Diseño e implementación de un nuevo sistema de control para dosificadoras de chocolate

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN NUEVO SISTEMA DE CONTROL PARA DOSIFICADORAS DE CHOCOLATE. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL. EDGAR JAVIER RODRÍGUEZ NOLASCO [email protected]. DIRECTOR: ING. ANA VERÓNICA RODAS BENALCÁZAR [email protected] CO-DIRECTOR: ING. DIEGO IVÁN CAZARES GUALPA [email protected]. Quito, FEBRERO 2013.

(2) DECLARACIÓN. Yo Edgar Javier Rodríguez Nolasco, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________ Edgar Javier Rodríguez Nolasco.

(3) CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Edgar Javier Rodríguez Nolasco, bajo mi supervisión.. ________________________ Ing. Ana Rodas DIRECTORA DEL PROYECTO. ________________________ Ing. Diego Cazares CO-DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) AGRADECIMIENTO Agradezco a todas las personas que ayudaron con el desarrollo de este proyecto, como también a todos mis amigos que formaron parte de mi vida universitaria, de manera muy especial a Víctor y Freddy. Además agradezco a la Ingeniera Ana Rodas y al Ingeniero Diego Cazares por el tiempo dedicado a la dirección de este trabajo..

(5) DEDICATORIA Dedico este proyecto a Dios, a toda mi familia, a mis Padres Luis y Sonia, mis hermanas Paola, Grace y Karen, quienes en todo momento me apoyaron en mis estudios, brindándome el valor y la fortaleza para seguir delante en los momentos más difíciles y así poder culminar mis estudios con éxito. Y de manera especial dedico este proyecto a mi Abuelito Juan quién ahora nos estará cuidando desde y con la compañía de Dios..

(6) i. Contenido RESUMEN .............................................................................................................................................. 1 PRESENTACIÓN .................................................................................................................................. 3 CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................................... 5 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO DE DOSIFICACIÓN DE CHOCOLATE ........... 5 1.1 Tipos de Dosificadoras ....................................................................................................... 6 1.2 Tipo de Producto ................................................................................................................ 9 1.2.1 Constitución del Producto ................................................................................................. 9 1.3 Proceso de preparación .................................................................................................... 10 1.3.1 Cristalización .................................................................................................................... 10 1.3.2 Dosificación ....................................................................................................................... 10 1.3.3 Sellado ............................................................................................................................... 11 1.3.4 Sellado Completo y Troquelado ...................................................................................... 11 1.4 Proyecto a desarrollar ...................................................................................................... 11 1.5 Sistema Mecánico ............................................................................................................. 12 1.5.1 Bloque de Duraluminio .................................................................................................... 12 1.5.2 Bujes .................................................................................................................................. 13 1.5.3 Ejes de Acero Inoxidable ................................................................................................. 14 1.5.4 Retenedores ....................................................................................................................... 16 1.5.5 Chumacera ........................................................................................................................ 17 1.5.6 Émbolos ............................................................................................................................. 18 1.5.7 Tolva .................................................................................................................................. 19 1.6 Funcionamiento Mecánico ............................................................................................... 19 CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................................ 22 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE DEL SISTEMA ....................................... 22 2.1 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Blanco .................................................. 22 2.2 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Oscuro ................................................. 23 2.3 Elementos Eléctricos ........................................................................................................ 23 2.3.1 Cálculo del Breaker .......................................................................................................... 24 2.3.2 Cálculo de la Fuente de alimentación ............................................................................. 24 2.3.3 Cálculo del Fusible ........................................................................................................... 26 2.3.4 Cálculo de la resistencia ................................................................................................... 26 2.3.5 Relés ................................................................................................................................... 28 2.3.6 Relé de estado sólido ........................................................................................................ 28 2.4 Elementos neumáticos ...................................................................................................... 29 2.4.1 Cilindros Neumáticos ....................................................................................................... 29 2.4.2 Tipos de Cilindros según su construcción ...................................................................... 30 2.4.2.1 Cilindros de simple efecto ................................................................................................ 30 2.4.2.2 Cilindros de doble efecto.................................................................................................. 31 2.4.2.3 Cilindros con doble vástago ............................................................................................. 31 2.4.2.4 Cilindros de doble pistón o en tándem ........................................................................... 31 2.4.2.5 Cilindros acoplados de acción independiente ................................................................ 32 2.4.2.6 Cilindros sin vástago ........................................................................................................ 32 2.4.2.7 Amortiguación de fin de carrera ..................................................................................... 32 2.4.2.8 Pistón con imán incorporado .......................................................................................... 33 2.4.2.9 Normalización ISO ........................................................................................................... 33 2.4.3 Calculo de los Cilindros para las dosificadoras ............................................................. 34 2.4.3.1 Cálculo Cilindros Compactos- Movimiento Absorción y Dosificación........................ 35 2.4.3.2 Cálculo Cilindros - Movimiento Giratorio ..................................................................... 37 2.4.3.3 Actuador para Tubería .................................................................................................... 38 2.4.3.4 Válvula de bola VAPB de accionamiento mecánico ...................................................... 39.

(7) ii. 2.4.4 2.4.4.1 2.4.4.2 2.4.4.3 2.5 2.5.1 2.5.1.1 2.5.1.2 2.5.1.3 2.5.2 2.5.3 2.5.3.1 2.5.3.2 2.5.3.3 2.5.3.4 2.5.3.5 2.5.4. Componentes del circuito neumático .............................................................................. 40 Válvula reguladora de caudal ......................................................................................... 40 Válvula distribuidora ....................................................................................................... 41 Unidad de mantenimiento ............................................................................................... 42 Elementos electrónicos ..................................................................................................... 42 Sensores ............................................................................................................................. 42 Sensor de Temperatura ................................................................................................... 43 Sensores Magnéticos ........................................................................................................ 45 Sensor capacitivo .............................................................................................................. 46 Controlador de Temperatura .......................................................................................... 51 PLC .................................................................................................................................... 54 Descripción de Entradas y Salidas del PLC LOGO ...................................................... 55 Diagrama de Conexiones de Entradas y Salidas del PLC LOGO ............................... 56 Descripción de Entradas y Salidas del PLC S7-1200 .................................................... 57 Diagrama de Conexiones de Entradas y Salidas del PLC S7-1200 .............................. 58 Diagrama de Conexiones del Módulo de Entradas y Salidas del PLC S7-1200 ......... 59 HMI ................................................................................................................................... 59. CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................................ 62 DESARROLLO DEL SOFTWARE DE CONTROL PARA EL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN ................................................................................................................................................................ 62 3.1 Lógica del programa Dosificadoras Chocolate Blanco ................................................. 62 3.2 Lógica del programa Dosificadoras Chocolate Oscuro ................................................ 67 3.3 Siemens Logo Soft Comfort ............................................................................................. 73 3.4 PLC S7-1200 ..................................................................................................................... 74 3.4.1 El software ........................................................................................................................ 75 3.4.2 Totally Integrated Automation Portal V11 .................................................................... 76 3.4.3 Step Basic 7 V11 ............................................................................................................... 76 3.4.4 Win CC Basic V11 ............................................................................................................ 77 3.4.5 Desarrollo de la Programación S7-1200 .................................................................. 79 3.4.6 Programación del HMI Kp300 ..................................................................................... 85 3.5 Modo Operación Dosificadora Chocolate Oscuro ......................................................... 93 3.6 Alarmas y Soluciones ....................................................................................................... 99 CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................................... 102 PRUEBAS Y RESULTADOS ........................................................................................................... 102 4.1 Máquinas Dosificadoras ................................................................................................ 102 4.2 Máquinas Dosificadoras Chocolate Oscuro ................................................................. 104 4.3 Pruebas Eléctricas .......................................................................................................... 106 4.4 Pruebas Mecánicas ......................................................................................................... 107 4.5 Pruebas Neumáticas ....................................................................................................... 108 4.6 Pruebas Electrónicas ...................................................................................................... 109 4.7 Pruebas de Funcionamiento .......................................................................................... 110 4.7.1 Pruebas de Pesos de Chocolate Oscuro ........................................................................ 110 4.7.2 Pruebas de Pesos de Chocolate Blanco ......................................................................... 114 4.8 Pruebas Pantallas ........................................................................................................... 116 4.9 Pruebas Alarmas ............................................................................................................ 116 CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................................... 118 CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................................... 119 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................... 119 5.1 Conclusiones .................................................................................................................... 119 5.2 Recomendaciones ............................................................................................................ 120.

(8) iii. REFERENCIAS BIBLIOFRÁFICAS………………………………………………………………124 ANEXOS ANEXO A. · · · · · · · · ·. DIAGRAMA CONEXIONES PLC LOGO OBA6 – DOSIFICADORA CHOCOLATE BLANCO DIAGRAMA CONEXIONES SOLENOIDES – DOSIFICADORA CHOCOLATE BLANCO DIAGRAMA CONEXIONES PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO DIAGRAMA CONEXIONES PLC S7-1200 MODULOS DIGITAL Y ANALOGICO - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO DIAGRAMA CONEXIONES RELÉS - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO DIAGRAMA SOLENOIDES - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO BLOQUE 1 DIAGRAMA SOLENOIDES - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO BLOQUE 2 DIAGRAMA CONEXIONES CONTROLADOR TEMPERATURA BTC-9100 RELÉ ESTADO SOLIDO DOSIFICADORA CHOCOLATE BLANCO DIAGRAMA CONEXIONES RELÉS - DOSIFICADORA CHOCOLATE OSCURO. ANEXO B. · · · · · · · · ·. Documentación Cilindros compactos ADVU/AEVU Documentación Actuadores giratorios DFPB Documentación Cilindros normalizados DSNU/DSNUP/DSN/ESNU/ESN, ISO 6432 Hoja de datos: Sensor Capacitivo CM30 Hoja de datos: Detector de proximidad SME-8-K-LED-24 – 150855 Hoja de datos: Cilindro compacto ADVU-32-25-A-P-A – 156620 Hoja de datos: Cilindros normalizados DSNU-25-80-PPS-A – 559285 Hoja de datos: Actuador giratorio DFPB-10-090-F03 – 557539 Hoja de datos: S71200 1214 DC/DC/DC.

(9) iv. Lista de Figuras CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................................... 5 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO DE DOSIFICACIÓN DE CHOCOLATE ........... 5 Figura 1.1 Unidad Dosificadora para líquido1 ..................................................................................... 7 Figura 1.2 Dosificador de banda para productos frágiles2 ................................................................. 8 Figura 1.3 Dosificación de Chocolate Oscuro .................................................................................... 11 Figura 1.4 Dosificación de Chocolate Blanco ..................................................................................... 11 Figura. 1.5 Chocolate con Tartofino ................................................................................................... 11 Figura. 1.6 Cubierta del Producto ...................................................................................................... 11 Figura 1.7 Bloque de Duraluminio ya maquinado ........................................................................... 13 Figura 1.8 Buje Individual................................................................................................................... 14 Figura 1.9 Diferentes Tipos de Bujes .................................................................................................. 14 Figura 1.10 Eje en la Máquina ............................................................................................................ 15 Figura 1.11 Posición Inicial del Eje .................................................................................................... 15 Figura 1.12 Posición para Dosificar del Eje ....................................................................................... 16 Figura 1.13 Bujes y Ejes en el Bloque ................................................................................................. 16 Figura 1.14 Retenedores ...................................................................................................................... 17 Figura 1.15 Chumacera ....................................................................................................................... 18 Figura 1.16 Embolo en la cámara del Bloque .................................................................................... 18 Figura 1.17 Tolva.................................................................................................................................. 19 Figura 1.18 Posición Inicial de la Dosificadora.................................................................................. 19 Figura 1.19 Posición de absorción del chocolate................................................................................ 20 Figura 1.20 Posición para dosificar el chocolate................................................................................ 20 Figura 1.21 Dosificación del Chocolate .............................................................................................. 20 CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................................ 22 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE DEL SISTEMA ....................................... 22 Figura 2.1 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Blanco ................................................... 22 Figura 2.2 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Oscuro ................................................... 23 Figura 2.3 Fuente de Alimentación 24 VDC ...................................................................................... 25 Figura 2.4 Diagrama de Conexión Fuente de Alimentación 24 VDC .............................................. 26 Figura 2.5 Resistencia Recta Tubular ................................................................................................ 26 Figura 2.6 Resistencia Helicoidales ..................................................................................................... 27 Figura 2.7 Resistencia Serpentín......................................................................................................... 27 Figura 2.8 Resistencia Tubular ........................................................................................................... 28 Figura 2.9 Relés de un Polo 24 VDC ................................................................................................... 28 Figura 2.10 Relé Estado Sólido ........................................................................................................... 29 Figura 2.11 Cilindro Normalizado ...................................................................................................... 30 Figura 2.12 Partes Internas del Cilindro Simple Efecto ................................................................... 30 Figura 2.13 Partes Internas del Cilindro Doble Efecto ..................................................................... 31 Figura 2.14 Cilindro con doble Vástago ............................................................................................. 31 Figura 2.15 Cilindros de doble pistón o en tándem ........................................................................... 32 Figura 2.16 Cilindros acoplados de acción independiente ................................................................ 32 Figura 2.17 Cilindros sin vástago........................................................................................................ 32 Figura 2.18 Pistón con imán incorporado .......................................................................................... 33 Figura 2.19 Cilindro Compacto .......................................................................................................... 36 Figura 2.20 Cilindro Normalizado ...................................................................................................... 37 Figura 2.21 Actuador Neumático y Válvula ½” ................................................................................ 38 Figura 2.22 Símbolo e Imagen de un Actuador Giratorio ................................................................ 39 Figura 2.23 Válvula de Bola de ½ “ .................................................................................................... 40 Figura 2.24 Válvula reguladora y Símbolo de la válvula reguladora de caudal ............................. 40.

(10) v. Figura 2.25 Electroválvula .................................................................................................................. 41 Figura 2.26 Símbolo de la electroválvula ........................................................................................... 41 Figura 2.27 Unidad de mantenimiento ............................................................................................... 42 Figura 2.28 Posición de la Pt100 en la Dosificadora.......................................................................... 43 Figura 2.29 PT100 de 3 hilos ............................................................................................................... 44 Figura 2.30 PT100 ................................................................................................................................ 44 Figura 2.31 Ubicación de los Sensores Magnéticos en el Cilindro Neumático ................................ 45 Figura 2.32 Diagrama Eléctrico Sensor ............................................................................................. 46 Figura 2.33 Sensor Magnético ............................................................................................................. 46 Figura 2.34 Sensor Capacitivo en la Dosificador ............................................................................... 46 Figura 2.35 Actuador Giratorio + Válvula ½” .................................................................................. 46 Figura 2.36 Diagrama Eléctrico Sensor ............................................................................................. 47 Figura 2.37 Sensor Capacitivo ............................................................................................................ 47 Figura 2.38 Esquema de sensores dosificadora Chocolate Blanco................................................... 47 Figura 2.39 Esquema de sensores dosificadora Chocolate Oscuro .................................................. 48 Figura 2.40 Plano de Conjunto 3D Dosificadora Chocolate Blanco ................................................ 49 Figura 2.41 Plano de Conjunto 3D Dosificadora Chocolate Oscuro ............................................... 50 Figura 2.42 Controlador de temperatura BTC-9100 ........................................................................ 51 Figura 2.43 PLC LOGO ...................................................................................................................... 54 Figura 2.44 PLC S7-1200 ..................................................................................................................... 54 Figura 2.45 Diagrama de conexiones PLC LOGO ............................................................................ 56 Figura 2.46 Diagrama de conexiones PLC S7-1200 .......................................................................... 58 Figura 2.47 Diagrama de conexiones PLC S7-1200 Modulo expansión .......................................... 59 Figura 2.48 Pantalla Logo TD ............................................................................................................. 60 Figura 2.49 Pantalla KP300................................................................................................................. 60 CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................................ 62 DESARROLLO DEL SOFTWARE DE CONTROL PARA EL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN ................................................................................................................................................................ 62 Figura 3.1 Diagrama de Flujo – Inicio ............................................................................................... 62 Figura 3.2 Diagrama de Flujo - Dosificación ..................................................................................... 63 Figura 3.3 Diagrama de Flujo – Alarmas........................................................................................... 64 Figura 3.4 Visualización Pantalla Logo TD ....................................................................................... 66 Figura 3.5 Logo TD Botón F3.............................................................................................................. 66 Figura 3.6 Logo TD Botón F4.............................................................................................................. 66 Figura 3.7 Logo TD Botón F2.............................................................................................................. 66 Figura 3.8 Alarma de Sensor Logo TD............................................................................................... 67 Figura 3.9 Diagrama de Flujo - Inicio ................................................................................................ 67 Figura 3.10 Diagrama de Flujo - Modo Automático ......................................................................... 68 Figura 3.11 Diagrama de Flujo - Modo Manual................................................................................ 69 Figura 3.12 Diagrama de Flujo – Alarmas y otras Opciones del menú........................................... 70 Figura 3.13 Diagrama de Flujo – Configuración de la Máquina ..................................................... 71 Figura 3.14 Logo Soft ........................................................................................................................... 73 Figura 3.15 Logo TD ............................................................................................................................ 74 Figura 3.16 PLC s7-1200 ..................................................................................................................... 74 Figura 3.17 PLC s7-1200 – Módulos expansión................................................................................. 75 Figura 3.18 S7-1200 Módulos Comunicación .................................................................................... 76 Figura 3.19 TIA PORTAL V11 ........................................................................................................... 76 Figura 3.20 Step Basic 7 ....................................................................................................................... 77 Figura 3.21 Vista Inicial TIA PORTAL V11 ..................................................................................... 79 Figura 3.22 Vista Inicial Proyecto Creado ......................................................................................... 79 Figura 3.23 Agregar Dispositivos ........................................................................................................ 80 Figura 3.24 Vista General del Proyecto.............................................................................................. 80 Figura 3.25 Programación PLC – Diagrama Ladder ....................................................................... 81.

(11) vi. Figura 3.26 Tipos de Bloque de programación .................................................................................. 82 Figura 3.27 Bloque de Datos................................................................................................................ 84 Figura 3.28 Tabla de Variables ........................................................................................................... 84 Figura 3.29 Variables del Proyecto ..................................................................................................... 85 Figura 3.30 Objeto Tecnológico .......................................................................................................... 85 Figura 3.31 Agrega HMI ..................................................................................................................... 86 Figura 3.32 Conexiones HMI .............................................................................................................. 86 Figura 3.33 Conexión HMI - PLC ...................................................................................................... 87 Figura 3.34 Vista de Conexiones ......................................................................................................... 87 Figura 3.35 Presentación de la Imagen HMI ..................................................................................... 88 Figura 3.36 Configuración Avisos ....................................................................................................... 88 Figura 3.37 Configuración Imágenes Sistema ................................................................................... 89 Figura 3.38 Configuración de la RED ................................................................................................ 89 Figura 3.39 Configuración Runtime HMI ......................................................................................... 90 Figura 3.40 Vista del Proyecto y Configuración Imágenes............................................................... 90 Figura 3.42 Configuración Avisos ....................................................................................................... 91 Figura 3.43 Variable de Imágenes ...................................................................................................... 92 Figura 3.44 Tipos de Variables del sistema ........................................................................................ 92 Figura 3.45 Detección automática de los Dispositivos ....................................................................... 93 Figura 3.46 Accesos Online ................................................................................................................. 93 Figura 3.47 Pantalla Inicial de la Dosificadora Choc. Oscuro ......................................................... 94 Figura 3.48 Menú Fondo Blanco ......................................................................................................... 94 Figura 3.49 Menú Fondo Verde .......................................................................................................... 94 Figura 3.50 Pantalla Inicio Sistema Fondo Verde ............................................................................. 94 Figura 3.51 Pantalla Inicio Sistema Fondo Blanco............................................................................ 95 Figura 3.52 Modo Automático ............................................................................................................ 96 Figura 3.53 Modo Manual Dosificar................................................................................................... 96 Figura 3.54 Modo Manual ................................................................................................................... 96 Figura 3.55 Temperatura .................................................................................................................... 97 Figura 3.56 Historial ............................................................................................................................ 97 Figura 3.57 Alarmas ............................................................................................................................. 98 Figura 3.58 Configuración de la Máquina ......................................................................................... 98 Figura 3.59 Alarma Sensor .................................................................................................................. 99 Figura 3.60 Alarma Pistón................................................................................................................... 99 Figura 3.61 Visualización después de resetear la Máquina ............................................................ 100 CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................................... 102 PRUEBAS Y RESULTADOS ........................................................................................................... 102 Figura 4.1 Dosificadora Chocolate Blanco Vista 1 .......................................................................... 102 Figura 4.2 Dosificadora Chocolate Blanco Vista 2 .......................................................................... 103 Figura 4.3 Dosificadora Chocolate Oscuro Vista 1 ........................................................................ 104 Figura 4.4 Dosificadora Chocolate Oscuro Vista 2 ......................................................................... 104 Figura 4.5 Dosificadora Chocolate Oscuro Vista 3 ......................................................................... 105 Figura 4.6 Fuente con S7-1200 .......................................................................................................... 106 Figura 4.7 Fuente con LOGO ............................................................................................................ 106 Figura 4.8 Fuente en el Tablero ........................................................................................................ 106 Figura 4.9 Bloque sin los ejes ............................................................................................................ 107 Figura 4.10 Cilindros Compactos Dosificadora Chocolate Oscuro ............................................... 108 Figura 4.11 Bobinas............................................................................................................................ 108 Figura 4.12 Juego Actuador Giratorio y Válvula ½” .................................................................... 108 Figura 4.13 Posición de Sensores Cilindro Estándar ...................................................................... 109 Figura 4.14 Posición Sensores Cilindro Compacto ...................................................................... 109 Figura 4.15 Posición de Sensor Capacitivo ...................................................................................... 109 Figura 4.16 Controlador temperatura.............................................................................................. 110.

(12) vii. Figura 4.17 PT100 .............................................................................................................................. 110 Figura 4.18 Balanza DW-3000E ........................................................................................................ 110 Figura 4.19 Peso de cada cavidad Chocolate Oscuro a 35,6 °C ..................................................... 112 Figura 4.20 Peso de cada cavidad Chocolate Oscuro a 34,9 °C ..................................................... 112 Figura 4.21 Peso de cada cavidad Chocolate Oscuro a 36,1 °C ..................................................... 113 Figura 4.22 Peso de cada cavidad Chocolate Blanco a 35,1 °C ...................................................... 114 Figura 4.23 Peso de cada cavidad Chocolate Blanco a 36,2 °C ...................................................... 115 Figura 4.24 Peso de cada cavidad Chocolate Blanco a 36,1 °C ...................................................... 115 Figura 4.25 Pantalla Dosificadora Chocolate oscuro ...................................................................... 116 Figura 4.26 Pantalla Dosificadora Chocolate Blanco ...................................................................... 116 CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................................... 119 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................... 119 5.1 Conclusiones ........................................................................................................................... 119 5.2 Recomendaciones ................................................................................................................... 120.

(13) 1. RESUMEN El proyecto tiene por objetivo principal minorar las pérdidas que se tiene con la dosificación de chocolate (Blanco y Oscuro), en la Fábrica de Ferrero del Ecuador S. A., con la creación de nuevas dosificadoras para el chocolate. El nuevo sistema de dosificación de Chocolate consiste principalmente en su parte mecánica de una tolva, para el almacenamiento del chocolate, un bloque de duraluminio donde se realizará los movimientos de absorción y dosificación del producto, ejes pequeños y medianos para poder manipular la absorción o la dosificación del chocolate, bujes para que los ejes puedan moverse sin problema y retenedores para que el producto no se escape fuera de los bujes. A la tolva se llega con tubería para que pueda llenarse las mismas y se controla el nivel del producto con la por medio de un sensor magnético para la apertura o cierre una válvula de bola, la cual está acoplada a un actuador giratorio neumático. Las dosificadoras realizan el siguiente proceso: Se espera la señal de inicio para la dosificación y con ayuda de cilindros neumáticos los ejes pequeños absorben el producto en 4 cámaras que están maquinadas en bloque, el peso es regulado con la carrera que se quiera dar al cilindro pero se manipula el mismo hasta calibrar el peso que debe ir en el producto terminado, ya que el peso es fijo para la dosificación del chocolate. El siguiente movimiento consiste en mover 90o a los ejes medianos para que los mismos cambien a la posición dosificación, con la ayuda de los cilindros neumáticos. Se utiliza sensores magnéticos para sensar la posición de los cilindros neumáticos y saber cuándo hay que absorber o dosificar. Además se necesita mantener el chocolate a cierta temperatura por lo que se utiliza resistencias para calentar el bloque a la temperatura deseada. Cuando los ejes medianos se encuentren en la posición de dosificar, se expulsa el chocolate que se encuentra en las cámaras del bloque y se dosifica el producto. Por último se regresa a la posición inicial los ejes medianos para poder realizar el proceso nuevamente..

(14) 2. Para poder controlar los diferentes movimientos de cada cilindro neumático se utiliza un Controlador Lógico Programable, el cual ha sido programado para que realice los movimientos deseados en el proceso..

(15) 3. PRESENTACIÓN En el presente proyecto se describe la implementación de las dosificadoras Chocolate Blanco y Oscuro, tanto en su parte estructural que está formado por un bloque maquinado, ejes, bujes y tolva. Además de sistema de control de cada dosificadora. A continuación se describe los diferentes capítulos que tiene el proyecto: En el capítulo uno se presenta algunos tipos de dosificadores comerciales, así como también una descripción del sistema mecánico y de cada uno de los elementos mecánicos que se utilizan para el funcionamiento de las dosificadoras de chocolate. En el capítulo dos se presenta el diseño e implementación del Sistema de Control para las dosificadoras, el diseño de los circuitos eléctricos y electrónicos para la automatización del sistema. Además del diseño de los elementos neumáticos para el control. En el capítulo tres se detalla el desarrollo del software para la programación; se uso paquetes computacionales como: LOGO SOFT, TIA PORTAL V11; se describe los programas de control para los sistemas desarrollados en los PLC’s y también el desarrollo del programa del sistema microprocesado. En el capítulo cuatro se presentan las pruebas y resultados que se obtienen al hacer funcionar el sistema, calibración del acondicionamiento, la tabulación de todos los datos registrados y cálculos realizados. En el capítulo cinco se presentan las conclusiones que logradas luego de la realización de este proyecto, también se dan algunas recomendaciones..

(16) 4. CAPÍTULO 1.

(17) 5. CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO DE DOSIFICACIÓN DE CHOCOLATE Hoy en día, brindar al consumidor un producto de calidad importante, ya no solo es meta, sino también un objetivo de cada empresa, ya que las altas exigencias de los consumidores, han hecho que las empresas busquen diferentes maneras de incrementar sus mercados. La exactitud en la dosificación se ha convertido en un tema de importancia debido a la necesidad de cumplir con los altos estándares de calidad que caracterizan a la producción. En este sentido, los aditivos líquidos y los sólidos presentan particularidades diferentes a la hora de dosificarse en las fábricas. En el caso del chocolate, se busca brindar al consumidor la cantidad exacta del mismo pero buscando otras maneras de dosificarlo, lo que nos lleva a la realización de nuevos tipos de dosificación del chocolate. Una dosificadora es un mecanismo que proporciona la cantidad exacta de algún material de manera automatizada con el fin de optimizar una operación. Además de ser una máquina industrial diseñada para extraer dosis de algún tipo de producto para su posterior empaque, es decir que su uso evita desperdicio, agiliza el proceso productivo y garantiza al consumidor la cantidad exacta que está adquiriendo. Si bien la noción de dosificación se aplica también a bombas que regulan el caudal de un líquido, la máquina dosificadora es aquella utilizada en el campo de los alimentos. Sirven para empacar y conservar los alimentos de la manera más eficiente y limpia posible. Las primeras máquinas dosificadoras eran accionadas de manera manual y utilizaban una especie de embudo con divisiones de medidas que iban proporcionando la cantidad de alimento requerido cada vez que se vaciaba el producto en el empaque individual..

(18) 6. En la actualidad se puede encontrar infinidad de dosificadoras, ya que con la evolución de la tecnología se ha tratado de mejorar los diferentes procesos, ya sea buscando otra de manera de producirlo u optimizando el mismo. La dosificación exacta de los componentes y su correcto mezclado en la industria son dos partes fundamentales a la hora de conseguir un alimento con las especificaciones deseadas. Los componentes en forma líquida requieren una mayor atención para evitar que surjan problemas en los diferentes procesos. Las máquinas dosificadoras que más se conoce en el mercado son: ·. Dosificadoras de Sólidos. ·. Dosificadoras de Líquidos. Dosificadoras de Sólidos Como su nombre lo indica, estas máquinas trabajan con productos sólidos. Los dosificadores de sólidos en la industria se utilizan para integrar diferentes materiales, en proporciones previamente definidas de anteriores subprocesos, para conseguir un producto final, un ejemplo claro es en la industria farmacéutica, dónde se necesita pesos exactos de sus componentes. Dosificadoras de Líquidos Estas máquinas funcionan con productos en forma líquida. Mientras la dosificación gravimétrica (básculas) es el método estándar para dosificar los ingredientes sólidos, los ingredientes líquidos habitualmente se dosifican con sistemas volumétricos o con sistemas gravimétricos, en combinación con mecanismos de pulverización (spraying) que transportan los aditivos o materias primas líquidos y los aplican dentro de la mezcladora. Los equipos de dosificación volumétrica son sensibles a la temperatura y a la viscosidad, factores que pueden introducir indeseadas fluctuaciones en la exactitud de hasta un 5%. Incluso los sistemas gravimétricos para líquidos pueden tener sus limitaciones en el difícil y pulverulento ambiente de la fábrica.. 1.1 Tipos de Dosificadoras Existen los siguientes tipos de dosificadoras: ·. Dosificadoras Volumétricas.

(19) 7. ·. Dosificadoras Gravimétricas. Dosificación Volumétrica Las dosificadoras volumétricas son la solución básica, más simple y económica para las diferentes aplicaciones de dosificación. El material se retiene en una tolva que alimenta un volumen constante en un tiempo preestablecido mediante la regularización de la velocidad del dosificador. El volumen del material se determina mediante calibración. El proceso de la dosificación depende de la uniformidad del flujo y densidad del material. Los productos que pueden ser dosificados por las dosificadoras volumétricas son: Sulfato de aluminio, cal, carbonato de sodio o de calcio, etc. En la Figura 1.1 se puede ver una dosificadora de líquidos volumétrica.. Figura 1.1 Unidad Dosificadora para líquido1. Dosificación Gravimétrica La dosificación gravimétrica integra además un sistema de pesaje y la regulación de la velocidad del dispositivo. El control del sistema corrige el flujo de los materiales no uniformes y las variaciones de densidad, consiguiendo una dosificación muy precisa. En este proceso, la tolva y el dosificador se depositan en un sistema de pesaje (báscula de plataforma o báscula suspendida). [1] Unidad dosificadora para líquido (dosificador volumétrico) http://www.directindustry.es/prod/tenco/unidades-dosificadoras-para-liquidos-dosificadorvolumetrico-60499-480591.html.

(20) 8. Una vez tasado y calibrado el peso del depósito y de la tolva, se procede a la descarga del material y se mide la pérdida de peso en el tiempo preestablecido. El valor real obtenido se compara con un valor de referencia deseado y la diferencia permite al sistema corregir la velocidad de alimentación. Cuando el material de la tolva alcanza un mínimo, se interrumpe el control gravimétrico y la tolva se vuelve a llenar. Durante este tiempo el control es volumétrico, a partir de la referencia previa establecida. Los productos que pueden ser dosificados por las dosificadoras gravimétricas son: Granulados, polvos, plásticos recuperados, líquidos, fibras, etc. En la Figura 1.2 se puede observar una máquina dosificadora gravimétrica de productos frágiles.. Figura 1.2 Dosificador de banda para productos frágiles2. A continuación se hablará del tipo de producto que se va a dosificar, sus características, y su proceso de preparación. Posteriormente describirá el sistema mecánico que utiliza las máquinas.. [2] Dosificador de banda para productos frágiles (dosificador gravimétrico) MWSK http://www.directindustry.es/prod/buhler-ag/dosificadores-de-banda-para-productos-fragilesdosificadores-gravimetricos-68538-598928.html.

(21) 9. 1.2 Tipo de Producto El tipo de producto que se maneja en la dosificación es el Chocolate, el mismo que puede ser Chocolate Blanco o Chocolate Oscuro. El chocolate es el alimento que se obtiene mezclando azúcar con dos productos derivados de la manipulación de las semillas del cacao: una materia sólida (la pasta de cacao) y una materia grasa (la manteca de cacao). A partir de esta combinación básica, y dependiendo de la proporción de estos dos elementos se elaboran los distintos tipos de chocolate. El chocolate desde el punto de vista mecánico es un fluido no newtoniano, plástico, lo que significa que no cumple la ley de Newton de la viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación deja de ser lineal. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. Estos fluidos se caracterizan porque su viscosidad no permanece constante cuando la temperatura y la composición permanecen invariables, sino que depende del esfuerzo cortante o gradiente de velocidad y, a veces, del tiempo de aplicación del esfuerzo y de la historia previa del producto o muestra. Ello es debido a que la constitución física varía al someter el producto a los efectos de rozamiento a lo largo del tiempo. Entre los alimentos típicamente plásticos se encuentran el puré de patata, la nata batida, el chocolate fundido y algunas grasas como margarinas, mantequillas. Sus características principales son: - Similares a los pseudoplásticos - Necesitan una tensión mínima para que exista deformación continúa - Al aumentar la temperatura disminuye la cohesión entre moléculas. 1.2.1 Constitución del Producto El chocolate que se utiliza para la fabricación del producto a ser utilizado con las dosificadoras construidas, tiene los siguientes ingredientes: Azúcar, leche desnatada en polvo y leche entera en polvo, aceites vegetales, avellanas, grasas vegetales, harina de trigo, cacao desgrasado, pasta de cacao, emulgentes: lecitinas (soja), almidón de trigo, manteca de cacao, proteínas de la.

(22) 10. leche, aroma, gasificantes (carbonato ácido de sodio, carbonato amónico), sal, productos de la leche, cacao. Se usa chocolate blanco y chocolate negro que varían en el tipo de preparación, densidad, y constitución. Chocolate Oscuro: es el derivado del cacao más popular. Se trata, básicamente, de un dulce, por lo que la proporción de pasta de cacao suele estar por debajo del 40%. No obstante, buena parte de las más importantes marcas de chocolate producen tabletas de chocolate con leche con proporciones de cacao inusuales, por encima incluso del 50%, dirigidas tanto al mercado de los gourmets como al negocio de la pastelería. El chocolate con leche, como su nombre indica, lleva leche añadida, en polvo o condensada. Chocolate Blanco: estrictamente, no se trata de chocolate, pues carece en su composición de la pasta de cacao, que es la materia que aporta las propiedades del cacao. Se elabora con manteca de cacao (por lo menos, el 20%), leche (en polvo o condensada) y azúcar. Es un producto extremadamente energético y dulce. Visualmente muy atractivo, es un elemento decorativo muy usado en la repostería.. 1.3 Proceso de preparación 1.3.1 Cristalización Para la elaboración del producto final, se empieza con la cristalización del chocolate, que consiste en calentar el mismo hasta cierta temperatura, luego se lo enfría hasta que se cristalice y obtenga ciertas características que diferencian a este chocolate de otros. 1.3.2 Dosificación El chocolate es llevado por tubería hacia cada una de las dosificadoras (construidas en este proyecto de titulación), las cuales se encuentran en un carrusel rectangular de valvas, donde primero se dosifica el chocolate negro, luego se procede a dosificar el chocolate blanco y continuar con el proceso. Además de la dosificación se procede a colocar dos Bolitas de Galleta, en cada cavidad dosificada..

(23) 11. 1.3.3 Sellado En el proceso de sellado, el producto ya dosificado es cubierto por una lámina de aluminio con la ayuda de una máquina selladora, la cual en base a altas temperaturas, sella el producto para su conservación y que permanezca con las características para que pueda ser consumido por usuario. 1.3.4 Sellado Completo y Troquelado Para finalizar el proceso, el producto ya sellado es llevado para ser nuevamente sellado por medio de ultrasonido aumentando un juguete sorpresa. Finalmente el producto es cortado de tal manera que da forma a un huevo, para ser enviado al mercado y posteriormente al consumidor.. Figura 1.3 Dosificación de Chocolate Oscuro. Figura. 1.5 Chocolate con Tartofino. Figura 1.4 Dosificación de Chocolate Blanco. Figura. 1.6 Cubierta del Producto. 1.4 Proyecto a desarrollar El proyecto tiene los siguientes objetivos a cumplir: ·. Diseñar e implementar un sistema de control automático para dosificadoras de chocolate.. ·. Acondicionar e instalar instrumentos adecuados para la dosificación del chocolate.. ·. Desarrollar el software para el control de la dosificadora..

(24) 12. Realizar pruebas para verificar el correcto funcionamiento del sistema.. ·. Con este fin, se realizarán las siguientes actividades: Diseñar y programar el algoritmo de control por medio de la utilización de. ·. un Controlador Lógico Programable. Acondicionar e instalar sensores de temperatura y magnéticos para que la. ·. máquina pueda trabajar automáticamente. Controlar el movimiento de los pistones neumáticos por medio de los. ·. sensores y el programa en el PLC. Construir un tablero donde se tenga visualización y control para cada una. ·. de las dosificadoras por medio de un visualizador de texto HMI. para. facilitar el proceso al operario. El número de máquinas que se construirán son 3: ·. 2 Dosificadoras para el Chocolate Blanco.. ·. 1 Dosificadora para el Chocolate Oscuro.. La construcción mecánica de las máquinas las realizó el personal de la empresa. Sin embargo, el autor de este proyecto estuvo presente en cada paso del mismo por lo que se procede a describirlo.. 1.5 Sistema Mecánico El sistema mecánico consiste principalmente en los siguientes elementos: ·. Bloque de Duraluminio. ·. Bujes. ·. Ejes Acero Inoxidable. ·. Retenedores. ·. Chumacera. ·. Tolva. 1.5.1 Bloque de Duraluminio Es el nombre de la aleación de aluminio y cobre, que proviene de la ciudad alemana Duren (Renania). La composición química fundamental del duraluminio.

(25) 13. es: cobre, 2,5-4,5%; silicio, 0,3-0,9%; magnesio, 0,3-1,0%; manganeso, 0,5-0,8 %, y el resto es aluminio. El duraluminio resulta idóneo principalmente para ser trabajado por deformación plástica, puesto que es dúctil y maleable. Además, puede ser trabajado con máquinas herramientas y se presta medianamente a ser soldado. En las construcciones automovilísticas se usa para piezas estampadas, como brazos, palancas y detalles formados por embutición. Además de tener: ·. Buena mecanización.. ·. Buena resistencia a la abrasión.. ·. Buena resistencia a la corrosión.. La función que tiene el bloque de Duraluminio en la máquina dosificadora es de almacenar y mantener al chocolate a cierta temperatura para que pueda ser dosificado. Además de tener orificios donde se detendrá el chocolate, tiene 8 orificios por los cuales se enviará el chocolate a las diferentes cámaras, para que pueda ser dosificado en las valvas. Este elemento se puede apreciar en la Figura 1.7. Figura 1.7 Bloque de Duraluminio ya maquinado. 1.5.2 Bujes Es el elemento de una máquina donde se apoya y gira un eje. Puede ser una simple pieza que sujeta un cilindro de metal o un conjunto muy elaborado de componentes que forman un punto de unión3, como se puede ver en la Figura 1.8 y en la Figura 1.9. Un buje es una pieza de unión mecánica entre dos partes, posiblemente en movimiento o un punto de unión reforzado dónde un ensamble mecánico es acoplado a otro.. [3] Sistema de Suspensión - Bujes http://sistemadesuspension.blogspot.com/.

(26) 14. Se caracterizan por su construcción y sistema de giro. Es un cuerpo cilíndrico hecho con un material especial (acero, acero inoxidable, duraluminio, etc.), para soportar los ejes de máquina rotatorias. Se puede comparar al rodamiento. Además para ciertas temperaturas tiende a dilatarse y perder su forma inicial. En la máquina este elemento está hecho de acero inoxidable. La función que tiene este elemento mecánico es de ayudar a que el eje de acero inoxidable pueda girar, para que el mismo pueda colocarse en posición de absorber y dosificar el chocolate, en las valvas.. Figura 1.8 Buje Individual. Figura 1.9 Diferentes Tipos de Bujes. 1.5.3 Ejes de Acero Inoxidable Es un elemento constructivo destinado a guiar el movimiento de rotación a una pieza o un conjunto de piezas, como una rueda o un engranaje. Un eje se aloja por un diámetro exterior al diámetro interior de un agujero, con el cual tiene un determinado tipo de ajuste. En algunos casos el eje es fijo, no gira, y un sistema de rodamientos o de bujes insertas en el centro de la pieza permite que ésta gire alrededor del eje. En otros casos, la rueda gira solidariamente al eje y el sistema de guiado se encuentra en la superficie que soporta el eje.. 4. El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos granulares o picaduras generalizadas. [4] TEORÍA DE MAQUINAS – CONCEPTOS BÁSICOS - EJES http://www.buenastareas.com/ensayos/Conceptos-Generales-Teoria-De-Maquinas/3445684.html.

(27) 15. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. El acero inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una pequeña cantidad de cromo (el mínimo para conseguir propiedades inoxidables es del 12%) añadido al acero común, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada “resistencia a la corrosión”, es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos de acero. 5 En el caso de la dosificadora, el eje acero de inoxidable está acoplado a una biela. La biela es una platina que se puede acoplar a diferentes elementos mecánicos, que en el caso de la máquina está acoplado a un pistón neumático. La función que tiene este elemento mecánico en la máquina dosificadora es de posicionarse de tal manera que el chocolate sea absorbido de la tolva o dosificado desde las cámaras del Bloque. Esto se puede llegar a realizar ya que los ejes tienen agujeros con forma de L a 90o, 4 para la Máquina Dosificadora de Chocolate Blanco y 8 para la Máquina Dosificadora de Chocolate Oscuro, como se puede apreciar en la Figura 1.10.. Figura 1.10 Eje en la Máquina. Cuando se necesite absorber el chocolate el eje estará hacia arriba, posicionado para absorber el chocolate, como se puede observar en la Figura 1.11. Figura 1.11 Posición Inicial del Eje [5] DOCUMENTACIÓN – TODO EN ACERO INOXIDABLE http://www.todoenaceroinoxidable.com/documentacion.

(28) 16. Y cuando se necesite dosificar el chocolate el eje estará hacia abajo, posicionado para expulsar el chocolate.. Figura 1.12 Posición para Dosificar del Eje. La vista de los bujes y ejes en el bloque se lo puede ver en la Figura 1.13. Bloque Duraluminio Buje. Eje. Figura 1.13 Bujes y Ejes en el Bloque. 1.5.4 Retenedores Los retenes de aceite o sellos, son elementos vitales para el funcionamiento de los diferentes sistemas que componen los vehículos automotores y todo tipo de maquinaria ya que al cumplir sus funciones de mantener el lubricante dentro de los sistemas y evitar el ingreso de los contaminantes, permiten obtener una vida prolongada de los elementos internos que forman parte de estos sistemas. 6 En la industria alimenticia, para garantizar procesos seguros que favorezcan la reducción de costos operacionales en el área de mantenimientos de máquinas y equipos, y muy específicamente en el sellado de fluidos, deberá hacer una adecuada selección de los retenedores de aceite, en donde un buen acompañamiento del equipo técnico con el fabricante de los respectivos sellos es la herramienta más acertada para alcanzar el objetivo propuesto 7, como se puede observar en la Figura 1.14. Los retenedores funcionan mejor sobre ejes de acero al carbón medio o acero inoxidable.. [6] RETENEDORES http://www.itacr.com/boletin27.html [7] SECTOR ALIMENTICIO http://www.retenedorescri.com/index.php?option=com_content&view=article&id=79&Itemid=104.

(29) 17. Las superficies cromadas o niqueladas, correctamente acabadas, son aceptables. El alojamiento donde se va a instalar el retenedor a presión debe estar libre de irregularidades y bordes agudos. Se debe asegurar que el alojamiento esté limpio y seco antes de instalar el retenedor. La función que tiene este elemento mecánico en la maquina dosificadora es de impedir que el chocolate se escape por el espacio que existe entre el eje y el buje, así no existan fugas del mismo, ya que el juego o espacio que hay entre el eje y el buje no es cero. Además los retenedores deben ser de un material de grado alimenticio.. Figura 1.14 Retenedores. 1.5.5 Chumacera Es una pieza de metal o madera con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria.8 Casi toda máquina industrial pesada utiliza algún tipo de chumaceras de película fluida para soportar el peso del eje y controlar el movimiento causado por las fuerzas desbalanceadas, fuerzas aerodinámicas y excitaciones externas de los sellos y acoples. Las dos principales ventajas de las chumaceras sobre los cojinetes de elementos rodantes son su superior capacidad para absorber energía, para amortiguar vibraciones y su duración debido a la ausencia de esfuerzos de contacto rodante.9 La amortiguación es muy importante en muchos tipos de máquinas rotativas donde las chumaceras son a menudo la principal fuente de absorción de energía necesaria para controlar las vibraciones.. [8] CHUMACERA http://es.wikipedia.org/wiki/Chumacera [9] CHUMACERAS - PRINCIPIOS DE OPERACION http://turboepsilon.com/chumaceras.htm.

(30) 18. La función que tiene este elemento mecánico en la máquina Dosificadora de Chocolate Oscuro es de ayudar al eje a que no se desbalancee al momento de girar y así evitar que el eje llegue trabarse, lo que representaría tiempo de paro de la máquina. Este elemento mecánico aparece en la Dosificadora de Chocolate Oscuro porque la longitud del Bloque se duplica con respecto a las 2 primeras, lo que hace que el buje se duplique también. La chumacera se la puede apreciar en la Figura 1.15.. Figura 1.15 Chumacera. 1.5.6 Émbolos Un émbolo es una superficie deslizante dentro de un tubo: un pistón. Además de ser una pieza móvil que se encuentra dentro de un cuerpo cilíndrico y que al moverse alternativamente cambia la presión de un fluido, generalmente con el objetivo de desplazarlo. En la máquina Dosificadora de Chocolate este elemento mecánico es el encargado de absorber el chocolate (Blanco u Oscuro) en las cámaras del bloque de Duraluminio cuando el eje esté en posición de absorción del chocolate, o expulsar de las cámaras del bloque de Duraluminio cuando el eje esté en posición de dosificar el chocolate hacia las valvas, como se puede observar en la Figura 1.16.. Figura 1.16 Embolo en la cámara del Bloque.

(31) 19. 1.5.7 Tolva Se denomina tolva a un dispositivo similar a un embudo de gran talla destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados.. En muchos. casos, se monta sobre un chasis que permite el transporte. Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas, de tal forma que la carga se efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior. Es fundamental para diversos procesos industriales de muchas índoles en la actualidad. La función que tiene este elemento mecánico en la dosificadora de chocolate es de almacenar el chocolate, para que pueda ser dosificado en las valvas. Su forma se puede observar en la Figura 1.17.. Figura 1.17 Tolva. 1.6 Funcionamiento Mecánico La máquina dosificadora de Chocolate, ya sea del Blanco o del Oscuro tiene el siguiente funcionamiento mecánico: Para condiciones iniciales la máquina debe que tener los émbolos hacia adelante, para que puedan absorber el chocolate; y los ejes deben estar hacia arriba para que el chocolate pueda alojarse en las cavidades del bloque, con la absorción que realicen los émbolos, este movimiento se puede apreciar en la Figura 1.18. Figura 1.18 Posición Inicial de la Dosificadora.

(32) 20. El siguiente movimiento que debe realizar la máquina es absorber el chocolate por medio de los émbolos que serán acoplados a un pistón neumático, y así hacer el vacío para poder llenar la cámara con el peso necesario del producto, como se puede ver en la Figura 1.19.. Figura 1.19 Posición de absorción del chocolate. El movimiento que se realiza después de la absorción es el de girar los ejes 90 o para que los ejes queden en posición de dosificación del chocolate, como se puede observar en la Figura 1.20.. Figura 1.20 Posición para dosificar el chocolate. Por último se expulsa el chocolate de las cavidades del bloque con ayuda de los émbolos, los cuáles empujan al chocolate para que sea dosificado en las valvas, este movimiento se lo puede ver en la Figura 1.21.. Figura 1.21 Dosificación del Chocolate. En la línea el primer chocolate que es dosificado es el chocolate negro, ya que por fabricación es el que debe ir en la parte inferior del producto, y posteriormente se dosifica el chocolate blanco..

(33) 21. CAPÍTULO 2.

(34) 22. CAPÍTULO 2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE DEL SISTEMA En este capítulo se describirá el hardware eléctrico y electrónico que se utilizará para realizar el control de las Máquinas de Dosificación de Chocolate y los diferentes tipos de instrumentos que se utilizan para realizar el control de la dosificadora de chocolate. Para el diseño del control se debe especificar los diferentes niveles de voltajes que se van a manejar en la máquina, los cuales se describen a continuación: ·. 220 VAC para alimentación general y las resistencias que se utilicen para calentar al bloque de duraluminio.. ·. 24 VDC para alimentación de sensores, PLC (Entradas, Salidas, Digitales y Analógicas), Pantalla de Control, Relés, Bobinas de Electroválvulas, etc.. 2.1 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Blanco Sensores Magnéticos Sensor Capacitivo. Sensor Temperatura. ENTRADAS DIGITALES Alimentación General. 220 VAC. Fuente AC/DC 24 VDC. PLC Logo OBA6. Controlador Temperatura. SALIDAS TIPO RELAY. Pistones Neumáticos. Relés Estado Sólido. Resistencias. Figura 2.1 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Blanco. Pantalla HMI.

(35) 23. 2.2 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Oscuro Sensores Magnéticos Sensor Capacitivo. ENTRADAS DIGITALES. 220 VAC. ENTRADAS ANALÓGICAS. PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC. Fuente AC/DC 24 VDC. Alimentación General. Sensor Temperatura. Pantalla HMI. SALIDAS DIGITALES. Relés 24 VDC. Relés Estado Sólido. Pistones Neumáticos Resistencias. Figura 2.2 Diagrama de Bloques Dosificadora Chocolate Oscuro. Dispositivos de Control Para el control del sistema mecánico se utiliza elementos de control entre los que se tiene: dispositivos eléctricos, dispositivos. neumáticos y dispositivos. electrónicos.. 2.3 Elementos Eléctricos Los Elementos Eléctricos o de Potencia que se maneja en la máquina son los que se mencionan a continuación: -. Breaker de maniobra. -. Fusible. El Breaker será para protección de la alimentación general y las resistencias, las cuáles se alimentan con 220 VAC. El fusible se usará para proteger la fuente de 24 VDC. Para el cálculo de los elementos de protección se debe considerar que este aparato de maniobra protege todo el sistema:.

(36) 24. 2.3.1 Cálculo del Breaker Se tienen 3 fuentes (AC/DC): 2 fuentes de 24 VDC a 2.5 A y 1 de 24 VDC a 4 A, por lo que el total de consumo de las fuentes será: P1 = 24 * 2.5 * 2 = 120W P2 = 24 * 4 = 96W Existen 4 resistencias eléctricas de calentamiento de 1000W, 3 que están en funcionamiento ahora y 1 que comenzará a funcionar cuando se coloque el segundo bloque del chocolate oscuro, por lo que el consumo de las resistencias será: P3 = 1000W * 4 = 4000W Se disponen de 2 controladores de temperatura ubicados en la dosificadora de chocolate blanco que tienen una potencia de 10 W. P4 = 10W * 2 = 20W P = P1 + P 2 + P 3 + P 4 V = 208 V CosØ = fp = 0.9 ISistema =. ௉. ξଷ‫כ‬௏‫כ‬ୡ୭ୱ ‫׎‬. =. ଵଶ଴ାଽ଺ାସ଴଴଴ାଶ଴ ξଷ‫כ‬ଶ଴଼‫כ‬଴Ǥଽ. ൌ. ସଶଷ଺. ଷଶଷǤ଼. ൌ ͳ͵ǡͲͻ‫ܣ‬. IBreaker = 1.5 * ISistema = 1.5 * 13.09 = 19.63 (A). Se escogió un Breaker de 30 A, porque se tiene pensado aumentar otros elementos en los próximos meses para la nueva línea. 2.3.2 Cálculo de la Fuente de alimentación Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico, que para este caso alimenta a los siguientes elementos: ·. PLC. ·. Pantallas. ·. Sensores. ·. Bobinas. ·. Relés de un Polo. ·. Relés de estado sólido.

(37) 25. Figura 2.3 Fuente de Alimentación 24 VDC. La fuente de alimentación para la dosificadora de chocolate blanco debe proveer el voltaje y la corriente necesaria para los dispositivos indicados a continuación: 1 PLC Logo: Sensores: 9 Magnéticos: 1 Capacitivo: 1 Pantalla: 5 Bobinas: 1 Relé estado Sólido: 1 Módulo Expansión:. 100 mA 70 mA / sensor 150 mA 40 mA 80 mA / bobina 30 mA 60 mA. ࡵࡲ࢛ࢋ࢔࢚ࢋ ൌ ૚ǡ ૛૞ ‫ כ‬෍ ࡵ࢔ Se dimensiona con un 25% de la corriente que consumen los elementos.. ‫ܫ‬ி௨௘௡௧௘ ൌ ͳǡʹͷ ‫ כ‬ሺͳͲͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͻ ‫ כ‬͹Ͳ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͳͷͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͶͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͷ ‫ כ‬ͺͲ ‫כ‬. ͳͲିଷ ൅ ͵Ͳ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͸Ͳ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ሻ ൌ1,76 A. Se escoge una fuente de 24 VDC, 2.5 A, como se puede ver en la Figura 2.3. Para la Dosificadora de Chocolate Oscuro se tienen los consumos de los siguientes elementos: 1 PLC: Sensores: 13 Magnéticos: 1 Capacitivo: 1 Pantalla: 7 Bobinas: 1 Relé estado Sólido: 7 Relé 1 polo: Módulo Expansión 1: Módulo Expansión 2:. 500 mA 70 mA 150 mA 100 mA 80 mA 30 mA 20 mA 180 mA 40 mA. ‫ܫ‬ி௨௘௡௧௘ ൌ ͳǡʹͷ ‫ כ‬ሺͷͲͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͳ͵ ‫ כ‬͹Ͳ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͳͷͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͳͲͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͹ ‫ כ‬ͺͲ ‫כ‬ ͳͲିଷ ൅ ͵Ͳ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͹ ‫ିͲͳ כ Ͳʹ כ‬ଷ ൅ ͳͺͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ൅ ͶͲ ‫ିͲͳ כ‬ଷ ሻ ൌ3.2625 A.