UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA
CONTADORA DE LÁMINAS EDUCATIVAS, PARA SU
IMPLEMENTACIÓN EN LAS ÁREAS DE ALMACÉN Y
BODEGA DE LA EMPRESA SOLARTE”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA
AUTOR: CHRISTIAN ANDRÉS PACHECO ESCOBAR
DIRECTOR: ING. LUIS HIDALGO
DECLARACIÓN
Yo CHRISTIAN ANDRÉS PACHECO ESCOBAR, 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.
______________________________ Christian Andrés Pacheco Escobar
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción de una máquina contadora de láminas educativas, para su implementación en las áreas de almacén y bodega de la empresa Solarte”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue desarrollado por Christian Andrés Pacheco Escobar, 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. Luis Hidalgo
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Quiero dedicar el presente trabajo en primer lugar a Dios, el dueño de mi vida y quien por intermedio de mis padres me ha regalado el estudio y me ha permitido cursar y terminar una carrera, siendo en todo momento mi fortaleza, mi guía y mi esperanza, ayudándome a sobreponerme de momentos difíciles y vencer los obstáculos que se han presentado a lo largo de mi vida y de todo este tiempo de estudios.
Quiero dedicar también este trabajo con mucho amor a mis padres Luis Aníbal Pacheco y Cecilia Escobar, a mi hermana Viviana Pacheco, mi hermosa familia quienes son mi apoyo, mi guía y mi ejemplo a seguir, su ayuda, enseñanzas y aliento fueron y son de vital importancia en mi vida. Dedico este trabajo también a la señorita Liliana Alvarado, mi gran amor, quien en todo momento me ha dado su ayuda y apoyo incondicional, se ha convertido en mi compañera ideal, es una gran bendición en mi vida pues la ha llenado de amor y felicidad.
AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente por medio de este trabajo a mi Dios, quien ha bendecido mi vida en gran manera, permitiéndome haber tenido la oportunidad de estudiar, de empezar y terminar una carrera siempre siendo mi ayudador, mi guía, ensenándome a esforzarme y luchar por mis sueños, a él le debo todo. Gracias por las muestras de su gran amor.
Doy gracias de todo corazón a mis queridos padres y a mi querida hermana quienes siempre fueron mi ayuda, me brindaron su apoyo incondicional, fueron mi ayuda me fortalecieron y animaron en momentos de debilidad y desanimo, me levantaron cuando me caí y me enseñaron a ser una persona de bien
Les amo, gracias por creer en mí, aun cuando ni yo mismo creía en mi. Agradezco a mis maestros, quienes me impartieron sus conocimientos y fueron una gran guía a lo largo de este tiempo de estudios, en especial al Ing. Luis Hidalgo por su ayuda para la realización de este trabajo, siendo para mí un ejemplo de un buen profesional.
Agradezco al Sr. Fernando Escobar y a todo el personal de la empresa Solarte, donde aprendí el valor del compañerismo, de la amistad pero más importante el valor del trabajo.
Finalmente doy gracias a mis amigos, compañeros y demás seres queridos, quienes han compartido conmigo y han estado presentes en mis alegrías y tristezas y me han brindado su amistad, apoyo y cariño sincero y que de una manera u otra contribuyeron en mi formación tanto personal como profesional, así como por toda la colaboración recibida para la consecución de este trabajo y de este título.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ix
ABSTRACT x
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 5
2.1 CARACTERIZACIÓN DE LA EMPRESA EN DONDE SE
DESAROLLA EL PROYECTO 5
2.1.1 EMPRESA SOLARTE 5
2.1.1.1 Datos Generales 5
2.1.1.2 Actividad Económica 6
2.1.1.3 Proceso Productivo 8
2.2 LÁMINAS EDUCATIVAS 15
2.3 DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS 16
2.3.1 PROCESO DE DISEÑO 16
2.3.1.1 Integración de los Elementos de una
Máquina en un Diseño Mecánico – Electrónico 17 2.3.1.2 Factores Importantes para el Diseño 17
2.3.2 MECANISMO 18
2.4 IMPRESORA 19
2.4.1 PRINCIPALES TIPOS DE IMPRESORAS 19
2.4.1.1 Impresora Matricial 19
2.4.1.2 Componentes Externos Principales de una
Impresora Matricial 20 2.4.1.3 Componentes Internos Principales de una
Impresora Matricial 21
2.5 COMPONENTES ADICIONALES 23
2.5.1 COMPONENTES MECÁNICOS, ELÉCTRICOS Y
ELECTRÓNICOS 23
ii
2.5.1.2 Motores Eléctricos 24
2.5.1.3 Servomotores 26
2.5.1.4 Variador de Frecuencia 27
2.5.1.5 Teclado Matricial 28
2.5.1.6 Fuente de Voltaje 29
2.5.1.7 Pantalla LCD 30
2.5.1.8 Sensores 31
2.5.1.9 Microcontroladores 31
2.5.2 PROGRAMACIÓN Y SIMULACIÓN 32
2.5.2.1 Programación en Arduino 33
2.5.2.2 Simulación en el programa Isis Proteus 34
2.5.2.3 Acople Antibacklash 35
3. METODOLOGÍA 37
3.1 MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN 37
3.1.1 METODOLOGÍA MECATRÓNICA 37
3.1.1.1 Requerimientos y especificaciones del sistema 39
3.1.1.2 Diseño 39
3.1.1.3 Implementación 39
3.1.1.4 Pruebas del Prototipo 40
3.2 PROCESO DE REDISEÑO Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO 41
3.2.1 SELECCIÓN DE LA IMPRESORA 41
3.2.2 REVISIÓN DE LOS COMPONENTES A SER
APROVECHADOS DE LA IMPRESORA 42
3.2.3 REDISEÑOS DE LA IMPRESORA Y PRUEBAS
DE FUNCIONAMIENTO 44
3.2.3.1 Primera etapa de rediseño y Pruebas
de funcionamiento 45
3.2.3.2 Segunda etapa de rediseño y pruebas
de funcionamiento 53
3.2.3.3 Tercera etapa de rediseño y pruebas
iii
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 71
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESS 77
5.1 CONCLUSIONES 77
5.2 RECOMENDACIONES 79
GLOSARIO 81
SIMBOLOGÍA 84
BIBLIOGRAFÍA 85
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Fotografía del Catálogo de Productos de Solarte 8
Figura 2. Fotografía de Láminas Educativas refiladas listas
para su conteo 9
Figura 3. Fotografía de Láminas enfundadas y ordenadas en Perchas 10
Figura 4. Fotografía del Personal de Solarte realizando el conteo
manual de láminas 14
Figura 5. Fotografía de una Lámina Educativa 15
Figura 6. Componentes externos de una impresora matricial 20
Figura 7. Componentes internos de una impresora matricial 21
Figura 8. Componentes internos de una impresora 22
Figura 9. Motores internos de una impresora matricial 22
Figura 10. Fotografía de un Motor de corriente contínua 25
Figura 11. Servomotor 26
Figura 12. Variador de Frecuencia 27
Figura 13. Teclado Matricial 28
v
Figura 15. Fotografía de una Fuente de Voltaje 29
Figura 16. Pantalla de Cristal Líquido 2x16 30
Figura 17. Microcontrolador 31
Figura 18. Placa Arduino 33
Figura 19. Programa Isis Proteus 34
Figura 20. Acople Antibacklash 35
Figura 21. Base de madera realizada para toda la estructura 46
Figura 22. Fotografía del motor original con el Acople para el nuevo
motor 48
Figura 23. Fotografía de los 2 motores unidos por el acople 48
Figura 24. Fotografía del Motor AC conectado a un Variador de Voltaje 50
Figura 25. Fotografía del Circuito de regulación de velocidad del
motor AC 51
Figura 26. Fotografía de la Simulación del Circuito de regulación de
velocidad del Motor AC en Isis Proteus 52
Figura 27. Fotografía del Motor DC seleccionado de 24 voltios 54
Figura 28. Fotografía del Motor DC en su base y acople al motor
original 55
Figura 29. Fotografía del Servomotor utilizado para accionar el
vi
Figura 30. Fotografía del Servomotor apoyado en la base de
plástico 58
Figura 31. Fotografía del Servomotor accionando la bandeja de
entrada 58
Figura 32. Fotografía de la Simulación del Circuito de Control en Isis Proteus 59
Figura 33. Fotografía de la Fuente de Voltaje DC Altek 61
Figura 34. Fotografía de la Fuente de Voltaje DC formando parte
de la estructura 62
Figura 35. Fotografía de Todos los componentes conectados en
la 2da etapa de Rediseño 62
Figura 36. Fotografía de la Máquina con su cubierta 64
Figura 37. Fotografía de la prolongación de la base 65
Figura 38. Fotografía de la base extendida 65
Figura 39. Fotografía de las láminas enfundadas en grupos de 5 67
Figura 40. Fotografía de las láminas enfundadas en las perchas de
almacén del nuevo local 67
vii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Reducción de tiempo lograda por la máquina en la primera
prueba 71
Tabla 2. Reducción de tiempo lograda por la máquina en la segunda
prueba 72
Tabla 3. Reducción de tiempo lograda por la máquina en la tercera
Prueba 73
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo 1. RUC de la empresa Solarte 88
Anexo 2. Fotografía del Departamento de Bodega de Solarte 90
Anexo 3. Fotografía del Departamento de Almacén de Solarte 91
Anexo 4. Fotografía de Láminas Educativas de Solarte 92
Anexo 5. Fotografía de Temas de Láminas Educativas de Solarte 93
Anexo 6. Hoja de Pedido de productos de Solarte 94
Anexo 7. Fotografías de los Departamentos de Solarte (Nuevo Local) 96
ix
RESUMEN
x
ABSTRACT
1
La empresa Solarte ubicada en la ciudad de Quito - Ecuador, se dedica al diseño, producción, venta y distribución de láminas educativas, así como de otros productos de tipo didáctico afines a estas.
El proceso de fabricación de este producto comienza en el departamento o área de diseño donde se diagrama y realiza los gráficos, se investiga y redacta los textos y demás detalles que constituyen una lámina educativa del título o tema que se esté desarrollando.
Posteriormente, a esta información se le asigna un formato, el mismo que es plasmado en una plantilla o placa de tipo metálico que se entrega al departamento o área de producción para realizar la impresión de dicha lámina en grandes cantidades de papel, las cuales ya impresas pasan por un proceso de corte o guillotinado y adoptan un tamaño final que por lo general es de 22 cm de ancho por 32 cm de largo.
Finalmente todas las láminas impresas son trasladadas al departamento o área de bodega para su conteo, revisión y ordenamiento en las perchas y posterior despacho tanto a los clientes que compran el producto directamente a bodega, como también los que lo hacen al almacén. Este último expone y vende el producto al público en general, los cuales lo toman de las perchas para que el personal de este departamento realice el conteo de forma manual del mismo, para su posterior totalización y cobro.
2
Solarte registra problemas con el conteo y ordenamiento de sus productos, en especial con las láminas educativas, tanto en el área de almacén como en el área de bodega, donde se busca automatizar este proceso por medio de una máquina que dé solución de manera rápida y efectiva.
En la realización de todo este proceso se registran los siguientes problemas:
Errores en el conteo manual de las láminas educativas y productos afines realizados en papel.
Demora en la elaboración de los pedidos solicitados por los clientes en el área de bodega, esto debido al tiempo y complejidad que conlleva contar las cantidades pedidas y cuadrar el mismo con la cantidad total solicitada.
La atención al cliente no es eficiente dentro del área de almacén en cuanto al tiempo de despacho del producto, esto debido a que se debe contar las láminas tomadas en ese momento, lo que resulta una labor demorosa, tediosa y muy proclive a errores, lo que genera aglomeración de clientes en espera por ser atendidos y posteriores reclamos por inexactitud en la cantidad cobrada.
Imposibilidad de registrar y llevar una contabilidad real del número exacto de láminas en existencia dentro de los departamentos de almacén y bodega de la empresa.
Disconformidad del cliente ya que este en muchas ocasiones recibe una cantidad diferente a lo solicitado, lo cual genera molestias y pérdidas económicas para la empresa
3
pero principalmente no están diseñadas para contar el tamaño de hoja especifico que aquí se expone y se busca solucionar, sino tamaños mayores como son los conocidos pliegos de hojas.
Con dichos antecedentes se busca solucionar esta problemática mediante la creación de una máquina que realice la tarea de conteo, evitando los errores antes mencionados y que esta sea económicamente accesible. Para lo cual se ha planteado la siguiente hipótesis:
La realización e implementación de la máquina contadora de láminas educativas constituirá una herramienta de ayuda que brinde rapidez y exactitud en el conteo de dicho producto, facilitando su organización y despacho en las áreas de almacén y bodega de la empresa Solarte
OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir una máquina contadora de láminas a partir de una impresora de tipo matricial en desuso, que cumpla con los requerimientos de la empresa Solarte.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Modificar una impresora matricial, usando los sistemas mecánicos y electrónicos de la misma para su nueva aplicación.
Diseñar y construir los mecanismos y circuitos eléctricos necesarios para la máquina contadora.
Añadir elementos mecánicos electrónicos que sean de utilidad para la construcción de la máquina
4
El alcance que persigue el desarrollo de este proyecto es el de modificar una impresora matricial en desuso con la finalidad de darle una nueva aplicación como la de contadora de láminas, reutilizando algunos de los componentes mecánicos y electrónicos que esta posee así como de su estructura en sí, añadiendo elementos o bien diseñando y construyendo nuevos mecanismos y circuitos electrónicos necesarios para que trabajando en conjunto cumplan con la función indicada para finalmente con la implementación de esta máquina contadora de láminas educativas, se consiga automatizar el proceso de conteo de las mismas, todo con el fin de evitar los errores que se producen en el conteo manual, además de reducir el tiempo de esta actividad, logrando una eficiencia en el momento de registrar y organizar las láminas en las perchas para poder realizar los pedidos de este producto solicitados por los clientes mayoristas con exactitud y en el menor tiempo posible en el área de bodega, así como de facilitar la realización de las ventas de las mismas, brindando una atención rápida y eficaz a los clientes minoristas en el área de almacén de la empresa Solarte, ubicada en la ciudad de Quito - Ecuador, posteriormente y en base a los resultados aquí obtenidos se analizará la posibilidad de llevar la máquina o una réplica a la sucursal que esta empresa tiene en la ciudad de Panamá, donde se registran problemas similares a los aquí mencionados, pues con la instauración de la misma el trabajador u operario se verá beneficiado ahorrando tiempo y energía al realizar esta labor, evitando el tedio y el cansancio de realizar una tarea repetitiva que con el paso del tiempo es muy proclive a errores.
Además se busca presentar una máquina relativamente accesible económicamente que ponga fin a esta problemática.
5
Dentro del presente trabajo es importante comenzar por definir el estado actual de la empresa donde se realiza este proyecto, así como de conocer su actividad económica, su proceso productivo y a su elemento principal que es el que presenta la problemática a solucionar, en este caso específico lo son las láminas educativas y es por las cuales se construye la máquina en cuestión.
Posteriormente es necesario revisar principios de diseño de elementos de máquinas, así como de componentes mecánicos y electrónicos, los cuales constituyen parte esencial de la máquina.
2.1 CARACTERIZACIÓN DE LA EMPRESA EN DONDE SE
DESAROLLA EL PROYECTO
2.1.1 EMPRESA SOLARTE
2.1.1.1 Datos Generales
Durante la realización de este proyecto la empresa Solarte experimentó un cambio de sus instalaciones físicas, esto con el fin de mejorar su proceso productivo y que la comunicación entre los distintos departamentos sea más rápida y eficaz.
Este cambio resulta significativo pues con él conlleva nuevas políticas de venta y de organización de sus productos los cuales aportan para que se resalte aún más la realización de la máquina
6
Datos Generales en el momento que se inicia con el Proyecto
Razón Social: SOLARTE.
RUC: 1708335185001 (Ver Anexo No.1)
Representante Legal: Sr. Cristóbal Escobar. Ubicación: Calle Manuel Larrea N15-20 y Riofrío (Santa Prisca). Quito, Ecuador.
Teléfono: (593 2) 2231-945
Telefax: (593 2) 2557-196
Página Web: www.laminassolarte.com
Datos Generales en el momento que se finaliza con el Proyecto
Razón Social: SOLARTE.
RUC: 1708335185001
Representante Legal: Sr. Cristóbal Escobar. Ubicación: Calle Vargas N12-136 y Antonio Ante (Santa Prisca). Quito, Ecuador.
Teléfono: (593 2) 2571-495
Telefax: (593 2) 2289-948
Página Web: www.laminassolarte.com
2.1.1.2 Actividad Económica
7
Dichas áreas o departamentos se mencionan a continuación:
Departamento de Diseño Departamento de Producción
Departamento de Bodega (Ver Anexo No.2) Departamento de Almacén (Ver Anexo No.3) Departamento de Contabilidad
Estas áreas de trabajo se complementan entre sí, con el fin de elaborar productos educativos, tales como:
Láminas Educativas (Ver Anexo No.4) Muñecas Recortables (Cucas)
Casas Armables
Álbum de Cuerpos Geométricos Libros de Colorear
Billetes Didácticos
Tablas Periódicas de los Elementos Químicos. Papel Regalo (Motivos Navideños)
8
Figura 1. Fotografía del Catálogo de Productos de Solarte Recuperado el 03/04/2013
2.1.1.3 Proceso Productivo
El proceso productivo comienza en el departamento de Diseño, el cual se encarga de toda la investigación pertinente al tema de la lámina que se está desarrollando o de los demás productos, así como al diseño de los gráficos, textos y formatos.
9
Concluido el proceso de impresión, estas resmas de papel están listas para adquirir el tamaño final, que en el caso de las láminas educativas y muñecas recortables es de 22 cm de ancho por 32 cm de largo, esta dimensión puede variar en el caso de otros productos.
Luego estas grandes cantidades de papel pasan por un proceso de corte o refilado, donde el operador da la dimensión final del producto ayudado por una guillotina.
Posteriormente a este paso, se procede a trasladar el papel refilado al departamento de Bodega, donde se ubica cada tema y se los separa uno de otro por medio de una pestaña o separador como se aprecia en la Figura 2, para luego ser contabilizados, organizados y ordenados en las perchas por parte del personal de este departamento.
Figura 2. Fotografía de Láminas Educativas refiladas listas para su conteo
10
El ordenamiento de las láminas se lo realiza en paquetes que contienen cantidades iguales del producto, generalmente de 100 unidades o de otra cantidad según lo disponga la gerencia de la empresa como se mira en la Figura 3, esto con el fin de tener cantidades fijas en stock para el despacho de pedidos a clientes mayoristas y en ocasiones especiales despacho de pedidos a la sucursal de la empresa ubicada en la ciudad de Panamá donde se exporta estos productos, así como también de proveer de estos al Almacén, donde se venden en cantidades menores a los clientes minoristas.
Figura 3. Fotografía de Láminas enfundadas y ordenadas en Perchas Recuperado el 05/05/2013
11
Adicionalmente Solarte ofrece a sus clientes materiales de bazar y papelería como complemento a los productos principales. Estos materiales se venden a clientes minoristas que realizan sus compras en el almacén de la empresa.
Cabe recalcar que el producto estrella de la empresa Solarte son las láminas educativas, y es precisamente este producto el cual registra problemas al momento de su conteo y ordenamiento, de esta manera la realización de este proyecto estuvo enfocada en solucionar dicha problemática.
Actualmente Solarte cuenta con alrededor de 465 títulos de láminas de Temas Generales, como por ejemplo: La Familia, Medios de Transporte, Los Ecosistemas, etc.
Cuenta también con 110 títulos de láminas de Temas de Ecuador, como por ejemplo: Mapa Político del Ecuador, Grupos Étnicos del Ecuador, Fauna de la Sierra del Ecuador, etc. (Ver Anexo No.5)
Finalmente cuenta con cerca de 100 Títulos de láminas que contienen temas relacionados al país de Panamá como por ejemplo: Símbolos Patrios de Panamá, Hidroeléctricas de Panamá, El Canal de Panamá, etc.
Todas estas cantidades de títulos están en constante crecimiento, ya que cada vez surgen nuevos temas a tratar, lo que origina cada vez un título nuevo de láminas educativas y de los productos anteriormente mencionados.
Solarte cuenta también con una hoja de pedido en la cual se registra todos estos productos, la misma que sirve de guía para todos los clientes al momento de realizar sus compras tanto a almacén como a bodega (Ver Anexo No.6)
12
En las perchas de bodega se colocan en cantidades de aproximadamente 2500 láminas por cada tema organizadas por lo general en paquetes de 100 láminas, mientras que en las perchas de almacén se ubican aproximadamente 300 láminas por tema disponibles a ser tomadas por los clientes en las cantidades que ellos lo requieran.
En cuanto al conteo de las láminas, es importante mencionar que al cronometrar el tiempo que se tarda en contarlas, se registra que en promedio una persona se demora aproximadamente entre 150 y 180 segundos en contar y revisar manualmente 100 láminas, ubicando las primeras 50 en un sentido y las otras 50 en sentido opuesto a las anteriores, esto con el fin de facilitar el poder tomar esas cantidades al momento de despachar un pedido.
Estos tiempos son proclives a variar en función de la habilidad, destreza, práctica, metodología e incluso de la edad que tenga la persona que realiza esta actividad, pero el rango anteriormente expuesto es el más común.
Continuando con el proceso, una vez contadas y revisadas las 100 láminas de posibles errores de impresión, las mismas son enfundadas, quedando listas para ser ubicadas en su respectivo puesto dentro de las perchas asignadas.
Sin embargo, la persona encargada del conteo debe contar entre 2000 y 4000 láminas aproximadamente por cada tema, es decir realiza entre 20 y 40 veces el mismo proceso, por lo cual su ritmo de conteo va disminuyendo y el tiempo que se demora en este proceso va aumentando por el cansancio que sufre el trabajador.
13
por el departamento de producción que imprime las láminas, por lo que en este caso, esto representa que el conteo se lo deba realizar nuevamente hasta que coincida con el dato anteriormente expuesto lo que genera una pérdida de tiempo.
Por otro lado en almacén se contabilizan las láminas que son tomadas por los clientes para su totalización y posterior cobro.
Aquí el conteo es más crítico pues no hay un dato por el cual regirse como en el caso de bodega, por lo que simplemente la cantidad que se cuenta es la que se cobra, siendo esta cantidad no siempre exacta lo que en esos casos genera posteriores reclamos e insatisfacción por parte de los clientes.
Con dichos antecedentes se concluye que llevar un control y realizar un conteo de forma manual de este gran número de láminas resulta sumamente complicado ya que requiere de mucho tiempo, destreza y paciencia, pero sobre todo de gran cantidad de personal que se dedique a esta actividad como se muestra en la Figura 4.
14
Figura 4. Fotografía del Personal de Solarte realizando el conteo manual de láminas
Recuperado el 07/04/2013
15
2.2 LÁMINAS EDUCATIVAS
Figura 5. Fotografía de una Lámina Educativa. Recuperado el 11/10/2012
16
Un ejemplo de una lámina educativa se muestra en la Figura 5.
2.3
DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS
En la realización de una máquina, equipo o de una estructura, sea ésta de tipo mecánico, electrónico o combinado intervienen varios elementos que forman parte de la misma, los cuales tienen que ser diseñados, construidos, modificados o implementados, de manera que estos presenten:
Resistencia Durabilidad
Ser económico en lo posible
Ser seguro (tanto para el operador como para el medio)
Para cumplir con estos 4 puntales es necesario conocer los conceptos, aplicaciones y funcionamiento de los componentes o posibles componentes al momento de realizar un diseño, esto con el fin de seleccionar los mejores para así lograr integrarlos dentro de un sistema como lo es una máquina y de que los mismos funcionen bien en conjunto brindando una solución óptima al problema que se esté solucionando con la aplicación de dicho sistema.
2.3.1 PROCESO DE DISEÑO
En el proceso de diseño se realiza la elección de los componentes mecánicos y electrónicos, con el fin de integrarlos para que al trabajar juntos cumplan con una función o tarea deseada.
17
Evaluar las necesidades del cliente o usuario.
Disponibilidad de materiales y componentes que puedan incorporarse al producto o diseño final.
Investigar la tecnología disponible.
Disponibilidad de medios económicos para adquirir los materiales necesarios que faciliten la realización del proyecto.
Cálculo y determinación de esfuerzos, velocidades, torsión, etc. Selección y diseño final del sistema.
2.3.1.1 Integración de los Elementos de una Máquina en un Diseño Mecánico - Electrónico.
En este punto del diseño es importante considerar que los elementos o componentes de la máquina deben ser compatibles, acoplarse bien entre si y funcionar en forma segura y eficiente.
“El diseñador no solo debe considerar el desempeño del elemento seleccionado, sino también los elementos con que debe interactuar” (Mott,
2006).
2.3.1.2 Factores Importantes para el Diseño.
Es importante conocer y tomar en cuenta los siguientes factores para un correcto diseño, estos se mencionan a continuación:
Trazado, dibujo técnico y diseño asistido por computadora.
Propiedades de los materiales, procesamiento de los materiales y procesos de manufactura.
18
Estática, dinámica, resistencia de materiales, cinemática de los mecanismos.
Mecánica de fluidos, termodinámica, transferencia de calor.
Máquinas hidráulicas, fenómenos o principios eléctricos, controles industriales, controles industriales.
Diseño de experimentos y pruebas de funcionamiento de materiales y sistemas mecánicos.
Creatividad, solución de problemas y gerencia de proyectos. Análisis de esfuerzos.
Conocimientos especializados del comportamiento de los elementos de máquinas como son: columnas, vigas, placas, soldaduras, pernos, ejes, engranes, chavetas, pasadores, poleas, cables, bandas, rodamientos, matrimonios o acoples, embragues, frenos, resortes, trinquetes.
2.3.2 MECANISMO
Un Mecanismo es una combinación de piezas o elementos mecánicos resistentes, los mismos que están conectados por medio de articulaciones móviles, las cuales hacen que en conjunto se transforme o se transfiera el movimiento.
19
2.4 IMPRESORA
“Una impresora es un dispositivo periférico de un ordenador, que escribe
caracteres alfanuméricos y especiales sobre el papel” (Océano Uno Color,1996).
Las impresoras están diseñadas para realizar trabajos repetitivos por periodos de tiempo no muy largos, por lo que generalmente se los considera como dispositivos lentos, pues alcanzan en promedio una impresión de 10 páginas por minuto aproximadamente en comparación con las imprentas, que son máquinas que alcanzan cientos de impresiones en periodos de tiempo relativamente cortos.
2.4.1 PRINCIPALES TIPOS DE IMPRESORAS
Se distinguen 3 tipos de impresoras principales, las mismas que fueron o son las más conocidas o utilizadas, las cuales se mencionan a continuación:
Impresora Matricial.
Impresora de Inyección a Tinta. Impresora Láser
2.4.1.1 Impresora Matricial
Una impresora matricial o también llamada de matriz de puntos basa su funcionamiento en una matriz de pixeles o puntos que en conjunto forman una imagen o un texto.
20
Sin embargo el lograr formar una imagen o un texto con este método resulta demoroso y de baja calidad en comparación con las nuevas impresoras que presentan métodos de impresión más modernos.
En la actualidad existen nuevos tipos de impresión modernos y de mayor calidad como por ejemplo el de tipo láser, el cual logra gran cantidad de hojas impresas en muy poco tiempo, motivo por el cual este sistema ha reemplazado totalmente a las antiguas impresoras matriciales dejando a su aplicación prácticamente obsoleta o muy reducida, por lo cual estas viejas impresoras en su mayoría son desechadas
2.4.1.2 Componentes Externos Principales de una Impresora Matricial.
Figura 6. Componentes externos de una impresora matricial. Tomado de: http://www.pcdomino.com. Recuperado el 15/10/2012
21
1. Soporte del Papel: Sostiene el papel cargado en el alimentador de hojas.
2. Guías: Ayudan a introducir el papel en forma recta.
3. Cubierta de Impresión: Cubre el mecanismo de impresión y a sus componentes internos.
4. Palanca liberadora de hojas: Sujeta el papel en la impresora y lo introduce en forma automática durante el proceso de impresión.
5. Panel de Control: contiene el botón de encendido y apagado, así como de que permite seleccionar el modo de impresión.
Todos estos componentes se pueden apreciar en la Figura 6.
2.4.1.3 Componentes Internos Principales de una Impresora Matricial.
22
Figura 8. Componentes internos de una impresora
Tomado de: impresoras40039.blogspot.com. Recuperado 15/10/2012
Figura 9. Motores internos de una impresora matricial
Tomado de: impresoras40039.blogspot.com. Recuperado 15/10/2012
23
Estos componentes son:
1. Tractor: Ayuda a empujar el papel hacia la parte interna de la impresora.
2. Rodillo: Ayuda a arrastrar con más facilidad el papel y de apoyo a su posterior impresión.
3. Cartucho de Tinta: Es una cinta donde se aloja la tinta.
4. Cabezal: Pieza por la cual se desplaza el dispositivo impresor.
5. Motor: Es el que empuja el papel hacia la zona de impresión ayudado por la bandeja de soporte del papel.
Dichos componentes se muestran en la Figura 7, Figura 8 y Figura 9.
2.5 COMPONENTES ADICIONALES
2.5.1 COMPONENTES MECANICOS, ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS
2.5.1.1 Circuitos Electrónicos 2.5.1.2 Motores Eléctricos. 2.5.1.3 Servomotores.
2.5.1.4 Variador de Frecuencia. 2.5.1.5 Teclado Matricial.
2.5.1.6 Fuente de Voltaje. 2.5.1.7 Pantalla LCD 2.5.1.8 Sensores
2.5.1.9 Microcontroladores
2.5.1.1 Circuitos Electrónicos
“Un Circuito Electrónico es una combinación de componentes conectados
24
permitan la circulación de la corriente y el aprovechamiento de ésta para la
realización de un trabajo útil. Si el camino no es continuo, no hay circulación de corriente” (CEKIT, 2000).
Dentro de un circuito electrónico están inmersos distintos dispositivos como por ejemplo: resistencias, transistores, condensadores, microcontroladores, etc los cuales al trabajar juntos y con una correcta programación permiten lograr una función o tarea deseada.
2.5.1.2 Motores Eléctricos
Un motor es un elemento eléctrico rotatorio, el cual transforma energía eléctrica en energía mecánica. Debe su funcionamiento a las fuerzas de atracción y repulsión que se suscitan entre un imán que funciona como eje llamado también rotor y una espira conocida también como bobina, la que al pasar corriente eléctrica por esta última genera un campo magnético que hace girar al eje.
Los motores eléctricos presentan muchas ventajas, dentro de las que cabe mencionar su economía, son cómodos, no necesitan de mayor mantenimiento y son seguros si se usan correctamente, por lo cual son muy utilizados tanto en la industria como para aplicaciones menores.
Dependiendo del tipo de corriente que se utiliza para su alimentación, se clasifican en:
25
1. Motores de corriente contínua:
Figura 10. Fotografía de un Motor de corriente contínua Recuperado el 07/11/2012
Conocidos también como motores DC, esencialmente son máquinas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica.
26
2.5.1.3 Servomotores:
Figura 11. Servomotor Tomado de:
http://www.shsolution.com/web/images/servomotor. Recuperado el 12/12/2012
También conocido como servo, es un motor eléctrico que tiene características especiales, siendo una de ellas el que permite al operador poder controlarlo tanto en su velocidad como en su posición, ya que un servomotor posee la capacidad de ubicarse en una posición determinada y mantenerla estable por un lapso de tiempo,
Un servo está constituido en su interior por un motor, un reductor y un circuito controlador.
Son muy útiles especialmente en sistemas de radio control, ya que pueden girar 360 grados, y por medio de la modulación por ancho de pulsos (PWM), por sus siglas en inglés, se puede controlar su velocidad y posición como se mencionó anteriormente.
27
2.5.1.4 Variador de Frecuencia:
Figura 12. Variador de Frecuencia
Tomado de: http://www.Wikypedia.com/variadordefrecuencia. Recuperado el 20/12/2012
Es un sistema que permite controlar la velocidad de un motor, especialmente los de aquellos que funcionan con corriente alterna.
28
2.5.1.5 Teclado Matricial:
Figura 13. Teclado Matricial
Tomado de: http://www.disca.upv.es/aperles/web51/images/fotos/m7-teclado.jpg&imgrefurl.
Recuperado el 05/01/2013
29
Figura 14. Esquema de un teclado matricial 4X4 Tomado de: http://www.cursomicros.com
Recuperado el 10/01/2013
2.5.1.6 Fuente de Voltaje:
30
“Una Fuente de Voltaje es la encargada de generar la fuerza necesaria para impulsar una corriente de electrones a través de los circuitos” (CEKIT, 2000).
“Dicha fuerza recibe el nombre de Voltaje, es decir el voltaje se produce en
la fuente, la cual es aprovechada por la Carga o Receptor de Energía que es
el artefacto que aprovecha el paso de la corriente eléctrica a través de él
para cumplir un determinado trabajo, convirtiendo la energía eléctrica en
otras formas de energía como por ejemplo una lámpara, un motor, un
parlante o cualquier otro aparato que funcione por medio de la corriente eléctrica” (CEKIT, 2000).
Podemos ver una fuente de voltaje en la Figura 15.
2.5.1.7 Pantalla LCD:
Figura 16. Pantalla de Cristal Líquido 2X16 Tomado de:
31
Una pantalla de cristal líquido conocida también como LCD por sus siglas en inglés, es una pantalla que permite presentar caracteres, imágenes o datos. Sus principales características es que son planas, delgadas, formadas internamente por pixeles, consumen pequeñas cantidades de energía y permiten regular su intensidad lumínica o contraste, haciéndola más brillante o más oscura como nos muestra la Figura 16.
2.5.1.8 Sensores:
Son dispositivos que dependiendo de sus características permiten detectar variables como: distancia, aceleración, presión, fuerza, temperatura, intensidad de luz, etc y las transforman en variables eléctricas.
Son de gran utilidad para aplicaciones especialmente en la industria, robótica y aplicaciones afines.
2.5.1.9 Microcontroladores:
Figura 17. Microcontrolador
32
Un microcontrolador, el cual se muestra en la Figura 17, también conocido como pic, es un circuito integrado programable por medio del cual se puede controlar distintos procesos, para lo cual cuenta con algunos componentes internos y gracias a su reducido tamaño se lo puede montar en el mismo dispositivo al que controla.
Un microcontrolador cuenta internamente de los siguientes componentes:
Procesador. Memoria ROM.
Memoria para el programa.
Línea de E/S para comunicarse con el exterior. Temporizadores, Conversores
2.5.2 PROGRAMACIÓN Y SIMULACIÓN
33
2.5.2.1 Programación en Arduino:
Figura 18. Placa Arduino
Tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino&h Recuperado el 05/03/2013
Arduino es una plataforma de hardware libre que consta de una placa con un microcontrolador Atmel AVR con puertos de entrada y salida como se puede apreciar en la Figura 18, estos permiten programarlo para que realice distintas aplicaciones desde las más sencillas hasta las de tipo industrial.
Su programación es sencilla y muy amplia por lo que permite orientarla inclusive a objetos interactivos autónomos.
Arduino presenta hardware libre, lo que representa una gran ventaja, pues no es necesario adquirir una licencia para desarrollar cualquier tipo de proyecto.
34
entre otros, ya que se comunica mediante la transmisión de datos en formato serie que es el que utilizan la mayoría de lenguajes programables.
Este último punto es de vital importancia, pues dependiendo de las necesidades que un proyecto tenga, se puede aprovechar esta compatibilidad de comunicación sin problemas.
2.5.2.2 Simulación en el programa Isis Proteus
Figura 19. Programa Isis Proteus Tomado de: http://tutoelectro.wykispace.com
Recuperado el 24/03/2013
Como se puede observar en la Figura 19, Proteus es un software que permite simular diseños electrónicos y realizar circuitos impresos con gran calidad, para lo cual consta de dos componentes ISIS y ARES.
35
funcionamiento permitiendo corregir errores y fallas antes de llevarlo a una placa PCB.
En cuanto a ARES, su función es la de enrutar, situar y editar todos los circuitos y componentes que formarán parte de la placa impresa, permitiendo que el programa se encargue del trazado de las pistas.
La utilización de este programa será de vital importancia para el desarrollo del proyecto aquí realizado.
2.5.2.3 Acople Antibacklash
Figura 20. Acople Antibacklash Tomado de: http://www.melca.com.ar
Recuperado el 10/01/2013
36
o de la estructura en sí, o bien de la fuerza que ejerce una herramienta sobre el material que se esté trabajando.
Un acople antibacklash conocido también como cero retroceso hace que ese movimiento de oposición sea mínimamente incremental, evitando así tal efecto.
Estos acoples cumplen la función de unir dos ejes para transmitir el movimiento pero amortiguando vibraciones y movimientos bruscos.
37
3.1 MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN
En este tipo de proyectos específicos donde convergen sistemas mecánicos, electrónicos y computacionales, resulta de gran importancia considerar a la metodología mecatrónica como el método de investigación más apropiado, puesto que esta disciplina integra técnicas de diseño mecánico considerando la interacción de dichos sistemas con los componentes electrónicos conjuntamente con el control automático en un diseño final, sea esta de productos o procesos.
Es importante mencionar que como complemento a esta metodología se utilizó también el método de Prueba y Error, el mismo que consiste en probar una alternativa y verificar si funciona, de ser así se tiene una solución, caso contrario se prueba con una alternativa diferente. Este método fue de vital ayuda en el desarrollo del proyecto, puesto que en un inicio simplemente se tenía ideas de posibles soluciones al problema planteado basadas en la inventiva, las mismas que tuvieron que ser analizadas, desarrolladas y probadas utilizando también a la Observación y la Experimentación como herramientas adicionales con la finalidad de obtener resultados paso a paso e ir avanzando en la construcción de la máquina para llegar a una solución eficaz.
3.1.1 METODOLOGÍA MECATRÓNICA
Esta metodología toma como punto de partida la modelación cinemática y dinámica en relación al mecanismo que se desea analizar.
“Todas las actividades se encuentran en su conjunto integradas para obtener
resultados que permitan una evolución hacia la creación del prototipo. Por lo
general se utilizan diversas herramientas o técnicas computacionales para
38
reducción de tiempo y costo, así como un aseguramiento de su funcionamiento” (Vargas, 2000).
Esta metodología conlleva el uso de técnicas o herramientas, su aplicación está sujeta al tipo de problema que se busca solucionar, sin embargo por lo general se puede considerar los siguientes pasos:
Requerimientos y especificaciones del sistema Diseño (Mecánico, Electrónico, Control)
Implementación
Pruebas del Prototipo.
3.1.1.1 Requerimientos y especificaciones del sistema
Este punto como su nombre lo indica conlleva definir que requerimientos y especificaciones se desea cumplir, los mismos pueden estar establecidos por un cliente o bien como en este caso una necesidad propia de una empresa. Con estas especificaciones definidas fueron surgiendo posibles soluciones las cuales fueron sujetas a prueba.
Los requerimientos y especificaciones que se buscó cumplir con la realización de esta máquina fueron los siguientes:
Permitir contar grupos de láminas didácticas realizadas en papel con las dimensiones de 32 cm de largo por 22 cm de ancho de forma automática
Contar las láminas a una velocidad superior al método manual, sin estropear las hojas
39
Construir una máquina que se pueda transportar de un lugar a otro sin mayor dificultad
Construir una máquina relativamente económica en comparación a otras
3.1.1.2 Diseño
La etapa de diseño comprende con tomar las posibles soluciones y llevarlas a esquemas o diagramas, considerando cumplir con las especificaciones antes detalladas.
En esta etapa se van añadiendo y conjugando elementos o componentes que en conjunto darán solución al problema planteado, tomando en cuenta a la mejor opción y a la disponibilidad de estos elementos en el mercado.
Es importante utilizar dentro de esta etapa programas que nos ayudan a simular y visualizar nuestra posible solución sea esta mecánica, electrónica o de control, pues esta simulación nos ofrece una guía para la toma de decisiones para seleccionar la más favorable al proyecto que se esté aplicando, ahorrando así también tiempo y dinero.
Dentro del proyecto aquí descrito se partió del mecanismo de una impresora matricial, pues este diseño ya creado conjuntamente con nuevos elementos y componentes adicionales se lo adaptó para que realice la función de conteo de las láminas. Esto fue de gran ayuda pues el diseño se orientó más a la parte electrónica y de control.
3.1.1.3 Implementación
40
especificaciones planteadas y dan como resultado al prototipo o máquina lista.
En el proyecto se integró la estructura y mecanismos propios de la impresora matricial con los sistemas eléctricos y electrónicos desarrollados que fueron programados para que todos en conjunto trabajen y cumplan con la función de una contadora de láminas
3.1.1.4 Pruebas del Prototipo
Comprende la comprobación y verificación del correcto desempeño y funcionamiento de todos los sistemas en conjunto, sometiendo al prototipo a una serie de pruebas de funcionamiento dentro de las condiciones en las cuales se espera que trabaje, siempre tomando en cuenta que este cumpla con las especificaciones planteadas en el comienzo.
La máquina aquí realizada se sometió a pruebas de funcionamiento, donde se tomaron en cuenta variables como el tiempo, modo y eficacia en el conteo.
Para comenzar con la realización de la máquina se empezó seleccionando una impresora matricial, pues la misma fue la base del prototipo en sí, se analizó a la misma y partiendo de ella, se consideró 3 etapas de rediseño, añadiendo los materiales o elementos que permitieron realizar avances en cada una de ellas, cada etapa partió de los resultados obtenidos en la etapa anterior donde al final de ellas se tomaron decisiones que permitieron ir avanzando en cuanto al diseño y funcionamiento correcto de la máquina hasta llegar a su final.
41
3.2 PROCESO
DE
REDISEÑO
Y
PRUEBAS
DE
FUNCIONAMIENTO
3.2.1 SELECCIÓN DE LA IMPRESORA
La selección de la impresora fue muy importante pues fue en ella donde se trabajó los diferentes puntos que finalmente concluyeron con la consecución de la realización de la máquina contadora con su diseño y funcionamiento final.
Fue necesario seleccionar un modelo de impresora que mejor se adapte a las necesidades que se presentaron en la empresa Solarte y que brinde las facilidades iniciales para solucionar dicha problemática.
La impresora matricial seleccionada fue una de marca Epson modelo LX 100, la misma que contaba con un motor de corriente continua que en ese momento era el encargado de mover a todos los mecanismos internos, en especial al rodillo por donde pasan las hojas de un extremo a otro y es precisamente ese mecanismo el cual se pensó aprovecharlo para la máquina contadora.
42
Este mecanismo de trabajo diferente al común que ubica las hojas en forma vertical y las mismas caen por efecto de gravedad, fue de vital importancia pues al estar las hojas en posición horizontal tanto al inicio como al final permitió tener contacto visual con las mismas en todo momento, además se observó que no se maltrataban al momento de pasar por el rodillo y la posibilidad de que pasen dos hojas al mismo tiempo era mínimo, pues en la posición vertical esto era más común.
Estas características de esta impresora constituyeron una gran ventaja para dar solución al problema específico que se busca solucionar en este proyecto, pues las mismas fueron aprovechadas y utilizadas como componentes principales dentro de este trabajo.
Los demás componentes quedaron anulados o sin función, pero siguieron siendo parte del mecanismo, esto se lo dejó intacto para no desarmar innecesariamente todos los mecanismos originales pudiendo afectar a los principales.
Cabe mencionar que en la realización de este proyecto no se alteró los mecanismos propios de la impresora, pero si se sumaron nuevos componentes tanto mecánicos como electrónicos a los antes mencionados, o bien se sustituyeron o anularon a algunos de ellos, dependiendo de su utilidad y aporte al sistema en dicho momento, todo esto buscando cumplir con la tarea deseada que es la de convertir este mecanismo en un contador de láminas.
3.2.2 REVISIÓN DE LOS COMPONENTES A SER APROVECHADOS DE LA IMPRESORA MATRICIAL
43
anterior, con el fin de determinar su correcto funcionamiento o si se necesitará de un rediseño, reparación o reposición de dicho componente.
Se revisó el funcionamiento de la impresora y se observó que el motor que hace girar a todo el mecanismo funcionaba correctamente, pero su fuerza y velocidad de giro era muy débil considerándolo para la aplicación que se buscaba darle.
Utilizando un instrumento de laboratorio conocido como tacómetro se logró determinar que la velocidad de este motor al máximo era de 300 rev/min, pero la misma por acción de los piñones y el rodillo se iba reduciendo dando una velocidad final en el rodillo de 16 rev/min, se indagó en cuanto a las especificaciones que se visualizaba en su etiqueta y se pudo determinar que era un motor paso a paso bipolar y que funcionaba con 5 voltios de corriente contínua, se lo puso en funcionamiento para determinar cuántas hojas son trasladadas de un punto a otro en el transcurso de un minuto y se observó que en ese tiempo pasaron apenas 15 láminas por el rodillo desde la bandeja emisora hasta el punto de recepción.
Se pretendió que la máquina contadora de láminas alcance una velocidad de conteo de aproximadamente 50 láminas por minuto, razón por la cual este fue uno de los primeros problemas a dar solución, se pensó en un posible reemplazo del mismo o bien adaptar otro que cumpla con la especificación de conteo mencionada anteriormente.
44
Se observó que el mecanismo de giro del rodillo se encontraba en buenas condiciones y no necesitó de ningún ajuste adicional, salvo de ser limpiado y lubricado para un mejor funcionamiento.
Se consideró que se podría incorporar un circuito adicional que contenga una programación que permita a un sensor registrar el paso de las hojas de un punto a otro, contabilizando esta acción y llevando el resultado del conteo hacia una pantalla pequeña de tipo LCD para que sea visualizado por el usuario.
Este último elemento se incorporó posteriormente a los demás componentes de la máquina, como parte nueva de la misma.
3.2.3 REDISEÑOS DE LA IMPRESORA Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
Una vez terminada la selección de la impresora y de haber revisado sus componentes como su motor, el rodillo, sus bandejas entre otros, el siguiente paso fue el de realizar los rediseños correspondientes e ir verificando su funcionamiento en cada uno de ellos, esto con la finalidad de aprovechar a algunos elementos o bien incorporar otros, todo esto para que el proyecto comience con su desarrollo, obteniendo avances parciales en cada etapa hasta obtener el resultado final de la máquina terminada.
Para ello se consideraron tres etapas de rediseños con sus respectivas pruebas de funcionamiento.
45
3.2.3.1 Primera etapa de rediseño y Pruebas de funcionamiento
En primera instancia se proveyó de una base de madera, pensando en que posteriormente se irían añadiendo nuevos elementos a la máquina y para que estos tengan espacio donde ser ubicados, se seleccionó dicha base con dimensiones de 70 cm de largo por 40 cm de ancho y un grosor de 2 cm.
Dicha base sirvió para dar estabilidad y firmeza a todo el sistema y se la seleccionó de madera con la finalidad de que este material absorba gran parte de las vibraciones que se pudieran producir al momento que entre en funcionamiento todo el sistema en conjunto.
Sobre ella se ubicó inicialmente la impresora y para que la misma se mantenga firme sobre la base se la empotró sobre la misma, para ello se construyeron cuatro tacos o pilares redondos, los cuales fueron realizados en duralón, los dos primeros de 5,5 cm de alto y 2cm de diámetro y los otros dos de 4,5 cm de alto y 2cm de diámetro.
46
Figura 21. Base de madera realizada para toda la estructura. Recuperado el 10/06/2013
La primera modificación que se realizó a la impresora es el cambio de su motor, pues su velocidad final de 16 rev/min no era la suficiente para cumplir con un conteo igual o superior al que se lograba de forma manual, por lo que se necesitó en ese momento de un motor que presente mayor velocidad para que cumpla con la expectativa planteada de contar 50 láminas por minuto y no las 15 láminas por minuto que era lo que se lograba con el motor original.
47
unión entre éste y un nuevo motor que se seleccionó posteriormente, también se pensó también que los mismos podían ser conectados por medio de un acople conocido como antibacklash.
Para esto se realizó pruebas con distintos tipos de motores que funcionaban con voltaje AC o corriente alterna, es decir a 110 voltios, esto con el afán de que la máquina sea veloz y logre contar muchas más láminas de lo inicialmente planteado.
Utilizando el acople que unía el eje de los motores a ser probados con el eje del motor original y una estructura provisional que ubicó a los dos motores a la misma altura, manteniéndolos estables como se mira en la Figura 22 y la Figura 23.
Esto permitió ir probando los motores, para posteriormente realizar un análisis del funcionamiento de cada uno de ellos, especialmente en cuanto a su velocidad se refiere y su correcto desempeño dentro del sistema junto a los componetes ya existentes sin que ninguno se vea alterado o perjudicado.
48
Figura 22. Fotografía del motor original con el Acople para el nuevo motor Recuperado el 23/06/2013
49
Hasta ese momento los motores a voltaje AC no resultaron óptimos para una selección final, pues estos al contrario del original eran excesivamente fuertes, grandes y pesados, llegando a triplicar las dimensiones del original y alcanzando velocidades finales, es decir calculadas en el rodillo por encima de las 3000 rev/min, lo que hizo que al momento de probarlas con el paso de las hojas, las mismas se trabaran, se maltraran, se atascaran o bien terminaran rotas.
A su vez también el funcionamiento de estos motores produjo una excesiva vibración de la máquina en general lo que no permitía una correcta estabilidad de la misma, además al funcionar a su máxima velocidad hizo que al poco tiempo de ser accionado se emita un olor a quemado.
Por ello se consideró la opción de conectar el motor nuevo a un variador de voltaje con la finalidad de que se pueda controlar su velocidad para regularla hasta ubicar la más indicada para evitar el maltrato de las hojas.
50
Figura 24. Fotografía del Motor AC conectado a un Variador de Voltaje
Recuperado el 03/07/2013
Es importante mencionar que esta variación de la velocidad de giro del motor fue posible por medio de un potenciómetro, el mismo que permitía aumentar o disminuir la velocidad.
Además para conocer a qué velocidad trabajaba el motor, se realizó una conexión hacia un sensor, el cual registraba la velocidad de giro del motor en rev/min y enviaba esta información hacia una pantalla LCD para poder ser visualizada.
51
Figura 25. Fotografía del Circuito de regulación de velocidad del Motor AC
Recuperada el 03/07/2013
Con la utilización del variador de voltaje se logró reducir las velocidades de los motores de prueba de su capacidad máxima hasta 0 rev/min, esto se lo podía controlar por medio del potenciómetro.
El sensor registraba la velocidad en que giraba en ese instante el motor, variándola hasta encontrar una que permitía el paso normal de las hojas sin maltratarlas y que aun así siga siendo más rápida que de la forma manual.
52
controlador del variador de voltaje sean forzados, pues los mismos se recalentaban rápidamente lo que puso en peligro el funcionamiento del sistema, pues dichos elementos podían llegar a quemarse al poco tiempo de ser accionados.
Para lograr determinar los valores adecuados de los parámetros de trabajo además de la observación visual y de la programación electrónica, se realizó una simulación por computadora en el programa Isis Proteus y la programación en Arduino como ese muestra en la Figura 26.
.
Figura 26. Fotografía de la Simulación del Circuito de regulación de velocidad del Motor AC en Isis Proteus
53
Pese a que la elección de este tipo de motores no resultó ser la apropiada, pues como se vió presentaban muchas desventajas, las pruebas que se realizaron a los mismos si sirvieron para tomar nuevas decisiones en torno a la selección de un motor nuevo que no presente los problemas anteriormente expuestos
3.2.3.2 Segunda Etapa de Rediseño y Pruebas de funcionamiento
Después de revisar los avances dentro de la primera etapa de rediseño, se procedió con la toma de decisiones que permitan avanzar con el desarrollo de la máquina, así como de corregir otros, esto con el fin de alcanzar un óptimo funcionamiento conjunto del sistema.
Las decisiones que se tomaron fueron las siguientes:
Pese a que con los avances del punto anterior ya se pudo controlar la velocidad del motor, se decidió por cambiarlo definitivamente ya que pese a su conexión y estar trabajando conjuntamente con un variador de voltaje, este continuaba siendo demasiado fuerte, seguía emitiendo un olor a quemado y recalentaba al circuito controlador así como a sus componentes, todo esto ponía en riesgo el correcto funcionamiento del mismo motor y de los demás elementos, pues se pretendía que esta máquina trabaje por lapsos relativamente largos de tiempo sin ningún tipo de problema y lastimosamente como se presentó en ese momento difícilmente podía llegar a cumplir este objetivo, pues lo más probable era que por la exigencia de trabajo y la inestabilidad del sistema, termine quemándose algún componente de la misma.
54
Esta vez se optó por motores de corriente contínua, pues los mismos son más fáciles de controlar y funcionan a bajo voltaje, lo que representaba una gran ventaja en el desarrollo del proyecto y con esto se evitaría los problemas que se tuvo anteriormente, además con la experiencia obtenida en el proceso anterior, se pudo determinar que lo correcto sería elegir un motor que gire a una velocidad de entre 2500 y 3200 rev/min, por lo que el siguiente paso fue seleccionar un motor con dichas características.
Finalmente después de probar algunas opciones, se seleccionó un motor de 24 voltios a corriente contínua, el cual presentaba una velocidad ubicada dentro del rango antes mencionado, funcionando apenas a la mitad de su capacidad, es decir a 12 voltios ya que fue activado y probado con una fuente de voltaje de ese valor.
Dicho motor seleccionado se lo observa en la Figura 27.
Figura 27. Fotografía del Motor DC seleccionado de 24 voltios con encoder
55
Para colocar este nuevo motor dentro del sistema anterior, fue necesaria la construcción de una nueva base que sostenga el elemento, manteniéndolo firme y al mismo nivel del motor original de la impresora.
Este nuevo elemento fue conectado a la base principal de toda la máquina, el motor fue colocado sobre ella y sujeto por medio de una abrazadera, posteriormente se unió a los dos motores utilizando el acople ya realizado y utilizado anteriormente, quedando listo para ser accionado como podemos visualizar en la Figura 28.
Figura 28. Fotografía del Motor DC en su base y acople al motor original
56
Esta parte del diseño quedó lista, por otro lado, se adjuntó un servomotor conectado a una paleta como pedal, el mismo que empujaría la bandeja emisora hacia abajo y luego volvería a su posición inicial, esto lo lograría por acción del servo por medio de una programación de software, todo esto en conjunto ayudaría para accionar el mecanismo de subida y bajada de la bandeja donde se ubican las láminas a ser contadas y que el mismo sea oscilante para que las hojas entren en contacto con el rodillo el cual se mantenía girando y el mismo traslade las hojas a la bandeja receptora.
Este servomotor se lo ubicó provisionalmente para verificar su funcionamiento y aporte al sistema, su imagen se muestra en la Figura 29.
Figura 29. Fotografía del Servomotor utilizado para accionar el mecanismo de la bandeja
57
Luego de verificar el correcto funcionamiento de este elemento y observar que era de utilidad al sistema, se lo implantó definitivamente, por lo que se decidió construir una base donde se apoyaría el servomotor antes mencionado, con el fin de darle estabilidad y firmeza al mismo y para que pueda trabajar accionando la bandeja por largos periodos de tiempo sin problemas, ya que como se observa en la Figura 29, anteriormente para probarlo se lo aseguró provisionalmente con unos pequeños soportes de plástico
Ahora con la nueva base el servomotor estaría más seguro y formaría parte ya del diseño final.
Dicha base fue realizada en plástico y se la ubicó junto a la bandeja de modo que permita que el servo accione la palanca y mueva dicha bandeja.
La base fue empotrada a la base general del sistema.
Ahora con la nueva base el servomotor estaría más seguro, estable y pasaría a ser un elemento vital de toda la máquina.
58
Figura 30. Fotografía del Servomotor apoyado en la base de plástico Recuperada el 23/07/2013
Figura 31. Fotografía del Servomotor accionando la bandeja de entrada
59
Se construyó también un circuito electrónico de control con una programación en un microcontrolador, el cual permita visualizar un menú principal en una pantalla LCD de 16x2 líneas donde se pueda seleccionar un modo de conteo, para ello se incluyó también un teclado de 4 pulsadores para que el usuario pueda ingresar esta selección de forma manual, optando por que la máquina cuente de corrido todas las láminas ubicadas en la bandeja de conteo hasta su final o bien cuente una cantidad determinada ingresada por el operador. Este circuito fue diseñado y probado ayudado de la simulación en Isis Proteus como se muestra en la Figura 32.
Figura 32. Fotografía de la Simulación del Circuito de Control en Isis Proteus
