INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
“Diseño y cálculo de prototipo de un recolector automático de desechos
domésticos”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN ROBÓTICA INDUSTRIAL
Presenta:
Gustavo Navarro Salvatierra
MÉXICO DF, NOVIEMBRE DE 2012
ÍNDICE
CONTENIDO PAG.
INTRODUCCIÓN
1
OBJETIVO GENERAL OBJETIVO ESPECÍFICO
2 2
JUSTIFICACIÓN
3
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES
1.1. Estado del arte.
1.2. Marco histórico.
1.2.1. El problema de los residuos domésticos.
1.2.2. Soluciones al problema.
1.2.3. Tratamiento de los desechos en el hogar.
1.2.4. El proceso de la basura en México.
1.2.5. Métodos de recolección en México.
1.2.6. Equipos de transferencia.
1.3. Marco Legal.
1.4. Automatización.
4 5 6 8 9 9 11 12 12 13 15
CAPÍTULO 2. ELEMENTOS MECÁNICOS Y DE CONTROL QUE COMPRENDEEL DISPOSITIVO.
20
2.1. Bosquejo generalizado del dispositivo 21
2.1.1. Elementos que lo componen 21
2.2. Motores de corriente directa. 22
2.2.1. Motores tipo paralelo (SHUNT). 23
2.2.2. Motores tipo serie. 23
2.2.3. Motores tipo compuesto. 23
2.2.4. Motor tipo serie estabilizado. 24
2.3. Transmisiones mecánicas. 24
2.4. Cojinetes lisos y rodamientos. 25
2.4.1. Elementos de un rodamiento. 25
2.4.2. Ventajas de los rodamientos. 26
2.4.3. Clasificación de los rodamientos. 26
2.4.4. Tipos de rodamientos. 26
2.5. Transmisiones de movimiento. 27
2.5.1. Bandas de distribución 27
2.5.2. Engranes 27
2.5.3. Cadenas de distribución. 28
2.6. Microcontrolador PIC16f84A 29
2.6.1. Características. 30
2.7. Electrónica de potencia. 31
2.7.1. Convertidores de corriente eléctrica. 31
2.7.2. Aplicaciones. 32
3. CÁLCULOS, DISEÑO Y SOLUCIÓN AL PROBLEMA.
34
3.1. Descripción del problema. 35
3.1.1. El dispositivo. 35
3.2. Cálculo de transmisiones. 37
3.2.1. Peso del dispositivo y velocidades de desplazamiento. 37 3.2.2. Potencia del motor de desplazamiento y torque de transmisión. 38 3.2.3. Cálculo de transmisión de desplazamiento. 41 3.2.4. Cálculo de la palanca, torque y potencia de volteo. 49 3.2.5. Cálculo de la segunda transmisión (volteo). 52
3.3. Control. 58
3.3.1. Planteamiento de actividades del dispositivo. 58
3.3.2. Diagrama de flujo. 60
3.3.3. Diagrama electrónico. 61
4. COSTOS DE INICIO DEL PROYECTO.
62
4.1. Costos del proyecto. 63
4.1.1. Costos Variables. 63
4.1.2. Costos Fijos. 65
4.1.3. Retorno de Inversión. 66
PLANOS
CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
1
INTRODUCCION
El incremento acelerado de la población, hace que la cantidad de basuras se duplique cada 15 a 20 años. Este tipo de basura no es sólo doméstica, cada vez tiene menos contenidos biodegradables y más contaminantes peligrosos.
El hombre se ha visto en la imperiosa necesidad de hallar nuevos métodos para poder contrarrestar este tipo de contaminación, y en menor tiempo poder recoger los residuos sólidos y tratarlos.
En la experiencia del problema de recolección de basura en zonas habitacionales, en los cuales, los tiempos de recolección varían dependiendo de las unidades recolectoras y rutas existentes, en cuyos horarios como usuarios dependemos para realizar el depósito de nuestra basura doméstica. En la actualidad, en donde los tiempos son importantes y las casas se encuentran solas durante el tiempo de trabajo u horario escolar, los horarios del camión recolector no coinciden con los de las personas trabajadoras.
El recolector automático de desechos domésticos es un dispositivo móvil instado
en la parte posterior de las casas habitación, este sistema se encuentra a la espera de que
el usuario deposite su basura en él y accione (mediante un botón) el carrito, el cuál
verificará si el trayecto de movimiento está libre de algún otro dispositivo accionado
anteriormente por al algún vecino (dado de comparten el trayecto como área común del
residencial). Al verificar y cerciorarse de que hay trayecto libre el carrito se trasladará
siguiendo el camino guiado de una vía. Al llegar a destino, que en este caso es el
contenedor general, el carrito se detendrá y hará la labor de vaciado de los desechos,
cerciorándose de que ya no tenga basura en el contenedor, de ser así, éste realizara otro
proceso de vaciado y lo repetirá hasta 4 veces; En dado caso de no tener éxito regresará
al origen y emitirá una alarma luminosa y sonora. Ya realizado el vaciado exitoso, el
carrito regresa al origines queda en estado de espera y cargando la batería.
2
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema automático de recolección de desechos para casas habitación con el objeto de facilitar la tarea de recolección de basura. Resolviendo así una de las problemáticas más significativas en materia del tratamiento de desechos y facilitando la separación de los mismos.
El enfoque principal de este proyecto es aportar una alternativa versátil y sencilla, para que cualquier miembro de la familia pueda realizar la tan fastidiosa tarea de depositar la basura de una manera rápida y sin preocupaciones de horarios y de métodos de recolección que le conciernen al municipio.
Al final de este documento se obtendrá el diseño mecánico y electrónico del recolector automático de desechos, brindando la información necesaria para la fabricación y comercialización del mismo.
OBJETIVO ESPECÍFICO
Diseñar un dispositivo versátil, ligero, fácil de operar, fácil de instalar y muy versátil en cuanto su mantenimiento y reparación.
Disminuir los costos de producción mediante un diseño eficaz, sin descuidar los
demás aspectos importante como la calidad, la estética y ergonomía del carrito.
3
JUSTIFICACIÓN
Debido a la problemática e ineficiencia del proceso de recolección de basura en el hogar y unidades habitacionales, el Recolector Automático de Desechos Domésticos facilitará la tarea de recolección y procesamiento de la basura de uso doméstico. Dando al usuario la facilidad de depositar su basura, previamente separada en bolsas, en un depósito general, de manera sencilla y práctica, evitando la entrada de camiones recolectores a cotos privados, como también eliminará la acumulación de basura en banquetas al aire libre. El usuario doméstico depositará su basura en un carrito recolector, accionando con un botón el sistema, el cual se encargará automáticamente de trasladar los desechos al depósito general establecido para su fácil recolección por parte del servicio delegacional o municipal, sin preocupaciones de horarios y acumulación innecesaria de basura en el hogar.
4
CAPITULO 1.
GENERALIDADES
5
1. GENERALIDADES
1.1. ESTADO DEL ARTE
Actualmente en el mundo existen pocos dispositivos destinados a facilitar la tarea de recolección de basura doméstica y los procesos “automáticos” o “semiautomáticos” están destinados a los camiones recolectores o procesamiento de la basura post-recolección.
Científicos italianos se dieron a la tarea de diseñar un robot especializado en la recolección de basura. El nombre del prototipo es DustCar.
El “androide” se construyó con la finalidad de ayudar la limpieza de calles italianas donde los camiones recolectores no pueden llegar. DustCar tiene la posibilidad de introducirse a calles angostas y recoger todo tipo de desechos, sin importar que sean orgánicos o inorgánicos.
La ciudad de Peccioli en Italia, fue el primer lugar donde el autómata realizó sus primeras pruebas de limpieza. La máquina fue construida de forma ecológica, cuenta con una batería de litio y motores de corriente directa, no emite CO2 y posee un sensor de partículas contaminantes como óxido de nitrógeno, óxido de azufre, benceno y presión atmosférica. Además está equipado con un sistema de GPS y recibe alertas SMS sobre lugares a donde debe acudir.
Figura 1.1. Fotografía de DustCar.
En España se implementó la utilización de camiones automáticos para la recolección y vaciado de basura de contendores en las calles.
La empresa municipal Limusa ha renovado, desde 2007, el 86% de su flota de vehículos para la recolección domiciliaria de basuras, incorporando nuevos vehículos con mayor capacidad de carga, potencia y que sean menos contaminantes.
6 En la actualidad son cinco los camiones que recogen las basuras de los contenedores a través de ocho rutas durante siete horas diarias todos los días de la semana. Las nuevas unidades irán destinadas a cubrir los servicios de recogida de contenedores de basura doméstica correspondientes a las rutas de carga lateral en el casco urbano y en las pedanías.
Figura 1.2. Camión recolector con carga lateral automática.
1.2. MARCO HISTÓRICO
La influencia del hombre sobre el equilibrio ecológico data de su aparición sobre la Tierra y ha supuesto una regresión de los sistemas naturales, en relación con el estado que se podría suponer más probable si la especie humana no hubiera existido o no hubiera estado presente en la biosfera terrestre.
Durante muchos miles de años el hombre sólo ejerció una reducida influencia sobre el medio ambiente. Al igual que los demás animales, el hombre actuaba como depredador o competidor en las comunidades naturales de las que formaba parte, y se veía sometido a las consecuencias derivadas de los cambios ambientales y ecológicos que le obligaban a adaptarse o buscar en otro lugar los elementos fundamentales para su sobrevivencia.
“El impacto sobre el ambiente de este tipo de sociedad fue mucho mayor, y las cantidades generadas de basura de origen doméstico e industrial, aumentaron notablemente.” En la era industrial “el impacto empezó a alcanzar niveles alarmantes”.
La basura en La Ciudad de México.
Más tarde a finales del siglo XVIII la ciudad de México ya tenía muchos servicios y monumentos que envolvían a la vida cotidiana. Ya desde tiempos de la colonia, se tenían en el centro de la ciudad edificios de gobierno, la catedral y algunas plazas, y con el paso del tiempo se intentó aumentar la cantidad de estas con un fin práctico y otro estético.
7 Aunque sepamos ya como era la ciudad, no nos diría nada de ella si desconocemos su gente. Podemos decir que en aquellos tiempos no había tanta cultura sobre la higiene y conciencia ambiental que hoy en día se busca en la sociedad. La gente tiraba basura, animales muertos y desechos por doquier, convirtiendo a la ciudad en una ciudad pestilente.
La ciudad era menos bella de esta forma, la “plaza cuando estaba en el mercado, era muy fea y era vista de forma muy desagradable. Encima de los techados de tejamanil había pedazos de petate, sombreros y zapatos viejos y otros harapos que echaban sobre ellos. Lo desigual del empedrado, lodo en tiempo de lluvias, los caños que atravesaban y los montones de basura. Había un beque o secretas que despedía un intolerable hedor que por lo sucio de los tablones de su asiento, hombres y mujeres hacían su necesidad trepados de cuclillas con la ropa levantada a la vista de las demás gentes (sin pudor ni vergüenza, y era demasiada la indecencia y deshonestidad]). Cerca del beque se vendía en puestos carne cocida, y de ellos al beque andaban las moscas”.
La necesidad de una infatigable limpieza era cada vez más necesaria, hasta que al fin el señor Conde de Revilla Gigedo estableció la limpia de las calles, la creación de carros para recoger las basuras y los excrementos. Esto logró un distinto tipo de vida, la ciudad cambió tanto que llegó a ser distinta, de haber por todos lados basura y desechos, se disminuyó su cantidad en las zonas públicas, dando así comienzo a una época más higiénica.
Más tarde, sobrevino un crecimiento continuo de la población, que en proporcionó creó más basura. Además se le sumo más tarde el consumo exagerado de objetos innecesarios, desechados casi siempre en un periodo corto. Esto acarrea la demanda cada vez mayor de bienes de consumo, muchos de los cuales se encuentran envueltos en papel, cartón o plástico; a esto se suma la abundante propaganda y publicidad impresa en papel y repartida en la vía pública que casi siempre es arrojada a la calle.
Basura
Es todo material considerado como desecho y que se necesita eliminar. La basura es un producto de las actividades humanas al cual se le considera de valor igual a cero por el desechado.
No necesariamente debe ser odorífica, repugnante e indeseable; eso depende del origen y composición de ésta.
8 A la basura se le puede clasificar por su composición.
Residuo orgánico: Todo desecho de origen biológico, que alguna vez estuvo vivo o fue parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y residuos de la fabricación de alimentos en el hogar, etc.
Residuo inorgánico: Todo desecho de origen no biológico, de origen industrial o de algún otro proceso no natural, por ejemplo: plástico, telas sintéticas, etc.
Residuos peligrosos: Todo desecho, ya sea de origen biológico o no, que constituye un peligro potencial y por lo cual debe ser tratado de forma especial, por ejemplo:
material médico infeccioso, residuo radiactivo, ácidos y sustancias químicas corrosivas, etc.
A su vez también a los residuos se les puede clasificar por su origen.
Residuo domiciliario: Basura proveniente de los hogares y/o comunidades.
Residuo industrial: Su origen es producto de la manufactura o proceso de transformación de la materia prima.
Residuo hospitalario: Desechos que son catalogados por lo general como residuos peligrosos y pueden ser orgánicos e inorgánicos.
Residuo comercial: Provenientes de ferias, oficinas, tiendas, etc., y cuya composición es orgánica, tales como restos de frutas, verduras, cartones, papeles, etc.
Residuo urbano: Correspondiente a las poblaciones, como desechos de parques y jardines, mobiliario urbano inservible, etc.
1.2.1. EL PROBLEMA DE LOS RESIDUOS DOMÉSTICOS
Los residuos no aprovechables constituyen un problema para muchas sociedades, sobre todo para las grandes ciudades así como para el conjunto de la población del planeta, debido a que la sobrepoblación, las actividades humanas modernas y el consumismo han acrecentado mucho la cantidad de basura que se genera; lo anterior junto con el ineficiente manejo que se hace con dichos residuos (quemas a cielo abierto, disposición en tiraderos o vertederos ineficientes) provoca problemas tales como la contaminación, que resume problemas de salud y daño al ambiente.
9 1.2.2. SOLUCIONES AL PROBLEMA
Existen varias soluciones propuestas por el ser humano, ya que este problema no es de solo una nación sino de todo el mundo, por lo que ha sido una lucha constante el tratar de solucionarlo.
Lo ideal es que la basura (como tal) no debe existir; la naturaleza enseña que todo lo producido y creado es reintegrado al medio y con la basura debe buscarse lo mismo, es decir, que todo sea reaprovechado de una u otra forma.
Varias iniciativas existen para reducir o resolver el problema, dependen principalmente de los gobiernos, las industrias, las personas o de la sociedad en su conjunto.
Algunas soluciones generales al problema de la basura son.
Reducir la cantidad de residuos generada.
Reintegración de los residuos al ciclo productivo. (reciclaje)
Canalización adecuada de residuos finales.
Disminuir con la degradación de la parte orgánica.
1.2.3. TRATAMIENTO DE LOS DESECHOS
El tratamiento es la modificación de las características físicas, químicas o biológicas de los desechos sólidos, con el objeto de reducir su nocividad, controlar su agresividad ambiental y facilitar su gestión.
Existen diferentes tipos de tratamiento de los desechos sólidos, estos pueden ser tanto a nivel de entidad o ya en lugares específicos (plantas de recuperación o plantas de tratamiento de desechos sólidos) de la localidad donde este enclavada la organización.
Incineración: Proceso de reducir a cenizas los desechos sólidos y otros residuos, reduciendo el volumen original de la fracción combustible de los residuos sólidos del 50 – 80%.
Pirolisis: Descomposición de los desechos por la acción del calor.
Recuperación: Actividad relacionada con la obtención de materiales secundarios, bien sea por separación, desempaquetamiento, recogida o cualquier otra forma de
10 retirar de los residuos sólidos algunos de sus componentes para su reciclaje o reúso.
Reuso: Es el retorno de un bien o producto a la corriente económica para ser utilizado en forma exactamente igual a como se utilizó antes, sin cambio alguno en su forma o naturaleza.
Recolección Selectiva: Acción de clasificar, segregar y presentar segregadamente para su posterior utilización.
Reutilización: Capacidad de un producto o envase para ser usado en más de una ocasión, de la misma forma y para el mismo propósito para el cual fue fabricado.
Relleno Sanitario: Instalación destinada a la disposición sanitaria y ambientalmente segura de los residuos sólidos en la superficie o bajo tierra, basados en los principios y métodos de la ingeniería sanitaria y ambiental. Es la técnica de eliminación final de los desechos sólidos en el suelo, que no causa molestia ni peligro para la salud y seguridad pública, tampoco perjudica el ambiente durante su operación ni después de terminado el mismo.
Reciclaje: Reciclaje es un término empleado de manera general para describir el proceso de utilización de partes o elementos de un artículo, aparato que todavía pueden ser usados, a pesar de pertenecer a algo que ya llegó al final de su vida útil.
Compostaje: El compostaje es el proceso de descomposición controlada de la materia orgánica. En lugar de permitir que el proceso suceda de forma lenta en la propia naturaleza, puede prepararse un entorno optimizando las condiciones para que los agentes de la descomposición proliferen. Estas condiciones incluyen una mezcla correcta de carbono, nitrógeno, y oxígeno, así como control de la temperatura, pH o humedad. Si alguno de estos elementos abundase o faltase, el proceso se produciría igualmente, pero quizás de forma más lenta e incluso desagradable por la actuación de microorganismos anaerobios que producen olores.
11 1.2.4. EL PROCESO DE LA BASURA EN LA CIUDAD DE MÉXICO
En la Ciudad de México habitan más de 19 millones de personas en una superficie menor a tres mil quinientos kilómetros cuadrados de los cuales 115 km2 corresponden al área urbana. La Ciudad de México se divide en dos principales sectores el Distrito Federal, con 1 500 km2 y la zona metropolitana con 1 728 km2. Se estima que cada habitante de la Ciudad de México diariamente desecha un promedio de un kilogramo de basura, lo que significa que diariamente son desechadas más de 19 mil toneladas que necesitarán un espacio donde ser depositadas.
El proceso de deposición de los desechos no acaba cuando el ciudadano elimina algo, cuando esto sucede apenas es el inicio de una gran cantidad de relaciones. Entre las formas en las que las personas eliminan lo que ya no les es útil está la de darle la basura al barrendero que limpia su zona, aquel barrendero pasará ciertos días para recoger la basura. Una vez que el barrendero ha llenado su “carrito de basura”, se dirige a donde se encuentra un camión recolector para vaciar en él el contenido de su carrito.
El camión recolectará la basura de los carritos para luego depositarla en una de las diez estaciones de transferencia, donde se llenará un tráiler con capacidad de 20 a 25 toneladas de basura. El camión llevará la basura a los tiraderos que se dividen en tramos operados por un cabo.
Hasta aquí solo hemos visto el proceso, más no hemos adentrando en las posibilidades económicas que la basura brinda en este proceso.
1.1.5. METODOS DE RECOLECCION EN MEXICO
En gran parte de la república mexicana tenemos varios métodos de recolección de desechos sólidos, ya que según la zona y el grado de urbanización se tienen estos diferentes métodos, aplicados por el gobierno de cada estado de la república.
Esquina o Parada Fija: (Demanda discreta semimecanizada con alta participación del usuario). Se puede decir que es el método más económico y, es aquel mediante el cual los usuarios del sistema llevan sus recipientes hasta donde el vehículo recolector se estaciona para prestar el servicio.
Una vez que los usuarios han llegado hasta el vehículo, forman una fila ordenada para que un operador les tome el recipiente y, lo entregue a otro que se encuentra dentro de la carrocería del vehículo, el cual vacía su contenido y lo regresa al operario que se le entregó para que, a su vez, se lo
12 devuelva al usuario, quien después de ser atendido se retira del vehículo. La operación anterior se repite tantas veces como sea necesario, hasta atender a todos los usuarios que lo hayan solicitado.
Método de Acera: (demanda continua semi-mecanizada con mediana participación del usuario). En este método, el personal operario del vehículo recolector toma los recipientes con basura que sobre la acera han sido colocados por los usuarios del servicio, para después trasladarse hacia el vehículo recolector, con el fin de vaciar el contenido dentro de la tolva o sección de carga de dicho vehículo; regresándolos posteriormente al sitio de la acera de donde los tomaron, para que los usuarios atendidos los introduzcan ya vacíos a sus domicilios.
Intra-domiciliario: (O de llevar y traer). Este método es semejante al anterior, con la variante de que los operarios del vehículo recolector, entran hasta las casas habitación por los recipientes con basura, regresándolos hasta el mismo sitio de donde los tomaron, una vez de haberlos vaciado dentro de la caja del vehículo. Naturalmente, este método de recolección suele resultar más costoso que el de acera y, aún más que el de esquina.
Contenedores: (demanda discreta mecanizada con alta participación del usuario). El Método de Contenedores, es semejante al de esquina en cuanto a que el vehículo recolector debe detenerse en ciertos puntos predeterminados para llevar a cabo la prestación del servicio. Puede decirse que este método es el más adecuado para realizar la recolección en centros de gran generación o de difícil acceso; como pueden ser hoteles, mercados, centros comerciales, hospitales, tiendas de autoservicio y zonas marginadas, entre otras.
1.2.6. EQUIPO DE TRANSFERENCIA
Equipos Rodoviarios
Los equipos rodoviarios son camiones con carrocerías de gran capacidad (30 a 75 m3) que a su vez se clasifican en dos tipos básicos: de carrocería abierta y de carrocería cerrada. Hoy en día existe además otro tipo de carrocería, la "roll-on, roll-off".
13 Camiones de carrocería abierta
Estos camiones reciben la carga por arriba y la descargan por diferentes métodos. El más utilizado es el de volquete por equipo hidráulico, pero actualmente se están desarrollando otros sistemas utilizando un fondo móvil y al menos dos tipos diferentes de este sistema ya operan en estaciones norteamericanas.
Camiones de carrocería cerrada
Por lo general estos camiones son utilizados en estaciones dotadas de equipos compactadores que colocan la basura por la puerta trasera del vehículo. Son del tipo tráiler acoplado y generalmente tienen una capacidad máxima de 50 m3, transportando hasta 30 toneladas de basura compactada.
En la mayor parte de los casos la descarga se hace por medio de una placa de eyección impulsada por un cilindro hidráulico telescópico. El accionamiento de este cilindro puede ser por medio del motor del camión tractor o de un motor auxiliar.
Tiradero a cielo abierto
Este inicia con la barrida de las calles y con la recolección de esa basura y la de los hogares, en camiones recolectores que llevan el producto a las estaciones de transferencia. En éstas, la basura es vaciada en vehículos dotados de cajas de gran capacidad, en las que es transportada a tiraderos o rellenos sanitarios.
Camiones tipo "roll-on, roll-off"
Las cajas "roll-on, roll-off" son contenedores retirados por camiones con estructuras inclinables y un gancho que permite cargar el contenedor sobre la estructura.
Estas cajas pueden ser abiertas para cargar por arriba, o cerradas y, en este caso, acopladas a compactadoras estacionarios.
1.3. MARCO LEGAL
Ley de propiedad en condominio de inmuebles para el distrito federal
“Solo se mencionarán los artículos que son necesarios de acuerdo al proyecto planteado”
ARTÍCULO 2. Para los efectos de esta Ley se entiende por:
14 Administrador. Es el condómino o habitante de la unidad de propiedad exclusiva, que no siendo Administrador profesional, sea nombrado Administrador.
Áreas y bienes comunes: Son aquellos que pertenecen en forma proindiviso a los condóminos y su uso estará regulado por esta Ley, la escritura constitutiva y el reglamento.
ARTÍCULO 4.
La constitución del régimen de propiedad en condominio es el acto jurídico formal que el propietario o propietarios de un inmueble, instrumentarán ante Notario Público declarando su voluntad de establecer esa modalidad de propiedad para su mejor aprovechamiento, y en el que, dos o más personas teniendo un derecho privado, utilizan y comparten áreas o espacios de uso y propiedad común, asumiendo condiciones que les permiten satisfacer sus necesidades de acuerdo al uso del inmueble, en forma conveniente y adecuada para todos y cada uno, sin demérito de su propiedad exclusiva.
ARTÍCULO 9. El régimen de propiedad en condominio puede constituirse en construcciones nuevas o en proyecto, así como en inmuebles construidos con anterioridad siempre que:
I. El inmueble cumpla con lo establecido en el artículo 3 de esta Ley.
II. El número de unidades de propiedad exclusiva no sea superior a 120, y III. Derogada.
IV. En caso de que el proyecto original sufra modificaciones, en cuanto al número de unidades privativas o ampliación o reducción o destino de áreas comunes, quien constituyó el Régimen de Propiedad en Condominio tendrá la obligación de modificar la escritura constitutiva ante Notario Público, o la Asamblea a través de la persona que la misma designe, en un término no mayor de seis meses contados a partir del término de la vigencia de la licencia de construcción o de su prórroga, conforme a lo dispuesto por el Artículo 12 de esta Ley.
ARTÍCULO 56. Cada condómino o en general los habitantes del condominio, en su caso, están obligado a cubrir puntualmente las cuotas que se señalan en éste capítulo, salvo lo dispuesto en el Título V de esta Ley, se establecerán para:
I. Constituir el fondo de administración y mantenimiento destinado a cubrir el gasto corriente que se genere en la administración, operación y servicios no individualizados de
15 las áreas comunes del condominio. El importe de las cuotas a cargo de cada condómino, se establecerá distribuyendo los gastos en proporción al porcentaje de indiviso que represente cada unidad de propiedad exclusiva;
II. Constituir el fondo de reserva destinado a cubrir los gastos de adquisición de herramientas, materiales, implementos, maquinarias y mano de obra con que deba contar el condominio, obras, mantenimiento y reparaciones mayores. El importe de la cuota se establecerá en proporción al porcentaje de indiviso que represente cada unidad de propiedad exclusiva;
III. Para gastos extraordinarios las cuales procederán cuando:
El fondo de administración y mantenimiento no sea suficiente para cubrir un gasto corriente extraordinario. El importe de la cuota se establecerá, en proporción al porcentaje de indiviso que represente cada unidad de propiedad exclusiva o El fondo de reserva no sea suficiente para cubrir la compra de alguna herramienta, material, implemento, maquinaria y mano de obra para la oportuna y adecuada realización de obras, mantenimiento y reparaciones mayores. El importe de la cuota se distribuirá conforme a lo establecido para el fondo de reserva.
1.4. AUTOMATIZACIÓN.
La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción (realizadas habitualmente por operadores humanos) a un conjunto de elementos tecnológicos.
Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores…; y los captadores como fotodiodos, finales de carrera...
La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
16 Objetivos de la automatización
Integrar varios aspectos de las operaciones de manufactura para mejorar la calidad y uniformidad del producto así mismo el ahorro de materia prima.
Minimizar el esfuerzo y los tiempos de producción.
Mejorar la productividad reduciendo los costos de manufactura mediante un mejor control de la producción.
Mejorar la calidad mediante procesos repetitivos.
Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error humano.
Reducir el daño en las piezas que resultaría del manejo manual.
Aumentar la seguridad para el personal.
Ahorrar área en la planta haciendo más eficiente:
El arreglo de las máquinas
El flujo de material
Para la automatización de procesos, se desarrollaron máquinas operadas con Controles Programables (PLC), actualmente de gran ampliación en industrias como la textil y la alimentación.
Para la información de las etapas de diseño y control de la producción se desarrollaron programes de computación para el dibujo (CAD), para el diseño (CADICAE), para la manufactura CAM, para el manejo de proyectos, para la planeación de requerimientos, para la programación de la producción, para el control de calidad, etc.
La inserción de tecnologías de la información producción industrial de los países desarrollados ha conocido un ritmo de crecimiento cada vez más elevado en los últimos años. Por ejemplo, la Información amplía enormemente la capacidad de controlar la producción con máquinas de control computarizado y permite avanzar hacia mayores y más complejos sistemas de automatización, unas de cuyas expresiones más sofisticadas y más ahorradoras de trabajo humano directo son los robots, los sistemas flexibles do producción y los sistemas de automatización integrada de la producción (computer integrad manufacturing CIM).
La flexibilidad de las máquinas permite su fácil adaptación tanto a una producción individualizadas y diferenciada en la misma línea de producción, como mi cambio total de la producción. Esto posibilita una adecuación flexible a las diversas demandas del mercado.
17 GRADO DE AUTOMATIZACIÓN
Aplicaciones en pequeña escala como mejorar el funcionamiento de una maquina en orden a:
Mayor utilización de una máquina, mejorando del sistema de alimentación.
Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina.
Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de magnitudes simultáneamente.
Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas.
Procesos automáticos en cadena errada con posibilidad de autocontrol y auto corrección de desviaciones.
La automatización no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que justifican y hacen necesario la implementación de estos sistemas, los indicadores principales son los siguientes:
Requerimientos de un aumento en la producción
Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos
Necesidad de bajar los costos de producción
Escasez de energía
Encarecimiento de la materia prima
Necesidad de protección ambiental
Necesidad de brindar seguridad al personal
Desarrollo de nuevas tecnologías
La automatización solo es viable si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, estas son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema.
La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose resaltar las siguientes:
Se asegura una mejora en la calidad del trabajo del operador y en el desarrollo del proceso, esta dependerá de la eficiencia del sistema implementado.
Se obtiene una reducción de costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al mantenimiento.
18
Existe una reducción en los tiempos de procesamiento de información.
Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible y multifabricación).
Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso.
Se obtiene un mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso.
Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos.
Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y autodiagnóstico.
Aumento en el rendimiento de los equipos y facilidad para incorporar nuevos equipos y sistemas de información.
Disminución de la contaminación y daño ambiental.
Racionalización y uso eficiente de la energía y la materia prima.
19 SUMARIO
La recolección de los desechos en el hogar siempre ha sido un problema debido a la ineficiencia del servicio público, por la cantidad y la calidad de los camiones, los cuales no tienen un manejo adecuado de los desechos.
Los residuos no aprovechables constituyen un problema para muchas sociedades, sobre todo para las grandes ciudades así como para el conjunto de la población del planeta, debido a que la sobrepoblación, las actividades humanas modernas y el consumismo han acrecentado mucho la cantidad de basura que se genera; lo anterior junto con el ineficiente manejo que se hace con dichos residuos (quemas a cielo abierto, disposición en tiraderos o vertederos ineficientes) provoca problemas tales como la contaminación, que resume problemas de salud y daño al ambiente, Además de la cantidad de tiempo para que los residuos se descompongan, es un problema que los mismos no se aprovechen de igual manera a como fueron utilizados.
Por medio de la automatización se puede modificar la problemática establecida, disminuyendo los recorridos de los camiones a un punto en común. Además de que los residuos están previamente divididos de forma general. Por lo tanto es más fácil su reciclado.
20 Desarrollo teórico del proyecto. Se mencionan los tipos de transmisiones de movimiento existentes, haciendo énfasis en la que se va a utilizar para dicho proyecto.
Teoría eléctrica, electrónica y de elementos mecánicos requeridos para la función del dispositivo.
CAPITULO 2.
ELEMENTOS MECÁNICOS Y DE CONTROL QUE
COMPRENDE EL
DISPOSITIVO.
21
2. ELEMENTOS MECÁNICOS Y DE CONTROL QUE COMPRENDE EL DISPOSITIVO.
2.1. BOSQUEJO GENERALIZADO DEL DISPOSITIVO
El dispositivo recolector de desechos es básicamente un carrito compuesto por un contenedor con un separador (para orgánicos e inorgánicos), dos transmisiones de cadena (una de movimiento y otra de volteo) y la tapa que protege la batería, los motores y la tarjeta electrónica.
Figura 2.1. Bosquejo generalizado del dispositivo.
2.1.1. ELEMENTOS QUE LO COMPONEN
Chasís ligero de aluminio: Considerado como el alma estructural que da forma al carrito; sostiene los motores, las tarjetas, la batería, la base o “piso”, el contenedor. En el van fijadas las chumaceras para las flechas de transmisión. Gracias a su propiedad de ser un material ligero y resistente, es el elemento más indicado para el recolector.
Contenedor de plástico rígido: Es el necesario para depositar (por separado) la basura que el usuario desea colocar en un contenedor general (ubicado fuera del conjunto habitacional); este mini contenedor está fijo en una palanca, dándole la propiedad de moverse y realizar el vaciado de los desechos domésticos.
Motorreductores de corriente directa: dos en total, son los utilizados para el desplazamiento del carrito y el volteo del contenedor para el vaciado de la basura. Están básicamente compuestos por un motor de corriente directa y una transmisión reductora añadida al mismo que en conjunto satisfacen las
22 necesidades de velocidad, torque y potencia necesarias para las tareas requeridas del dispositivo.
Transmisiones mecánicas: Necesarias para transmitir la energía cinética (proveniente de los motorreductores) a las ruedas y palanca de volteo, en este caso se utilizarán transmisiones de cadenas, dadas las condiciones y necesidades. Los elementos que componen las transmisiones son: Coples, flechas, chumaceras, sprockets y cadenas.
Tarjetas electrónicas: Convertidores de voltaje para carga de baterías, alimentación y conversión de voltaje de alimentación a tarjetas electrónicas de control, alimentación y suministro de voltaje necesario para el arranque de los motorreductores.
Las tarjetas de control comprenden las entradas, manipulación y salidas de señales digitales para el buen funcionamiento del dispositivo.
Batería recargable: Para energizar las tarjetas electrónicas, motores e indicadores del dispositivo.
2.2. MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA (C.C. O C.D.)
Los motores de C.C. se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado del campo como motores Serie, Paralelo (Shunt), Paralelo estabilizado, o Compuesto (Compound). Sin embargo algunos de ellos pueden ser auto excitados o de excitación separada o pueden tener campos de imán permanente.
Ellos muestran curvas muy diferentes de torque-velocidad y se conectan en diferentes configuraciones para diferentes aplicaciones.
Algunos motores de C.C. utilizan imán permanente como campo principal, especialmente los de potencia (HP) fraccionada (1/4, 1/2, 3/4) y baja potencia.
Los motores de imán permanente tienen la ventaja de no requerir una fuente de potencia para el campo, pero tienen la desventaja de ser susceptibles a la desmagnetización por cargas de choque eléctricas o mecánicas. Los campos de imán permanente no se pueden ajustar para entonar el motor para ajustarse a la aplicación, como pueden los de campo bobinado.
23 2.2.1. MOTOR PARALELO (SHUNT)
En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es fija. Asuma que el voltaje de armadura Et es constante. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga a sin carga, la velocidad debe aumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra electromotriz aumentará para mantener la ecuación en balance. A voltaje nominal y campo completo, la velocidad del motor shunt aumentará 5% a medida que la corriente de carga disminuya de plena carga a sin carga. La reacción de armadura evita que el flujo de campo permanezca absolutamente constante con los cambios en la corriente de la carga. La reacción de armadura, por lo tanto causa un ligero debilitamiento del flujo a medida que la corriente aumenta.
Esto tiende a aumentar la velocidad del motor. Esto se llama “inestabilidad” y el motor se dice que está inestable.
2.2.2. MOTOR SERIE
En un motor serie, el flujo del campo es una función de la corriente de la carga y de la curva de saturación del motor. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga, el flujo disminuye y la velocidad aumenta. La rata de incremento de velocidad es pequeña al principio pero aumenta a medida que la corriente se reduce. Para cada motor serie, hay una mínima carga segura determinada por la máxima velocidad de operación segura.
2.2.3. MOTOR COMPUESTO (COMPOUND)
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.
El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varia, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.
Esto provee una característica de velocidad la cual no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, no tan “suave” como un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores C.C. compound son algunas veces utilizados
24 donde se requiera una respuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de velocidad.
2.2.4. MOTOR SHUNT ESTABILIZADO
Para vencer la potencial inestabilidad de un motor recto shunt y reducir la “caída” de velocidad de un motor compound, un ligero devanado serie es arrollado sobre el devanado shunt.
El flujo del devanado serie aumenta con la corriente de carga y produce un motor estable con una característica de caída de velocidad para todas las cargas.
El devanado serie es llamado un campo estabilizador o “stab” y el motor un motor shunt estabilizado. La regulación de velocidad de un motor shunt estabilizado es típicamente menor al 15%.
En aplicaciones donde la inestabilidad resultante pudiera afectar seriamente el funcionamiento de la maquina (movida por el motor), el campo serie puede desconectarse. En aplicaciones donde los efectos de estabilidad nos son críticos, como en un frenado regenerativo, el campo serie puede utilizarse para mejorar el rendimiento que el provee.
Cuando el campo serie no se conecta, el fabricante del control debe asegurar que la máxima velocidad segura del motor no es excedida y debe reconocer la perdida de torque que resulta de la operación del motor shunt estabilizado sin el devanado serie.
2.3. TRANSMISIONES MECÁNICAS
Transmisión es mecanismo encargado de enviar o trasmitir la potencia de un motor a alguna otra parte, con el objetivo de mover el vehículo (transmisión secundaria) o mover piezas internas necesarias para su correcto funcionamiento (transmisión primaria). Por éste motivo se cuentan con diferentes accesorios que ayudan a éste propósito, como son:
Eje: Es el elemento estático de sección circular que sirve de apoyo a uno o uno o más órganos móviles que giran sobre él.
Extremo de ejes: Puede ser de forma cilíndrica normalizada según DIN 748 y de forma cónica DIN 1448.
25 Árbol acanalado: Se suelen mecanizar sobre el mismo árbol cuando se desease obtener un desplazamiento axial fácil y preciso de un órgano de transmisión sobre su árbol o bien trabajar con elevadas cargas, incluso alternativas.
Árbol entallado: Es una variante del árbol acanalado que no admite desplazamientos laterales de los órganos de transmisión, sino que está pensado para acoplamiento fijo. Normalizadas según DIN 5481
Soporte: Es un órgano estático destinado a sostener árboles de transmisión que absorbe por medio de un cojinete o rodamiento, tanto las cargas estáticas como los esfuerzos dinámicos originados por el movimiento. El soporte de transmisión dispone del cojinete o rodamiento de apoyo, de la cámara de lubricante y de los dispositivos de protección y fijación necesarios.
Árbol: Es el elemento dinámico de sección circular que transmite un par motor, mediante los órganos mecánicos que lleva montados solidariamente, girando apoyado en unos asientos o soportes.
2.4. COJINETES LISOS Y RODAMIENTOS:
Tanto los cojinetes lisos como los rodamientos están concebidos para servir de soporte a los ejes móviles.
Muchos de los deterioros que se producen en los cojinetes de bolas y de rodillos se deben a la suciedad de los cuerpos de los cojinetes durante el montaje. Para evitar este tipo de suciedad debemos:
Limpiar cuidadosamente los cuerpos de los cojinetes y ejes antes de su montaje.
La herramienta y las manos deben estar limpios y secos.
Los materiales no deben dejarse sobre el suelo o un banco.
Hasta que el cojinete no vaya a ser montado no se debe sacar de su embalaje original.
Hay que tomar medidas para evitar la penetración de impurezas en el interior del cojinete.
2.4.1. ELEMENTOS DE UN RODAMIENTO
Es un elemento normalizado que consta de 2 aros concéntricos con caminos de rozadura, mayoritariamente esféricos, sobre las cuales se desplazan unos cuerpos rodantes, bolas o rodillos, cuya finalidad es permitir la movilidad de la parte giratoria respecto a la fija.
26 Para conseguir que los elementos rodantes guarden las debidas distancias entre sí, los rodamientos llevan una pieza separadora llamada jaula, portabolas o portarodillos, según el caso.
2.4.2. VENTAJAS DE LOS RODAMIENTOS
Rozamiento insignificante, sobre todo en el arranque
Según capacidad de carga
Desgaste prácticamente nulo durante el funcionamiento
Facilidad de recambio, dado que son elementos normalizados.
2.4.3. CLASIFICACION DE RODAMIENTOS
Rodamientos para cargas radiales: Soportan cargas dirigidas en sentido perpendicular al eje de rotación.
Rodamientos para cargas axiales: Soportan cargas que actúan en el sentido del eje de rotación.
Rodamiento para cargas mixtas: Soportan esfuerzos radiales, axiales o ambas combinadas.
2.4.4. TIPOS DE RODAMIENTOS:
Según las formas de los cuerpos rodantes y el número de filas o hileras:
Rodamientos rígidos de bolas DIN 625. Soporta cargas radiales y axiales y es apropiado para las más altas velocidades.
Rodamientos de bolas de contacto angular DIN 628. La carga se transmite de un camino de rodadura al otro, bajo un ángulo de contacto de 40º, con lo que se consigue una elevada capacidad de carga axial. Este tipo de rodamientos soportan cargas axiales solo en un sentido. Por lo que debe de mantener siempre con un segundo rodamiento que soporte las caras axiales en sentido opuesto.
Rodamiento oscilante de bolas DIN 630. Dispone de dos hileras de bolas con un camino de rodadura común y esférico en el aro exterior. Tiene la propiedad de auto orientase, y compensar así posiciones inclinadas del árbol con respecto al soporte o flexiones del árbol.
Rodamientos de rodillos cilíndricos DIN 5412. Se fabrican en varios tipos que se diferencian por la disposición de los resortes. Estos rodamientos son desmontables, lo cual facilita el montaje y desmontaje en su alojamiento. Pueden soportar elevadas cargas radiales y algunos tipos soportan además cargas axiales (NI y NVP)
Rodamientos de rodillos cónicos DIN720. Además de soportar cargas radiales también soportan cargas axiales en un sentido; por lo tanto, casi siempre han de ajustarse contra
27 un segundo rodamiento, regulando al mismo tiempo los juegos internos: radial y axial.
Resiste velocidades grandes y cargas elevadas.
Rodamientos oscilantes de rodillos DIN 635. Es un rodamiento proyectado para absorbes los esfuerzos más desfavorables. Contiene dos hileras de rodillos simétricos que pueden orientarse libremente en la superficie de rodadura esférica del aro exterior. Los rodillos quedan correctamente guiados entre los tres los bordes del aro interior.
Rodamientos axiales de bolas. Pueden ser de simple efecto según DIN 711 absorbiendo cargas axiales en un solo sentido o doble efecto según DIN 715 absorbiendo cargas axiales en los dos sentidos. Admite grandes cargas axiales en un solo sentido. Los dos tipos pueden soportar cargas axiales elevadas, pero deben estar sometida a esfuerzos radiales.
2.5. TRANSMISIONES DE MOVIMIENTO 2.5.1. BANDA DE DISTRIBUCIÓN
Una banda de distribución, es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre dos sistemas, como maquinaria industrial, de forma general, es una banda de goma, que enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.
2.5.2. ENGRANES
Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.1 Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.
28 La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.
2.5.3. CADENA DE DISTRIBUCIÓN
Sistema de transmisión entre ejes y árboles caracterizado por el uso de una cadena y dos o más piñones unidos a los ejes o árboles entre los que se desea transmitir el movimiento. El sistema básico de transmisión es por empuje de los rodillos de la cadena sobre los dientes del piñón. En algunos casos se usan transmisiones con cadenas múltiples y piñones en paralelo, con el fin de aumentar la capacidad de transmisión de potencia.
En relación a otros sistemas de transmisión, las transmisiones por cadena presentan las siguientes ventajas:
Frente a otras transmisiones, como las transmisiones por correa, no existe posibilidad de resbalamiento en la transmisión.
En relación a las transmisiones por engranaje, el peso es menor, especialmente para distancia entre ejes medias-altas.
La capacidad de transmisión es elevada por la gran resistencia de las cadenas.
Las transmisiones por cadena bien engrasadas soportan bien las condiciones ambientales adversas como el polvo o la humedad sin deteriorarse.
Debido a que la transmisión se realiza por engrane no se requieren pretensiones o tensados elevados, evitando con ello las sobrecargas de los ejes.
Algunos de sus inconvenientes, en cambio, son:
Frente a las transmisiones por correa, el sistema es más pesado, ruidoso y caro.
La velocidad máxima de la cadena es inferior a que se puede alcanzar con algunas transmisiones por correa.
El montaje y mantenimiento son más complejos que en una transmisión por correa.
Frente a la transmisión por engranaje, la relación de transmisión es menos constante, debido al efecto de variación cordal de la velocidad.
29 2.6. MICROCONTROLADOR PIC 16F84A
Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz de realizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y del control y comunicación digital de diferentes dispositivos.
Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos de datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los registros, es decir, los datos que el usuario maneja, así como registros especiales para el control de las diferentes funciones del microcontrolador.
Los microcontroladores se programan en Assembler y cada microcontrolador varía su conjunto de instrucciones de acuerdo a su fabricante y modelo. De acuerdo al número de instrucciones que el microcontrolador maneja se le denomina de arquitectura RISC (reducido) o CISC (complejo).
Los microcontroladores poseen principalmente una ALU (Unidad Lógico Aritmética), memoria del programa, memoria de registros, y pines I/O (entrada y/0 salida). La ALU es la encargada de procesar los datos dependiendo de las instrucciones que se ejecuten (ADD, OR, AND), mientras que los pines son los que se encargan de comunicar al microcontrolador con el medio externo; la función de los pines puede ser de transmisión de datos, alimentación de corriente para el funcionamiento de éste o pines de control específico.
En este proyecto se utiliza el PIC 16F84A. Este microcontrolador es fabricado por MicroChip, familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F84A posee varias características que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que posteorimente será detallada.
Algunas de estas características se muestran a continuación:
Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
Amplia memoria para datos y programa.
Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH; este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la “F” en el modelo).
Set reducido de instrucciones (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias para facilitar su manejo.
30 2.6.1. CARACTERISTICAS
En siguiente tabla de pueden observar las características más relevantes del dispositivo:
CARACTERÍSTICAS 16F84A
Frecuencia máxima
DX-4MHz
Memoria de programa flash palabra de 14 bits 8KB
Posiciones RAM de datos 368
Posiciones EEPROM de datos 256
Puertos E/S A,B
Número de pines 18
Interrupciones 1
Timers 0
Módulos CCP 0
Comunicaciones Serie MSSP, USART
Comunicaciones paralelo PSP
Líneas de entrada de CAD de 10 bits 8
Juego de instrucciones 35 Instrucciones
Longitud de la instrucción 14 bits
Arquitectura Harvard
CPU Risc
Canales Pwm 2
Pila Harware -
Ejecución En 1 Ciclo Máquina -
Tabla 1.5.1. Características del PIC16F84A
31 2.7. ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Se denomina electrónica de potencia a la rama de la ingeniería eléctrica que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de alimentar otros equipos, transportar energía, controlar el funcionamiento de maquinas eléctricas, etc.
Se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia.
El principal objetivo de esta disciplina es el procesamiento de energía con la máxima eficiencia posible, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así como semiconductores trabajando en modo corte/saturación (on/off).
2.7.1. CONVERTIDORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma de energía en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos o electroquímicos.
Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan convertidores estáticos de potencia, clasificados en:
Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua
Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna
Cicloconversores: convierten corriente alterna en corriente alterna
Choppers: convierten corriente continua en corriente continua
En la actualidad esta disciplina está cobrando cada vez más importancia debido
principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrónicos en comparación a
los métodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se
produjera esta revolución fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las
32
elevadas potencias necesarias en tareas de distribución eléctrica o manejo de potentes motores.
2.7.2. Aplicaciones
Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:
Fuentes de alimentación: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas fuentes de alimentación conmutadas.
Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de los ordenadores.
Control de motores eléctricos: La utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición, velocidad o par suministrado por un motor.
Este tipo de control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite ahorrar energía.
Calentamiento por inducción: Consiste en el calentamiento de un material conductor a través del campo generado por un inductor. La alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las cocinas de inducción actuales.
Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de control del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta frecuencia, interfase entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica, etc.
33 SUMARIO
Existen innumerables clases de elementos mecánicos a utilizar en un dispositivo, se necesita seleccionar los más adecuados en el momento de el diseño de dicho dispositivo por lo cual se tienen las características y el funcionamiento de los que se estima que se utilizaran en este proyecto.
TRANSMISIONES
Catarinas.
Cadenas.
Palanca.
Motor.
Chumaceras.
Rodamientos.
CONTROL
Microcontroladores.
Transformadores de energía.
Controladores de frecuencia (pwm).
34 En el siguiente capítulo se muestra los cálculos necesarios para el diseño del dispositivo planteado, así mismo el desarrollo de los mismos con los comentarios y especificando los pasos a seguir.
CAPITULO 3.
CALCULOS, DISEÑO Y
SOLUCIÓN AL PROBLEMA.
35
3. CÁLCULOS, DISEÑO Y SOLUCIÓN AL PROBLEMA
3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.
El dispositivo está pensado para solucionar el problema de la recolección de desechos en casas habitación, ubicadas en unidades habitacionales con un formato de distribución lineal como se muestra en la fig. 2.1.1 Consta de un carrito recolector ubicado en la parte trasera de la vivienda, el cual se desplazará por rieles hasta un contenedor general, depositando la basura en el mismo. El dispositivo regresa a su estado de origen esperando ser activado nuevamente. En caso de activar el sistema y otro dispositivo está en funcionamiento, éste quedará en estado de “stand by” hasta que se desocupe el trayecto.
Figura 2.1.1. Descripción del dispositivo.
3.1.1. EL DISPOSITIVO
Este sistema consta de un carrito con un minicontenedor del tamaño estándar para una bolsa de desechos domésticos (fig. 2.1.2). El carrito es movido por una transmisión de cadenas como se muestra en figura 2.1.3.
Figura 2.1.2. Carrito recolector.
36 Figura 2.1.3. Transmisión de movimiento.
Para el volteo de la basura, con el objetivo de depositarla en el contenedor general se tiene también una transmisión sencilla de cadena, que activa un eje con una palanca en configuración “I” como se muestra en la figura 3.1.4. Se hará un cambio de giro del motor después de un tiempo considerable para el regreso de la palanca, es en ese instante cuando se activa el sistema de regreso del dispositivo general a su lugar de origen.
Figura 2.1.4. Transmisión de volteo
El chasis que soportara el dispositivo será como se muestra en la figura 3.1.5, diseñado para soportar chumaceras y el peso general.
Figura 2.1.5. Chasis de soporte.
37 3.2. CÁLCULO DE TRANSMISIONES.
3.2.1. PESO DEL CARRITO Y VELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO.
Para el cálculo del peso del carrito en necesario tomar en cuenta cada uno de los elementos que se van a utilizar para su ensamble, la cantidad necesaria para cada uno, su peso específico así como la carga que va a trasportar; para lo que se puede realizar una tabla para determinarlo.
Elemento Peso unitario Cantidad Peso subtotal
Chasís 0.3 kg/m tubo cuadrado
aluminio
4.5m 1.5 kg
Cubierta 0.673 kg/lámina aluminio 1 0.673 kg
Chumacera cojinete 0.52 kg 8 4.16 kg
Contenedor 1.03 kg 1 1.03 kg
Flechas
9.229 kg Sprockets
Batería 3.4 kg/batería 12V 1 9.19 kg
Cadena 1 6.16875 g/eslabón (paso) 160 0.987 kg
Cadena 2 6.16875 g/eslabón (paso) 138 0.851 kg
Motor 1 3.0 kg aprox. motor 12V 1 9.0 kg
Motor 2 3.0 kg aprox. Motor 12V 1 2.0 kg
Llanta 0.345 kg (aluminio-hule) 4 1.38 kg
Basura 25 kg 1 20 kg
TOTAL 60 Kg
Tabla 2.2.1. Peso total del carrito.
38 Para el cálculo de la velocidad de la transmisión se considera una velocidad de desplazamiento lineal del carrito de 0.5 m/s. Tomando en cuenta que el radio de las ruedas es de 6.35 cm podemos calcular su velocidad angular.
V = ωr En donde:
V = Velocidad lineal de desplazamiento.
ω = velocidad angular de la rueda.
r = radio de la rueda.
Despejando dicha ecuación:
s m rad
s m r
V 7.874 /
0635 . 0
/ 5 .
0
Para fines de cálculo de la transmisión se convierte esta velocidad angular de rad/s a RPM (de radianes sobre segundo a revoluciones por minuto) utilizando un simple método de conversión.
seg RPM rad
s rev
rad 75.19
min 1 60 2
/ 1 874 .
7
Por lo tanto podemos considerar una velocidad angular final en las ruedas aproximadamente igual a 75 RPM {7.874rad/s}.
3.2.2. POTENCIA DEL MOTOR Y TORQUE DE TRANSMISIÓN.
Después de haber calculado el peso y velocidad de desplazamiento del motor, se procede al cálculo del motor y torque de transmisión. El método que utilizaremos para dicho cálculo es un análisis de Resistencia a la rodadura mediante el análisis básico de un plano inclinado puesto que el carrito deberá vencer una pendiente para su tarea.
Resistencia de rodadura. Frmg
cos
Resistencia a la inclinación.
mg sin
Al hacer la suma de fuerzas que actúan sobre el objeto, se obtiene la fuerza necesaria para el movimiento del carrito.
Figura 2.2.1 Análisis de velocidad en la rueda
Figura 2.2.2. Análisis de fuerzas que actúan sobre el carrito
