para la trituración de este material, y no para triturar otros materiales o desperdicios como podría ser telas, cauchos etc.
Dimensiones
El espacio designado para la máquina será en el área de carpintería, que tiene un espacio disponible de:
Largo: 1500 [mm]. Ancho: 1500 [mm]. Alto: 2500[mm].
Ancho: 650 [mm]. Alto: 2000 [mm].
Ya que debe haber espacio necesario para que el operario pueda maniobrar la máquina.
Capacidad de trabajo
La máquina estará dotada de un motor eléctrico de corriente alterna, que es suficiente para producir los requerimientos del usuario y trabajar en condiciones normales.
Los objetivos de trabajo de la máquina son:
Realizar cortes uniformes de la espuma de poliuretano.
Tener un proceso automático y de fácil mantenimiento.
Disminuir tiempos de producción.
3.3. VARIABLES LIBRES
Las variables libres se refieren a características que pueden ser medidas y son susceptibles de tomar diferentes cambios.
Velocidad de trabajo
Es la capacidad de giro con que el eje de la máquina va a rotar para realizar los cortes de la espuma de poliuretano.
3.4. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO
El análisis nos ayuda al estudio de alternativas y selección de la misma para el desarrollo del proyecto.
3.4.1. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
Para el aporte del desarrollo del proyecto en curso, es necesario del análisis en diferentes máquinas ya existentes del sistemas de triturado, cuyas características permitirán dar un conocimiento y una idea general de lo que se quiere realizar en el proyecto, con este fin se proponen algunas alternativas que satisfagan los requerimientos del usuario.
3.4.2. ASPECTOS TÉCNICOS DE INGENIERÍA
Material.- Los materiales son elementos con ciertas propiedades en el área de la ingeniería se la puede encontrar como materiales metálicos, eléctricos, electrónicos, mecánicos, etc., en cada sector con diferente aplicación.
Componentes electrónicos: Son dispositivos que constituyen circuitos eléctricos como se puede observar en la figura 48.
Componentes eléctricos: Son componentes utilizados para construir circuitos eléctricos unos empleados como componentes consumidores de energía y otros como suministradores de energía, algunos de estos lo podemos observar en la figura 49.
Figura 49. Elementos eléctricos
Dispositivos de control: Son dispositivos o elementos (figura 50), que ayudan a construir sistemas computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos.
3.4.3. PRIMERA ALTERNATIVA: TRITURADORA SEMIAUTOMÁTICA CON RODILLO GUÍA Y CUCHILLAS CIRCULARES
En la máquina de la figura 51, la espuma de poliuretano será ingresada por la boca de alimentación y las partes descritas en la tabla 4.
Figura 51. Máquina trituradora con rodillo y cuchillas
Tabla 4. Partes máquina trituradora Nº Partes de la Máquina
1 Boca de alimentación 2 Rodillo guía 1 3 Eje de cuchillas circulares 4 Rodillo guía 2 5 Eje de cuchillas 6 estructura
Fuente: Autor
1
3
4
6 5