Control de Nivel terminado

CBT No. 2 ING. RODOLFO NERI VELA, TENANGO DEL VALLE
CONTROL DE NIVEL DEL LLENANDO PARA DEPOSITO DE REFRIGERANTE EN
MAQUINAS (SIERRA MECANICA)
DISEÑO DE PROTOTIPO TECNOLOGICO
INTEGRANTES


JUAN ALBERTO VÁZQUEZ VÁZQUEZ
MAURICIO LEONARDO VÁZQUEZ VÁZQUEZ
ASESOR

ING. MARIANO TRUJILLO MENDIETA
TECNICO EN MECATRONICA
1
DEDICATORIAS
“Nuestra recompensa se encuentra en el esfuerzo y no en el resultado. Un esfuerzo
total es una victoria completa”
Mahatma Gandhi
A nuestros padres…
2
ÍNDICE
Dedicatorias
Índice
Introducción
Planteamiento del problema
Justificación
Objetivos
Pág.
2
3
5
6
8
9
CAPÍTULO 1. REFERENCIAS DEL ESCENARIO REAL
1.1
1.2
1.2.1
1.3
1.4
1.4.1
1.4.2
Descripción del contexto social, económico y cultural
Organización general de la institución
Organización del taller de electricidad
Misión, Visión y Valores
Croquis de ubicación
Croquis del CTB No. 2 Ing. Rodolfo Neri Vela, Tenango del Valle
Croquis del Taller de Electrónica/Electricidad
11
17
18
19
20
21
22
CAPÍTULO 2. REFERENCIAS DEL PERFIL PROFESIONAL
2.1
2.2
2.3
2.4
Descripción de la carrera cursada
Objetivos de la carrera
Perfil de egreso
Análisis de las competencias profesionales del alumno
24
26
27
28
CAPÍTULO 3. ARQUITECTURA DEL PROTOTIPO TECNOLÓGICO
3.1
3.1.1
3.1.1.2
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.1.7.1
3.1.7.1.2
3.1.7.2
Fundamentos del Prototipo
Mecatrónica
Corriente Eléctrica
Tipos de Corriente
¿Qué son los Sistemas de Control?
Sistema de Lazo Abierto y Cerrado
Sensores
Circuitos Impresos
Componentes Electrónicos
Transistores
Transistor NPN y PNP
LED
33
33
34
34
35
36
37
38
38
38
39
40
3
Resistencia Eléctrica
40
Diodo
41
Placa Fenólica
Listado de materiales a utilizar
43
Diagrama, esquema, diseño del prototipo, incluyendo, 46
especificaciones técnicas
Descripción de los pasos para la construcción del prototipo
49
3.1.7.3
3.1.7.4
3.1.7.5
3.2
3.3
3.4
CAPÍTULO 4. IMPACTO SOCIOAMBIENTAL
4.1
4.2
Descripción de la trascendencia ambiental que puede tener el
prototipo
Ideas precisas para operar el prototipo
59
59
FUENTES DE CONSULTA
Bibliografía
60
Cybergrafía
60
4
INTRODUCCIÓN
El diseño de este prototipo tecnológico fue con el propósito de innovar una maquina
(sierra mecánica) que contenga un depósito de refrigerante para mejorar su uso, en
este trabajo se muestra el procedimiento que se hizo para la realización del dicho
trabajo encontraras la descripción económica, cultural y social tanto como una visión
y una misión que se alcanzaron a la terminación de este mismo, utilizando todo lo
aprendido en el transcurso de la carrera como técnico en Mecatrónica , describiendo
cada paso de como realizamos el circuito que se utilizó el sensor y el contenedor del
refrigerante, el listado de materiales que se utilizaron, los diagramas, esquemas y
también una breve explicación sobre el impacto ambiental que tiene el prototipo.
5
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los controladores de nivel son dispositivos cuya finalidad es la de obtener la garantía
de mantener el nivel del líquido o fluido en un rango de variación establecido. Se ha
visto la necesidad de utilizarlos en automatización de procesos y es que
proporcionan mayor precisión en la fabricación de piezas, llenado de envases, etc.
Mantener controlado el nivel del líquido en los diferentes depósitos nos ayuda a
obtener información del volumen del líquido así como también el tiempo de llenado,
un ejemplo de esto es el tanque de combustible de un vehículo.
En la actualidad, gracias al desarrollo y aplicación de las técnicas modernas de
control, un gran número de tareas y cálculos asociados a la manipulación de las
variables ha sido delegado a computadoras, controladores y accionamientos
especializados para el logro de los requerimientos del sistema. El uso de las
computadoras digitales ha posibilitado la aplicación en forma óptima del control
automático a sistemas físicos que hace algunos años atrás eran imposibles de
analizar o controlar. “El control automático es el mantenimiento de un valor deseado
para una cantidad o condición física, midiendo su valor actual, comparándolo con el
valor referencia, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla mediante una
acción correctiva. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de
acción y reacción que funcione sin intervención humana”.
El elemento más importante de cualquier sistema de control automático es el lazo de
control realimentado, que no es más que una trayectoria cerrada formada por un
sensor, un controlador y un elemento final de control. El concepto de control por
realimentación no es nuevo, el primer lazo de control realimentación fue usado en
1774 por James Watt para el control de la velocidad de una máquina de vapor. A
pesar de que los principios de funcionamiento del lazo de control ya eran conocidos,
las técnicas de control y análisis de estabilidad se desarrollaron lentamente hasta
6
que los primeros sistemas de transmisión neumática comenzaron a volverse
comunes en los años 40.
El problema más frecuente que hemos observado en la sociedad (fábricas, talleres)
es que al ir acabándose el refrigerante y sin un sistema que regule la cantidad, éste
puede agotarse y afectar el rendimiento de la máquina (sierra mecánica)
ocasionando que se queme la bomba.
Se propone solucionar este problema realizando un sistema de control automático
que se encargue de regular el nivel de refrigerante necesario para que la máquina
pueda funcionar correctamente.
Por lo que se genera la siguiente pregunta:
¿Cómo hacer un sistema automático de control de nivel del llenado para
depósito de refrigerante en máquinas?
7
JUSTIFICACIÓN
Con el diseño y elaboración del prototipo tecnológico (control de nivel del llenado
para un depósito de refrigerante en máquinas) para la sierra mecánica que se ubica
en el Instituto Tecnológico de Toluca, facilitaremos el trabajo de las empresas que
trabajan con este tipo de máquinas y así, evitar un sobrecalentamiento ya que la
bomba funcionará al empezar a trabajar la máquina; también, disminuir el costo de
reparaciones; otro beneficio que se obtendría es la vida útil de la máquina, pues con
este tipo de sistema evitaremos derramamiento del refrigerante.
Con la creación de este prototipo tecnológico aplicamos las diferentes ramas de la
mecatrónica
como son; los conocimientos que aprendimos durante nuestra
formación como técnicos en mecatrónica, además de adquirir nuevos conocimientos
aplicándolos en nuestro trabajo.
Lo que motivó a la realización de este trabajo fue el poder obtener un título como
técnico, para así poder continuar nuestros estudios más adelante, además de poner
en práctica todo lo aprendido en esta institución, por el momento nuestro dispositivo
puede controlar el depósito de una sierra mecánica y aún sigue siendo un prototipo.
8
OBJETIVOS
General:
Realizar un sistema automatizado que controle el nivel de un depósito de
refrigerante, en este caso una sierra mecánica.
Particulares:

Investigar acerca de los sistemas de control automáticos, tipos de sensores.

Señalar las partes que componen el dispositivo.

Mostrar cómo funcionan las partes del dispositivo.

Cotizar precios de los materiales.

Realizar el prototipo del dispositivo.
9
CAPÍTULO 1
REFERENCIA DEL
ESCENARIO REAL
10
1.1 Descripción Social, Económica y Cultural del Contexto

Contexto Social
El presente proyecto se realizará en el C.B.T. No. 2 Ing. Rodolfo Neri Vela ubicado
en Tenango del Valle del cual se hablará sobre sus aspectos históricos, sociales,
culturales y económicos.
El municipio tiene una extensión de 207.54 kilómetros cuadrados. La división del
municipio, para sus fines políticos y administrativos, se integra por la cabecera
municipal, diez delegaciones, diez subdelegaciones, veinticinco colonias y seis
fraccionamientos.

Económico
En Tenango del Valle los ingresos son principalmente aportados por la población
masculina, aunque la población femenina también contribuye con una parte. Como
se muestra en la tabla.
Indicadores de
participación económica
Población
económicamente
activa (PEA)
Ocupada
Desocupada
Población no
económicamente activa
Total
Hombres Mujeres
29,408
20,825
28,039
1,369
27,614
19,634
1,191
6,476
%
%
Hombres Mujeres
8,583
70.81
29.19
8,405
178
21,138
70.02
87.00
23.45
29.98
13.00
76.55
Tabla 1.Distribución de la población por condición de actividad económica según sexo, 2010.
Actividades:

Agricultura: sigue siendo la actividad económica principal, hortalizas y
leguminosas son la principal producción del municipio.
11
Ilustración 8. Niño en cultivo de hortalizas

Ganadería: Ganado ovino, bovino y porcino.
Ilustración 9.Ganado bovino

Industria: Parque Industrial Tenango, que cuenta con industrias automotrices
y de plásticos, como lo es; Falco, Coca Cola, Macimex, etc.
Ilustración 10.Trabajador de Falco manipulando el torno
12

Comercio: Comercios principalmente en la cabecera municipal y en San
Bartolomé Atlatlahuca, el cual es un productor muy importante de pan.
Ilustración 11.Comerciante con su establecimiento de pan

Contexto Cultural
Monumentos Arqueológicos
Zona Arqueológica Teotenango. En ella se tiene una amplia plataforma
arquitectónica donde destacan las dos pirámides ceremoniales, el juego de pelota y
el temazcal
Ilustración 1.Zona arqueológica
Teatro municipal. Obra arquitectónica que se construyó bajo los cánones que
imperaron durante el porfiriato.
13
Ilustración 2.Teatro municipal
Escuela primaria Benito Juárez García. Legado histórico que en su momento fue
auspiciado por la obra porfiriana que se caracteriza por estar en boga el Art Novoe.
Ilustración 3.Escuela Primaria Benito Juárez García
Los templos que fueron construidos durante la época colonial son una muestra clara
de la arquitectura religiosa barroca que aún perdura en el municipio. Destacamos el
templo de El Calvario, de corte neoclásico, de nave rectangular con pequeño
crucero, concebido con base de órdenes jónicos, ubicado en la cabecera municipal.
14
Ilustración 4. Santo Calvario
La parroquia en la cabecera y el templo de Atlatlahuca son las que destacan por sus
acabados, los cuales se caracterizan por las participaciones de la mano popular.
Ilustración 5.Templo de Atlatlahuca
La parroquia de Zictepec, dedicada a San Pedro, fue concebida por los frailes del
siglo XVIII y es el origen de la cuadrícula que caracteriza a las primeras trazas
urbanas.
15
Ilustración 6.Parroquia de Zictepec
Museos
Museo de sitio Román Piña Chan. Se ubica a los pies del cerro Tetépetl, donde está
la zona arqueológica de Teotenango. En él se encuentran interesantes piezas de los
distintos periodos que tuvo el pueblo matlatzinca, hasta la conquista por los aztecas.
Destaca, por ser de los pocos existentes, el "œhuehuetl de Toetenango", instrumento
prehispánico de percusión.
Ilustración 7.Museo de Sitio Román Piña Chan
16
1.2 Organización general del CBT No. 2 Ing. Rodolfo Neri Vela, Tenango del
Valle
DIRECTORA ESCOLAR
CONSEJO ACADEMICO
INSTITUCIONAL
ASOCIACION DE
PADRES DE FAMILIA
SUBDIRECTORA
ESCOLAR
ASOCIACION DE
ALUMNOS
COORDINADOR LAB.
MULTIDISCIPLINARIO
SECRETARIO
ESCOLAR
ORIENTACION
EDUCATIVA
VINCULACION, TIT.
Y CERTIFICACION
COORDINADOR LAB.
DE INFORMATICA
DOCENTES
DOCENTES
DOCENTES
DOCENTES
SUBDIRECTORA
ESCOLAR
SUBDIRECTORA
ESCOLAR
SUBDIRECTORA
ESCOLAR
SUBDIRECTORA
ESCOLAR
TIENDA ESCOLAR
ALUMNOS
BIBLIOTECA
ESCOLAR
PERSONAL
ADMINISTRATIVO
ALUMNOS
PERSONAL
MANUAL
ALUMNOS
17
1.2.1 Organización del taller de Electrónica/Electricidad
COORDINADOR DEL TALER DEL TALLER
DE ELECTRÓNICA/ELECTRICIDAD
DOCENTES DE LAS
MATERIAS TECNOLOGICAS
DOCENTES DE LAS
MATERIAS TECNOLOGICAS
DOCENTES DE LAS
MATERIAS TECNOLOGICAS
DOCENTES DE LAS
MATERIAS TECNOLOGICAS
18
1.3 Misión, visión y valores
Misión
Ser una Institución de primer nivel que brinde a la sociedad profesionales técnicos,
con conocimientos, habilidades, destrezas y valores que les permitan acceder a
mejores condiciones de vida.
Visión
Proporcionar una educación integral de calidad, encaminada a formar bachilleratos
técnicos capaces de enfrentar los retos y demandas laborales, sociales y educativas.
Valores

Responsabilidad

Honestidad

Confianza

Respeto

Comunicación
19
VA
PI
NO
LE
S
BU
IN
DE
PE
ND
EN
CI
A
1.4 Croquis de ubicación
IGNACIO ALLENDE
MATAMOROS
IGNACIO ALDAMA
M
OROS
ATAM
BULEVAR NARCISO BASSOLS
GR A L
GRAL MARIANO MATAMOROS
OM
ARIAN
20 DE NOVIEMBRE
AV. LIC. BENITO JUAREZ SUR
DE
LO
S
PI
NO
S
LS
AV
.D
E
O
SS
BA
LA
O
IS
DE
RC
LO
NA
S
R
IGNACIO ZARAGOZA
CENTRO DE BACHILLERATO
TECNOLOGICO NO. 2
ING. RODOLFO NERI VELA
Av. Lic. Benito Juárez Sur 406, Guadalupe, C.P. 52300, Tenango del Valle, Méx.
20
1.4.1 Croquis del CBT No. 2 Ing. Rodolfo Neri Vela, Tenango del Valle.
Cancha
Taller
Electronica/
Electricidad
Futbol
Edificio D
Edificio F
Edificio A
Edificio E
Edificio C
Cancha
Basquetbol
Edificio B
21
1.4.2 Croquis del Taller de Electrónica/Electricidad.
MESAS
DE
TRABAJO
TALADRO
TORNO
ESMERIL
ESMERIL
MESAS
DE
TRABAJO
TORNO
MESAS
DE
TRABAJO
BODEGA
22
CAPÍTULO 2
REFERENCIAS DEL PERFIL
PROFESIONAL
23
2.1 Descripción de la carrera cursada
Habilidades y conocimientos
La carrera de Técnico en Mecatrónica está integrada de 5 módulos y estos a su vez
están compuestos por submódulos los cuales son:
MODULO 1. APLICA LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA MECATRÓNICA EN
AMBIENTES MECATRÓNICOS.
Manipula instrumentos de medición, simbología y normatividad; en este submódulo
se realizan actividades que sirven para que los alumnos podamos identificar las
herramientas o instrumentos indicados para la industria. Como: el micrómetro,
calibrador de alturas, vernier, etc.
Manipula y ensambla herramientas y piezas mecatrónicas; cuenta con actividades
para que los alumnos aprendamos a utilizar las herramientas adecuadas a la hora de
maquinar, así como operaciones para el ensamble de piezas.
Construye diagramas y planos mecatrónicos; en este submódulo los alumnos
adquirimos la habilidad de realizar dibujo técnico asistido por computadora en un
software llamado AutoCAD. En el que se realiza el diseño de piezas mecánicas y
facilita el diseño de sólidos.
Instrumenta la práctica; Nos orienta para que obtengamos habilidades y tengamos
una mentalidad que nos permita ser emprendedores para crear proyectos e iniciemos
nuestra propia empresa.
MODULO 2. UTILIZA SISTEMAS MECATRÓNICOS
Maneja la electrónica analógica/digital y circuitos impresos; En ella se adquieren
conocimientos que nos ayudaran a interpretar diagramas, identificando cada uno de
los componentes de un circuito para así, crear y diseñar nuestros propios circuitos.
24
Manipula herramientas y equipo mecatrónico; se desarrollan habilidades las cuales
se utilizan para operar herramientas y maquinas utilizadas en la mecatrónica, como,
machuelos, buriles, tornos, taladros, etc.
Problematiza la practica; nos explica cómo seguir las normas y llevar a cabo las
operaciones a la hora de realizar un proyecto.
MODULO 3. APLICA EL CONTROL ELEMENTAL
Elabora circuitos básicos de control electrónico-electromecánico; aquí realizamos
circuitos eléctricos los cuales tienen que funcionar íntegramente con algún
componente mecánico.
Aplica los modos de control; esta se encarga de darnos a conocer varias formas para
realizar el control de sistemas de manera automática.
Programación básica en PC; tiene la función de darnos las herramientas para la
creación de programas para el control de operaciones.
Sistematiza y gestiona proyectos I; hace que los alumnos realicemos planes
emprendedores, y nos orienta para que podamos crear nuestras propias empresas.
MODULO 4. AUTOMATIZA SISTEMAS MECATRONICOS
Aplica el control mecatrónico; genera propuesta de control para proyectos
mecatrónicos.
Automatización de procesos manuales, en este submódulo se realizan sistemas de
control para controlar los procesos manuales de forma automática.
Realiza mantenimiento en sistemas mecatrónicos; los alumnos desarrollamos
habilidades y destrezas que nos permiten realizar cronogramas para poder darle el
mantenimiento adecuado a equipos mecatrónicos, haciendo diagnósticos y llevando
el seguimiento.
25
Sistematiza y gestiona proyectos II; aquí retomamos el proyecto emprendedor el cual
nos ayuda a desarrollar un trabajo haciendo de forma profesional llevando a cabo
varios estudios e investigaciones.
MODULO 5. COMPETENCIAS PROFESIONALES BASICAS
Fundamentos teórico-prácticos que fortalecen el perfil profesional;
Elementos teórico- metodológicos para estructurar un proyecto académico;
Desempeño profesional en el escenario real de la carrera técnica;
2.2 Objetivos de la carrera Técnico en Mecatrónica
El perfil profesional define la formación que se debe establecer para con el
estudiante, en relación al papel que posteriormente deberá desempeñar como
profesionista, tomando en cuenta las necesidades específicas del entorno y con las
propias características evolutivas de la Mecatrónica para lograr esté perfil, es preciso
que el alumno reúna ciertos conocimientos, habilidades y destrezas, necesarias para
su formación, siendo definidas en:
Habilidad

Operar instrumentos de medición.

Diagnosticar posibles fallas.

Manipular equipos de producción.

Manejo de nomenclaturas, simbología y seguridad industrial.

Manejo de herramientas.

Conexión de sistemas en mecatrónica.

Elaboración de circuitos impresos.

Manejo de software especializados en el área.
26
Conocimientos

Conocimiento e interpretación de diagramas de electricidad, electrónica,
neumática e hidráulica.

Diseño de circuitos.

Control básico de sistemas.

Conocimiento, planeación de mantenimiento preventivo y correctivo en
sistemas de control mecatrónicos.

Proyección, construcción, operación y mantenimiento de instalaciones
eléctricas de sistemas de control electromagnético y electrónico.

Diseño de circuitos impresos.

Desarrollar un pensamiento crítico.
Actitud

Disponibilidad para trabajar en equipo.

Ser imaginativo.

Ser innovador.

Ser emprendedor.

Interés por la actualización constante.

Impulsar a sus compañeros a progresar.
2.3 Perfil de egreso
El Técnico en Mecatrónica posee los conocimientos de electrónica, mecánica,
tecnología digital, robótica y las habilidades para operar instrumentos de medición,
diagnosticar posibles fallas, manipular equipos de producción, obtiene conocimientos
para la interpretación de diagramas de electricidad, electrónica, neumática e
hidráulica, diseño de circuitos, control básico de sistemas. Posee actitudes como
disponibilidad para trabajar en equipo, ser imaginativo, innovador y emprendedor.
27
2.4 Análisis de las competencias profesionales del alumno
A continuación se muestra el análisis de cada una de las competencias que se
plantearon en cada uno de los módulos y submódulos, y una breve descripción de
cómo se llegó a dichas competencias.
MÓDULO I. APLICA LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA MECATRÓNICA EN
AMBIENTES MECATRÓNICOS.
Maneja instrumentos de medición, simbología y normatividad

Competencia: Maneja la toma de lectura de diferentes variables
apoyándose de instrumentos de medición.
 Se cumplió esta competencia realizando la medición de diferentes
elementos con múltiples instrumentos como el vernier, flexómetro,
escuadras, etc. Con el objetivo de generar en el alumno la capacidad de
reconocer los sistemas de medida inglés y métrico.
Manipula y ensambla herramientas y piezas mecatrónica

Competencia: Crear piezas mecánicas manipulando herramientas.
 Se cumplió esta competencia realizando operaciones de corte como el
barrenado y machueleado de una pieza solera, y a su vez el ensamble
de varias piezas a través de serpentines (sin fin de cuerda), lo que
permitió al alumno reconocer el procedimiento de maquinado de una
pieza.
Construye planos y diagramas mecatrónicos

Competencia: Realiza levantamientos de elementos de campo para crear
planos y verificar existentes.
 Se logró llegar a esta competencia con el aprendizaje de la simbología,
ya que esto permitió la interpretación de planos y diagramas, lo que a
28
su vez dio un incentivo a los alumnos para diseñar sus propios planos y
diagramas.
Instrumenta la práctica
MÓDULO II. UTILIZA SISTEMAS MECATRÓNICOS
Maneja la electrónica analógica, digital y circuitos impresos

Competencia: Aplica le electrónica como herramienta esencial para el
desarrollo de proyectos de forma fija.
 La competencia se desarrolló con la realización de varias prácticas en
las que se realizaban circuitos, se identificaban componentes y se
realizaron circuitos impresos.
Manipula herramientas y equipo mecatrónico

Competencia: Maneja los diferentes tipos de herramientas y equipos para
desempeñar las actividades de su campo laboral.
 Esta competencia se desarrolló con el reconocimiento de herramientas
y equipo mecatrónico así como las lecturas y cálculos que de cada uno
de ellos existen, así como con la manipulación de las seis maquinas
herramientas, con las cuales se realizó un trabajo de maquinado en
distintas piezas.
Problematiza la práctica
MÓDULO III. APLICA EL CONTROL ELEMENTAL
Elabora circuitos básicos de control electrónico, electromecánico

Competencia: Crea y verifica funcionamiento de los motores.
 La competencia se desarrolló con la elaboración de varios circuitos en
los cuales había un controlador que establecía el funcionamiento del
circuito.
29
Aplica los modos de control

Competencia: Selecciona el modo más adecuado a la función del sistema
que se desea controlar.
 La competencia se desarrolló al utilizar microcontroladores realizando
varias prácticas que permiten al alumno reafirmar los conocimientos
sobre el funcionamiento de circuitos electrónicos.
Practica programación básica en PC
▪
Competencia: Crea programas basados en un ambiente orientado a
objetos y estructurado.
 Se logró esta competencia al iniciar a programar en el software Karel y
posteriormente en la interface del lenguaje C, en los cuales realizamos
diversas practicas con las estructuras aprendidas en clase.
Sistematiza y gestiona proyectos I
MÓDULO IV. AUTOMATIZA SISTEMAS MECATRÓNICOS
Aplica el control mecatrónico

Competencia: Genera propuestas de control para proyectos mecatrónicos
 Se logró alcanzar la competencia al utilizar los conocimientos adquiridos
previamente sobre los microcontroladores y su uso para controlar
sistemas de varias variables. Se desarrolló con el control de una
electroválvula a 12 v y diversos sensores.
Automatiza procesos manuales

Competencia: Visualiza y reconoce procesos manuales para generar una
propuesta de automatización.
 Esta
competencia se desarrolló con el reconocimiento de los
microcontroladores, así como su uso en automatizar, en este caso se
desarrolló en la programación de un sensor ultrasónico que permitió
activar o no el flujo de aire para comprimir una lata.
30
Realiza mantenimiento en sistemas mecatrónicos

Competencia:
Brindar
mantenimiento
preventivo
a
los
equipos
mecatrónicos en todas sus modalidades.
 Esta competencia se desarrolló con el reconocimiento y manipulación
de diferentes maquinas herramientas, así como la verificación de
funcionamiento y la creación de un manual que permitiera controlar el
mantenimiento que se brinda a dichas maquinas.
Sistematiza y gestiona proyectos II
MÓDULO V. COMPETENCIAS PROFESIONALES BÁSICAS
Fundamentos teórico-prácticos que fortalecen el perfil profesional

Competencia: Reconoce los fundamentos teórico prácticos del ejercicio
profesional de la carrera técnica, con base a las necesidades del escenario
real.
Elementos teórico-metodológicos para estructurar un proyecto académico

Competencia: Emplea la estructura metodológica de la opción de titulación
elegida, mediante la investigación realizada durante la estadía para el
desarrollo del proyecto académico laboral.
Desempeño profesional en el escenario real de la carrera técnica

Competencia: Aplica las competencias profesionales de la carrera técnica
en el escenario real, de acuerdo a su desempeño profesional.
31
CAPÍTULO 3
ARQUITECTURA DEL
PROTOTIPO TECNOLÓGICO
32
3.1 Fundamentos del prototipo
3.1.1 Mecatrónica
El termino mecatrónica se usa para describir la integración de sistemas de control
basados en microprocesadores, sistemas eléctricos y sistemas mecánicos. Un
sistema mecatrónico no es simplemente la unión de sistemas eléctricos y mecánicos,
y es más que un simple sistema de control: es una integración completa de todo lo
anterior.
Actualmente, en el diseño de autos, robots, maquinas-herramientas, lavadoras,
cámaras y muchos otros dispositivos, se adopta cada vez con mayor frecuencia este
enfoque integrado e interdisciplinario para el diseño en ingeniería. A fin de poder
diseñar sistemas de menor costo, más confiables y flexibles es necesario lograr
desde las primeras etapas del proceso de diseño la integración a través de las
fronteras tradicionales de la ingeniería mecánica, eléctrica, electrónica y de control.
La mecatrónica adopta un enfoque concurrente o participativo entre estas disciplinas
en lugar del enfoque secuencial tradicional del desarrollo, digamos, un sistema
mecánico, luego el diseño de la parte eléctrica y después del microprocesador.
Ilustración 12. Integración de la mecatrónica
33
3.1.2 Corriente Eléctrica
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de
cargas o de electrones a través de un circuito, que se mueven siempre del polo
negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
Ilustración 13. Circulación de electrones
3.1.2.2 Tipos de Corriente
En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente
directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre
en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza
electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su
polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.
Ilustración 14. Gráfico de corriente directa (C. D.) o continua (C. C.).
34
Ilustración 14. Gráfico de corriente alterna (C. A.).
La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de
circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como
frecuencia en Hertz (Hz) tenga esa corriente, A la corriente directa (C. D.) también se
le llama “corriente continua” (C. C.)
La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y también es
la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e
industrial cambia su polaridad o sentido 50 o 60 veces por segundo, según el país de
que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.
En los países de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o Hertz (Hz) por
segundo de frecuencia, mientras que en los países de América la frecuencia es de
60 ciclos o Hertz.
3.1.3 ¿Que son los Sistemas de Control?
En la vida diaria existen muchos objetivos que necesitan cumplirse. Por ejemplo, en
el ámbito doméstico, se requiere regular la temperatura y humedad de las casas y
edificios para proporcionar comodidad. En la transportación, se requiere controlar
que un automóvil o un avión se muevan de un lugar a otro en una forma segura y
exacta. En la industria, los procesos de manufactura tienen un sinnúmero de
objetivos para productos que satisficieran requerimientos de precisión y costo. Un ser
humano es capaz de realizar diferentes tareas, incluyendo tomar decisiones. Algunas
de éstas tales como recoger un objeto y caminar una cierta distancia se realizan de
forma rutinaria. Bajo ciertas condiciones, algunas de estas tareas se realizan de la
35
mejor forma posible. Por ejemplo, un atleta que recorre una distancia de 100 metros
tiene el objetivo de recorrer dicha distancia en el menor tiempo posible. Por otro lado,
un corredor de maratón no solo debe de correr la distancia lo más rápido posible,
sino también debe de controlar el consumo de energía y desarrollar la mejor
estrategia para la carrera. La búsqueda para alcanzar tales “objetivos”, requiere
normalmente de usar un sistema de control que implante ciertas estrategias de
control.
Los sistemas de control se encuentran en gran cantidad en todos los sectores de la
industria, tales como el control de calidad de los productos manufacturados, líneas
de ensamblaje automático, control de máquinas-herramienta, tecnología espacial y
sistemas de armas, control por computadora, sistemas de transporte, sistemas de
potencia, robótica y muchos otros.
3.1.4 Sistema de lazo abierto y cerrado
Un sistema está integrado por una serie de elementos que actúan conjuntamente y
que cumplen un cierto objetivo. Los elementos que componen un sistema no son
independientes, sino que están estrechamente relacionados entre sí, de forma que
las modificaciones que se producen en uno de ellos pueden influir en los demás. Un
sistema que mantiene una relación establecida entre la salida y la entrada de
referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio de control, se
denomina sistema de control realimentado o de lazo cerrado.
Ilustración 15.Sistema de lazo abierto
36
Lazo cerrado
Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de control de
lazo cerrado. En la práctica, los términos control realimentado y control en lazo
cerrado se usan indistintamente. En un sistema de control en lazo cerrado, se
alimenta al controlador la señal de error de actuación El término control en lazo
cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentando para reducir
el error del sistema.
Ilustración 16.Sistema de lazo cerrado
3.1.5 Sensores
El termino sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada con la
cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, en el caso de un elemento para medir
temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide es la
temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un cambio en la
resistencia. Con frecuencia se utiliza el término “transductor” en vez de sensor. Un
transductor se define como el elemento que al someterlo a un cambio físico
experimenta un cambio relacionado. Entonces, los sensores son transductores.
37
3.1.6 Circuitos Impresos
Un circuito impreso o PCB en inglés, es una tarjeta o placa utilizada para realizar el
emplazamiento de los distintos elementos que conforman el circuito y las
interconexiones eléctricas entre ellos.
Antiguamente era habitual la fabricación de circuitos impresos para el diseño de
sistemas mediante técnicas caseras, sin embargo esta práctica ha ido disminuyendo
con el tiempo. En los últimos años el tamaño de las componentes electrónicas se ha
reducido en forma considerable, lo que implica menor separación entre pines para
circuitos integrados de alta densidad. Teniendo también en consideración las
actuales frecuencias de operación de los dispositivos, es necesaria una muy buena
precisión en el proceso de impresión de la placa con la finalidad de garantizar
tolerancias mínimas.
Los circuitos impresos más sencillos corresponden a los que contienen caminos de
cobre (tracks) solamente por una de las superficies de la placa. A estas placas se les
conoce como circuitos impresos de una capa, o en inglés, 1 Layer PCB.
Ilustración 17. Circuito impreso
3.1.7 Componentes electrónicos
3.1.7.1 Transistores
Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de
circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.
38
También se llama Transistor Bipolar o Transistor Electrónico. El Transistor es un
componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy
habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso
cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.
3.1.7.1.2 Transistor NPN y PNP
El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT)
es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy
cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus
terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica
analógica. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un
solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera
quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada,
comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona
como emisor de portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

Colector, de extensión mucho mayor.
Los transistores de tipo NPN aquellos que tienen más N en su nombre, esto quiere
decir que utilizan “partículas” subatómicas de signo Negativo para transportar la
corriente.
Y que los de tipo PNP, es decir, aquellos con más P en su nombre, por lo que utilizan
“partículas”
subatómicas
de
signo
Positivo
para
transportar
la
corriente.
Esta diferencia es importante porque la forma de conectar estos transistores
depende de si son de tipo NPN o PNP, debido a que los signos de voltaje de entrada
difieren dependiendo del tipo de transistor.
39
Ilustración 18. Símbolo del Transistor NPN
Ilustración 19. Símbolo del Transistor PNP
3.1.7.2. LED
Un led (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: ‘diodo emisor de luz; el plural
aceptado por la RAE es ledes ) es un componente optoelectrónico pasivo y, más
concretamente, un diodo que emite luz.
Ilustración 20. LED's
3.1.7.3 Resistencia eléctrica
Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los
electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el
Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω),
en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su
nombre.
40
Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:
Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material,
es la
longitud del cable y S el área de la sección transversal del mismo.
La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es
directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y
es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta
su grosor o sección transversal).
Ilustración 21.Símbolo de la Resistencia
3.1.7.4 Diodo
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación
de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente
se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad;
consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos.
El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta
potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y
un cátodo.
De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos
regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito
abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con
una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele
denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte
negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente
41
alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los
experimentos de Lee De Forest.
Ilustración 22.Símbolo del Diodo
3.1.7.5 Placa fenólica
Estas placas son de dos cara, por lo general una de sus caras es de cobre, el cual
tiene la función de conducir la electricidad, la otra es un aislante para que al fundirla
en acido ferroso, el aislante separe las pistas de cobre. Este material aislante puede
ser silicona, fibra de vidrio, y algunos otros.
Ilustración 23. Placa fenólica
42
3.2 Listado de materiales a utilizar
NOMBRE
CANTIDAD
IMAGEN
COSTO
Placa
fenólica
virgen de
10cm x
15cm
1
$ 15
Resistencias
de 1 KὩ
10
$ 10
LED’s rojos
2
$2
2
$2
1
$1
4
$8
5
$ 35
LED’s
amarillos
LED verde
Borners de 2
terminales
Transistores
PNP BC547
43
Diodo
1
$1
450 ml
$ 25
1
$2
de estaño
3 Metros
$ 12
Cable UTP
5 Metros
$ 20
1N4001
Cloruro
férrico
Hoja transfer
Soldadura
44
Clavos de ½
plg.
6
$2
1
$ 120
50 cm
$10
1
$30
1
$22
1
$6
Fuente de
poder de
12V
Tubo de
PBC de 1plg.
Lata de
pintura en
aerosol
Llave bebed
agua
p/garrafón
Codo
hidráulico de
1 plg.
45
3.3 Diagrama, esquema, diseño del prototipo, incluyendo, especificaciones
técnicas.
46
47
48
3.4 Descripción de los pasos para la construcción del prototipo
1. El primer paso para diseñar este prototipo fue tener una idea la cual se
innovadora lo que se diseño fue un control de nivel de llenado para una sierra
mecánica
Ilustración 14. Diseño del prototipo
2. En este paso diseñamos el circuito, el cual se realizó en el software live ware.
Ilustración 25. Circuito del prototipo
49
3. Esté lo armamos y lo probamos en una Protoboard.
Ilustración 26. Circuito en protoboard.
4. Ya que estuviera funcionando correctamente realizamos el circuito impreso en
el software PCB wizard.
Ilustración 27. Circuito impreso
5. Se imprimió el circuito en la hoja transfer en modo espejo ya que a la hora de
plancharlo en la placa fenólica quedaría de forma correcta.
50
Ilustración 28. Planchado del circuito a la placa fenólica
6. Ya que el circuito se encontraba en la placa se sumergió en un baño de
cloruro férrico.
Ilustración 29. Placa en baño de cloruro ferrico
7. Se perforo la placa para que se instalaran los componentes.
51
Ilustración 30. Perforado de la placa.
8. Se soldaron los componentes.
Ilustración 31. Integración de los componentes
9. Así quedo el prototipo.
52
Ilustración 32. Circuito terminado (parte trasera)
Ilustración 33. Circuito terminado (parte frontal)
10. Se cortó el garrafón para hacer el depósito
53
.
Ilustración 34. Corte del garrafón
11. Se pintó el deposito
Ilustración 25. Deposito pintado.
12. Se midió y marco el depósito para instalarle un tubo por el que se llenaría y un
drene para su vaciado.
54
Ilustración 36. Medición y marcado del depósito.
13. Se midió el tubo de PBC y se cortó a la medida deseada.
Ilustración 37. Medicion del tubo de PBC.
55
Ilustración 38. Corte del tubo de PBC.
14. Se hicieron los barrenos en el depósito con el taladro.
Ilustración 39. Barrenado del depósito.
15. Se instaló el tubo y el drene.
56
Ilustración 40. Instalación del tubo y drene.
16. Se integró la placa de control al deposito
Ilustración 41. Prototipo terminado.
57
CAPÍTULO 4
IMPACTO SOCIO AMBIENTAL
58
4.1. Descripción de la trascendencia ambiental que puede tener el prototipo

Ventajas: La creación de este prototipo fue con la idea de mejorar los
refrigerantes y los sistemas de llenado ya que algunas máquinas no tiene
integrado este tipo de maquina una de las ventajas es que no ocupa mucho
espacio ya que cuenta con un tanque de 10 litros de capacidad que cuenta
con un sensor y un circuito que permite que no se riegue el líquido, la otra es
que los materiales son totalmente reciclables y no afecta al medio ambiente.

Desventajas: Una de las desventajas que tendrá este proyecto será que si se
llega a mojar el circuito podrá tener diversos daños como podría ser un corto
circuito y eso ocasionaría que el sensor no mande señales como debe de ser.
4.2. Ideas precisas para operar el prototipo
1. La operación del este prototipo (control de nivel) es bastante sencilla, ya que
se tiene que ubicar al lado del depósito con una cubierta para que no se
salpique el controlador, además cuenta con un interruptor y funciona con 12V
de corriente continua.
2. El controlador empezara a funcionar al contacto del agua con cada uno de los
sensores ubicados en el tubo de PBC y marcara el nivel con distintos colores
de luz LED.
59
FUENTES DE INFORMACIÓN
Bibliográficas

C. Kuo, Benjamin (1996). Sistemas de Control Automático. Séptima Edición.
Prentince Hall. Pag 26.

M. Gere James (2004). Mecánica de Materiales. Sexta Edición. Cole.

Vergara S. Miguel. Técnicos de Modelación Hidráulica. México: Alfaomega,
1993.

GIL, Juan Carlos. Manual de Mecánica Industrial. Máquinas y Control
Numérico. Tomo IV. México: Cultural, 1999.

ROG, mec Paredes, Rodrigo. Técnico en Mecánica y Electrónica, México:
Diseli, 2005.
Electrónicas:

http://eet602ei.blogspot.mx/2012/05/sistemas-de-control-lazoabiertocerrado.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

https://es.wikipedia.org/wiki/Led

https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_electrica/ke_corriente_
electrica_1.htm

http://www.inafed.gob.mx/work/enciclopedia/EMM15mexico/municipios/15090a
.html

http://www.pcb.electrosoft.cl/04-articulos-circuitos-impresos-desarrollosistemas/01-conceptos-circuitos-impresos/conceptos-circuitos-impresospcb.html

http://www.snim.rami.gob.mx/

www.areatecnologia.com/TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htm
60