XVI FORUM DE CIENCIA Y TÉCNICA PINAR DEL RIO

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XVI FORUM DE CIENCIA Y TÉCNICA
PINAR DEL RIO
TITULO: Diseño y construcción de un elevador de Tapas Plásticas.
AUTOR: Ing. Eduardo Raúl Santana Díaz.
COAUTORES: Ing. Raúl Maqueira Puerta.
Obrero. Jesús Ortega Olivera
CENTRO : Fábrica los Portales
EMPRESA: LOS PORTALES S.A
ORGANISMO : MINAL
MUNICIPIO: GUANE
PROVINCIA: PINAR DEL RIO
2006
RESUMEN
El trabajo consiste en el diseño y fabricación de un dosificador automático de
tapas plásticas para la Embotelladora de Agua Mineral y Fábrica de Refrescos
Los Portales S.A, situada en el municipio Guane, provincia Pinar del Río, realizado
por tres compañeros trabajadores de dicha empresa.
Este equipo tiene como función el suministro de tapas plásticas para el Monobloc (
Etiquetadora-Enjuagadora-Llenadora-Tapadora ) de la línea de PET.
Los objetivos que persigue el siguiente trabajo son los siguientes:
• Garantizar el suministro automático de tapas plásticas.
• Sustitución de importaciones.
• Humanización del trabajo.
Los métodos que se emplearon en el presente trabajo son:
• Diseño electrónico, automático y mecánico.
• En el montaje mecánico: corte, maquinado, ensamblaje, soldadura.
También se utilizaron diferentes materiales para la ejecución de estos trabajos
como son:
• Gabinete eléctrico.
• Protecciones eléctricas: guardamotores, contactores magnéticos y fusibles.
• Interruptores fotoeléctricos.
• Cables de control.
• Válvula de accionamiento neumático.
• Materiales de montaje eléctrico.
• Materiales de montaje mecánico.
El mismo está formado principalmente por un recipiente donde se almacena toda
la tapa a usarse por el turno de trabajo, una bomba de vacío para la aspiración de
la tapa, un motor eléctrico para el movimiento de la misma y un recipiente más
pequeño donde se almacena la tapa aspirada que se depositará en la tolva del
Monobloc.
Para lograr el trabajo automático se diseñó un panel de control utilizando un
interruptor fotoeléctrico para la detección de las tapas en la tolva y otro para las
tapas en el recipiente intermedio, actuando sobre una compuerta de
accionamiento neumático, la bomba de vacío y el motor de movimiento de la tapa,
aprovechando el autómata programable empleado para el control del Monoblock.
En el trabajo mecánico se diseñó un cilindro como recipiente intermedio con la
toma de las tuberías de succión y una compuerta neumática para la descarga de
las tapas hacia la tolva del Monoblock
El resultado de este trabajo ha sido muy satisfactorio, debido a la confiabilidad en
el funcionamiento del equipo, el ahorro de divisas convertibles por no tener que
adquirirlo en el exterior y el ahorro de tiempo en la localización de una avería.
Los gastos totales invertidos en la fabricación de este equipo son $ 417,54 CUC y
$ 291,20 MN, que comparado con lo que nos costaría la compra de uno nuevo en
el exterior $ 25 000,00 euros, se logró ahorrar la cantidad de $ 29 291,26
CUC.
Como conclusiones podemos citar que el equipo se mantiene funcionando desde
su montaje de forma satisfactoria, garantizando así una mejor eficiencia y calidad
en el trabajo automático del Monoblock, además consideramos la factibilidad de su
generalización en todas las industrias que lo requieran.
INTRODUCCION
La embotelladora de agua mineral y fábrica de refrescos ¨Los Portales S.A¨,
perteneciente al grupo corporativo de dicho nombre, está asociada a la
transnacional de productos alimenticios Nestllé y posee dos líneas de producción:
una para la lata y otra para el pet o plástico.
La misma es de tecnología italiana de los años 90 y fue trasladada para Cuba e
instalada en los años 96-97, lo que provocó que algunas máquinas no trajeran
toda la automatización necesaria o la que tenían no cumplía con lo que se
necesitaba para el trabajo automático y los nuevos requerimientos técnicos
productivos de la fábrica.
Como parte de la modernización del equipamiento y aumento de la productividad
de la fábrica, en Junio del 2003 se instaló en la línea de pet, el Monoblock (
Etiquetadora-Enjuagadora-Llenadora-Tapadora ) ver anexo 1. El mismo no poseía
un sistema de alimentación de tapas automático, es decir había que depositar en
la tolva del equipo las tapas de forma manual. Por la altura a la que se encuentra
esta, la higiene a mantener en el producto y la productividad que tiene dicha
máquina resultaba muy difícil el suministro manual de las tapas.
Por todo lo anterior es que nos dimos a la tarea de diseñar y construir un equipo
que garantizara la alimentación totalmente automática de las tapas plásticas, sin la
intervención del operador y recuperando recursos que poseíamos de la llenadora
de pomos que se había sustituido por el Monoblock, además de otros recursos
que estaban en nuestro almacén.
DESARROLLO
El dosificador automático de tapas tecnológicamente está formado por:
•
•
•
•
•
•
•
Un recipiente para almacenar las tapas plásticas.
Un motor eléctrico para el movimiento.
Una bomba de vacío.
Un recipiente intermedio.
Una válvula neumática.
Dos interruptores fotoeléctricos.
Panel de control.
Este equipo funcionalmente realiza dos ciclos de trabajo, uno de carga y otro de
descarga de la tapa plástica. El ciclo de carga comienza cuando el interruptor
fotoeléctrico ubicado en el recipiente intermedio detecta nivel bajo de tapas,
actuando sobre el control de la alimentación del motor eléctrico de movimiento y
de la bomba de vacío en el recipiente de almacenamiento, en este momento las
tapas viajan a través de los conductos de aspiración hasta el recipiente intermedio
y termina cuando el nivel máximo es detectado por el interruptor fotoeléctrico.
El ciclo de descarga depende del nivel de tapas que exista en la tolva del
Monoblock, si este es mínimo y existen tapas en el recipiente intermedio se activa
una válvula neumática que actúa como compuerta de salida de las tapas desde el
recipiente intermedio hasta la tolva, una vez que el nivel detectado por el
interruptor fotoeléctrico en la tolva es alto se desactiva la válvula neumática y se
cierra la compuerta de salida, comenzando de nuevo otro ciclo de carga.
El hardware del sistema se encuentra ubicado una parte dentro del panel de
control del mismo equipo y la otra en el Monoblock, está implementado como un
control lógico secuencial para controlar todo el funcionamiento tanto manual como
automático.
Para una mejor comprensión dividimos el hardware de mando y control en tres
subsistemas:
• El subsistema electrónico es el encargado de ejecutar todo el control lógico
para garantizar el correcto funcionamiento de este equipo, para ello se
aprovechó las entradas y salidas digitales libres del PLC de Siemens
SIMATIC S7-300 del control del Monoblock, para el procesamiento de todas
las señales necesarias y el empleo de interruptores fotoeléctricos. Ver
anexo 2.
•
El subsistema eléctrico tiene como función garantizar la protección y
alimentación del motor eléctrico de movimiento y de la bomba de vacío de
las tapas plásticas, además facilitar al operador el gobierno de algunos de
los elementos para el funcionamiento manual del equipo, así como de la
señalización del estado de alarma del proceso. Para lograr esto, cuenta
con: transformador de alimentación de 380V/220V/24Vac, fusibles de
diferentes
capacidades
en
corriente,
contactores
magnéticos,
guardamotores, selectores luminosos y lámparas de señalización. Ver
anexo 3.
•
El subsistema neumático de este equipo está formado por una unidad de
mantenimiento de aire para garantizar aire seco, lubricado y a una
determinada presión de trabajo, además garantizar mediante una
electroválvula de 3 a 2 vías de 24Vdc, el funcionamiento de la válvula de
accionamiento neumático que actúa como una compuerta de salida. Ver
anexo 4.
El software del sistema para el autómata programable se realizó en el lenguaje
SIMATIC STEP 7 versión 5.2, creándose un nuevo bloque funcional para el control
del funcionamiento del equipo dentro del mismo programa del Monoblock.
Los materiales empleados en la materialización de este equipo se encontraban en
nuestra fábrica, por ejemplo:
• el recipiente de almacenamiento, el motor eléctrico y la bomba de vacío se
recuperaron de la llenadora anterior. Ver anexo 5.
• el recipiente intermedio se elaboró a partir de un tubo de acero inoxidable
DN 200 y longitud 800 mm. Ver anexo 6.
•
•
•
La compuerta de salida del recipiente intermedio se aprovechó una válvula
de mariposa con accionamiento neumático DN 150 que se encontraba en
almacén de productos en desuso ( ver anexo 7), al igual que las tuberías
de PVC DN 150.
La pizarra de control se diseño y confeccionó a partir de los componentes
eléctricos que estaban en almacén. Ver anexo 8.
Los interruptores fotoeléctricos estaban en almacén. Ver anexo 6.
El trabajo se desarrolló de la siguiente forma:
Ø El primer paso fue tomar las medidas de la tolva del Monoblock donde
se depositan las tapas plásticas (ver anexo 9) y definir la posición más
adecuada y funcional del recipiente intermedio, debido al reducido
espacio existente en esa zona. ( ver anexo 1)
Ø Después de tener la información necesaria se procede al diseño del
recipiente intermedio. En este caso se tuvo en cuenta el volumen que
ocupan las tapas en la tolva, la velocidad de trabajo de la máquina, el
caudal de la bomba de vacío, así como las dimensiones de las tuberías
de succión para garantizar el buen funcionamiento del equipo.
Ø El siguiente paso fue el corte de las piezas que conformarían el
recipiente intermedio, la compuerta y las bases de apoyo al sistema
neumático y de control, se procedió al ensamble y soldadura de las
mismas.
Ø La siguiente tarea fue acoplar el recipiente intermedio al de
almacenamiento. En este paso fue necesario hacer un acoplamiento
hermético de las tuberías de PVC a los recipientes de acero inoxidable,
que garantizara el flujo de aire necesario para la succión de las tapas
plásticas.
Ø Paralelamente a estas tareas se estaban ejecutando el ensamble de la
pizarra de control y la realización del software necesario para el control
del equipo en el programa del autómata del monoblock.
Ø Cuando ya habíamos finalizado el equipo se procedió a las pruebas en
el taller, que resultaron satisfactorias.
Ø La última fase del trabajo fue el traslado hasta el lugar donde fue
montado y conectado al sistema eléctrico y de control del monoblock,
donde se encuentra trabajando hasta la fecha.
RESULTADOS
Teniendo en cuenta la importancia que reviste este trabajo para el funcionamiento
correcto del Monoblock, así como el funcionamiento estable de la línea tenemos
que decir que esta solución ha sido muy factible para la línea del PET y además
tenemos que destacar que ha cumplido con los objetivos trazados:
•
•
•
•
La alimentación de tapas plásticas a la tolva se ha realizado de forma
automática.
El equipo mantiene abastecimiento continuo de tapas plásticas.
No hubo que comprar el equipo en el extranjero ni la presencia de técnicos
extranjeros para la materialización de este trabajo.
Humanización en el trabajo del operador.
Dentro de los aportes económicos sociales podemos citar los siguientes:
•
•
•
Disminución de cualquier tipo de contaminación del producto terminado por
la eliminación del contacto de las tapas por los operadores.
Humanización en el trabajo del operador garantizando un funcionamiento
totalmente automático, sin la intervención manual del hombre en la
alimentación de tapas plásticas al Monoblock.
Disminución del tiempo de avería, así como de su solución debido a la
información del estado del proceso y de las posibles fallas.
El efecto económico del trabajo en función del costo de los materiales y de la
mano de obra empleados en la fabricación del mismo es el siguiente:
•
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•
•
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•
•
cant.
Importe
Total
MATERIALES USADOS
Gabinete eléctrico ---------------------- 1 --------- $ 80,89 ------ $ 80,89
Aparallaje eléctrico --------------------- 1 -------- $ 124,54 ----- $ 124,54
Interruptor fotoeléctrico ---------------- 1 --------- $ 42,00
------ $ 42,00
Unidad mantenimiento aire ------------ 1 --------- $ 79,95 ------ $ 79,95
Electroválvula 3 a 2 vías --------------- 1 --------- $ 87,92 ------ $ 87,92
Disco de pulidora ------------------------ 1 --------- $ 0,60 ------- $ 0,60
Electrodo de acero inoxidable ------ 0,5 Kg ----- $ 3,20 ------- $ 1,60
Tornillos M6x15 ----------------------- 4 ---------- $ 0,012 ------ $ 0,048
Total CUC -- $ 417,54
Mano de obra:
•
•
Especialista Automático ----------- 80h----- $ 1,84 -- MN- $ 147,20
Especialista Mecánico ------------- 80h ----- $ 1,80 -- MN - $ 144,00
Total MN ---- $ 291,20
Como se puede apreciar los gastos totales invertidos en la fabricación de este
equipo son $ 417,54 CUC y $ 291,20 MN, que comparado con lo que nos costaría
la compra de uno nuevo en el exterior $ 25 000,00 euros, se logró ahorrar la
cantidad de $ 29 291,26 CUC.
Según los resultados obtenidos podemos observar que este diseño ha sido muy
eficiente, alcanzando resultados satisfactorios durante el proceso productivo en la
línea.
CONCLUSIONES
Como conclusiones del trabajo podemos citar las siguientes:
• Diseño y construcción de un dosificador automático de tapas plásticas.
• Diseño y materialización de un control lógico secuencial que garantiza el
funcionamiento totalmente automatizado de este equipo.
• Fiabilidad del sistema de control dado el empleo de sistemas industriales que
admiten flexibilidad de voltaje, frecuencia, distorsión, etc.
• Se humanizó el trabajo del operador, brindándole mayor información y estado
del proceso.
• Flexibilidad del hardware utilizado.
• Ahorro de energía y de materias primas.
Se desarrollo una aplicación industrial en dicha fábrica desde el año 2003,
lográndose muy buenos resultados por lo que consideramos que este trabajo se
puede generalizar en todas las industrias principalmente alimenticias que no
cuenten con el sistema de alimentación de tapas automatizado.
BIBLIOGRAFIA
•
•
•
•
SIMATIC Sistemas de Automatización SIMATIC S7/C7 ST 70, SIEMENS
2003.
Catálogo Monoblock. 2003.
Autómatas Programables. Maestría en Automática. 1998.
A.L. CASILLAS. MAQUINAS. Cálculo de Taller. 1989.
ANEXO 1
ANEXO 2
ANEXO 3
ANEXO4
ANEXO 5
ANEXO 6
ANEXO 7
ANEXO 8
ANEXO 9
AVAL DEL USUARIO
29 de julio del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Yo Juan Carlos Web usuario del trabajo titulado Diseño y Fabricación de
Dosificador Automático de Tapas Plásticas de los autores: Eduardo Raúl
Santana Díaz, Raúl Maqueira Puerta y Jesús Ortega Olivera, declaro:
•
•
•
•
El mismo cumple con los requerimientos técnicos y parámetros de
calidad exigidos en el equipo, eliminando posibles fuentes de
contaminación por la manipulación de materias primas.
Se encuentra trabajando satisfactoriamente desde la fecha de su
fabricación ( Junio 2003 ) sin presentar interrupciones en su
funcionamiento.
Ha contribuido al aumento de la productividad de la máquina,
influyendo a su vez en los resultados económicos de la línea del Pet.
Ha mejorado la humanización y seguridad del trabajo en la
explotación de la máquina.
Fraternalmente
AVAL
PRESIDENTE JURADO DE BASE
29 de julio del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Yo Radame Miranda Pozo presidente del jurado del XVI Forum de Base de la
Embotelladora de Agua y Fábrica de Refrescos Los Portales S.A declaro que
el trabajo titulado Diseño y Fabricación de Dosificador Automático de Tapas
Plásticas de los autores: Ing. Eduardo Raúl Santana Díaz, Ing. Raúl Maqueira
Puerta y el Obrero Jesús Ortega Olivera se le otorgó la categoría de
relevante por las siguientes razones:
•
•
•
•
•
•
•
•
Cumple con todos los parámetros necesarios para merecer dicha
categoría.
Constituye un diseño novedoso en la solución de un problema real
existente en el banco de problemas de la planta.
Cumple con los parámetros de calidad y requerimientos técnicos
exigidos en el equipo, eliminando posibles fuentes de contaminación
por la manipulación de materias primas.
Ha contribuido al aumento de la productividad de la máquina,
influyendo a su vez en los resultados económicos de la fábrica.
Ha mejorado la humanización y seguridad del trabajo en la
explotación de la máquina.
Se logro la sustitución de importaciones al no tener que adquirir este
equipamiento en el exterior.
Se dio una solución con especialistas de la propia empresa, no
teniendo que solicitar la contratación de técnicos extranjeros.
El resultado económico del trabajo se manifiesta en el ahorro de la
cifra de $ 29 291,26 CUC.
Fraternalmente
AVAL
PRESIDENTE JURADO MUNICIPAL
29 de septiembre del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Yo Robin Moreno Reyes presidente del jurado de la comisión de piezas del
XVI Forum del Municipio de Guane declaro que el trabajo titulado Diseño y
Fabricación de Dosificador Automático de Tapas Plásticas de los autores:
Ing. Eduardo Raúl Santana Díaz, Ing. Raúl Maqueira Puerta y el Obrero Jesús
Ortega Olivera se le otorgó la categoría de relevante por las siguientes
razones:
•
•
•
•
•
•
•
•
Cumple con todos los parámetros necesarios para merecer dicha
categoría.
Ha contribuido al aumento de la productividad de la fábrica,
influyendo a su vez en los resultados económicos del municipio.
Constituye un diseño novedoso en la solución de un problema real
existente en el banco de problemas de la planta.
Cumple con los parámetros de calidad y requerimientos técnicos
exigidos en el equipo, eliminando posibles fuentes de contaminación
por la manipulación de materias primas.
Ha mejorado la humanización y seguridad del trabajo en la
explotación de la máquina.
Se logro la sustitución de importaciones al no tener que adquirir este
equipamiento en el exterior.
Se dio una solución con especialistas de la propia empresa, no
teniendo que solicitar la contratación de técnicos extranjeros.
El resultado económico del trabajo se manifiesta en el ahorro de la
cifra de $ 29 291,26 CUC.
Fraternalmente
AVAL
DIRECCION DEL CENTRO
18 de julio del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Yo Mario Venero Bencomo, director de la fábrica Los Portales S.A declaro
que el trabajo titulado Diseño y Fabricación de Dosificador Automático de
Tapas Plásticas de los autores: Ing. Eduardo Raúl Santana Díaz, Ing. Raúl
Maqueira Puerta y el Obrero Jesús Ortega Olivera:
•
•
Ha contribuido al aumento de la productividad de la línea del pet,
influyendo a su vez en los resultados económicos de la fábrica.
Cumple con los parámetros de calidad y requerimientos técnicos
exigidos en el equipo, eliminando posibles fuentes de contaminación
por la manipulación de materias primas.
•
•
•
•
Ha mejorado la humanización y seguridad del trabajo en la
explotación de la máquina.
Se logro la sustitución de importaciones al no tener que adquirir este
equipamiento en el exterior.
Se dio una solución con especialistas de la propia empresa, no
teniendo que solicitar la contratación de técnicos extranjeros.
El resultado económico del trabajo se manifiesta en el ahorro de la
cifra de $ 29 291,26 CUC.
Fraternalmente
AVAL
DIRECTOR TECNICO DE LA EMPRESA
18 de julio del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Yo Juan Miguel Vara Machin, director técnico de la compañia Los Portales
S.A declaro que el trabajo titulado Diseño y Fabricación de Dosificador
Automático de Tapas Plásticas de los autores: Ing. Eduardo Raúl Santana
Díaz, Ing. Raúl Maqueira Puerta y el Obrero Jesús Ortega Olivera:
•
•
•
•
•
•
Constituye un diseño novedoso en la solución de un problema real
existente en el banco de problemas de la planta.
Ha contribuido al aumento de la productividad de la línea del pet,
influyendo a su vez en los resultados económicos de la empresa.
Cumple con los parámetros de calidad y requerimientos técnicos
exigidos en el equipo, eliminando posibles fuentes de contaminación
por la manipulación de materias primas.
Ha mejorado la humanización y seguridad del trabajo en la
explotación de la máquina.
Se logro la sustitución de importaciones al no tener que adquirir este
equipamiento en el exterior.
Se dio una solución con especialistas de la propia empresa, no
teniendo que solicitar la contratación de técnicos extranjeros.
Fraternalmente
DECLARACION JURADA DEL AUTOR PRINCIPAL
18 de julio del 2006
Año de la revolución energética en Cuba
Eduardo
Raúl
Santana
Díaz
y
Jesús
Ortega
Olivera
Autores del trabajo titulado Diseño y Fabricación de Dosificador Automático
de Tapas Plásticas declaro que nuestra participación es del 80% y que el
coautor del mismo ha tenido la siguiente.
Los abajo firmantes declaramos estar conformes que nuestra participación
en este trabajo se corresponde con el % señalado.
No.
1
2
3
Nombre y Apellidos
Eduardo R. Santana Díaz
Jesús Ortega Olivera
Raúl Maqueira Puerta
% Participación
45
35
20
Firma
Y para que así conste firmo la presente a los 29 días del mes julio del año
2006.
-----------------------------Firma Autor Principal