ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN
Y CONTROL PARA OPTIMIZAR EL LLENADO DE THINNER EN
TANQUES EN PINTURA CÓNDOR
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y CONTROL
CURIMILMA DÍAZ JHONNY JORGE
[email protected]
GUAÑA TOAPANTA SANDRA MARINA
[email protected]
DIRECTOR:
DR. CORRALES PAUCAR LUIS ANIBAL
[email protected]
Quito, Septiembre 2010
DECLARACIÓN
Nosotros, Jhonny Jorge Curimilma Díaz y Sandra Marina Guaña Toapanta,
declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que
no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y,
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros 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.
________________________
___________________________
Jhonny Jorge Curimilma Díaz
Sandra Marina Guaña Toapanta
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Jhonny Jorge Curimilma Díaz y
Sandra Marina Guaña Toapanta, bajo mi supervisión.
________________________
Dr. Luis Corrales
DIRECTOR DEL PROYECTO
AGRADECIMIENTOS
A todos quienes de alguna manera han hecho posible el haber realizado éste
proyecto, y más aún el haber aportado su grano de arena para que pudiese culminar
una meta más en mi vida.
A todos mis maestros, en especial a mis padres, que con su ejemplo me inculcaron
todos los valores que una persona debe tener y debe saber practicar, a mis
hermanos, mis tíos y toda mi familia, que con su apoyo me enseñaron como poder
ayudar a los demás, a mis primos y amigos, que me enseñaron lo más importante
que he aprendido, “no sirve de nada tener un título, si como persona soy una
desgracia”, a mis profesores, que muchos con paciencia impartieron todos sus
conocimientos, y a otros profes, que nunca supieron dictar una clase, pero que su
enseñanza indirecta, era el poder desenvolverse sin necesidad de ayuda, en fin, a
todos quienes han estado a mi alrededor, porque de todos he aprendido.
Y de todo corazón, agradezco a Dios, que me ha dado vida, un hogar, una familia,
amigos, compañeros y sobretodo la oportunidad de aprender de cada uno de ellos.
Jhonny
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por ser mi fortaleza cada día de mi vida, especialmente en los más difíciles.
A mis padres, quienes aportaron con su gran esfuerzo para conseguir que este
sueño se haga realidad.
A mis hermanas, quienes siempre me han brindado su apoyo y confianza y me
enseñaron a luchar y ser perseverante para alcanzar una meta.
A mi director, quien con sus conocimientos y paciencia me encaminó para culminar
con éxito este proyecto.
A mis amigas y amigos con quienes he compartido momentos agradables durante
estos años de estudio.
Sandra
DEDICATORIA
A mi hermana Albita que en paz descansa, que fue un ejemplo para mí, supo
disfrutar y aprender de la vida, y siempre me brindó su apoyo hasta el último día de
su existencia.
Jhonny
DEDICATORIA
A mi padre Dios por ser mi fortaleza en todo momento y porque en cada día de vida
me brinda la oportunidad ser mejor persona.
A mis hermanas, quienes siempre han confiado en mí y me han apoyado en todas
mis decisiones. A ellas que me han demostrado que con esfuerzo y perseverancia
puedo alcanzar ésta y muchas metas más.
Sandra
I
CONTENIDO
CONTENIDO…………………………………………………………………………………..I
RESUMEN ................................................................................................................. VI
PRESENTACIÓN ...................................................................................................... VII
CAPITULO 1 ............................................................................................................... 1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENVASADO DE THINNER ............................... 1
1.1
INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 2
1.2
OBJETIVOS DEL PROYECTO ..................................................................... 3
1.3.1
1.4
TIPOS DE THINNER ELABORADOS ..................................................... 3
DESCRIPCIÓN DEL AREA DE ENVASADO Y ALMACENAMIENTO DE
THINNER................................................................................................................. 4
1.4.1
DESCRIPCIÓN DEL AMBIENTE............................................................. 5
1.4.1.1
1.4.2
Formación de una explosión. ............................................................ 5
DESCRIPCIÓN DE LOS TANQUES DONDE SE FABRICA EL THINNER
…………………………………………………………………………………...6
1.4.2.1
1.4.3
Bomba centrífuga.............................................................................. 7
PROCESOS RELACIONADOS CON EL ENVASADO DE THINNER ..... 8
1.4.3.1
Recirculación..................................................................................... 9
1.4.3.2
Control de calidad del producto....................................................... 10
1.4.3.2.1 Prueba de dilución....................................................................... 10
1.4.3.2.2 Prueba de evaporación ............................................................... 11
1.4.3.3
Etiquetado ....................................................................................... 11
1.4.3.4
Envasado ........................................................................................ 12
1.4.3.4.1 Celda de carga ............................................................................ 14
1.4.3.4.2 Indicador M 8141......................................................................... 15
1.4.3.5
Colocación de tapas........................................................................ 16
1.4.3.6
Estibado y almacenamiento ............................................................ 16
1.4.3.6.1 Paletas ........................................................................................ 17
1.4.3.7
Transporte....................................................................................... 18
II
1.4.4
1.5
1.4.4.1
Electricidad estática en el trasvase de líquidos inflamables............ 19
1.4.4.2
Formación y acumulación de la electricidad estática ...................... 20
ERGONOMÍA EN EL PROCESO................................................................ 21
1.5.1
1.6
CONEXIÓN A TIERRA .......................................................................... 18
RIESGO ERGONÓMICO ...................................................................... 21
PROPUESTAS DE SOLUCIÓN .................................................................. 22
1.6.1
PROPUESTAS PARA MEJORAR LAS CONDICIONES DE TRABAJO 22
1.6.1.1
Primera alternativa .......................................................................... 22
1.6.1.2
Segunda alternativa ........................................................................ 23
1.6.1.3
Tercera alternativa .......................................................................... 24
1.6.2
PROPUESTA PARA EL ENVASADO.................................................... 25
1.6.2.1
Incremento del caudal .................................................................... 25
1.6.2.2
Optimización del tiempo de llenado mediante reducción o
eliminación de tiempos muertos. .................................................................... 25
1.6.2.2.1 Método utilizando un flujómetro................................................... 26
1.6.2.2.2 Método utilizando sensores de nivel ........................................... 26
1.6.2.2.3 Método utilizando sistema mecánico........................................... 27
1.7
ANÁLISIS DE PROPUESTAS .................................................................... 28
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................. 30
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL PROCESO................................. 30
2.1
DESCRIPCIÓN GENERAL ......................................................................... 31
2.2
TANQUE PARA LA MEDICIÓN DEL VOLUMEN....................................... 32
2.2.1
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE CUBICACIÓN ...................... 32
2.2.2
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DEL THINNER RESPECTO A LA
TEMPERATURA. ............................................................................................... 33
2.3
CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE ............................................................... 34
2.3.1
DIMENSIONES...................................................................................... 34
2.3.2
VOLANTE.............................................................................................. 35
2.3.3
TUBERÍAS............................................................................................. 38
2.4
SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL.................................. 39
2.4.1
SELECCIÓN DE LAS VÁLVULAS......................................................... 39
III
2.4.2
SELECCIÓN DE BOMBAS.................................................................... 41
2.4.3
SELECCIÓN DEL PLC .......................................................................... 42
2.5
2.4.3.1
CPU con módulo Ethernet............................................................... 42
2.4.3.2
Entradas digitales............................................................................ 43
2.4.3.3
Salidas digitales .............................................................................. 44
DISEÑO DE TABLEROS ............................................................................ 45
2.5.1
Tablero Eléctrico.................................................................................... 45
2.5.1.1
Fuente de 24 VDC .......................................................................... 46
2.5.1.2
Relés de 24 VDC ............................................................................ 47
2.5.1.3
Disyuntor ......................................................................................... 47
2.5.2
TABLERO ELECTRONEUMÁTICO....................................................... 48
2.5.2.1
Válvulas electroneumáticas 5/2....................................................... 49
2.5.2.2
Válvulas electroneumáticas 3/2....................................................... 49
2.5.2.3
Convertidor neumático-eléctrico...................................................... 50
2.5.2.4
Manifold 6 posiciones para válvula 5/2 ........................................... 51
2.5.2.5
Silenciadores................................................................................... 52
2.5.2.6
Unidad de mantenimiento ............................................................... 52
2.5.2.7
Racores........................................................................................... 53
2.5.2.8
Pasamuros ...................................................................................... 53
2.5.3
TABLERO NEUMÁTICO ....................................................................... 54
2.5.3.1
Elementos de maniobra .................................................................. 54
2.5.3.2
Visores ............................................................................................ 55
2.5.4
CONEXIÓN A TIERRA .......................................................................... 56
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 57
DISEÑO DE LAS MEJORAS ERGONÓMICAS ........................................................ 57
3.1
SISTEMA CON BALANZA O SISTEMA ANTIGUO .................................... 58
3.1.1
TRASLADO DE LAS PALETAS DE MADERA ...................................... 58
3.1.2
TRASLADO DE LOS TAMBORES LLENOS ......................................... 59
3.2
EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO.............................. 61
3.2.1
MÉTODO LEST ..................................................................................... 61
IV
3.3
DISEÑO PARA TRASLADAR TAMBORES LLENOS UTILIZANDO RIELES
CON RODILLOS.................................................................................................... 63
3.3.1
TRANSPORTADOR DE RODILLOS POR GRAVEDAD ....................... 65
3.3.1.1
Características del transportador de rodillos a utilizar..................... 66
3.3.1.2
Cálculos de la cantidad de riel requerida ........................................ 66
CAPITULO 4 ............................................................................................................. 69
SOFTWARE DE SOPORTE Y DESARROLLO DE LA HMI ...................................... 69
4.1
INTERFAZ TABLERO DE CONTROL – PLC ............................................. 71
4.1.1
4.2
INTERFAZ PLC – VÁLVULAS .................................................................... 72
4.2.1
4.3
MODO DE OPERACIÓN DE LAS VÁLVULAS ...................................... 73
INTERFAZ PLC – BOMBAS ....................................................................... 76
4.3.1
4.4
MODO DE OPERACIÓN DE PULSADORES Y VISORES ................... 72
MODO DE OPERACIÓN DE BOMBAS................................................. 76
INTERFAZ PLC - COMPUTADOR.............................................................. 77
4.4.1
WAGO BOOTP SERVER ...................................................................... 78
4.4.2
CODESYS V2.3..................................................................................... 81
4.4.2.1
Configuración del PLC para comunicación ..................................... 83
4.4.2.2
Configuración de módulos de entradas y salidas del PLC .............. 84
4.4.3
DISEÑO DE LA LÓGICA DEL PROGRAMA ......................................... 85
4.4.4
DESCRIPCIÓN DEL LABVIEW ............................................................. 89
4.4.4.1
Creación de un Proyecto................................................................. 90
4.4.4.2
Establecer comunicaciones con el PLC .......................................... 90
4.4.4.3
Creación de Tags o Variables ......................................................... 92
4.4.4.4
Creación de un VI .......................................................................... 94
4.4.4.5
Desarrollo de interfaz gráfica (Panel Frontal).................................. 94
4.4.4.5.1 Pantalla de bienvenida ................................................................ 96
4.4.4.5.2 Pantalla HMI - Envasado de Thinner........................................... 96
4.4.4.5.3 Pantalla de registros.................................................................. 101
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................... 103
PRUEBAS Y RESULTADOS................................................................................... 103
V
5.1
PRUEBA DE TRASVASE POR GRAVEDAD DE UN TAMBOR A OTRO
…………………………………………………………………………………….104
5.2
PRUEBAS DE TABLEROS....................................................................... 105
5.3
PRUEBAS DE CALIBRACIÓN DEL VOLUMEN A MEDIR ....................... 107
5.3.1
VERIFICACIÓN DE LA CANTIDAD DE LÍQUIDO TRASVASADO DE
LOS TANQUES A LOS TAMBORES. .............................................................. 107
5.4
DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE TRASVASE POR GRAVEDAD DE
LOS TANQUES A LOS TAMBORES UTILIZANDO THINNER............................ 109
5.5
PRUEBAS DE SOFTWARE...................................................................... 111
5.5.1
COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR ............................................. 111
5.5.2
PRUEBA DEL SOFTWARE DEL PLC................................................. 111
5.5.3
PRUEBAS DEL HMI ............................................................................ 112
5.6
PRUEBAS DE LLENADO DE THINNER EN LOS TAMBORES ............... 113
5.6.1
5.7
CALCULO DE LA DENSIDAD DE THINNER ...................................... 113
PRUEBAS DE LOS DISEÑOS PARA REDUCIR LOS RIESGOS
ERGONÓMICOS EN EL PROCESO................................................................... 117
5.7.1
EVALUACIÓN ERGONÓMICA DEL PUESTO DE TRABAJO DEL
ENVASADO DE THINNER .............................................................................. 118
5.8
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE PROCESO CONTINUO............. 119
5.8.1
FUNCIONAMIENTO CONTINUO SIMULADO .................................... 119
5.8.2
FUNCIONAMIENTO CONTINUO REAL.............................................. 120
CAPITULO 6 ........................................................................................................... 122
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 122
6.1
CONCLUSIONES ..................................................................................... 123
6.2
RECOMENDACIONES ............................................................................. 125
REFERENCIAs BIBLIOGRÁFICAS......................................................................... 127
ANEXOS ................................................................................................................. 128
VI
RESUMEN
En Pinturas Cóndor existen varios procesos industriales, uno de los cuales es el
envasado de thinner en tambores de 50 galones. Para este proceso se utiliza una
válvula de bola y una bomba, los cuales son controlados manualmente por el
operador. Para medir la cantidad de thinner se tiene una balanza, cuyo valor se
observa en una pantalla. Este valor indica cuando el operador debe cerrar la válvula
y apagar la bomba. Además, después de que los tambores son llenados, éstos son
transportados manualmente para almacenarlos. Esta actividad constituye un gran
riesgo en la salud de los operadores.
Para automatizar el sistema de llenado se construyó cinco tanques, para ser llenados
uno después de otro, en forma secuencial y luego su contenido ser trasvasado a los
tambores, obteniéndose un proceso continuo pero siempre controlado por el
operador. Se previó que las válvulas y bombas utilizadas sean controladas por un
PLC.
Para reducir los riesgos ergonómicos al trasladar los tambores llenos se diseñó un
conjunto de rieles y rodillos a gravedad, por donde se deslizarían los tambores una
vez que fueron llenados.
Con este nuevo sistema se logró reducir el tiempo de llenado y almacenado de 6 a 3
horas.
VII
PRESENTACIÓN
Este proyecto se lo ha estructurado de la siguiente manera:
En el capítulo 1 se describe el funcionamiento del sistema anterior utilizado para
llenar thinner en los tambores; así como los inconvenientes que se tiene en este
proceso y las posibles soluciones.
En el capítulo 2 se describe el diseño del sistema implementado para el llenado de
thinner y su respectivo funcionamiento.
En el capítulo 3 se describe el diseño del sistema para trasladar los tambores llenos
con el cual se reduce notoriamente el esfuerzo físico por parte de las personas que
laboran en este proceso.
En el capítulo 4 se describe el software utilizado y el diseño de la interfaz hombre –
máquina o HMI realizado para supervisar el proceso.
En el capítulo 5 se describe las pruebas realizadas para verificar el correcto
funcionamiento del sistema implementado, así como también los resultados
obtenidos.
En el capítulo 6 se describen las conclusiones obtenidas luego de finalizar el
proyecto; así como las recomendaciones para mejorar el proceso.
CAPITULO 1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENVASADO DE THINNER
2
CAPITULO 1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENVASADO DE THINNER
1.1 INTRODUCCIÓN
En la planta de Pinturas Cóndor, además de elaborar pinturas, también se fabrica
thinner de diferentes tipos, los cuales tienen usos múltiples y son comercializados
tanto dentro como fuera de nuestro país.
El thinner, dependiendo del tipo y la cantidad, es elaborado en tres tanques de
almacenamiento denominados como: MEGALOTE, I-27 y MQ-55. El MEGALOTE es
utilizado cuando el volumen a producir es grande. Los tipos de thinner que se elabora
en mayor cantidad son: 103-SM, 123-SM y 100-SM.
Una vez que el thinner es elaborado, se envasa en tambores de 55 galones de
capacidad y posteriormente se los coloca sobre paletas de madera, que luego son
almacenados o trasladados directamente a los camiones mediante montacargas.
Mejorar el
proceso de envasado y paletización es el objetivo de este proyecto,
proceso que se lo realiza en forma manual, lo cual hace que este sea lento y,
sobretodo se requiere de un gran esfuerzo físico por parte de operador para colocar
los tambores sobre las paletas y almacenarlas.
Todos los procesos necesarios
desde que el producto es elaborado en los respectivos tanques de almacenamientos
hasta que es transportado serán descritos en este capítulo.
3
1.2
OBJETIVOS DEL PROYECTO
! Optimizar el tiempo de llenado de thinner en tambores de 50 galones mediante
un sistema de envasado adecuado.
! Reducir los riesgos físicos que afectan a los operadores encargados del proceso
de envasado de thinner, con el fin de minimizar o evitar problemas de salud en
los mismos debido al gran esfuerzo que realizan al transportar tambores llenos.
1.3 THINNER
Es un líquido homogéneo volátil, transparente, formado por una mezcla balanceada
de disolventes, diluyentes y cosolventes; de tal manera que sea capaz de hacer que
los productos alcancen la viscosidad recomendada por el fabricante y que permita
aplicarlos sin afectar la funcionalidad de los mismos.
Un cosolvente es un líquido orgánico, que en combinación con un disolvente activo,
ayuda a disolver resinas.
Un diluyente es un líquido volátil, solo o acompañado, que mientras no disuelvan los
constituyentes no volátiles de la pintura o barniz, puede ser usado en combinación
con el solvente sin causar algún efecto perjudicial.
Un disolvente es un fluido orgánico volátil capaz de disolver otra sustancia para
formar una mezcla uniforme.
1.3.1 TIPOS DE THINNER ELABORADOS
En la planta de pinturas Cóndor se elabora algunos tipos de thinner,
continuación:
citados a
4
!
Thinner laca 100 SM
!
Thinner acrylac 105 SM
!
Thinner epóxico 111
!
Thinner acrílico 3602
!
Thinner carboline TH-33
!
Thinner poliuretano condorthane 117
!
Desengrasante 122
!
Thinner laca 103 SM
1.4 DESCRIPCIÓN
DEL
AREA
ALMACENAMIENTO DE THINNER
DE
ENVASADO
Y
El lugar donde se realiza el llenado y almacenamiento de thinner está ubicado a 50
m aproximadamente de los tanques donde es elaborado. En esta zona, un espacio
pequeño es utilizado para el llenado y todo el resto del área se la utiliza para
almacenar los tambores una vez que están llenos. Como se puede observar en la
Figura 1.1, en esta zona,
junto a la pared, se tiene colocados unas bandas con
rodillos por los cuales circulan los tambores vacíos hasta el lugar de llenado.
Figura 1.1 Área de llenado actual
5
1.4.1 DESCRIPCIÓN DEL AMBIENTE
Debido a la presencia de vapores que se tiene durante la descarga del thinner a los
tambores, a este sitio se lo ha clasificado bajo las normas del Código Eléctrico
Nacional (NEC) como un lugar de Clase I División I, razón por la cual todos los
equipos o instrumentos eléctricos deben ser a prueba de explosión o intrínsecamente
seguros.
Un aparato a prueba de explosión es un equipo encerrado en una carcasa, capaz de
soportar una explosión que pueda ocurrir en su interior, e impedir la ignición del gas
o vapor inflamable que le rodea por causa de la llama o calor producidos.
Un aparato intrínsecamente seguro es aquel en el cual cualquier chispa o efecto
térmico no es capaz de provocar la ignición de una mezcla de material inflamable o
combustible, en el aire, en determinadas condiciones.
1.4.1.1
Formación de una explosión.
Una explosión se produce cuando existe una mezcla de sustancias inflamables con
oxígeno y una fuente de ignición, la cual desencadena una reacción química. Si la
velocidad de la reacción excede la velocidad del sonido, entonces se tiene una
explosión. Los efectos destructivos de una explosión son el resultado de la expansión
repentina de la mezcla inflamable en forma de onda de choque.
Figura 1.2 Componentes de una explosión
6
1.4.2 DESCRIPCIÓN DE LOS TANQUES DONDE SE FABRICA EL THINNER
El tanque de mayor capacidad donde se elabora thinner es conocido como
MEGALOTE, el cual es cilíndrico, está ubicado horizontalmente y tiene una
capacidad de 15.000 galones aproximadamente.
Este tanque cuenta con un sensor de nivel, el cual sirve para controlar que no haya
desbordamiento de thinner.
Figura 1.3 Tanque MEGALOTE
Cerca de este tanque se tiene una bomba centrífuga de 5 HP la cual es utilizada
tanto para recircular el producto, así como para succionar el producto desde este
tanque hasta la zona de llenado de los tambores, a través de tubería. Para realizar
cualquiera de estos dos procesos, el operario dispone de 2 válvulas manuales.
Otro de los tanques es el I-27, el cual tiene menor capacidad que el anterior, es de
5000
galones y se lo utiliza para elaborar algunos solventes y tipos de thinner
especiales.
También en este tanque se tiene un sensor de nivel, con la misma finalidad que en
el caso anterior.
7
El tanque MQ-55 está ubicado a 20 m del área de llenado de thinner y tiene una
capacidad aproximada de 200 galones. Este tanque se lo utiliza para elaborar
thinner en poca cantidad.
1.4.2.1
Bomba centrífuga
La bomba centrífuga, al igual que cualquier otra bomba, sirve para producir una
ganancia en carga estática en un fluido, procedente de una energía mecánica que se
transmite en su eje por medio de un motor.
Figura 1.4 Bomba centrífuga utilizada para succionar thinner desde el MEGALOTE
En este tipo de bombas la energía es comunicada al fluido por un elemento rotativo
llamado impulsor o rodete, que le imprime al líquido el mismo movimiento de
rotación, transformándose luego, parte en energía y parte en presión. El caudal a una
determinada velocidad de rotación depende de la resistencia al movimiento en la
línea de descarga.
El impulsor consiste en un cierto número de aspas o álabes curveados con una
forma tal que permite un flujo continuo del fluido a través de ella. El diseño de los
impulsores se hace en función del fluido a bombear, pudiendo ser abiertos,
semicerrados y cerrados.
8
La carcasa de una bomba centrífuga, que también puede ser de diferentes diseños,
tiene la función de hacer la conversión de energía cinética o de velocidad que se
imparte al fluido por el impulsor, en energía de presión o potencial. Existen dos tipos
básicos de carcasas: de tipo espiral y de tipo difusor.
Algunas de las características de estas bombas son las siguientes:
!
Descarga de flujo continuo, sin pulsaciones.
!
Puede bombear todo tipo de líquidos, sucios abrasivos, con sólidos, etc.
!
Altura de succión máxima del orden de 4,5 metros de columna de agua.
!
Rangos de presión de descarga hasta de 150 kg/cm2.
!
Rangos de volúmenes a manejar hasta de 20,000 m3/h.
1.4.3 PROCESOS RELACIONADOS CON EL ENVASADO DE THINNER
Después de que todos los solventes necesarios son bombeados al MEGALOTE para
la fabricación del thinner, se realizan algunos pasos desde el momento en que
empieza la elaboración hasta cuando los tambores son despachados de la bodega,
entre los cuales está el envasado propiamente dicho. Estos pasos se puede observar
en la Figura 1.5.
9
RECIRCULACION
CONTROL DE CALIDAD
ETIQUETADO
ENVASADO
COLOCACION DE TAPAS
ESTIBADO Y ALMACENAMIENTO
TRANSPORTE
Figura 1.5 Pasos relacionados con el envasado de thinner.
1.4.3.1
Recirculación
La recirculación es un proceso previo al envasado, que se realiza en los tanques de
almacenamiento, con el fin de homogenizar todos los solventes bombeados para la
elaboración del thinner. Este proceso se lo realiza por alrededor de 3 horas,
dependiendo del tipo.
Para recircular el thinner, el operario manualmente cierra la válvula V1, abre la
válvula V2 y prende la bomba B1
10
Figura 1.6 Recirculación de thinner
1.4.3.2
Control de calidad del producto
Una vez homogenizado el producto y antes de su envasado es necesario someterlo
a la prueba de dilución y de evaporación para determinar la calidad del producto.
1.4.3.2.1 Prueba de dilución
El operador coloca en una probeta 60 ml de thinner y 10 ml de laca, se tapa y se
agita hasta que se diluya completamente la laca. Si luego de agitar no se diluye la
laca o quedaron grumos o residuos de esta, el thinner no puede ser envasado, y se
debe agregar el solvente necesario para corregir este problema.
11
Figura 1.7 a) Antes de la dilución.
b) Después de la dilución
1.4.3.2.2 Prueba de evaporación
Para realizar esta prueba se coloca una gota de thinner sobre un papel especial, y se
toma el tiempo que se demora en evaporarse completamente, este tiempo debe
estar entre 60 y 80 segundos, caso contrario se debe recircular nuevamente por un
determinado lapso de tiempo.
Esta prueba se realiza en el departamento técnico de la planta, en donde también se
mide la densidad, valor que el operario utiliza para calcular la masa con la que debe
llenar cada tambor.
1.4.3.3
Etiquetado
Este procedimiento consiste en colocar las etiquetas que identifican el tipo de thinner
con el que va a ser llenado el tambor. Se colocan dos etiquetas: una hace referencia
al uso del producto y a las precauciones con las que se debe manipular el mismo;
esta etiqueta es colocada a un lado del tambor. La otra etiqueta generalmente se la
coloca en la parte superior y en esta se indica el tipo, el volumen, la fecha de
elaboración y número de lote al que pertenece.
12
Figura 1. 8 Etiquetado
Figura 1. 9 Etiqueta
1.4.3.4
Envasado
Los tambores vacíos llegan hasta la zona de envasado, a través de los rodillos y de
la banda transportadora existente, hasta una balanza sobre la cual se coloca cada
tambor. Una vez colocado el tambor vacío, se encera la balanza, se coloca el tubo
de descarga en el orificio del tambor, se abre manualmente la válvula de descarga y
se prende la bomba.
El thinner llega hacia la zona de envasado a través de tubería y, dependiendo del
tanque donde fue elaborado, se abre una de las tres válvulas correspondientes al
13
MEGALOTE, I-27 o MQ-55. Así mismo se tiene tres bombas que corresponden a los
tanques antes mencionados.
La válvula permanece abierta y la bomba activada hasta que en el indicador digital
de la balanza se observe la masa correspondiente a los 50 galones, cuyo valor
aproximado es 149 kg; luego de lo cual, el operario apaga la bomba y cierra la
válvula. Cabe señalar que la masa para los diferentes tipos de thinner no es la
misma, ya que la densidad de cada uno es diferente.
Cada bomba y la banda transportadora son activadas por medio de un switch de dos
posiciones intrínsecamente seguro, ubicados cerca del indicador de masa.
El error permitido en este proceso es de +/- 1%, lo que indica que el tambor debe
tener una masa de +/- 1,49 kg de diferencia respecto al valor de referencia. Para un
tambor cuyo valor de referencia es 149 kg, es aceptable si el tambor tiene una masa
de 147,51 kg o 150,49 kg.
En caso de que el tambor tenga una masa menor al valor aceptable, el operario tiene
que completarlo activando nuevamente la bomba por un corto instante, ó cuando es
poca la diferencia sólo se completa con el líquido que queda en la tubería.
Por el contrario, si el tambor tiene una masa mayor al valor aceptable, el operario
tiene que sacar el excedente de producto del tambor a otro recipiente utilizando una
manguera.
En caso de no corregirse estos valores, al comercializar estos tambores se tendría
pérdida para el cliente en el primer caso y pérdida para la empresa en el segundo.
Debido a que el envasado es prácticamente manual, el error permisible depende
directamente de operador. Además, su experiencia y habilidad determinará el tiempo
para envasar la cantidad adecuada a cada tambor, ya que, al no tener el peso
14
requerido, tiene que completar o sacar thinner del tambor y esto significa pérdida de
tiempo.
El esquema del proceso de envasado se puede observar en la Figura 1.10.
MEGALOTE
V2
V1
MQ-55
I-27
RECIRCULACION
MEGALOTE
V3
DESCARGA A
TAMBORES
V4
V5
CELDA DE
CARGA
I-27
V6
V-7
MQ-55
Figura 1.10 Proceso de envasado de thinner
1.4.3.4.1 Celda de carga
Para medir la masa de los tambores se tiene una plataforma con una celda de carga
conocida como TOLEDO SCALE.
La celda de carga posee cuatro galgas extensométricas, dispuestas en una
configuración tipo puente.
La galga extensométrica está formada por hilos y se comporta como una resistencia
eléctrica, cuyo valor depende de la deformación que sufre la galga, cuando ésta es
sometida a una presión. La resistencia eléctrica del hilo es directamente proporcional
15
a su longitud, es decir, su resistencia aumenta cuando éste se alarga, y disminuye
cuando el hilo se acorta.
De este modo, las deformaciones que se producen en el objeto, en el cual está
adherida la galga, provocan una variación de la longitud y, por consiguiente, una
variación de la resistencia.
1.4.3.4.2 Indicador M 8141
Es un indicador electrónico digital utilizado para aplicaciones de peso en ambientes
riesgosos clasificados como clase I, división I.
Este indicador dispone de un teclado con el cual se realiza la calibración del equipo,
así como la programación del mismo.
Figura 1. 11 Teclado del indicador M8141
Tiene un LCD de 6 dígitos, cuya dimensiones son: 1” de alto por ½” de ancho, en
donde se puede visualizar el valor de masa, en libras (lb) o kilogramos (kg), la fecha,
hora y otros valores correspondientes a la configuración del equipo, dependiendo de
lo que se requiera observar.
Este indicador puede comunicarse con un equipo externo, mediante fibra óptica, de
modo que puede enviar o recibir datos.
Antiguamente,
esta información hacía
posible que el envasado de thinner en los tambores sea automático, pero debido a
16
que el conector de fibra óptica está dañado y ya no existen repuestos, hoy sólo se lo
utiliza para visualizar la masa.
Figura 1. 12 Sistema de pesaje
1.4.3.5
Colocación de tapas
Cuando se verifica que el tambor tenga la masa aceptable se lo retira de la balanza y
se procede a tapar y sellar los dos orificios que tienen los tambores.
1.4.3.6
Estibado y almacenamiento
Luego de haber sellado correctamente el tambor, otro operario lo traslada haciéndole
rodar manualmente hasta la primera zona de almacenamiento en donde los ubica
sobre paletas de madera. Se coloca 4 tambores en cada paleta y todo en forma
manual, lo cual implica un gran esfuerzo físico por parte del operario.
17
Figura 1.13 Traslado de tambores llenos
Figura 1.14 Maniobra para subir el tambor a la paleta
Generalmente, un lote de producción consiste
en envasar
158 tambores y es
realizado por dos operadores en 8 horas, incluyendo el tiempo para la recirculación.
1.4.3.6.1
Paletas
Las paletas utilizadas en ésta área son estructuras de madera que tienen 1,14 m de
largo y 1,14 m de ancho en su mayoría; aunque existen otras cuyas dimensiones
son: 1,2 x 1,14 m y otras de 1,2 x 1,2 m. La altura también es variable siendo su valor
18
máximo 0,15 m. Sobre éstas paletas se coloca los tambores, lo cual facilita el
traslado de los mismos a través de los montacargas.
Figura 1.15 Paleta de madera
De esta primera zona de almacenamiento, utilizando un montacargas, las paletas
son llevadas a una segunda zona para almacenar en dos o tres niveles, o también
son llevadas directamente a los camiones.
1.4.3.7
Transporte
Los tambores son transportados a los camiones o tráileres mediante montacargas.
Cuando los camiones son cerrados, solo se coloca tambor, sobre tambor, mientras
que en los tráileres los tambores se los coloca sobre las paletas.
1.4.4
CONEXIÓN A TIERRA
Debido a la electricidad estática que se produce al fluir el thinner por la tubería, así
como al caer el mismo en el interior de los tambores al momento del llenado; el
operador, antes de prender la bomba para envasar cada tambor tiene que conectarlo
a tierra, lo cual lo hace con una pinza metálica. Todas las tuberías, así como los
rodillos por los cuales circulan los tambores vacíos están conectadas a una malla de
tierra.
19
1.4.4.1
Electricidad estática en el trasvase de líquidos inflamables
La generación de cargas electrostáticas es un fenómeno natural, asociado a la propia
estructura atómica de la materia, que se produce como resultado del movimiento
relativo entre dos superficies en contacto, generalmente de sustancias diferentes,
tanto líquidas como sólidas, una de las cuales, o las dos, no es buena conductora de
la electricidad. Dos son los procesos fundamentales de formación de las cargas: el
contacto-separación de sustancias y la fricción.
La magnitud de la carga depende principalmente de la velocidad de separación y/o
fricción de los materiales y de su resistividad eléctrica.
Otros parámetros, tales como el estado de oxidación de la superficie de frotamiento,
la presencia de agua no miscible y partículas como óxido de hierro, la naturaleza de
los metales de recipientes y tuberías, la influencia de la temperatura, etc. tienen
también su importancia sobre la generación de cargas y su polaridad.
Cuando cuerpos conductores están separados por un aislante o incluso por el aire
constituyen un condensador al quedar cargados uno con una carga positiva y otro
con otra carga igual pero negativa. Al establecer una vía conductora se libera tal
energía almacenada descargándose y produciendo posiblemente una chispa. Es
esta recombinación brusca mediante chispa de las cargas separadas que constituye
el riesgo.
Para que se produzcan incendios o explosiones deberán cumplirse conjuntamente
las tres siguientes condiciones:
!
La existencia de una mezcla combustible o comburente susceptible de
explosión o incendio por encontrarse dentro de su rango de inflamabilidad.
20
!
La acumulación de una carga electrostática lo suficientemente alta para crear
una diferencia de potencial generadora de chispa.
!
La producción de la descarga electrostática (chispa) iniciadora, de energía
suficiente para inflamar una mezcla peligrosa.
1.4.4.2
Formación y acumulación de la electricidad estática
Básicamente, las cargas se generan:
!
Al fluir el líquido por una canalización y a través de filtros, válvulas o bombas.
!
Al salir el líquido proyectado a través de la boca de impulsión.
!
Al caer el líquido en el interior de recipientes para su llenado, con el
consiguiente movimiento sobre las paredes, generando turbulencias y
salpicaduras.
!
Al removerse el líquido en el recipiente contenedor ya sea en operaciones de
transporte o de agitación y mezcla.
Figura 1.16 Formación de la electricidad estática: a) Flujo en tuberías, b)
Pulverización o aspersión, c) Llenado de recipientes a chorro libre, d) Agitación
21
En esta generación de cargas son factores determinantes la resistividad del fluido y
la velocidad de trasvase, aunque también son aspectos importantes la forma y el
sistema de llenado de los recipientes.
En este proceso de envasado se tiene formación de carga estática por el flujo de
thinner a través de la tubería y también por el método de llenado en los tambores.
Además de la fricción producida por los tambores vacíos al ser transportados sobre
las rieles.
1.5 ERGONOMÍA EN EL PROCESO
La ergonomía es el estudio del comportamiento del hombre en su ambiente de
trabajo y tiene por objeto adaptar el entorno de vida y trabajo al hombre para su
mayor y mejor bienestar y calidad de vida.
1.5.1 RIESGO ERGONÓMICO
Son aquéllos riesgos relacionados con el esfuerzo físico y postural. También
llamados carga física y pueden ser:
!
Manejo manual de cargas
!
Movimientos repetitivos
!
Posturas en el trabajo
!
Las demandas físicas del trabajo
La carga física puede ser descompuesta en carga estática y carga dinámica.
La carga estática está relacionada con las posturas de trabajo y la actividad
isométrica de los músculos, por lo tanto tiene que ver con los riesgos de lesión
muscular por sobreesfuerzos.
22
La carga dinámica se refiere a la actividad física y está estrechamente relacionada
con el gasto energético.
En el proceso actual de envasado de thinner, el índice de riesgo por sobreesfuerzo o
carga estática es 5 y el índice de carga dinámica es 10. Estos valores han sido
calculados por el método de LEST, con el software e–LEST.
1.6
PROPUESTAS DE SOLUCIÓN
1.6.1 PROPUESTAS PARA MEJORAR LAS CONDICIONES DE TRABAJO
Las siguientes son propuestas planteadas para disminuir el esfuerzo físico que el
operario realiza al trasportar los tambores llenos; con las cuales se trata de utilizar en
lo posible, materiales existentes en la planta.
1.6.1.1
Primera alternativa
Utilizar rieles y rodillos existentes en la planta, en una longitud de 10 m y colocadas
con cierta inclinación. Los rodillos miden 70 cm de ancho y las paletas tienen un
ancho mínimo de 1,14 m; por lo que
será necesario usar dos bandas para cada
paleta.
En vista de que no existe suficiente espacio ni rieles, éstas serán compartidas por
dos paletas y sólo se colocarán 6 bandas, como se observa en la Figura 1.17.
Los rieles al estar inclinados, permitirán que una vez llenos los 4 tambores de cada
paleta, al ser empujada resbale sobre los rodillos hasta el extremo final, quedando
ya almacenados.
23
Los rieles ocuparán la primera zona de almacenamiento, en un área necesaria para
almacenar 40 paletas o 160 tambores que corresponde a un lote de producción
diaria.
Se utilizará seguros mecánicos para sostener las paletas durante el momento del
llenado y también al final de las bandas para detenerlas. Una vez que
se ha
terminado de envasar el lote, las paletas serán trasladadas mediante los
montacargas.
Rieles
Paletas
Figura 1.17 Ubicación de rieles para transporte de paletas
1.6.1.2
Segunda alternativa
Dejar de utilizar las paletas y envasar directamente sobre los tambores colocados en
las bandas, las mismas que estarán inclinadas, de tal manera que circulen los
tambores llenos, luego de ser tapados y sellados.
Se colocarán 2 bandas por cada punto de llenado, es decir, se tendrá diez bandas de
12 m aproximadamente para que se pueda almacenar los 160 tambores.
24
Figura 1.18 Ubicación de rieles para transporte de tambores
Los 10 rieles terminarán en dos salidas para el transporte hacia los camiones, al final
de estas dos rieles se tendrá un elevador hidráulico, para subir los tambores sobre
los camiones.
1.6.1.3
Tercera alternativa
Utilizar una carretilla hidráulica manual o eléctrica para mover las paletas con los
tambores llenos.
a.
b.
Figura 1.19 Carretilla hidráulica: a) Manual, b) Eléctrica.
25
1.6.2 PROPUESTA PARA EL ENVASADO
Para mejorar el tiempo de envasado se tiene dos posibilidades:
1.6.2.1
Incremento del caudal
Al incrementar el caudal, incrementa la producción, ya que, cada tambor se llenaría
en menor tiempo. Para conseguir este objetivo se plantearon las siguientes
alternativas:
!
Aumentar la capacidad de la bomba, así como el diámetro de la tubería.
Tomando en cuenta el recorrido, el material y diámetro de tubería,
se
determinó que la tubería no soportaría la presión del líquido.
! Utilizar otra bomba de características similares a la existente con su respectiva
tubería, teniendo así dos surtidores de iguales características de caudal,
reduciendo el tiempo de envasado de cada tambor a la mitad.
1.6.2.2
Optimización del tiempo de llenado mediante reducción o eliminación de
tiempos muertos.
Los tiempos muertos se reducen o se eliminan al tener un envasado continuo, y esto
se consigue al tener varios surtidores, ya que, mientras un tambor se está
envasando, el operador puede encargarse de tapar y sellar un tambor ya envasado;
reduciendo así el tiempo promedio del proceso de envasado.
Los siguientes son métodos que podrían medir el volumen de thinner a envasarse,
utilizando varios surtidores.
26
1.6.2.2.1 Método utilizando un flujómetro
Consiste en tener un flujómetro y a continuación de éste, ramificaciones con su
respectiva válvula de control. Dependiendo de la activación de cada válvula, se
envasaría a su respectivo tambor.
Las válvulas serán controladas desde un PLC, el mismo que las activará
dependiendo de la señal emitida por el flujómetro, el cual se ajustará para que en
cada tambor se envase 50gl de thinner. El costo de esta alternativa es
aproximadamente 27000 dólares.
Figura 1.20 Envasado con flujómetro.
1.6.2.2.2 Método utilizando sensores de nivel
Medir nivel directamente en los tambores no es posible, debido a que no se puede
ubicar físicamente al sensor de nivel, ya que el tambor solo tiene dos orificios en la
parte superior, el uno de 2” y el otro ½”; además de que los tambores son diferentes
en su diámetro.
27
Por tal motivo se propuso construir tanques fijos, para primero llenar a éstos y luego
trasvasar su contenido a cualquier tambor, utilizando para cada tanque un sensor de
nivel.
Figura 1.21 Envasado con sensores de nivel.
Cada tanque tendrá una tubería de carga y descarga y una válvula de control
correspondiente a cada tubería. De igual forma, éstas serán controladas por un PLC
dependiendo de las señales de los sensores de nivel. El costo para ésta alternativa
tiene un valor de 29000 dólares.
1.6.2.2.3 Método utilizando sistema mecánico
El volumen máximo al cual se puede llenar un recipiente con un líquido está
restringido por la altura del mismo; es decir, que un recipiente no se puede llenar
más de lo que permite su altura. Si éste recipiente tiene un orificio en su pared, el
volumen al cual se va a llenar, está determinado por la altura en el que está ubicado
dicho orificio.
Basados en este principio se construirá un tanque, de tal manera que
mecánicamente se pueda controlar la altura del orificio y por ende el volumen del
líquido a ser envasado.
28
Figura 1.22 Envasado regulando altura de llenado mecánicamente.
De igual forma, se tendrá algunos surtidores, y como en el caso anterior, se
colocarán válvulas para la carga y descarga de éstos tanques. Estas válvulas serán
controladas desde el PLC. Puesto que no se tiene un sensor, se prevé accionarlas
por tiempos, tomando en cuenta el caudal y la capacidad de la bomba. El costo para
ésta alternativa es aproximadamente de 24000 dólares.
1.7
ANÁLISIS DE PROPUESTAS
Con respecto a las propuestas para mejorar la ergonomía, el uso de bandas
compartidas fue descartado debido a que implicaba el uso de paletas de un modelo
exclusivo, que a más de ser más pesadas, presentaba dificultad para almacenar en
dos o tres niveles. Además de los inconvenientes que tendría el montacargas para
retirar las paletas ubicadas sobre los rieles.
Como se señaló anteriormente, esta es una zona peligrosa,
en donde se debe
utilizar equipos a prueba de explosión o intrínsecamente seguros, los cuales son
más costosos que equipos para zonas no explosivas, razón por la cual se descartó el
uso de sensores de nivel o flujómetro.
29
Debido al presupuesto limitado se decidió implementar la medición de nivel del
tanque con el sistema mecánico, y para hacer del proceso un sistema continuo y
disminuir considerablemente el esfuerzo físico del operador, la mejor alternativa es
utilizar el sistema de rieles individuales y el elevador, el mismo que se describirá
como diseño, mas no se implementará al momento, debido al alto costo de los rieles
y el elevador.
En el siguiente capítulo se describirá detalladamente el sistema implementado para
el envasado, y en el tercer capítulo se presenta el diseño para mejorar la ergonomía.
CAPÍTULO 2
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL PROCESO
31
CAPITULO 2
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL PROCESO
2
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL
El sistema consiste en tener 5 tanques ubicados a 3 m del suelo en los cuales se
realizará la medición de la cantidad de thinner, y bajo estos se tiene los tambores a
envasar. El thinner se succiona mediante una bomba B1 del tanque MEGALOTE,
denominada bomba de carga, hacia cada uno de los tanques, para luego ser
trasvasado hacia los tambores.
Figura 2.1 Envasado de Thinner.
Los tanques se llenan uno a uno continuamente desde el tanque 1 al 5. Una vez que
el primero tenga el volumen requerido comienza a llenarse el siguiente tanque y a su
vez el contenido del primer tanque se descarga al tambor ubicado bajo éste. De la
misma forma, cuando se termine de llenar el tanque 2, se comienza a llenar el
tanque 3, y al mismo tiempo el tanque 2 comienza a descargarse en el tambor bajo
este. Para cuando el tanque 5 esté lleno, el tanque 1 ya se habrá vaciado
completamente; entonces se repite el ciclo, llenando nuevamente el tanque 1.
32
Los tanques están calibrados para envasar volumetricamente 50 galones cada uno.
El diseño del tanque hace que cada vez que se llene exista una cantidad de líquido
que excede el nivel correspondiente a 50 galones. Este thinner excedente es dirigido
a través de una tubería hasta un tanque denominado tanque de Excedentes, para
luego ser bombeado con una bomba B2 hacia el tanque MEGALOTE. En el Anexo
A1 se puede observar el plano general del área de envasado.
2.2 TANQUE PARA LA MEDICIÓN DEL VOLUMEN
La medición de la cantidad de líquido a ser envasado se la hace volumetricamente
por medio de un tanque construido de tal forma que se pueda mecánicamente
regular la altura a la que se llenará.
2.2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE CUBICACIÓN
El volumen de un tanque o recipiente uniforme en toda su estructura es igual al área
de la base por su altura; es decir, si el área es constante el volumen es directamente
proporcional a la altura, entonces, si se aumenta la altura se aumenta el volumen, y
viceversa.
Figura 2.2 Volumen en tanque con desagüe
Para aplicar este principio, el tanque consta con un sistema mecánico que permite
regular la altura a la cual va ser llenado.
33
Figura 2.3 Tanque con sistema mecánico para regular volumen mediante altura
Este sistema mecánico consta de un volante acoplado a una tubería que tiene dos
ventanas u orificios por donde saldrán los excedentes de thinner y está roscada a
otra tubería fija. Si se gira el volante en sentido horario, la tubería se roscará
disminuyendo la altura a la que la ventana se encuentra respecto a la base del
tanque. De la misma forma, si se gira el volante en sentido anti horario, la tubería se
desenroscará haciendo que ésta altura aumente.
2.2.2 VARIACIÓN DEL VOLUMEN DEL THINNER RESPECTO A LA
TEMPERATURA.
En los líquidos el volumen varía con la temperatura y lo mismo ocurre con su
densidad. Cuando aumenta la temperatura, aumenta el volumen y, si no varía la
masa, disminuye el valor de la densidad.
La densidad, también llamada densidad absoluta y masa específica, se define como
la masa por unidad de volumen, que es igual al cociente entre la masa de un cuerpo
(kg) y su volumen (m3).
34
#"
m
V
La densidad es una propiedad que indica el grado de compactación de la materia.
Por ello en las tablas de densidades debe especificarse la temperatura a la que se
determinó cada valor de densidad del líquido. Y si se la mide también hay que tener
en cuenta la temperatura del líquido en el momento de la medición.
2.3 CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE
El tanque está construido herméticamente con una capacidad del 50% más del
volumen envasado en cada tambor; es decir, puede contener alrededor de 76
galones, esto es para evitar posibles regueros y, sobretodo, para que el tanque no se
presurice.
2.3.1 DIMENSIONES
Las dimensiones del tanque para una capacidad de 76 galones son:
Altura = 90 cm
Radio tanque = 32 cm
Diámetro tubería volante = 2” = 5,08 cm
35
Figura 2.4 Dimensiones Tanque
Vtan que " V1 $ Vtubería
V1 " Areabase * altura
2
V1 " ' * %32 cm & * 90 cm
V1 " 289529,2 cm 3
1 l " 1000 cm 3
( V1 " 289529,2 cm 3 *
1l
" 289,5292 l
1000 cm 3
1 gal " 3,7854 l
( V1 " 289,5292 l *
1 gal
" 76,5 gal
3,7854 l
Vtubería " A basetubería * altura
2
Vtubería " ' * %2,54 cm& * 90 cm
Vtuberia " 1824,15 cm 3
1 l " 1000 cm 3
( Vtubería " 1824,15 cm 3 *
1l
" 1,82415 l
1000 cm 3
1 gal " 3,7854 l
( Vtubería " 1,82415 l *
1 gal
" 0,48 gal
3,7854 l
Vtan que " 76,5 $ 0,48 " 76,02 gal
2.3.2 VOLANTE
El volante esta soldado a una tubería de 2” de diámetro, la misma que se acopla a
otra tubería del mismo diámetro fijada al tanque.
36
La tubería fija para acoplarse con la tubería del volante tiene una rosca de 10 cm de
longitud. El orificio de excedentes está ubicado en la tubería del volante a una altura
de 55 cm desde la base del tanque. Así, el volante una vez que este acoplado y
totalmente desenroscado, puede subir hasta una altura de 64 cm, dejando 1 cm para
evitar que se desacoplen las tuberías.
a.
b.
Figura 2.5 a) Corte de tanque,
b) Dimensiones de la tubería y ventana de
excedentes.
Para una altura de 55 cm se tiene:
Vtan que " V1 $ Vtuberia
V1 " base * altura
2
V1 " ' * %32 cm & * 50 cm
V1 " 160849,5 cm 3
1 l " 1000 cm 3
( V1 " 160849,5 cm 3 *
1 gal " 3,7854 l
1l
" 160,8495 l
1000 cm 3
37
( V1 " 160,8495 l *
1 gal
" 42,5 gal
3,7854 l
Vtubería " basetubería * altura
2
Vtubería " ' * %2,54 cm& * 50 cm
Vtubería " 1013,41 cm 3
1 l " 1000 cm 3
( Vtubería " 1013,41 cm 3 *
1l
" 1,01341 l
1000 cm 3
1 gal " 3,7854 l
( Vtubería " 1,01341 l *
1 gal
" 0,27 gal
3,7854 l
Vtan que " 42,5 $ 0,27 " 42,23 gal
Para una altura de 64 cm:
Vtan que " V1 $ Vtubería
V1 " base * altura
2
V1 " ' * %32 cm & * 64 cm
V1 " 205887,4 cm 3
1 l " 1000 cm 3
( V1 " 205887,4 cm 3 *
1l
" 205,8874 l
1000 cm 3
1 gal " 3,7854 l
( V1 " 205,8874 l *
1 gal
" 54,4 gal
3,7854 l
Vtubería " basetubería * altura
2
Vtubería " ' * %2,54 cm& * 64 cm
Vtubería " 1297,17 cm 3
38
1 l " 1000 cm 3
( Vtubería " 1297,17 cm 3 *
1l
" 1,29717 l
1000 cm 3
1 gal " 3,7854 l
( Vtubería " 1,29717 l *
1 gal
" 0,35 gal
3,7854 l
Vtan que " 54,4 $ 0,35 " 54,05 gal
Lo que significa que se puede variar la cantidad a la que se va llenar el tanque desde
un volumen de 43 hasta 54 galones aproximadamente.
Para el envasado de thinner la cantidad a ser llenada será siempre de 50 galones
americanos.
2.3.3 TUBERÍAS
El tanque cuenta con 4 tuberías como se muestra en la Figura 2.6, y son las
siguientes:
Tubería escape de vapores
Volante
Ventana salida de excedentes
Tubería carga de Thinner
Tubería descarga de Thinner
Tubería retorno de excedentes
Figura 2.6 Tuberías de acople de Tanque
39
!
Tubería de carga de Thinner: Esta tubería de 1 ½” es por donde ingresa el
thinner para llenar el tanque, la misma que se acopla a una válvula de asiento
con actuador neumático. Se controla la carga de thinner desde el PLC. A
continuación tiene una válvula de compuerta, para casos de emergencia o
para mantenimiento.
!
Tubería de descarga de Thinner: Esta tubería de 1 ½” es por donde se
descarga el thinner a cada tambor, está acoplada a una válvula de asiento con
actuador neumático, y se controlará la descarga de thinner desde el PLC.
Además cuenta con una válvula de bola para casos de emergencia o para
mantenimiento.
!
Tubería de retorno de excedentes: Esta tubería es la continuación de la
tubería fija que se acopla a la tubería del volante, y es por donde los
excedentes de thinner retornan hacia un tanque llamado Tanque de
Excedentes para luego ser regresados al MEGALOTE. Esta tubería es de 2 “.
!
Tubería de escape de vapores: Es la tubería por donde fluyen los vapores que
se generan al momento de llenar los tanques, y también retornan al Tanque
de Excedentes. Esta tubería es de 1 ½” y es para que en caso de que la
válvula de carga no se cierre, el tanque no se presurice y tenga un escape
para evitar regueros.
El diagrama completo del tanque se puede ver en el Anexo A2, y la ubicación de los
mismos en el área de envasado se puede observar en la foto (a) del Anexo E.
2.4 SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL
2.4.1 SELECCIÓN DE LAS VÁLVULAS
Al seleccionar las válvulas para este proceso, uno de los aspectos más importantes
que se tomó en cuenta fue que el tipo de empaque de la válvula sea resistente al
thinner. Las válvulas utilizadas para permitir el paso de thinner para la carga y
40
descarga de los tanques son Válvulas de Asiento en Ángulo de operación neumática
normalmente cerradas.
Figura 2.7 Válvula de asiento en ángulo
Característica del cuerpo de la Válvula:
!
Material del cuerpo de la válvula: Acero inoxidable
!
Válvula: De asiento de ángulo
!
Rosca NPT de 1 ½”
!
Presión Nominal de 235 PSI
!
Temperatura de fluido de -22 °F a 338 °F
!
Viscosidad de fluido máxima de 600 mm2/s
!
Empaques: Teflón (especial para solventes)
Características del accionamiento Neumático:
!
Pistón de 3”
!
Presión de accionamiento de 50 a 150 PSI
!
Indicador de posición
Las características de ésta válvula se puede encontrar con más detalle en el Anexo
B2.
41
Figura 2.8 Partes de la válvula de asiento de ángulo
Estas válvulas son controladas por un PLC mediante válvulas neumáticas de
accionamiento eléctrico.
2.4.2 SELECCIÓN DE BOMBAS
En el nuevo sistema de envasado se utilizó dos bombas: una para retornar los
excedentes de thinner y la otra para el llenado de los tanques. Para succionar el
thinner del MEGALOTE y llevarlo por tuberías a cada uno de los tanques se emplea
la misma bomba utilizada en el sistema anterior, la cual fue mencionada en el
capítulo 1.
Para retornar el thinner desde el tanque de residuos hacia el MEGALOTE se usa una
bomba también centrífuga y de 1 HP. Esta bomba también ya estuvo instalada en la
planta y es la que se utiliza para llenar tambores desde el tanque MQ – 55. Para
poder utilizarla en el nuevo sistema se colocó la tubería y válvulas necesarias.
42
2.4.3 SELECCIÓN DEL PLC
El PLC se escogió tomando en cuenta los siguientes parámetros:
El voltaje disponible en la planta es de 210/121 VAC.
Número de entradas y salidas digitales requeridas
Salidas digitales:
10 válvulas electro-neumáticas
2 bombas
5 visores neumáticos
1 motor
Entradas digitales: 8 pulsantes neumáticos
1 pulsante neumático tipo hongo
Es decir que se requería de mínimo 18 salidas y 9 entradas digitales. Además, se
tomó en cuenta el presupuesto asignado para este proyecto que fue de 20.000
dólares. Por este motivo se usó un PLC marca WAGO, cuyos módulos principales
se describen a continuación. Las características técnicas del PLC se pueden
encontrar en el Anexo B1.
2.4.3.1
CPU con módulo Ethernet
Controlador de bus de campo programable Ethernet 750-841 que tiene las siguientes
características.
!
Interfaz Fieldbus con conexión a bus.
!
Elementos indicadores (LED’s) para indicar el estado de operación del módulo
y señales de falla, estado de operación del voltaje, estados de funcionamiento
de la comunicación.
!
Puerto de interfaz para programación y configuración.
!
Operación en modo switch
43
!
Electrónica para comunicación con los módulos I/O (internal bus) y la interfaz
Fieldbus.
Figura 2.9 PLC WAGO 750-841
2.4.3.2
Entradas digitales
Son módulos de 4 entradas digitales como se puede observar en la F i g u r a 2.10, de
serie 753-402 y tienen las siguientes características:
!
Número de entradas digitales: 4
!
Filtro de entrada: 3 ms 0.2 ms
!
Voltaje de entrada vía contactos jumper: DC 24V (-15% / +20%)
!
Corriente de entrada (interna): 5 mA máx.
!
Temperatura de operación: 0 ° C a +55 ° C
44
Figura 2.10 Módulo de entradas digitales.
2.4.3.3
Salidas digitales
Son módulos de 4 salidas digitales de serie 753-504 y tienen las siguientes
características:
!
Número de salidas digitales: 4
!
Voltaje de salidas vía contactos jumper: DC 24 V (-15% / +20%)
!
Corriente de salida (DC)/canal: 0.5 A protegido contra cortocircuitos
!
Corriente de entrada (interna): 15 mA
!
Temperatura de operación: 0 ° C a +55 ° C
Figura 2.11 Módulo de Salidas digitales.
45
2.5 DISEÑO DE TABLEROS
Los tableros contienen todos los dispositivos con los cuales se controlará el proceso.
Para el área explosiva se utilizó un tablero que contiene únicamente elementos
neumáticos llamado Tablero Neumático o Tablero de Control, eliminando así posibles
fuentes de ignición que puedan ocasionar una explosión. Además, se construyeron
dos tableros ubicados en una zona segura, uno para elementos neumáticos y
eléctricos llamado Tablero Electroneumático y el otro únicamente dispositivos
eléctricos denominado Tablero Eléctrico. Ubicación de los tableros se puede
observar en las fotos del Anexo E.
2.5.1 TABLERO ELÉCTRICO
Es un tablero cuyas dimensiones son 40x60x20 cm. Está ubicado en una zona
segura, en la parte posterior del galpón donde se realiza el envasado y a 10 m del
proceso. Contiene los siguientes dispositivos:
!
1 Fuente de 24 VDC
!
1 PLC
!
3 Módulos de entrada
!
5 Módulos de salida
!
18 Relés de 24 VDC
!
1 Disyuntor
!
Borneras de conexión
46
PLC
C A N A L E T A
Borneras
C A N A L E T A
FUENTE
BORNERAS
BORNERAS
DISYUNTOR
C A N A L E T A
C A N A L E T A
Relés 24VDC
C A N A L E T A
Figura 2.12 Distribución Tablero Eléctrico
2.5.1.1
Fuente de 24 VDC
La fuente de 24 VDC alimenta al PLC, a los relés de 24 VDC y a las bobinas de las
válvulas electroneumáticas.
Las características de la fuente son:
!
V out = +24 VDC y – 24 VDC
!
I out max = 5 A
!
Potenciómetro para regular V out de 22 VDC a 26 VDC
47
2.5.1.2
Relés de 24 VDC
Existen 18 relés utilizados para proteger los módulos de salida del PLC, en especial
las salidas con las cuales se encienden y se apagan las bombas. La distribución de
los relés es la siguiente:
!
10 Relés para activar las bobinas de las válvulas electroneumáticas,
correspondientes a las válvulas de carga y descarga de thinner.
!
2 Relés para activar el encendido y apagado de las bombas del MEGALOTE y
MQ-55.
!
1 Relé para el control de la banda transportadora.
!
5 Relés para la operación de las bobinas de las válvulas electroneumáticas,
correspondientes a los visores neumáticos.
Las características de los relés son:
!
Voltaje de bobina: 24 VDC
!
Voltaje máx. de los contactos: 115-230 VAC
!
Corriente máx.: 10 A
2.5.1.3
Disyuntor
Elemento de protección de 1 A, el mismo que protege a todo el sistema eléctrico
utilizado en los tableros:
!
Fuente del PLC
!
Contacto de Relés
!
Bobinas de válvulas electroneumáticas
48
2.5.2 TABLERO ELECTRONEUMÁTICO
En caso de existir alguna fuga de aire, se separó la parte neumática del PLC, ya que
el sistema de aire que utiliza Pinturas Cóndor es muy húmedo, de ser el caso puede
mojar al PLC, provocando daños. Por lo tanto, se colocó todos los elementos
electroneumáticos en un solo tablero de dimensiones 60x60x20 cm. Además,
tener partes eléctricas se lo ubicó también en un área segura.
Los dispositivos que contiene el Tablero Electroneumático son los siguientes:
!
10 válvulas electroneumáticas 5/2
!
5 válvulas electroneumáticas 3/2
!
9 Convertidores neumático – eléctrico
!
2 Manifolds
!
1 Unidad de mantenimiento
!
Silenciadores
!
Racores y pasamuros
!
Borneras
C ONVERTIDORES
NEUMÁTICO – ELÉCTRICOS
VÁLVULAS
Unidad de
Mantenimiento
3/2
VÁLVULAS
5/2
VÁLVULAS
5/2
C A N A L E T A
BORNERAS
C A N A L E T A
C A N A L E T A
C A N A L E T A
Figura 2.13 Distribución Tablero Electroneumático
por
49
2.5.2.1
Válvulas electroneumáticas 5/2
Las señales del PLC son enviadas hacia las bobinas de las válvulas
electroneumáticas 5/2, que no son más que válvulas neumáticas con actuador
eléctrico. Estas válvulas, a su vez, controlan el encendido y apagado de las válvulas
de asiento de carga y descarga de thinner.
En total se tiene 10 válvulas neumáticas 5/2 cuyas características son:
!
V bobina = 24 VDC
!
I bobina = 21 mA
!
Rango de presión = 0,2 – 0,7 MPa
!
Racores con conexión ¼ , tubo 8 mm
!
Incluye accionamiento manual = Pulsador sin enclavamiento
!
Protección = IP65
Figura 2.14 Válvula neumática 5/2 con actuador eléctrico
2.5.2.2
Válvulas electroneumáticas 3/2
De igual forma, estas válvulas son controladas desde el PLC y a su vez éstas
controlan a los 5 visores neumáticos, ubicados en el área de envasado.
50
Las características de las válvulas 3/2 son:
!
V bobina = 24 VDC
!
I bobina = 21 mA
!
Rango de presión = 0,2 – 0,7 MPa
!
Racores con conexión ¼, tubo 8 mm
!
Incluye accionamiento manual = Enclavamiento con mando giratorio
!
Protección = IP65
Figura 2.15 Válvula neumática 3/2 con actuador eléctrico
2.5.2.3
Convertidor neumático-eléctrico
El convertidor neumático N/E PE-1/8 es un presóstato, el cual cierra un contacto o
conmutador cuando la presión de aire es mayor a 2 bar y se abre cuando la presión
es menor a 0,5 bar. La conexión neumática es G1/8 y el conmutador soporta de 12 a
250 VDC/VAC. Estos dispositivos permiten que la señal neumática proveniente de
los pulsadores sea convertida en una señal eléctrica que es recibida por el PLC para
controlar el proceso.
Los pulsadores del Tablero Neumático activan a estos conversores para dar aviso al
PLC para la operación del sistema.
51
Figura 2.16 Convertidor neumático – eléctrico
2.5.2.4
Manifold 6 posiciones para válvula 5/2
Es una placa base de 6 posiciones, cuyas dimensiones 12x6x2 cm que permiten un
diseño compacto, tanto para la ubicación de las válvula 5/2 como para la instalación
en el tablero.
Figura 2.17 Manifold 6 posiciones
Consta de 3 vías EA, P, y EB; para racores de conexión de 3/8, la vía central P es la
fuente de aire, mientras que las dos vías de los extremos EA y EB son escapes de
aire, por lo que se debe colocar silenciadores para reducir el ruido al momento de la
operación de la válvulas.
52
2.5.2.5
Silenciadores
Silenciador tipo compacto AN200-02, para reducción de ruidos superior a 25 dB,
conexión de 3/8, y presión de trabajo de 1 MPa.
Figura 2.18 Silenciador Neumático
2.5.2.6
Unidad de mantenimiento
Para incrementar la vida útil de los elementos neumáticos, se colocó una unidad de
mantenimiento compuesta de un Filtro regulador y un lubricador
Figura 2.19 Unidad de Mantenimiento
53
2.5.2.7
Racores
Utilizados para la conexión con las válvulas 5/2 y 3/2, y salida para manguera de 6
mm y 8 mm, los cuales permiten una conexión fácil y rápida con las mangueras.
a)
b)
Figura 2.20 Racores a) Racor en L, b) Racor recto
2.5.2.8
Pasamuros
Racor que permite ubicar en la pared del tablero una unión para la conexión entre el
interior y el exterior del tablero para los elementos neumáticos.
Figura 2.21 Pasamuros
Los diagramas de salidas y entradas del PLC con su respectiva nomenclatura se
puede observar en el Anexo A3, y en el Anexo A4 se presenta el diagrama de
conexiones entre las válvulas y relés.
54
2.5.3 TABLERO NEUMÁTICO
El tablero neumático está ubicado en el área de envasado, en el cual se encuentran
los elementos de maniobra para operar el proceso de envasado, y visores
neumáticos para indicar el estado del proceso.
PULSANTE
TIPO HONGO
PULSANTES
VISORES
Figura 2.22 Tablero Neumático
2.5.3.1
Elementos de maniobra
Los elementos de maniobra son pulsadores neumáticos, que cada vez que son
presionados envía una señal al convertidor neumático-eléctrico para poder ser
interpretada por el PLC.
Figura 2.23 Pulsadores neumáticos
55
Estos pulsadores son acoplados a una válvula neumática 3/2 de accionamiento
manual, especialmente diseñadas para montaje en panel.
Figura 2.24 Válvula neumática 3/2 de accionamiento manual
Las características de los pulsantes son las siguientes:
!
Presión de funcionamiento [bar]: –0,95 ... +8
!
Fuerza de accionamiento a 6 bar [N] :12
!
Conexión neumática: M5
2.5.3.2
Visores
El tablero dispone de 5 visores neumáticos o indicadores ópticos accionados con
aire. Se tiene un visor por cada fila, los cuales indican las diferentes etapas de
llenado de tanques y tambores.
Características:
!
Construcción: Principio de reflexión
!
Color de la indicación: Verde
!
Margen de presión: 150 – 800 kPa (1.5 – 8 bar)
56
Figura 2.25 Indicador óptico
2.5.4 CONEXIÓN A TIERRA
El tablero neumático y electro-neumático están conectados a una de las mallas de
tierra que dispone Pinturas Cóndor, malla a la cual también se conecta toda la
tubería y las pinzas con las que se aterriza a los tambores cuando son envasados.
Todos estos son equipos o elementos utilizados para el control del proceso, en los
siguientes capítulos se describirá el programa del PLC así como también la interfaz
hombre – máquina, que permita, mediante un computador, supervisar y llevar un
registro del proceso de envasado de thinner.
CAPÍTULO 3
DISEÑO DE LAS MEJORAS ERGONÓMICAS
58
CAPITULO 3
DISEÑO DE LAS MEJORAS ERGONÓMICAS
Como se explicó en el Capítulo 1, el operador realiza un gran esfuerzo físico al
trasladar los tambores desde el lugar donde son llenados hasta el área de
almacenamiento.
Esté capítulo describe el diseño que se debe implementar para que el operador
realice una actividad sin tener riesgos físicos, evitando que sufra un accidente
laboral.
3
3.1 SISTEMA CON BALANZA O SISTEMA ANTIGUO
En el sistema con balanza el operador tiene que mover o trasladar, tanto el tambor
lleno así como la paleta de madera, para su almacenamiento. Para esto realiza las
actividades descritas a continuación.
3.1.1 TRASLADO DE LAS PALETAS DE MADERA
La paleta de madera tiene una masa entre 15 y 20 kg, dependiendo del tamaño y
del estado de la madera, ya que, una madera recién cortada es más húmeda y por
lo mismo tiene mayor masa que una madera seca.
Las paletas son transportadas una sobre otra por un montacargas hasta la zona
de envasado de thinner. Son ubicadas formando una torre de aproximadamente
2 m de altura como se muestra en la Figura 3.1
El número de paletas a trasladar para un lote, son de 40 paletas, sobre las cuales
se ubican 4 tambores por paleta.
59
Figura 3.1 Paletas de madera ubicadas en la zona de envasado
Una vez que el montacargas deja las paletas, el operador realiza los siguientes
movimientos:
a. Bajar la paleta (paletas ubicadas en la cima de la torre de paletas)
b. Chequear que la paleta esté en buen estado
c. Llevar la paleta unos 20 m, esto lo hace, arrastrando la paleta o cargando la
paleta.
d. Ubicar la paleta ordenadamente para almacenar la mayor cantidad de
tambores posibles.
3.1.2 TRASLADO DE LOS TAMBORES LLENOS
El tambor lleno tiene un peso promedio aproximado de 170 kg, un diámetro de
56 cm y una altura alrededor de 90 cm. Para llevar un tambor hasta el sitio de
almacenamiento, el operador realiza los siguientes procedimientos:
a. Halar el tambor de la parte superior hasta tener una inclinación de manera
que el tambor esté en equilibrio; es decir, que no regrese a la posición de
reposo o no le gane el peso al operador.
60
b. Hacer girar al tambor, utilizando la parte superior como una especie de
volante para que la parte inferior se mueva como una rueda, como se indica
en la Figura 3.2(a).
c. Una vez que ha llegado hasta la paleta, debe ubicar el tambor sobre ésta.
Para ello, con el tambor inclinado deja caer el borde levantado sobre el filo
de la paleta y luego lo empuja hasta que quede totalmente sobre la paleta,
como se indica en la Figura 3.2 (b).
d. Finalmente, el operador tiene que acomodarlos y distribuirlos, de tal forma
que quepan 4 tambores y
no exista riesgo de que se caigan al momento
de ser transportados por los montacargas. Esto se consigue halando o
empujando el tambor sobre la paleta.
a)
b)
Figura 3.2 Movimiento al trasladar tambor lleno: a) Gira, b) Empuja sobre paleta
Un lote contiene 158 tambores, lo que quiere decir que el operador tiene que
realizar todos los pasos anteriores 158 veces al día, esta actividad es la que ha
61
ocasionado lesiones a los operadores y es el problema que se busca resolver, con
el diseño que se detallará más adelante.
3.2 EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO
Para determinar cuáles son las condiciones de trabajo, y cómo afectan a la salud
del trabajador se utiliza varios métodos, entre los cuales se destacan: LEST,
RENAULT, FAGOR, EWA y ANACT.
El método que se utilizó para realizar la evaluación ergonómica del puesto de
trabajo de envasado de thinner es el método LEST, el mismo que se describe a
continuación.
3.2.1 MÉTODO LEST
El método LEST1 consiste básicamente en una guía de observación de uso
relativamente simple y rápido, que permite recopilar algunos datos sobre los
diversos elementos de las condiciones de un puesto de trabajo, para establecer un
diagnóstico.
En general, este método se aplica a puestos fijos del sector industrial poco o nada
cualificados y trabajos en cadena. Este método no se recomienda emplear para
evaluar puestos en que las condiciones físicas varían continuamente, como es el
caso de trabajadores de mantenimiento o la construcción.
Para determinar el diagnóstico, el método considera 16 variables agrupadas en 5
aspectos (dimensiones): entorno físico, carga física, carga mental, aspectos
psicosociales y tiempo de trabajo, como se puede ver en la Tabla 3.1
_______________________________________________________________________________
1
CHINER DASÍ, Mercedes. Laboratorio de Ergonomía. Ediciones Alfaomega.
2004
62
Dimensión
A. ENTORNO FISICO
B. CARGA FISICA
Variables
- Ambiente térmico
- Ruido
- Iluminación
- Vibraciones
- Estática
- Dinámica
C. CARGA MENTAL
- Presión de tiempos
- Atención
- Complejidad
- Minuciosidad
D.
ASPECTOS - Iniciativa
PSICOSOCIALES
- Comunicación
- Relación con el mando
- Status social
- Identificación del producto
E. TIEMPO DE TRABAJO - Cantidad y organización del tiempo de trabajo.
Tabla 3.1 Dimensiones y variables consideradas en la implementación del método
La evaluación se basa en las puntuaciones obtenidas para cada variable y
dimensión. La valoración obtenida oscila entre 0 y 10 y la interpretación de dichas
puntuaciones se realiza según la Tabla 3.2.
0, 1, 2
3, 4, 5
Situación satisfactoria
Débiles molestias. Algunas mejoras podrían
aportar más comodidad al trabajador
6, 7
Molestias medias. Existe riesgo de fatiga.
8, 9
Molestias fuertes. Fatiga
10
Nocividad
Tabla 3.2. Sistema de puntuación del método LEST
Esta valoración se presenta en forma de histograma, permitiendo tener una visión
rápida de las condiciones de trabajo y establecer así un primer diagnóstico.
63
Conociendo cuáles son los elementos más desfavorables de las condiciones de
trabajo en forma globalizada, se pueden establecer prioridades a la hora de
intervenir sobre los distintos factores observados.
Los resultados obtenidos aplicando el método L.E.S.T en la evaluación de las
condiciones de trabajo en el proceso de envasado de thinner utilizando la balanza,
determinaron que la carga estática tiene una valoración de 5 y la carga dinámica
tiene una valoración de 10. Según la tabla anterior, el llevar los tambores llenos y
colocarlos sobre las paletas manualmente, es una actividad nociva.
Es por este motivo que se realizó el siguiente diseño para movilizar los tambores
luego de ser llenados.
3.3 DISEÑO
PARA
TRASLADAR
TAMBORES
UTILIZANDO RIELES CON RODILLOS
LLENOS
El siguiente diseño reduce los riesgos físicos en el proceso de envasado de
thinner, ya que el operador no tiene que realizar ninguno de los movimientos antes
mencionados.
En el Capítulo 2 se explicó la forma de envasado, cuyo complemento es el
traslado de tambores llenos. Se ve que para obtener un envasado continuo, es
necesario mejorar la manera en la que se transporta los tambores una vez que
son envasados.
El diseño para trasladar los tambores implica ocupar la zona de almacenamiento
en donde se colocará 2 filas de rieles por cada surtidor. Como se tiene 5
surtidores, se colocará 10 filas de rieles. El inicio de cada riel estará bajo los
surtidores, mientras que el final de cada riel se unirá a un riel transversal. Los
rieles tendrán una leve inclinación para que los tambores envasados circulen por
el riel sin necesidad de utilizar bandas transportadoras, como se indica en la
64
Figura 3.3. Estos rieles con rodillos se los conoce como “Transportador de rodillos
por gravedad”.
Al tener los rieles y rodillos colocados de esta forma, el operario, una vez que el
tambor está lleno y sellado, lo hace deslizar sobre los rodillos y al mismo tiempo
lo deja almacenado. Con esto se disminuye el gran esfuerzo físico del operador y
se ahorra tiempo en el proceso.
Además, para la empresa representaría un
ahorro económico el dejar de utilizar paletas de madera y uso de montacargas.
Al final del riel transversal, se tendrán dos rieles para el transporte hacia los
camiones, para lo cual se colocará un elevador hidráulico, para subir los tambores
sobre los camiones. El elevador hidráulico no se explicará, ya que no forma parte
de los alcances de éste proyecto.
Rieles de
diseño
Tanques
Riel de
sistema
antiguo
Balanza
sistema
antiguo
Figura 3.3 Diseño del sistema de rieles y rodillos
65
3.3.1 TRANSPORTADOR DE RODILLOS POR GRAVEDAD
Los transportadores de rodillos por gravedad son usados para transportar
paquetes en líneas permanentes o temporales en actividades de almacenaje,
embarque, ensamble, etc.
Los transportadores de rodillos por gravedad menores a un diámetro de 1” son
usados para transportar paquetes. También hay para cargas pesadas que no
requieren transportadores motorizados, los cuales se utilizarán para el transporte
de los tambores envasados.
Existe un gran número de variables que permite llegar a escoger el rodillo
transportador requerido para un proceso determinado. Entre las más importantes y
comunes se tienen:
!
Material a manejar: Características, temperatura, etc.
!
Capacidad y peso.
!
Distancia de transporte.
!
Niveles de transporte.
!
Interferencias, limitaciones, apoyos.
!
Función requerida del medio transportador.
!
Condiciones ambientales.
!
Recursos energéticos.
!
Recursos financieros (presupuestos).
!
Clasificación de usuarios y tiempo de utilización.
De las cuales para este diseño se tomaron en cuenta las siguientes variables:
!
Material a manejar
!
Capacidad y peso
!
Distancia de transporte
!
Recurso financiero
66
3.3.1.1
Características del transportador de rodillos a utilizar
Los transportadores de rodillos constan principalmente del riel o estructura de
soporte y los rodillos.
Un riel o estructura de soporte, es la estructura en donde se apoyan los rodillos.
Está compuesta por perfiles tubulares o angulares.
Los rieles a utilizar son construidos con una plancha de hierro galvanizado de 3
mm espesor, perfil angular de 15 mm en forma de “C”, y de 100 mm de alto.
A lo largo del riel y en el centro del mismo, se tiene perforaciones de forma
hexagonal cada 10 cm, para la colocación del eje de los rodillos.
Los rodillos son de 65 cm de largo, 2” de diámetro, y a cada extremo mediante un
rodamiento se tiene acoplado un eje de forma hexagonal para unirlos a los rieles.
Figura 3.4 Transportador de rodillos por gravedad
3.3.1.2
Cálculos de la cantidad de riel requerida
En un lote generalmente se envasa 158 tambores, cada tambor tiene
aproximadamente un diámetro de 56 cm, si se multiplica el número de tambores
por el diámetro de los mismos, se tiene la longitud de riel a utilizar.
67
l riel " )tambor *#.Tambores
lriel " 0,56 m * 158
lriel " 88,48 m
Entonces, la longitud de riel mínima para almacenar un lote de 158 tambores será
de 89 m; pero tomando en cuenta que el lote de producción pudiese aumentar y
que en pocas ocasiones los tambores son de un diámetro un poco mayor, a este
resultado se le multiplicará por un factor del 25%.
lriel " 88,48 m * 1,25
lriel " 110,6 m
Teniendo así una longitud de riel de 111 m para el almacenamiento.
Como se tiene 10 filas de riel, a la longitud de riel se la divide para 10, para
obtener la longitud de cada fila de riel.
l fila $riel "
111 m
10
l fila $riel " 11,1 m
Entonces, cada fila de riel tendrá 11 m de longitud.
El riel transversal al cual se unen todas las filas de riel, es de una longitud igual a
la del ancho del área a utilizarse, esto es 9 m. Por lo tanto, al sumar la longitud de
riel para el almacenamiento de 111 m más el riel transversal de 9 m, se tendrá un
riel de longitud total igual a 120 m.
En cuanto a los dos rieles para el transporte hasta el elevador hidráulico, no se
define todavía debido a que la empresa Pinturas Cóndor debe decidir en donde se
colocará el elevador hidráulico para que los camiones o tráileres tengan un acceso
fácil y adecuado.
68
En base a pruebas experimentales, se determinó que el ángulo de inclinación para
cada riel de 11 m es de 1 grado aproximadamente. Con ésta inclinación el tambor
envasado circula libremente a través del riel y a una velocidad muy baja para que
el tambor no se embale.
Este diseño disminuye el esfuerzo físico realizado durante el proceso de envasado
de thinner, pero lamentablemente no se implementará hasta que Pinturas Cóndor
disponga de los recursos económicos necesarios.
En el siguiente capítulo se describirá el programa del PLC así como también la
interfaz hombre – máquina, que permita, mediante un computador, supervisar y
llevar un registro del proceso de envasado de thinner.
CAPITULO 4
SOFTWARE DE SOPORTE Y DESARROLLO DE LA HMI
70
CAPITULO 4
SOFTWARE DE SOPORTE Y DESARROLLO DE LA HMI
Para la programación del PLC, el cual se encarga de controlar todo el proceso de
envasado, se utiliza el software WAGO CoDeSys. Por otro lado, con el software
LabView se desarrolla la interfaz hombre-máquina, HMI, para supervisar y llevar
un registro del proceso de envasado. A continuación se explica las diferentes
interfaces entre los equipos para tener una visión clara de la programación, y
finalmente se detalla la programación de cada aplicación.
El diagrama de la Figura 4.1 indica las conexiones o interfaces entre los diferentes
equipos utilizados en el proceso de envasado.
Figura 4.1 Interfaz entre equipos del proceso
4
71
4.1 INTERFAZ TABLERO DE CONTROL – PLC
El tablero de control es el “tablero neumático” cuyos componentes se explicaron
en el Capítulo 2, y el cual dispone de 9 pulsadores neumáticos y 5 visores
neumáticos, como se indica en la Figura 4.2.
PULSANTE
TIPO HONGO
PULSANTES
VISORES
Figura 4.2 Tablero de Control o Tablero Neumático
Para llevar la información de que algún pulsante fue activado, fue necesario
colocar un convertidor neumático–eléctrico para que esta señal sea comprendida
por el PLC. Y para activar los visores desde el PLC también fue necesario colocar
válvulas electroneumáticas.
Figura 4.3 Interfaz Tablero de Control – PLC
72
4.1.1 MODO DE OPERACIÓN DE PULSADORES Y VISORES
!
Pulsador 1: Activa la carga y descarga para el tanque 1.
!
Pulsador 2: Activa la carga y descarga para el tanque 2.
!
Pulsador 3: Activa la carga y descarga para el tanque 3.
!
Pulsador 4: Activa la carga y descarga para el tanque 4.
!
Pulsador 5: Activa la carga y descarga para el tanque 5.
!
Pulsador PM: Es el pulsador de marcha y sirve para dar inicio al proceso
!
Pulsador PP: Es el pulsador de paro y sirve para detener el proceso.
Accionando el pulsador PM se puede continuar el proceso.
!
Pulsador PB: Con este pulsador se acciona la banda transportadora para
traer los tambores vacíos hacia el área de envasado; al presionar se
acciona la banda, y al presionar nuevamente, se detiene la banda.
!
Pulsador tipo hongo PE: Es el pulsador de emergencia y sirve para detener
el proceso y dar una señal de alarma en la HMI.
Detener el proceso significa cerrar todas válvulas de carga y descarga de Thinner
que se encuentren abiertas, inhabilitar la apertura de válvulas que se encuentren
cerradas, y apagar las bombas en el caso de que estén encendidas.
4.2 INTERFAZ PLC – VÁLVULAS
Las válvulas de globo con actuador neumático que permiten la carga y descarga
de thinner son activadas desde el PLC por medio de válvulas electroneumáticas,
como se indica en la Figura 4.4.
73
Figura 4.4 Interfaz PLC – Válvulas
4.2.1 MODO DE OPERACIÓN DE LAS VÁLVULAS
Se dispone de una válvula para la carga y una válvula para la descarga de Thinner
para cada tanque. La nomenclatura utilizada en cada válvula es: para la válvula de
carga VC y para la válvula de descarga VD
Figura 4.5 Disposición de válvulas de globo para cada tanque
El llenado de cada tanque se lo hace uno a continuación de otro; es decir, primero
se llena el tanque 1, luego se llena el tanque 2, a continuación el tanque 3, luego
el tanque 4 y finalmente el tanque 5, para nuevamente comenzar con el tanque 1.
El procedimiento se realiza de la siguiente manera:
74
Se abre o se activa VC1, se espera un tiempo de carga Tc = 50 s y se cierra o se
desactiva VC1.
Inmediatamente se activa VC2, y se espera un tiempo de
nivelación Tn = 10 s para activar VD1, la cual permanece abierta un tiempo de
descarga Td = 150 s. Una vez que VC2 cumple con el tiempo Tc, se cierra y se
abre VC3, se espera un tiempo Tn para activar VD2 hasta un tiempo Td. El ciclo se
repite cuando se termina de llenar el tanque 5; es decir se cierra VC5 y se
comienza a llenar el tanque 1, abriendo VC1, procurando un proceso continuo.
Para una mejor comprensión se puede ver el diagrama de tiempos de la Figura
4.6.
Todos estos tiempos son controlados desde el PLC, pero el operador controla el
instante en que debe abrir las válvulas de carga presionando los pulsadores 1, 2,
3, 4 y 5; los cuales deben ser activados después de cambiar la manguera de un
tambor lleno a uno vacío. Si un pulsador no es presionado, no se realiza el llenado
de los tanques, pero el trasvase a los tambores continúa normalmente. El
procedimiento detallado para realizar el envasado se describe en el Manual de
Usuario, Anexo C.
VD5
VC5
VD4
VC4
VD3
VC3
VD2
VC2
VD1
VC1
Tiempo
[s]
Tc
Tc
Td
Tn
150 160
Tc
Td
Tn
200 210
Tc
Td
Tn
250 260
Tc
Td
Tn
300 310
Tc
Td
Tn
350 360
Tc
CICLO 2
Figura 4.6 Diagrama de tiempos de funcionamiento de válvulas
Tn
Tn
Tc
100 110
50 60
CICLO 1
Td
Tn
400 410
Tc
Tc
450 460
75
76
4.3 INTERFAZ PLC – BOMBAS
La bomba utilizada para la carga de thinner es la del MEGALOTE llamada B1 o
Bomba de Carga, mientras que la bomba para retornar los excedentes de thinner
del tanque de excedentes es la bomba del BATCHELOR denominada B2 o Bomba
de Retorno. Estas bombas cuentan con su circuito de fuerza, y para activarlas
utilizan un contactor trifásico de 220 V, el mismo que se activa cuando el operador
acciona un switch manual.
Para poder encender o apagar las bombas se colocó una de las salidas de relé del
PLC en paralelo al switch manual.
Figura 4.7 Interfaz PLC – Bombas
4.3.1 MODO DE OPERACIÓN DE BOMBAS
La bomba de carga se activa cuando se abre VC1 y permanece encendida
mientras las válvulas de carga VC2, VC3, VC4 ó VC5 estén abiertas. En el caso
de que el operador no haya presionado algún pulsador de algún tanque, la válvula
de carga no se abrirá y la bomba se apagará; evitando así que exista sobrepresión
en las tuberías.
La bomba B2 para retornar el thinner excedente se activa después de 4 ciclos, es
decir, después de haber llenado 20 tambores. De esta forma, se asegura que
exista thinner en el tanque de excedentes y la bomba B2 no trabaje en vacío.
77
Luego de esto, la bomba se activa y desactiva al mismo tiempo que la bomba de
carga.
Ciclo 1
VC1
Ciclo 2
Tc
VC2
Tc
Tc
VC3
Tc
Tc
Tc
VC4
Ciclo 3
Tc
Tc
Tc
VC5
Tc
Tc
Tc
Tc
Tc
Bomba
de Carga
Figura 4.8 Diagrama de funcionamiento de la Bomba del MEGALOTE
En la figura anterior se observa que cuando VC3 no se activa, la bomba se apaga
hasta que VC3 sea activada.
4.4
INTERFAZ PLC - COMPUTADOR
La comunicación entre el PLC y el computador se la realiza mediante Modbus
Ethernet, el cable utilizado es FTP de 8 hilos a una distancia de 50 m entre los
equipos.
Figura 4.9 Interfaz PLC – Computador
Tc
78
Para supervisar y llevar el registro en el computador mediante la HMI se utiliza el
software Labview 8.6 de la National Instruments. La configuración del PLC para la
comunicación con el computador se hace por medio del software Wago BootP
Server, mientras que el desarrollo del programa del PLC se lo realiza con el
software Codesys V2.3.
4.4.1 WAGO BOOTP SERVER
Programa con el cual se configura la dirección IP del PLC para la comunicación
con el computador, ya sea para la interfaz con el HMI (LabView), así como
también para la descarga del programa del PLC (CoDeSys).
Para acceder a este software se debe hacer click sobre el menú “Inicio” >> Todos
los programas >> WAGO Software >> WAGO BootP Server >> WAGO BootP
Server, como se muestra la Figura 4.10.
Figura 4.10 Icono de acceso a WAGO BootP Server
Al dar click sobre el icono WAGO BootP Server se despliega la siguiente ventana:
Figura 4.11 Ventana WAGO BootP Server
79
Para configurar la comunicación entre el PLC con el computador se hace click
sobre Edit Bootptab lo cual despliega un archivo de texto de nombre “bootptab” en
el cual se debe editar la siguiente línea o instrucción:
#KeinProxy: ht=1: ha=0030DE000003: ip=10.1.254.203:
Colocar el código del PLC
Colocar dirección IP del PLC
Código del PLC: 032F4A
Dirección IP del PLC: 192.168.2.150
Además, se debe eliminar el signo “#” con el que inicia la línea, quedando de la
siguiente manera:
KeinProxy: ht=1: ha=0030DE032F4A: ip=192.168.2.150:
Figura 4.12 Línea de instrucción editada para la comunicación.
80
Se guarda cambios y cierra el archivo de texto. Luego se debe dar click sobre
“Start” en la ventana WAGO BootP Server para desplegar la siguiente ventana en
la cual se desplegarán una serie de líneas como indica la Figura 4.13.
Figura 4.13 Conexión correcta para comunicaciones
Al salir del WAGO BootP Server, está lista la comunicación. Una forma de
comprobar que la comunicación es la correcta, es abrir el Internet Explorer y en la
dirección de la página escribir la dirección IP del PLC. Si la comunicación es la
correcta se despliega una página como la Figura 4.14.
Figura 4.14 Página de PLC WAGO
81
En ésta página se puede verificar el código del PLC y la dirección IP del mismo,
además existen otras opciones para poder configurar el PLC, o visualizar el
número de módulos que están físicamente acoplados al PLC.
La dirección IP del computador debe pertenecer a la red; es decir, que los 3
primeros números de la dirección IP deben ser los mismos que los del PLC. Para
el presente caso la dirección IP del computador es: 192.168.2.180. Caso contrario
no existirá ninguna comunicación.
4.4.2 CODESYS V2.3
CoDeSys V2.3 es el software con el cual se desarrolló el programa que permitirá
controlar todo el proceso, válvulas de carga, válvulas de descarga, bombas, y
visores, dependiendo de los tiempos y de la activación de los pulsadores, además
del envío y recepción de datos para la interfaz hombre – máquina (HMI).
Para acceder a este software se debe ir a menú Inicio >> WAGO Software >>
CoDeSys for Automation Aliance >> CoDeSys V2.3 >> CoDeSys V2.3; como se
indica en la Figura 4.15.
Figura 4.15 Icono de acceso a CoDeSys V2.3
82
Para crear un nuevo archivo se debe seleccionar “New”. Se despliega una ventana
“Target Settings” en donde se selecciona el PLC, que para el proyecto se utilizó el
PLC WAGO 750-841.
Figura 4.16 Target Setting para seleccionar PLC
A continuación se escribe el nombre del programa y se selecciona el tipo de
programación.
Figura 4.17 Nombre y selección del tipo de programa
En CoDeSys V2.3 se puede realizar el programa en cualquiera de los siguientes
lenguajes de texto y lenguajes gráficos:
!
IL.- Programación de lenguaje de texto, mediante llamado de funciones
!
LD.- Programación de lenguaje gráfico en diagrama de escalera (ladder)
!
FBD.- Programación de lenguaje gráfico con diagrama de bloques de
funciones
!
SFC.- Programación de lenguaje gráfico mediante secuencia de funciones
83
!
ST.- Programación de lenguaje de texto mediante estructuras de texto
!
CFC.- Programación de lenguaje gráfico en base a FBD, editando funciones
Una vez elegido el lenguaje se abren las ventanas para la correspondiente
programación.
En este proyecto, el programa principal y una subrutina se realizaron en el
lenguaje LADDER (LD) por su facilidad, y una segunda subrutina se realizó
utilizando el lenguaje de programación estructurado (ST).
Figura 4.18 Ventana de programación en leguaje Ladder (LD)
4.4.2.1
Configuración del PLC para comunicación
Para establecer la comunicación, el PLC debe tener la dirección IP seleccionada
en el software WAGO BootP Server, para lo cual se debe dar click en Online >>
Communication Parameters.
84
En la casilla “Value – IP address” se debe escribir la dirección IP, y finalmente
seleccionar OK.
Figura 4.19 Configuración de la dirección IP del PLC
4.4.2.2
Configuración de módulos de entradas y salidas del PLC
El PLC tiene 3 módulos de entrada y 5 módulos de salida, los cuales se deben
añadir en la ventana “PLC Configuration”.
Figura 4.20 Ventana PLC Configuration
Si no están todos los módulos configurados correctamente en esta ventana, el
programa se compilará pero no correrá correctamente una vez cargado el
programa en el PLC.
85
4.4.3 DISEÑO DE LA LÓGICA DEL PROGRAMA
El programa del PLC consta de un programa principal, una subrutina realizada en
ladder, y una segunda subrutina programada en ST, cuyas secuencias lógicas
cumplen con los modos de operación de las válvulas y de las bombas, controlando
el proceso de envasado de thinner.
INICIO
Pulsante de marcha
presionado?
NO
SI
Pulsante de paro
presionado?
SI
Detener sistema
NO
PROCESO_5FILAS
SUMA_T
Figura 4.21 Diagrama de flujo principal: PLC_PRG
86
Diagrama estructurado principal:
Pulsante de marcha presionado:
Si pulsante de marcha fue presionado: iniciar sistema, es decir, ir a
subrutinas “PROCESO_5FILAS” y “SUMA_T”. Caso contrario seguir
comprobando activación de pulsante de marcha.
Pulsante de Paro presionado:
Si pulsante de Paro fue presionado: detener sistema, es decir, apagar
bombas y válvulas. Caso contrario seguir con el proceso.
Detener Sistema
Además de apagar las bombas y todas las válvulas que se encuentran
encendidas, mantiene almacenado el estado en el que fueron apagadas,
para que una vez que se reanude el proceso, se reinicie en las mismas
condiciones que fue apagado.
Subrutina: Proceso_5Filas
Pulsante “n” presionado:
Si pulsante “n” presionado encender válvula de carga “n”
VCn, caso
contrario apagar bomba 1.
Donde, n = 1, 2, 3, 4, o 5.
Bomba 1 encendida:
Si Bomba 1 o Bomba de carga está encendida, continuar con proceso.
Caso contrario esperar 500 ms luego de abrir VCn, para encender bomba 1,
y de esta forma evitar el golpe de ariete.
Encender Válvula
de Descarga 2
Esperar
Td= 150s
Apagar Válvula de
Descarga 2
Incrementar
Contador fila 2
Encender Válvula
de Descarga 1
Esperar
Td= 150s
Apagar Válvula de
Descarga 1
Incrementar
Contador fila 1
NO
NO
Esperar
Tc = 49s
Encender bomba 1
Esperar 500ms
Apagar bomba 1
Incrementar
Contador fila 3
Apagar Válvula de
Descarga 3
Esperar
Td= 150s
Encender Válvula
de Descarga 3
Esperar
Tn = 10s
Apagar válvula de
carga 3
Esperar
Tc = 50s
SI
Bomba 1
encendida?
Encender Válvula
de Carga 3
SI
Pulsante 3
presionado?
NO
NO
Esperar
Tc = 49s
Encender bomba 1
Esperar 500ms
Apagar bomba 1
Incrementar
Contador fila 4
Apagar Válvula de
Descarga 4
Esperar
Td= 150s
Encender Válvula
de Descarga 4
Esperar
Tn = 10s
Apagar válvula de
carga 4
Esperar
Tc = 50s
SI
Bomba 1
encendida?
Encender Válvula
de Carga 4
SI
Pulsante 4
presionado?
NO
NO
Esperar
Tc = 49s
Encender bomba 1
Esperar 500ms
Apagar bomba 1
Figura 4.22 Diagrama de flujo subrutina: PROCESO_5FILAS
Esperar
Tn = 10s
Esperar
Tn = 10s
Esperar
Tc = 50s
SI
Apagar válvula de
carga 2
Esperar
Tc = 49s
Encender bomba 1
Apagar válvula de
carga 1
Esperar
Tc = 50s
SI
Bomba 1
encendida?
SI
Pulsante 2
presionado?
Bomba 1
encendida?
Esperar 500ms
Apagar bomba 1
Encender Válvula
de Carga 2
NO
NO
Encender Válvula
de Carga 1
SI
Pulsante 1
presionado?
PROCESO_5FILAS
Incrementar
Contador fila 5
Apagar Válvula de
Descarga 5
Esperar
Td= 150s
Encender Válvula
de Descarga 5
Esperar
Tn = 10s
Apagar válvula de
carga 5
Esperar
Tc = 50s
SI
Bomba 1
encendida?
Encender Válvula
de Carga 5
SI
Pulsante 5
presionado?
Esperar
Tc = 49s
INICIO
FIN DE PROCESO
SI
NO
Encender bomba 1
Esperar 500ms
Apagar bomba 1
Lote completo?
NO
NO
87
88
Esperar tiempo de carga Tc = 50 segundos:
Tiempo para llenar el tanque con un nivel mayor a 50 galones. Una vez que
se cumpla este tiempo se apaga o se cierra la válvula de carga “n”. Un
segundo antes se activa o se abre la válvula de carga “n+1”, para esto se
utiliza el Tc = 49 segundos y que se haya presionado el Pulsante “n+1”, es
decir, se continua llenando el siguiente tanque de la siguiente fila.
Cuando se termina de llenar el tanque 5, se repite el ciclo, comenzando
nuevamente con el tanque de la fila 1.
Esperar tiempo de nivelación Tn = 10 segundos:
Tiempo para que el nivel al que se envase al tanque sea de 50 galones, es
decir el thinner sobrante se evacue por la tubería de excedente hacia el
tanque de excedentes. Luego de lo cual se active o se abra la Válvula de
descarga “n” o VDn.
Esperar tiempo de Descarga Td = 150 segundos:
Tiempo para transvasar el thinner del tanque a los tambores, una vez
transcurrido este tiempo se cierra la Válvula de Descarga “n”.
Incremento contador “n”:
Incrementar contador “n” en 1, por ejemplo: cont5=cont5+1.
El valor de los contadores inicializa en un valor de cero.
Lote completo:
Si el lote esta completo, es decir, que se han llenado todos los tambores
correspondientes al lote, se finaliza el proceso y se puede comenzar a
envasar un nuevo lote. Caso contrario el programa continua con el proceso.
89
Subrutina SUMA_T:
Sumar contadores:
Suma los contadores de cada fila. Y los guarda en un registro del PLC.
Suma_total = Cont1+Cont2+Cont3+Cont4+Cont5
Figura 4.23 Diagrama de flujo subrutina: SUMA_T
Las direcciones de las variables utilizadas en la programación se detallan en el
diagrama de conexiones de entradas y salidas del PLC, Anexo A3.
4.4.4 DESCRIPCIÓN DEL LABVIEW
Para desarrollo de la interfaz Hombre – Máquina, se escogió la versión 8.6 del
LabView, cuya licencia de desarrollo fue adquirida por Pinturas Cóndor. LabView
posee un número ilimitado de Tags que, a diferencia de otros programas, como
Intouch o Lookout, restringen el número de tags o variables.
Figura 4.24 Labview 8.6
90
Además se adquirió el Módulo “Datalogging and Supervisory Control” (DSC), en el
cual se encuentra una librería completa para el desarrollo del HMI para procesos
industriales.
Con LabView y el módulo DSC se buscó supervisar y llevar un registro del
proceso de envasado de thinner.
4.4.4.1
Creación de un Proyecto
Para crear un proyecto se debe dar click sobre “New Project” en el menú File. Se
abre una ventana Project Explorer como la de la Figura 4.25, en la cual
primeramente se configura las comunicaciones, previamente guardado el
proyecto.
Figura 4.25 Ventana de Proyecto
4.4.4.2
Establecer comunicaciones con el PLC
En la ventana Project Explorer, se debe hacer click derecho sobre My Computer.
En New acceder a I/O Server para desplegar la ventana de la Figura 4.26 (b).
91
a)
b)
Figura 4.26 I/O Server: a) Icono de acceso, y b) Ventana Create New I/O Server
El PLC soporta Modbus Ethernet para lo cual, en la ventana “Create New I/O
Server” se debe seleccionar Modbus y dar click sobre “Continue…” para acceder
a la ventana “Configure Modbus I/O Server” que se muestra en la Figura 4.27.
Figura 4.27 Ventana Configure Modbus I/O Server
En “Model” seleccionar Modbus Ethernet y en “IP address” escribir la dirección IP
del PLC y finalmente seleccionar “OK”.
En la ventana Project Explorer se crea una librería y como ramificación un icono
con el nombre de Modbus. Con ésta librería se puede acceder a los registros del
PLC para supervisar o controlar tanto salidas como entradas.
92
Figura 4.28 Librería de comunicación Modbus
4.4.4.3
Creación de Tags o Variables
Para crear una variable se da click derecho sobre el Proyecto guardado en la
ventana “Project Explorer”, y se selecciona “variable” en el menú “New”, como se
muestra en la figura 4.29 (a).
En la ventana “Shared Variable Properties” se debe escribir el nombre de la
variable en el campo denominado Name y se debe habilitar la casilla de “Enable
Aliasing” como se indica en la Figura 4.29 (b).
El campo “Browse” permite
escoger la dirección del registro del PLC al que se quiere acceder.
a)
b)
Figura 4.29 Creación de Variables o Tags: a) Icono de acceso, b) ventana de
variable
93
Cuando se da click sobre “Browse” se despliega la pantalla de la Figura 4.30
“Browse for Variable”, en la cual se debe seleccionar la dirección del registro del
PLC de acuerdo a la Tabla 4.1.
Figura 4.30 Ventana Browse for Variable
Con esto se crea las variables del PLC que se desea leer o escribir, y así
visualizar el comportamiento del proceso.
PLC WAGO 750 – 841
LABVIEW
IN
%IX0.0
000001
IN
%IX0.1
000002
OUT
%QX0.0
100513
OUT
%QX0.1
100514
WORD OUT
%QW256
400257
WORD OUT
%QW257
400258
WORD IN
%IW256
400257
WORD IN
%IW257
400258
Tabla 4.1 Direcciones de PLC Wago 750 – 841
94
4.4.4.4
Creación de un VI
Un VI está compuesto por una pantalla gráfica a visualizarse, denominada Panel
Frontal, así como también por una pantalla de programación gráfica llamada
Diagrama de Bloques.
Para crear un VI se debe dar click sobre “New VI” en el menú “File” de la ventana
“Project Explorer”
Automáticamente se despliegan dos ventanas: Panel Frontal y Diagrama de
bloques.
Figura 4.31 Ventanas al generar un nuevo VI
4.4.4.5
Desarrollo de interfaz gráfica (Panel Frontal)
Dentro de la paleta de funciones se puede acceder al DSC Module en donde se
encuentran válvulas, recipientes, alarmas, registros gráficos, tal como se indica
en la Figura 4.32. Para seleccionar uno de estos elementos hay que arrastrar el
gráfico seleccionado dentro del Panel Frontal.
95
Figura 4.32 Módulo DSC
Además, si no es suficiente con los elementos dentro de la paleta de funciones,
se puede acceder a una librería completa del Módulo del DSC, que se encuentra
en Tools >> DSC Module >> Image Navigator.
Figura 4.33 Image Navigator del Módulo DSC
En el panel frontal se pueden colocar todos los equipos que intervienen en el
proceso, los mismos que se pueden animar para obtener una imagen real e
instantánea de lo que está sucediendo en el proceso en este caso el envasado.
96
Se desarrollaron varias pantallas. Inicialmente se visualiza una pantalla de
bienvenida, desde la cual se tiene acceso a una pantalla de supervisión y a una
pantalla de registros.
4.4.4.5.1 Pantalla de bienvenida
Una vez que se abra el archivo “Envasado de Thinner”, se abre una pantalla de
bienvenida, en la cual se dispone de dos botones en los que se pueda acceder a
otras dos pantallas como se indica en la Figura 4.34.
Figura 4.34 Pantalla de Bienvenida
4.4.4.5.2 Pantalla HMI - Envasado de Thinner
Al pulsar el botón “IR A PROCESO” en la pantalla principal, se accede a la
pantalla HMI, en la que se visualiza gráficamente todo el proceso de envasado.
97
Figura 4.35 Pantalla HMI del proceso de envasado
La programación de ésta pantalla se la indica en la Figura 4.36 y 4.37, que tiene
dos lazos de control. El primero lee los registros del PLC para supervisar todas las
entradas y salidas que intervienen durante todo el envasado. El otro lazo es
donde se hace la animación de los tanques para indicar el nivel de llenado.
Figura 4.36 Lazo: lectura de registros de PLC
98
Figura 4.37 Lazo: Animación de tanques
99
100
En la HMI se tiene un botón LOGIN para poder acceder a cierta información que
solo determinadas personas, con ciertos permisos, pueden ver. La pantalla de
Login se indica en la Figura 4.38 en la que se debe escribir el “User name” y una
contraseña previamente establecidas.
Figura 4.38 Ventana NI Security Login
Una vez que un operador ingrese, aparecerá un switch en la esquina inferior
izquierda que, al activarlo, puede ingresar la información correspondiente al
envasado y así, llevar un registro del proceso. La Figura 4.39 indica la información
que se debe ingresar.
Figura 4.39 Ventana de ingreso de datos
Se puede cambiar de operador en cualquier momento, quedando registrado la
hora en que ocurrió el cambio. Una vez finalizado el proceso, se regresa a la
pantalla de bienvenida, y al acceder a la pantalla del envasado, el operador puede
empezar a envasar un nuevo lote.
101
4.4.4.5.3 Pantalla de registros
La pantalla de registros muestra en una tabla la información referente a un lote
envasado como se muestra en la Figura 4.40.
Para acceder a esta pantalla el usuario puede hacerlo desde la pantalla de
bienvenida o desde la pantalla de envasado.
En esta pantalla se ingresa la fecha correspondiente al día del cual se desea
chequear el lote envasado y al dar un “enter”, aparece la tabla con la información
del lote.
Figura 4.40 Pantalla de Registros
El diagrama de bloques de esta pantalla es el que se indica en la Figura 4.41.
102
Figura 4.41 Diagrama de bloques pantalla Reportes
Los programas antes descritos se desarrollaron de tal forma que el sistema
funcione correctamente, y sobre todo sea muy amigable y fácil de utilizar para el
operador.
El siguiente capítulo describe todas las pruebas realizadas con sus respectivos
resultados.
CAPÍTULO 5
PRUEBAS Y RESULTADOS
104
CAPÍTULO 5
PRUEBAS Y RESULTADOS
En este capítulo se describen las pruebas que se realizaron para comprobar la
propuesta diseñada, así como también las pruebas del proyecto ya implementado.
5
5.1 PRUEBA DE TRASVASE POR GRAVEDAD DE UN TAMBOR A
OTRO
Esta prueba se realizó después de haber seleccionado el sistema mecánico para
el llenado de thinner.
Para hacer esta prueba se construyó un prototipo de los tanques implementados
descritos en el Capítulo 2, el cual se puede observar en la Figura 5.1.
Figura 5.1 Diseño preliminar de tanque.
Al tanque se lo llenó con 50 galones con agua y se dejó caer por gravedad. Los
resultados se pueden observar en la Tabla 5.1
105
Nº DE PRUEBA
TIEMPO DE DESCARGA [s]
1
122
2
118
3
124
4
121
5
116
6
119
7
125
8
115
9
118
10
119
TIEMPO PROMEDIO
119,7
Tabla 5.1 Resultados obtenidos para el tiempo de descarga del tanque.
5.2 PRUEBAS DE TABLEROS
Estas pruebas se realizaron para verificar el funcionamiento de los tableros
armados.
Figura 5.2 Conexiones Tablero Electroneumático
106
Figura 5.3 Conexiones Tablero Eléctrico
Para esta prueba se descargó el programa al PLC y luego se accionó los
diferentes pulsadores y se observó que ejecuten la lógica de programación
realizada; es decir, el encendido y apagado de las bombas así como la apertura
y cierre de las válvulas.
Inicialmente se tuvo un inconveniente con el orden cambiado de activación de las
válvulas para el ingreso y salida de thinner. Luego de intercambiar las mangueras
de las válvulas para corregir este error, se obtuvo los resultados esperados.
También se realizaron pruebas respecto a la ubicación del tablero, para ello se
tomó en cuenta la opinión de los operadores que trabajan en este proceso. Al
inicio se ubicó un tablero de 9,3 x 0,15 x 0,1 m bajo los tanques y a 2 m de altura,
con los pulsantes colocados cerca a cada punto de llenado con el fin de facilitar
el trabajo a los operadores. Pero, debido a que los operadores que laboran en
esta área son rotativos y tienen diferente estatura, resultó que para un operador
107
de baja estatura manipular los pulsadores le resultaba un poco difícil, pero para
otro de mayor altura la ubicación no era la adecuada. Por este motivo esta idea
fue descartada y se optó por colocar un tablero en donde se agrupó todos los
pulsadores y visores neumáticos para controlar el proceso desde un mismo lugar.
Este es el tablero neumático o tablero de control, mencionado en el Capítulo 2.
5.3 PRUEBAS DE CALIBRACIÓN DEL VOLUMEN A MEDIR
Este proceso se realizó para asegurar que cada tanque contenga los 50 galones
con los se llenan los tambores. Las pruebas se hicieron con agua a una
temperatura ambiente de 17 º C. Puesto que esto se hizo manualmente no se
utilizó thinner, por los riesgos que implica manipular este tipo de líquidos. Se
realizaron los siguientes pasos:
!
Se subió al máximo el nivel de altura de los volantes.
!
A través de la tubería de vapores se llenó los tanques con 51 gal de agua
utilizando un recipiente patrón de 1 gal y un embudo.
!
Se giró el volante lentamente en sentido horario de tal manera que
disminuya la altura de los orificios respecto a la base del tanque, haciendo
que el líquido se desborde 1 galón, quedando en el tanque los 50 galones.
!
Luego de esto se trasvasó el contenido de cada tanque a un tambor,
previamente medida la tara con la balanza, para verificar la cantidad de
agua mediante la masa y su densidad. La tara es la masa correspondiente
al tambor vacío.
5.3.1 VERIFICACIÓN DE LA CANTIDAD DE LÍQUIDO TRASVASADO DE
LOS TANQUES A LOS TAMBORES.
Para esta prueba se utilizó la balanza del sistema anterior de llenado de thinner y
se realizó los siguientes pasos:
108
Se midió el valor de la masa de cada tambor vacío antes de realizar el
!
trasvase desde los tanques.
Luego se midió el valor de masa de cada tambor lleno para obtener el
!
valor de masa de líquido. La masa de líquido se obtuvo restando la masa
del tambor lleno (masa de tambor vacío + masa de líquido) menos la masa
del tambor vacío y se obtuvo los resultados indicados en la Tabla 5.2.
Nº
MASA DE TAMBOR VACIO
MASA TAMBOR LLENO
MASA DE LIQUIDO
fila
[kg]
[kg]
[kg]
1
17,6
201,2
183,6
2
16,4
200
183,6
3
17,8
201,6
183,8
4
17,8
202
184,2
5
16,4
200
183,6
Tabla 5.2 Valores de masa obtenidos
Para saber qué valor de masa debería tener los 50 galones, se calculó la
!
densidad del agua. Para esto se midió la masa correspondiente a 4
galones de agua y se aplicó la siguiente fórmula:
*"
m
V
* agua "
magua
Vagua
14,8 kg
4 * 3,785 l
" 0.977 kg / l
* agua "
* agua
Donde magua=14,8 kg es la masa correspondiente a 4 galones de agua, valor
obtenido con la balanza.
Para 50 galones, la masa que debería tener es:
m "* *V
m( 50 gal ) " 0,977 kg / l * (50 * 3,785 l )
m( 50 gal ) "184,89 kg
109
Para saber si los valores obtenidos están dentro del error permisible, que en este
caso es de ± 1%, se calculó el error para cada medición, obteniendo los
resultados que se muestran en la Tabla 5.3.
Valor medido Valor teórico
[kg]
[kg]
% Error
183,6
184,89
183,6
184,89
183,8
184,89
184,2
184,89
183,6
184,89
0,70
0,70
0,59
0,37
0,70
Tabla 5.3 Resultados del porcentaje de error obtenidos
Como se puede observar en la tabla anterior, los errores obtenidos son menores
al 1%, es decir, que el volumen con que se llenan los tanques está dentro del
rango de error, de tal forma, que los tanques pueden ser utilizados para envasar
50 gal de cualquier líquido.
5.4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE TRASVASE POR
GRAVEDAD
DE LOS TANQUES A LOS TAMBORES
UTILIZANDO THINNER
Esta prueba se realizó para determinar el tiempo que se demora al transvasarse
el thinner desde cada tanque a los tambores. Y se la realizó bajo las siguientes
condiciones:
!
Cantidad de thinner en el tanque MEGALOTE de al menos 1000 galones
(para envasar 20 tambores).
!
Válvulas electroneumáticas conectadas a cada válvula de carga y descarga
de los tanques, para un accionamiento manual.
!
Tanques calibrados a 50 galones.
Con los accionamientos mecánicos de las válvulas electroneumáticas, se abrió la
válvula de carga del tanque 1 (VC1), se prendió la bomba. Luego se esperó hasta
superar un nivel mayor a 50 galones y se visualizó que en el tanque de
excedentes ingrese líquido para apagar la bomba y luego VC1. Después se
esperó un tiempo hasta observar que no ingrese líquido al tanque de excedentes,
110
asegurando que el tanque 1 contenga los 50 galones de thinner. A continuación,
se abrió la válvula de descarga del tanque 1 (VD1) y se cronometró el tiempo a
partir de éste momento hasta que todo el contenido sea trasvasado al tambor. Por
último se cerró VD1.
De la misma forma se realizaron estas pruebas para los tanques 2, 3, 4 y 5. Los
resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.
Tanque No.
1
2
3
4
5
Número de prueba
Tiempo de descarga
[s]
1
145
2
150
3
153
4
146
1
148
2
151
3
148
4
144
1
140
2
143
3
150
4
149
1
152
2
148
3
150
4
147
1
149
2
145
3
144
4
148
Tiempo de descarga promedio
147,5
Tabla 5.4 Resultados de tiempos en el trasvase de thinner de tanques a
tambores.
111
Estos resultados indican que en el trasvase de tanques a tambores utilizando
thinner, el tiempo fue mayor que cuando se realizó la prueba utilizando agua. Sin
embargo, en los últimos 15 segundos de descarga se tuvieron goteos debido a la
construcción plana de la base del tanque.
Con esta prueba se determinó el tiempo de descarga para la correspondiente
programación en el PLC.
5.5 PRUEBAS DE SOFTWARE
5.5.1 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR
Luego de realizar la conexión entre el computador y el PLC con el software
WAGO BOOTP SERVER
siguiendo los pasos descritos en el Capítulo 4, se
verificó el funcionamiento de entradas y salidas del PLC. Para esto se realizó un
programa sencillo en el software CODESYS que permita desde el computador
activar una salida física del PLC y mediante una entrada del PLC activar un
indicador en la pantalla del CODESYS. Con estas pruebas se comprobó que
efectivamente se tenía comunicación.
5.5.2 PRUEBA DEL SOFTWARE DEL PLC
El software CODESYS posee una herramienta de simulación para visualizar la
lógica del programa realizado, con lo que se comprobó la lógica de control del
proceso. Una vez programado el PLC, se verificó su funcionamiento observando
los leds indicadores de las entradas y salidas del PLC.
112
Figura 5.3 Simulación del programa del PLC
5.5.3 PRUEBAS DEL HMI
En el software LABVIEW se desarrolló un programa sencillo para la escritura y
lectura de entradas y salidas del PLC, cuyos resultados fueron:
La lectura de los registros
del PLC es directa, ya que en el LABVIEW se
direcciona el registro que se desea leer, sea entrada o salida, y se visualiza sin
ningún inconveniente. En cambio, para activar una salida del PLC directamente
desde el LABVIEW, no es posible hacerlo escribiendo sobre la dirección del
registro de la salida. Para activar una salida, primeramente se escribe sobre un
registro del PLC y mediante programación interna del PLC se compara este valor
con otro que al ser iguales consigue activar la salida.
Una vez desarrollado el HMI correspondiente al proceso,
funcionamiento del
proceso.
se comprobó el
mismo observando en la pantalla el funcionamiento del
113
5.6 PRUEBAS DE LLENADO DE THINNER EN LOS TAMBORES
Esta prueba se realizó una vez que los tanques fueron calibrados para contener
50 galones, que es la cantidad que Pinturas Cóndor comercializa.
!
Primero se obtuvo la tara de los 40 tambores vacíos utilizando la balanza.
!
Se hizo funcionar el nuevo sistema de control para llenar los tambores.
!
Cada cinco tambores llenos, se tomó una muestra de 100 ml de uno de los
tambores para calcular la densidad.
5.6.1 CALCULO DE LA DENSIDAD DE THINNER
Para calcular este valor se sutilizó una balanza con una precisión de 0.01% y una
probeta. Sobre la balanza se colocó la probeta y se enceró la balanza para que no
influya en la medición. Luego se la llenó con 100 ml de thinner y se midió la masa
de esta cantidad.
Ejemplo de cálculo:
m
V
78,18 g
*"
" 0,7818 g / ml
100 ml
*"
Después, cada tambor envasado se lo llevó a la balanza para determinar la masa
del tambor lleno. La masa de producto se obtuvo restando la masa del tambor
lleno menos la masa del tambor vacío.
En esta prueba se envasaron 20 tambores utilizando el thinner tipo 103 SM que
pertenecen al lote
No.: 39064246. También se envasó 20 tambores
pertenecientes al lote Nº 39064987 del mismo tipo de thinner. Los resultados se
resumen en la Tabla 5.4.y Tabla 5.5
114
Número
de ciclo
1
2
3
4
Numero
de Fila o
Tanque
Densidad
[kg /l]
Tara de
tambores
[kg]
Tambor +
producto
[kg]
Peso
producto
[kg]
1
0,7818
15.6
163.2
147.6
2
0,7818
21.8
171.2
149.4
3
0,7818
18.2
167.4
149.2
4
0,7818
19.6
170.0
150.4
5
0,7818
17.4
167.2
149.8
1
0.7821
17.6
164.6
147.0
2
0.7821
17.6
166.0
148.4
3
0.7821
16.0
164.6
148.6
4
0.7821
16.8
165.6
148.8
5
0.7821
16.4
163.2
146.8
1
0.7820
19.2
167.0
147.8
2
0.7820
16.0
164.8
149.0
3
0.7820
16.8
164.8
148.0
4
0.7820
18.0
165.2
147.2
5
0.7820
14.2
162.8
148.6
1
0.7819
18.2
166.6
147.8
2
0.7819
16.4
164.8
148.4
3
0.7819
17.8
166.0
148.2
4
0.7819
17.6
165.6
148.0
5
0.7819
21.0
170.0
149.0
Tabla 5.4 Resultados obtenidos en el proceso de llenado con thinner.
Número
de ciclo
5
Numero
de Fila o
Tanque
Densidad
[kg /l]
Tara de
tambores
[kg]
Peso
Tambor +
producto
[kg]
Peso
producto
[kg]
1
0,7830
17.6
167.8
150.2
2
0,7830
16.8
166.2
149.4
3
0,7830
16.4
164.8
148.4
4
0,7830
18.2
166.2
148.2
5
0,7830
17.6
165
147.4
115
Número
de ciclo
Densidad
[kg /l]
Tara de
tambores
[kg]
Peso
Tambor +
producto
[kg]
Peso
producto
[kg]
1
0,7835
17.6
167.2
149.6
2
0,7835
-------
-------
-------
3
0,7835
-------
-------
-------
4
0,7835
-------
-------
-------
5
0,7835
16.6
164.6
148.0
1
-------
-------
-------
-------
2
-------
-------
-------
-------
3
-------
-------
-------
-------
4
-------
-------
-------
-------
5
-------
-------
-------
-------
1
-------
-------
-------
-------
2
-------
-------
-------
-------
3
-------
-------
-------
-------
4
-------
-------
-------
-------
5
-------
-------
-------
-------
Numero
de Fila o
Tanque
6
7
8
Tabla 5.5 Resultados obtenidos en el proceso de llenado con thinner.
En el caso del
lote Nº 39064987 se llenaron 20 tambores pero solo se
comprobaron 7 de ellos, debido a falta de tiempo, ya que se terminó el turno de
los operadores.
Los resultados obtenidos para cada uno de los tanques
se muestran en las
siguientes tablas.
FILA o TANQUE 1:
Nº Ciclo
1
2
3
4
5
6
Densidad
Valor de Masa Valor de masa
calculada
referencial
de producto
[kg /l]
[kg]
[kg]
% Error
0,7818
147,96
147,6
-0,24
0,7821
148,01
147
-0,68
0,782
147,99
147,8
-0,13
0,7819
147,97
147,8
-0,12
0,783
148,18
150,2
1,36
0,7835
148,28
149,6
0,89
Tabla 5.6Resultados obtenidos para el Tanque 1.
116
FILA o TANQUE 2:
Densidad
Valor de Masa Valor de masa
calculada
referencial
de producto
[kg /l]
[kg]
[kg]
% Error
0,7818
147,96
149,4
0,98
0,7821
148,01
148,4
0,26
0,782
147,99
149
0,68
0,7819
147,97
148,4
0,29
0,783
148,18
149,4
0,82
Nº Ciclo
1
2
3
4
5
Tabla 5.7 Resultados obtenidos para el Tanque 2.
FILA o TANQUE 3:
Densidad
Valor de Masa Valor de masa
calculada
referencial
de producto
[kg /l]
[kg]
[kg]
% Error
0,7818
147,96
149,2
0,84
0,7821
148,01
148,6
0,40
0,782
147,99
148
0,00
0,7819
147,97
148,2
0,15
0,783
148,18
148,4
0,15
Nº Ciclo
1
2
3
4
5
Tabla 5.8 Resultados obtenidos para el Tanque 3.
FILA o TANQUE 4:
Densidad
Valor de Masa Valor de masa
calculada
referencial
de producto
[kg /l]
[kg]
[kg]
% Error
0,7818
147,96
150,4
1,65
0,7821
148,01
148,8
0,53
0,782
147,99
147,2
-0,54
0,7819
147,97
148
0,02
0,783
148,18
148,2
0,01
Nº Ciclo
1
2
3
4
5
Tabla 5.9 Resultados obtenidos para el Tanque 4.
FILA o TANQUE 5:
Nº Ciclo
1
2
3
4
5
Valor de Masa Valor de masa
Densidad
de producto
referencial
calculada
[kg]
[kg]
[kg /l]
% Error
0,7818
147,96
149,8
1,25
0,7821
148,01
146,8
-0,82
0,782
147,99
148,6
0,41
0,7819
147,97
149
0,69
0,783
148,18
147,4
-0,53
Tabla 5.10 Resultados obtenidos para el Tanque 5.
117
Al principio, el valor de la masa de los tambores envasados estaba fuera del
rango permitido; es decir, tenían un volumen mayor a los 50 galones o en otros
casos les faltaba. Por esto, luego de cada ciclo se iba calibrando el nivel de
thinner utilizando el volante, en los tanques donde era necesario.
Para los últimos ciclos disminuyó el error ya que se iba mejorando la calibración,
con la cual se consiguió estar dentro del 1% de error permitido, que en promedio
equivale a ± 1,4 kg.
5.7 PRUEBAS DE LOS DISEÑOS PARA REDUCIR LOS RIESGOS
ERGONÓMICOS EN EL PROCESO
Con los 60 m de riel disponibles se realizaron
pruebas
para movilizar los
tambores y almacenarlos.
Primero se colocó 6 rieles de 10 m con una inclinación de 1º. Para poder movilizar
una paleta por cada surtidor, los rieles se colocaron a una distancia que sirva de
apoyo para dos paletas, como se muestra en la Figura 5.4
Tanques
Paletas
Flujómetros
Rieles
Tambores
Paleta
Rieles
Figura 5.4 Utilización de rieles
118
Al tener los rieles compartidos, las cinco paletas junto con los tambores ya
envasados debían ser deslizadas todas a la vez. Cada paleta con los 4 tambores
tiene una masa de 800 kg aproximadamente, por lo que se necesitaba empujar a
todo el grupo entre dos o tres personas para iniciar el movimiento. Además, cada
paleta debía estar bien centrada entre los rieles ya que de lo contrario se trababa
la paleta y por ende todo el conjunto.
Con este sistema, deslizar una paleta no se podía ya que una segunda paleta
también se apoyaba en el mismo riel, impidiendo girar a los rodillos.
Entonces se decidió utilizar 2 rieles para una paleta en forma independiente. En
este caso se requería de menor fuerza para empujar cada paleta para iniciar el
movimiento sobre los rodillos y se lograba que las paletas lleguen hasta el final de
las rieles, quedando ya almacenadas. Sin embargo, debido a que los rodillos
están muy separados entre sí, las paletas tendían a trabarse, requiriendo un
mayor esfuerzo por parte de los operadores.
Por todos estos inconvenientes se optó por llenar los tambores sin utilizar las
paletas de madera, es decir, directamente sobre las rieles, pero, debido a que los
6 rieles existentes no alcanzaban para almacenar un lote completo y, sobre todo,
que necesariamente el operador debía paletizar los tambores, las rieles fueron
retiradas del lugar.
El llenado se lo hace con tambores sobre paletas, y el transporte de éstas se la
realiza con una carretilla hidráulica, debido a esto el proceso continuo se detiene
cada vez que se deba retirar las paletas.
5.7.1 EVALUACIÓN ERGONÓMICA DEL PUESTO DE TRABAJO DEL
ENVASADO DE THINNER
Para el diseño explicado en el Capítulo 3, utilizando los rieles y elevador
hidráulico, el operador no realiza ninguna actividad riesgosa, por lo que la carga
física se reduce a un valor de cero.
119
En vista de que no se implementará este diseño hasta que Pinturas Cóndor tenga
los recursos económicos necesarios, como una solución rápida, se adquirió una
carretilla hidráulica para el transporte y almacenamiento de tambores envasados.
Utilizando este método, el índice de carga estática disminuye de un valor de 5 a 3
y la carga dinámica se mantiene en un valor de 10. Esta evaluación ergonómica
se detalla en el Anexo D.
5.8 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE PROCESO CONTINUO
Para optimizar el tiempo de envasado de tanques se pensó en un proceso
continuo. Se realizaron dos tipos de pruebas para verificar que efectivamente se
reduce el tiempo de envasado. La primera prueba fue simulando el proceso de
envasado con el software CoDeSys, y la segunda prueba se la realizó de manera
real en el proceso.
5.8.1 FUNCIONAMIENTO CONTINUO SIMULADO
Gracias al software WAGO CoDeSys, fue posible simular el proceso mediante
una interfaz gráfica, en donde se puede accionar los pulsadores y ver el
funcionamiento del proceso. La pantalla de la simulación se puede observar en la
Figura 5.3.
Los resultados obtenidos con la simulación son los siguientes tiempos:
!
Tambor 1 llenado en 210 s (50 s de carga + 10 s de nivelación + 150 s de
descarga)
!
Tambor 2 llenado en 60 s
!
Tambor 3 llenado en 60 s
!
Tambor 4 llenado en 60 s
!
Tambor 5 llenado en 60 s
!
Tambor 160 llenado en 60 s
120
Tiempo total de llenado =210 s + (159*60 s) = 9750 s
Tiempo total de llenado = 163,5 min = 2 horas con 42 minutos y 30 segundos
Es decir que aproximadamente el tiempo total de envasado se reduce de 6 a 3
horas.
Una vez que se inicia el proceso, toma 210 s en obtener el primer tambor lleno,
porque 50 s se demora en llenarse el tanque, 10 s en nivelarse para obtener 50
galones y 150 s en el trasvase al tambor. A partir del segundo tambor cada 60 s
se tiene un tambor lleno.
5.8.2 FUNCIONAMIENTO CONTINUO REAL
Para realizar esta prueba se envasaron los tambores sobre las paletas. Al tener 5
surtidores, se tiene 5 paletas, y en cada paleta caben 4 tambores; es decir, que
en total se tiene 20 tambores.
Para esta prueba se tuvieron los siguientes resultados de tiempo.
!
Tambor 1 llenado en 210 s (50 s de carga + 10 s de nivelación + 150 s de
descarga)
!
Tambor 2 llenado en 60 s
!
Tambor 3 llenado en 60 s
!
Tambor 4 llenado en 60 s
!
Tambor 5 llenado en 60 s
!
Tambor 20 llenado en 60 s
Tiempo de llenado en 20 tambores = 210 s + (19*60 s) = 1350 s
Tiempo de llenado en 20 tambores = 1350 s
121
Para un lote de 160 tambores = 8*T20-tambores = 8*1350 s = 10800 s
Para un lote de 160 tambores = 180 minutos = 3 horas
Se comprobó que el tiempo total de envasado se reduce a 3 horas.
Cuando se detiene el proceso y se inicia nuevamente, toma 210 s en obtener el
primer tambor lleno, porque 50 s se demora en llenarse el tanque, 10 s en
nivelarse para obtener 50 galones y 150 s en el trasvase al tambor. A partir del
segundo tambor cada 60 s se tiene un tambor lleno.
El envasado se lo realizó colocando los tambores directamente sobre los rieles
disponibles, en los cuales se deslizaban los tambores envasados. Es decir,
mientras se envasaba, también se transportaba, eliminando el tiempo de
transporte y almacenamiento.
El costo del proyecto tubo un valor de 20000 dólares y como beneficio se
aumenta la producción al doble, ya que de un lote que se lo realizaba antes en 6
horas, ahora se lo realiza en 3 horas.
Con las pruebas realizadas y con los resultados obtenidos, se determinó que el
nuevo sistema para el proceso de envasado optimiza el tiempo de envasado y
alivia sustancialmente el esfuerzo físico que realiza el operador, siempre y cuando
se implemente el diseño con los 10 rieles con rodillos y el elevador hidráulico.
CAPITULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
123
CAPITULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De los resultados obtenidos se pueden extraer las conclusiones siguientes:
6
6.1 CONCLUSIONES
! Para optimizar el tiempo del proceso de
envasado se eliminó tiempos
muertos, reduciendo de 6 horas a 3 horas el tiempo utilizado para llenar un
lote de 158 tambores, mediante un envasado continuo con varios surtidores.
Sin embargo, estos resultados se pueden alcanzar si este sistema de
envasado es complementado con la implementación del sistema de rieles
para movilizar los tambores llenos y la construcción de un elevador hidráulico
para trasladar los tambores a los camiones.
! En vista de que no se dispone de un sensor para medir el volumen de
thinner requerido, la calibración para que los tambores se llenen con 50
galones se realizó en forma manual, por lo que fue necesario realizar varias
pruebas hasta obtener valores de volumen dentro del rango permisible de
error.
! La comprobación de la cantidad de thinner en los tambores llenados con el
nuevo sistema, se lo hizo mediante la masa y la densidad del mismo. Por lo
mismo, se puede concluir que los tambores si se llenan con cantidades
correctas.
! El thinner es un líquido inflamable cuyos vapores producidos forman con el
aire mezclas inflamables o explosivas que pueden alcanzar fuentes de
ignición distantes, razón por la cual todos los equipos eléctricos que se van a
utilizar deben ser intrínsecamente seguros; es decir, equipos que bajo
condiciones normales o anormales de operación, no liberen energía eléctrica
124
o térmica suficiente para propiciar la combustión de la mezcla inflamable
cercana.
! Se implementó un sistema de control electro - neumático en lugar de utilizar
equipos a prueba de explosión. La parte eléctrica se colocó en una zona
segura o menos peligrosa mientras que en la zona de riesgo se colocó
válvulas con actuador neumático y un tablero con elementos de maniobra
completamente
neumáticos para controlar el proceso, eliminando de esta
forma cualquier fuente de ignición.
! El nuevo sistema implementado solo puede ser utilizado para llenar thinner
proveniente del MEGALOTE, ya que, es en éste tanque donde se elabora
producto en grandes cantidades. Por lo tanto, cuando se requiere llenar
tambores con thinner proveniente de los tanques I-27 ó MQ-55 se utilizará el
sistema anterior, tomándose en cuenta que estos tanques son utilizados de
vez en cuando para elaborar thinner en menor cantidad.
! Para automatizar un proceso se debe analizar todos los subprocesos
involucrados, ya que éstos pueden verse afectados de una manera positiva o
negativa. Por lo que si no se hace esta observación y el resultado es negativo,
puede ocasionar conflictos, no sólo con el proceso sino también con los
operadores, que al verse afectados sentirán inconformidad con el proyecto.
! La opinión de los operadores es de gran importancia, ya que, a pesar de que
los estudiantes o inclusive personal con experiencia en un área determinada
puedan tener todos los conocimientos, el operador es quien día a día trabaja
en el proceso, y puede tener ideas muy simples para mejorar el proceso sin la
necesidad de hacer una gran inversión para la automatización.
! Con respecto al mejoramiento ergonómico, si se utiliza la carretilla hidráulica
para trasladar la paleta con los cuatro tambores llenos, el valor de la variable
carga estática se disminuye de 5 a un valor de 3 y la variable carga dinámica
se mantiene en un valor de 10, lo cual indica que, a pesar de que se redujo la
carga estática,
operador.
esta actividad aún sigue siendo nociva para la salud del
125
! Con la implementación del diseño para reducir el esfuerzo físico del operador
con rieles y el elevador hidráulico, la carga dinámica y estática tendrán un
valor cero. Con esto se evitará que los operadores que utilizan el proceso
sufran lesiones a corto o largo plazo.
! De los resultados globales obtenidos se puede concluir que el proyecto
cumplió con sus expectativas y las de los directivos de Pinturas Cóndor.
De la experiencia adquirida durante la realización de este proyecto es posible
formular las recomendaciones siguientes.
6.2 RECOMENDACIONES
! El sistema funciona correctamente, sin embargo, para hacer el sistema más
confiable y seguro a largo plazo, se recomienda utilizar sensores de nivel en
cada uno de los tanques ya que, al utilizar sensores no se envasaría los
tanques en base a tiempos, eliminando así, imprecisiones como el caudal que
proporciona la bomba, no exista caídas de presión de aire para la correcta
apertura y cierre de válvulas, además que con los sensores de nivel, se puede
controlar cualquier nivel del tanque, y no restringirlo únicamente al valor actual
de 50 galones. También se podría utilizar el sistema para cualquier tipo de
thinner, sin importar el tanque donde fue producido MEGALOTE, I-27 o MQ55.
Por último, se eliminaría la bomba para retornar los excedentes al
MEGALOTE; es decir, ya no se tendría el consumo de energía de ésta bomba
en el proceso.
! Para mejorar las condiciones de trabajo del operador para éste proceso, se
recomienda implementar el diseño en base a rieles y elevador hidráulico
(descrito en el Capítulo 3), ya que así el operador no realizaría ningún
esfuerzo físico que atente contra su salud y seguridad, además de que se
optimizará el tiempo del proceso de envasado.
126
! Es recomendable construir los cinco tanques con base cónica, para garantizar
que se trasvase todo su contenido en los tambores y en menor tiempo.
! Se recomienda construir un dique alrededor del tanque de excedentes para
que, en caso que exista un reguero en el tanque, evitar contaminar el suelo.
Además se debe colocar un sensor que permita controlar el nivel de thinner
en el tanque con el PLC.
! También se debe proteger la tubería por la cual se retorna el thinner al
MEGALOTE para que no se dañen.
! Si bien la cantidad de thinner ya no depende de la visualización por parte del
operador, es importante que mantenga la debida atención al cambiar las
mangueras de un tambor a otro para evitar que se produzca derrames de
thinner y por ende algún accidente.
! En vista de que el control para este nuevo sistema es neumático, se
recomienda mejorar la calidad del aire de la planta para evitar que los
dispositivos neumáticos se dañen en corto tiempo, ya que es muy húmedo.
! Utilizando la carretilla hidráulica se recomienda mantener al piso en buenas
condiciones para que el operador no realice un mayor esfuerzo al mover las
paletas con la carretilla.
! Se recomienda que la Escuela Politécnica Nacional procure involucrar en este
tipo de proyectos a más estudiantes, por el enorme beneficio que se puede
obtener al resolver problemas industriales reales.
127
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
!
ASSISTECH, Válvulas de asiento con actuador neumático, 2009
!
CREUS SOLE, Antonio. Instrumentación Industrial. Ediciones Alfaomega.
México. 1992
!
CHINER
DASÍ,
Mercedes.
Laboratorio
de
Ergonomía.
Ediciones
Alfaomega. 2004.
!
INSETEC, Modular I/O System ETHERNET TCP/IP 750-841 Manual, 2003
!
INSETEC, Manual Herramienta de programación WAGO – I/O PRO 32,
2003
!
INSETEC, Convertidores de presión N/E FESTO, 2008
!
NATIONAL INSTRUMENTS, Manual de usuario Labview, 2003
!
http: //www.festo.com
!
http: //www.librospdf.net/seguridad-en-electricidad estática
!
http: //www.industriascemu.com
!
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/
!
http: //www.interroll.com
128
ANEXOS
ANEXO A
PLANOS
ANEXO B
DATOS TÉCNICOS
ANEXO B1
DATOS TÉCNICOS:
PLC WAGO 750-841
Anexo B1 – Datos técnicos: PLC WAGO 750-841
Anexo B1 – Datos técnicos: PLC WAGO 750-841
Anexo B1 – Datos técnicos: PLC WAGO 750-841
Anexo B1 – Datos técnicos: PLC WAGO 750-841
ANEXO B2
DATOS TÉCNICOS:
Válvula de paso inclinado
Anexo B2 – Datos técnicos: Válvula de paso inclinado
Anexo B2 – Datos técnicos: Válvula de paso inclinado
Anexo B2 – Datos técnicos: Válvula de paso inclinado
Anexo B2 – Datos técnicos: Válvula de paso inclinado
ANEXO C
MANUAL DE USUARIO
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
AUTOMATIZACIÓN DEL
PROCESO DE ENVASADO DE
THINNER
MANUAL DE USUARIO
TABLA DE CONTENIDO
OBJETIVO……………………………………………………………………............
1
ALCANCE………………………………………………………………………............ 1
DESCRIPCIÓN GENERAL
……………..……………………………......
1
DESCRIPCIÓN TABLERO DE CONTROL…...………………….............................1
CONDICIONES INICIALES
…………………………………………………….. 3
PASOS PARA EL PROCESO DE ENVASADO ...............…………………..………3
CASOS FORTUITOS……………………………………...…………………….………6
HMI………………………….………..……………………...…………………….………7
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
1
MANUAL DE USUARIO
OBJETIVO
El presente documento tiene por objeto describir las especificaciones que se
deben cumplir en el procedimiento de operación para el envasado de thinner.
ALCANCE
Detallar el procedimiento de operación del sistema para garantizar que el
envasado de thinner cumpla con sus objetivos: Aumentar la producción y
disminuir el esfuerzo físico del operador.
DESCRIPCION GENERAL
El proceso de envasado de thinner consiste en tener 5 tanques ubicados en la
parte superior, desde los cuales se descarga a cada uno de los tambores, una
vez que cada tanque se haya llenado con el volumen correcto.
Para controlar el llenado de estos tanques se dispone de 10 válvulas electroneumáticas con las que se controla el ingreso y descarga de thinner. Junto a
estas válvulas también se tiene válvulas manuales que serán utilizadas por el
operador en caso de ser necesario.
Se dispone de un tablero neumático con el cual se controla el proceso de
envasado.
DESCRIPCIÓN TABLERO DE CONTROL O TABLERO NEUMÁTICO
Para la operación del proceso se dispone de un tablero de control ubicado en un
lugar accesible al operador. En éste se encuentran ubicados 5 visores, 8
pulsadores y un pulsante tipo hongo, todos neumáticos. Como se indica en la
Figura 1.
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
2
PULSANTE
TIPO HONGO
PULSANTES
VISORES
Figura 1. Tablero de Control
PE: Pulsante de EMERGENCIA.
PM: Pulsante de MARCHA.
PP: Pulsante de PARO.
PB: Pulsante de BANDA TRANSPORTADORA.
1:Pulsante 1 y Visor 1
2:Pulsante 2 y Visor 2
3:Pulsante 3 y Visor 3
4:Pulsante 4 y Visor 4
5:Pulsante 5 y Visor 5
Pulsante 1, 2, 3, 4, 5: cada uno de estos pulsadores se utiliza para controlar la
descarga de thinner en los tambores en la respectiva fila por la tanto deben ser
presionados después de que el operador coloque la manguera en un tambor
vacío para realizar la descarga.
Además, junto a cada pulsante utilizado para visualizar la descarga se tiene una
luz piloto neumática para verificar que el pulsante fue presionado correctamente.
En caso de que el visor no se active, el operador debe volver a presionar el
pulsante respectivo.
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
3
Las siguientes son las válvulas que se abren o se cierran durante el proceso de
envasado de thinner.
!
VC1 (Válvula para el ingreso de thinner al tanque T1)
!
VC2 (Válvula para el ingreso de thinner al tanque T2)
!
VC3 (Válvula para el ingreso de thinner al tanque T3)
!
VC4 (Válvula para el ingreso de thinner al tanque T4)
!
VC5 (Válvula para el ingreso de thinner al tanque T5)
!
VD1 (Válvula para descarga de thinner desde el T1)
!
VD2 (Válvula para descarga de thinner desde el T2)
!
VD3 (Válvula para descarga de thinner desde el T3)
!
VD4 (Válvula para descarga de thinner desde el T4)
!
VD5 (Válvula para descarga de thinner desde el T5)
También en el sistema trabaja con 2 bombas:
!
B1 o bomba de carga: Bomba utilizada para llenar los tanques, funciona
mediante el PLC (bomba de Megalote)
!
B2 o bomba de retorno: Bomba utilizada para retornar los excedentes de
thinner desde el Tanque de EXCEDENTES
almacenamiento
hacia
el
tanque de
MEGALOTE. Funciona desde el PLC y se activará al
mismo tiempo que B1 a partir de haber llenado 20 tanques. Esta bomba es
la que se utiliza en el BATCHELOR o MQ-55.
CONDICIONES INICIALES
!
Abrir y cerrar válvulas manuales:
!
Abrir válvula de paso de thinner (ubicada a 3 m sobre el indicador de
peso).
!
Abrir válvulas de retorno de excedentes (la primera ubicada bajo el tanque
de excedentes, la segunda ubicada antes de la bomba del Batchelor y la
tercera después de la bomba del Batchelor).
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
4
!
Cerrar válvulas de paso al tanque Batchelor.
!
Verificar que las válvulas de carga usadas con la balanza estén cerradas.
!
Verificación de presión de aire no menor a 3 bar, para la activación de
válvulas y visores neumáticos, observando el presóstato de la unidad de
mantenimiento.
!
Verificar que las válvulas manuales de carga y descarga estén abiertas. Y
si alguna fila está inhabilitada o no está en uso, se debe mantener cerradas
válvulas (ver casos fortuitos).
PASOS PARA REALIZAR EL ENVASADO
1. Ingresar datos en la HMI del computador.
2. Ubicar las paletas debajo de cada tanque y sobre estas los tambores, (al
menos un tambor en cada paleta para iniciar el proceso)
3. Colocar cada manguera en cada tambor y conectar la pinza de tierra en los
mismos.
4. Presionar el pulsante de marcha PM y a continuación el pulsante 1 para dar
inicio al llenado de los TANQUES.
5. Presionar los pulsantes 2, 3, 4 y 5 para indicar que ya se ha colocada la
manguera en un tambor vacío, por lo tanto se puede realizar la descarga al
mismo. Al accionar cada pulsante se debe activar su respectivo indicador,
si el indicador no se activa se debe volver a presionar el pulsante.
6. El llenado de los TANQUES es automático, se llena uno a la vez en forma
secuencial. Luego de que cada TANQUE se llena, la válvula de ingreso al
mismo se cierra y se abre la válvula para la descarga y se enciende el
indicar respectivo a la fila que se está descargando.
7. Después de que se ha descargado el thinner del TANQUE, el indicador
neumático comenzará a parpadear, es decir se activa y desactiva; esta
señal indica que el operador ya puede cambiar la manguera a otro tambor
vacío.
8. Luego de retirar la manguera del tambor lleno tapar inmediatamente dicho
tambor y a continuación colocar la manguera en un tambor vacío sin
olvidarse de conectar la pinza de tierra.
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
9. Después de realizar
el cambio
5
de manguera a otro tambor vacío, el
operario debe presionar el pulsante correspondiente al TANQUE con el
que está trabajando. Esto significa que si cambia la manguera
del
TANQUE 1, tendrá que activar el pulsante P1 y lo mismo para el resto de
TANQUES.
Es importante señalar que al inicio del proceso o cuando se inicie nuevamente
luego de que éste se haya detenido, tomará unos 210 s hasta que el primer
tambor se haya envasado. Esto se debe a que 50 s se demora en llenarse el
tanque, 10 segundo en nivelarse el volumen, y 150 s en el trasvase al tambor.
Luego de lo cual aproximadamente cada minuto se envasará el siguiente tambor,
con lo cual se consigue un proceso continuo.
Una vez que ya estén llenos los 4 tambores de todas las paletas, mover la paleta
con ayuda de la carretilla hidráulica.
El Pulsante de paro PP, sirve para detener el proceso, es decir, se apagan las
bombas y se cierran válvulas abiertas. Para reiniciar el proceso se debe presionar
el pulsante de marcha PM, y el proceso comenzara en las mismas condiciones en
las que fue detenido, es decir, que las válvulas que estuvieron abiertas se abrirán
nuevamente, y si las bombas estuvieron encendidas, también se encenderán.
En caso de emergencia presionar el pulsante de EMERGENCIA PE, el mismo
que apagará todo el proceso (apagará bombas y cerrará válvulas) de la misma
forma que el pulsante de Paro. La única diferencia es que por ser un pulsante tipo
hongo es de mayor facilidad para presionarlo, además una vez presionado se
queda enclavado. Para desenclavarlo, se tiene que girar el hongo hasta que se
desenclave.
El pulsante de banda transportadora, sirve para activar y desactivar la banda
transportadora, con la cual se acerca los tambores vacíos por las rieles al área de
envasado. Para poder activar la banda se presiona una vez el pulsante PB y si se
presiona una segunda vez el pulsante PB se desactivara la banda.
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
6
CASOS FORTUITOS
-
Cuando un tambor esté roto:
En caso de que un tambor esté roto y exista fuga de thinner al momento de
ser envasado,
el operador deberá detener el proceso presionando el
pulsante de paro PP, a continuación debe retirar el tambor roto e inhabilitar
momentáneamente la válvula de descarga correspondiente al tambor en
mal estado. Para
inhabilitar ésta válvula, se debe presionar por 10
segundos el pulsante correspondiente a la fila del tambor dañado o hasta
que el indicador de la fila se apague. Cuando el indicador de la fila se
apaga se asegura que efectivamente se ha deshabilitado la válvula de
descarga y se puede reiniciar el proceso con el pulsante de marcha PM.
Al empezar un nuevo ciclo, la válvula inhabilitada volverá a funcionar
normalmente.
-
Inhabilitar una fila o tanque del proceso:
En el caso de que una válvula de carga o descarga de Thinner esté en mal
estado, se puede inhabilitar la fila correspondiente a ésta válvula para que
el proceso funcione con 4 filas o tanques, hasta que se haga el
mantenimiento o cambio de válvula.
Para inhabilitar la fila se presiona simultáneamente el pulsador de paro PP
y el pulsante de la fila a inhabilitar, por ejemplo: Para inhabilitar la fila 3, se
presiona PP y a la vez se presiona P3. Luego de ésta operación, durante
todo o el resto del proceso se trabajará con las filas 1, 2, 4 y 5. Para
continuar con el proceso se debe presionar el pulsante de marcha PM.
Para habilitar la fila se presiona simultáneamente el pulsador PM y el
pulsante de la fila a habilitar, para el ejemplo anterior, se debe presionar el
pulsante PP y a la vez se presiona P3.
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
7
HMI
En la pantalla de bienvenida dar click sobre el botón “IR A PROCESO”
Figura 2. Pantalla de Bienvenida
En la ventana HMI, dar click sobre el botón “LOGIN” para ingresar a la cuenta de
usuario, e ingresar los datos correspondientes al user name y al password
Figura 3. Pantalla del proceso de envasado
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
8
Figura 4. Ventana de ingreso de usuario y clave
Una vez que se ingrese el LOGIN aparecerá un botón de ingreso de datos en la
ventana HMI, en la parte inferior izquierda.
Figura 5. Botón para Ingresar datos
Al dar un click sobre éste botón aparecerá una ventana para ingresar los datos
correspondientes al lote para el envase.
Figura 6. Ventana de Ingreso datos
ANEXO C – MANUAL DE USUARIO
9
Finalmente dar click en OK, para poder supervisar y llevar un registro del proceso,
también el operador podrá visualizar los datos ingresados.
Los supervisores pueden acceder a los registros de los lotes envasados y
supervisados en la HMI, al hacer click sobre “VER REGISTROS” en la pantalla de
bienvenida.
Figura 6. Ventana de Reportes
ANEXO D
EVALUACIÓN
ERGONÓMICA
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
1
EVALUACIÓN ERGONÓMICA
La evaluación ergonómica se realizó con la ayuda del departamento de seguridad
de Pinturas Cóndor, utilizando el software e-Lest.
A continuación se describen las ventanas con los campos que deben ser llenados,
para evaluar un puesto de trabajo en una industria.
CARGA FÍSICA:
Dentro de ésta ventana se puede ingresar a la siguiente ventana que permite
seleccionar las diferentes posturas adoptadas al realizar una actividad.
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
ENTORNO FÍSICO
2
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
Entorno Físico - Ambiente Térmico
Entorno Físico - Ambiente Luminoso
3
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
Entorno Físico - Ruido
Entorno Físico - Vibraciones
4
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
CARGA MENTAL
Carga mental – Repetitividad
Carga mental – Presión de tiempos
5
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
Carga mental – Atención
Carga mental – Complejidad
6
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
ASPECTOS PSICOSOCIALES (I)
Aspectos psicosociales - Iniciativa
Aspectos psicosociales – Comunicación con los demás trabajadores
7
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
ASPECTOS PSICOSOCIALES (II)
Aspectos psicosociales – Relación con el mando y status social
TIEMPOS DE TRABAJO
8
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
9
Analizando el sistema utilizando la carretilla hidráulica como medio de transporte
para trasladar los tambores llenos, y bajo los criterios del departamento de
seguridad, se ingresaron los datos en cada una de las siguientes ventanas del
programa e-Lest.
Ventana Carga Física:
Ventana Entorno Físico
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
Ventana Carga Mental
Ventana Aspectos Psicosociales (I)
10
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
Ventana Aspectos Psicosociales (II)
Ventana Tiempos de Trabajo
11
ANEXO D – EVALUACIÓN ERGONÓMICA
12
Ventanas de resultados
Lo cual indica que con el sistema utilizando la carretilla hidráulica la carga estática
tiene un valor de 3 y la carga dinámica un valor de 10. Es decir, que ésta actividad
sigue siendo nociva para el operador.
ANEXO E
FOTOGRAFÍAS
DEL SISTEMA
IMPLEMENTADO
ANEXO E – FOTOGRAFÍAS DEL SISTEMA IMPLEMENTADO
a)
Sistema implementado en el área de envasado
b) Ubicación de tablero de control o tablero neumático
1
ANEXO E – FOTOGRAFÍAS DEL SISTEMA IMPLEMENTADO
c) Tablero Eléctrico y Electroneumático
d) Ubicación de tableros y tanque de excedentes
2
PARCIAL DE PROGRAMACION Y PLC CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE?. •

PARCIAL DE PROGRAMACION Y PLC CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE?. •

PLC (Power Line Communication)Controladores lógicos programablesSistemas operativos y lenguajes de programaciónEstructuraMemoria

Balance de materia

Balance de materia

CaudalesComposicionesUnidades másicasQuímicaDisolución

Módulos de entrada y salidaControl de piezas a distanciaElectrónicaControladores lógicosAutómatasFuentes de alimentación