anteproyecto de grado - Universidad San Buenaventura

RAE
1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo realizado sobre el Sistema de demostración realizado
para la empresa P&R Neumática Ltda.
2. TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE DEMOSTRACIÓN
AUTOMATIZADO PARA PRODUCTOS DE MANIPULACIÓN, BANDA DE TRANSPORTE
Y VISIÓN, PERTENECIENTE A P&R NEUMÁTICA LTDA.
3.
AUTOR: Hugo Armando Galeano Valbuena, David Mauricio Mendieta Moreno.
4. LUGAR: Bogotá
5. FECHA: Julio 2011
6. PALABRAS CLAVE: ACTUADOR ROTATIVO, BANDA TRANSPORTADORA, DISPLAY,
PLC, SENSORES.
7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El presente trabajo presenta el diseño y construcción de
un sistema que muestra de forma automatizada productos de manipulación, bandas de
transporte, para la empresa P&R Neumática Ltda.
8. LINEA DE INVESTIGACIÓN: El proyecto está enfocado en el
campo de la
automatización, el cual está comprendido en el campo de la investigación de
automatización de procesos y pertenece a la facultad de ingeniería bajo la sublínea de
investigación de tecnologías actuales.
9. FUENTES CONSULTADAS: LOPEZ, Agustín. Cintas transportadoras. Madrid: DOSSAT,
2002. MARKS. Manual del ingeniero mecánico. México: McGraw Hill, 1999. SHIGLEY,
Joseph; y MISCHKE, Charles. Diseño en ingeniería mecánica. México: McGraw Hill,2002.
POSSE Edwin, Diseño y Simulación de una Maquina Ensiladora Tesis 2006. Mac VALVES
serie 400 Descripción http://www.macvalves.com/support/catalogs_files/NT.pdf[en línea]
[Consulta: 12 de Mayo de 2011], TPC MECHATRONICS serie PC Descripción
http://www.tpcpage.com/products/products.asp[en línea] [Consulta: 12 de Mayo de 2011].
ALPHA
ACTUATORS
serie
DA
Descripción
http://www.tpcpage.com/products/products_view.asp?pno=264&Bigno=3&Midno=82[en
línea] [Consulta: 14 de Mayo de 2011] AR VACUUM serie K Descripciónhttp://www.arvacuum.com/informacion_tecnica.php?ids=4&idc=1[en línea] [Consulta: 12 de Mayo de
2011]
PLC
SERIE
XC3
14E/10S
Descripción
http://www.ab.com/programmablecontrol/plc/micrologix/index.htmlb[en línea] [Consulta: 16
de Mayo de 2011]
10. CONTENIDOS: En este trabajo se encuentra el planteamiento de un problema que surge
en la empresa P&R Neumática Ltda. Y como respuesta el proyecto denominado DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE DEMOSTRACIÓN AUTOMATIZADO PARA
PRODUCTOS DE MANIPULACIÓN, BANDA DE TRANSPORTE Y VISIÓN,
PERTENECIENTE A P&R NEUMÁTICA LTDA. Para dar solución a dicho problema.
11. METODOLOGIA: El método usado en este trabajo se basa en el enfoque de diseño y
construcción del dispositivo de muestra partiendo del estudio realizado acerca de los
factores que influyen en la selección de una marca realizado para P&R Neumática Ltda.
12. CONCLUSIONES: Con esta propuesta se buscó que mediante la implementación del
dispositivo de demostración en P&R Neumática Ltda. Se incrementara el número de
interesados en los productos de la empresa, incrementando considerablemente las ventas
de P&R Neumática Ltda.
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE DEMOSTRACIÓN
AUTOMATIZADO PARA PRODUCTOS DE MANIPULACIÓN, BANDA DE
TRANSPORTE Y VISIÓN, PERTENECIENTE A P&R NEUMÁTICA LTDA.
HUGO ARMANDO GALEANO VALBUENA
[email protected]
2005116686
DAVID MAURICIO MENDIETA MORENO
[email protected]
20051166068
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
BOGOTÁ
2011
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE DEMOSTRACIÓN
AUTOMATIZADO PARA PRODUCTOS DE MANIPULACIÓN, BANDA DE
TRANSPORTE Y VISIÓN, PERTENECIENTE A P&R NEUMÁTICA LTDA.
HUGO ARMANDO GALEANO VALBUENA
[email protected]
2005116686
DAVID MAURICIO MENDIETA MORENO
[email protected]
20051166068
PROYECTO DE GRADO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍAMECATRÓNICA
BOGOTÁ
2011
-2-
DEDICATORIA
Hugo Armando Galeano Valbuena
El conocimiento no es más que el conjunto de nociones e ideas que tenemos
sobre una materia y la sabiduría es la profundización de dicho conocimiento
adquirido a través del estudio y la experiencia, es por esto que dedico este trabajo
primeramente a Dios que mediante su inspiración divina siempre me mantuvo
firme en mis convicciones y me dio la fortaleza para no decaer cuando la
adversidad se hacía presente, a mi madre por creer en mi incondicionalmente y
darme su apoyo siempre, a mi padre por confiar en mi incluso cuando yo dudaba
de mis propias capacidades, a mis hermanas por brindarme todo su apoyo y
porque siempre en ellas encontré esa palabra de aliento necesaria para continuar,
a mis amigos cercanos que me dieron ánimos y aportaron siempre su granito de
arena durante mi carrera, a todas aquellas personas que intervinieron en el
proceso de formarme como persona y como profesional porque al final del camino
te das cuenta que lo único que te queda son las personas que están a tu lado ,
aquellos que sin importar la circunstancia y el contexto estarán dispuestos a darte
la mano y a mí mismo porque este documento es la prueba que necesitaba de que
puedo culminar lo que sea indiferentemente de si me agrada o no sin perder mi
esencia en el proceso.
David Mauricio Mendieta Moreno.
"Y todos tus hijos serán enseñados por Jehová; y se multiplicará la paz de tus
hijos.” Isaías 54:13… a Dios porque nunca nos ha faltado y me ha acompañado en
este largo y difícil camino, sin la voluntad de él no estaríamos aquí, a mis padres
que con su amor y apoyo nunca han dejado de creer en mí, que siempre me han
infundido que el trabajo duro y el esfuerzo dan buenos resultados, a esos valores
que desde pequeño me inculcaron y que de muchas formas han dado fruto, a mi
hermana y hermano y sus respectivas familias que estuvieron pendientes
incondicionalmente en este proceso de realización personal como profesional, a
mis amigos que siempre estuvieron ahí en las buenas y las malas (Carlos, Juan
José, Julián y Karen), a mi amigo de tesis Hugo que con su constancia,
dedicación, paciencia, tolerancia y demás virtudes me apoyaron desde que nos
conocimos, a los que ya no están y siempre quisieron ver este sueño hecho
realidad y a todos los que olvide nombrar que de alguna u otra forma fueron
agentes activos en esta etapa de mi vida.
Dedicatoria especial a P&R Neumática Ltda.
-3-
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
12
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
13
1.1 Antecedentes
13
1.1.1 Antecedentes de sistemas de Visión Artificial
13
1.1.2 Antecedentes de sistemas de Bandas transportadoras
13
1.1.3 Antecedentes de sistemas de posicionamiento mediante vacío
14
1.2 Formulación del problema
14
1.3 Justificación
15
1.4 Objetivos
17
1.4.1 Objetivo general
17
1.4.2 Objetivos específicos
17
1.5 Alcances y limitaciones del proyecto
17
1.5.1 Alcances
17
1.5.2 Limitaciones
18
2. MARCO DE REFERENCIA
19
2.1 Marco conceptual
19
2.2 Marco teórico
19
2.2.1 Banda transportadora
19
2.2.2 Aire comprimido
31
2.3 Conceptos básicos de la neumática
37
-4-
pág.
2.3.1 Estructura de los sistemas neumáticos.
40
2.4 Actuadores neumáticos
42
2.5 Válvulas de vías
45
3. METODOLOGÍA
52
3.1Enfoque de la investigación
52
3.2 Línea de investigación
52
3.3 Hipótesis
52
4. DESARROLLO INGENIERIL
53
4.1 Descripción del proceso
53
4.1.1 Componentes
53
4.2 Diseño banda transportadora
54
4.2.1 Diseño banda transportadora para una materia prima (trigo)
54
4.2.2 Selección del ancho de banda y velocidad
54
4.2.3 Selección de rodillos
55
4.2.4 Cálculos de reacciones en las bandas
56
4.3 Diseño de la banda transportadora para el sistema tipo Display
58
4.3.1 Selección del ancho de banda y velocidad.
58
4.3.2 Cálculos de reacciones en las bandas en el sistema tipo Display
59
4.3.3 Selección de rodillos tipo Display
60
4.4 Rodamiento de la esfera en un plano inclinado
61
4.5 Escogencia de los actuadores neumáticos
62
-5-
pág.
4.5.1 Cálculo de La ventosa
62
4.5.2 Selección del generador de vacío
64
4.5.3 Selección del actuador rotativo
64
4.5.4 Diseño del receptáculo
66
4.5.5 Diseño guía de las bandas
67
4.5.6 Montaje completo de la maquina tipo Display
68
4.5.7Piezas de la maquina tipo Display
71
4.5.8 Sistema de alimentación maquina tipo display.
72
5. PROGRAMA DEL PLC
75
5.1 Estrategia de programacion
75
5.2 Diagrama de flujo
76
5.3 Programa en listado de instrucciones
77
5.4Código PLC
77
6. CONCLUSIONES
81
7. BIBLIOGRAFÍA
82
-6-
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1 Estudio de los Factores de escogencia de un producto de los
clientes de P&R Neumática Ltda.
15
Tabla 2 Ancho de banda en función del tamaño del material
25
Tabla 3 Cálculo de la velocidad (en m/minuto)
26
Tabla 4 Calculo de la capacidad
27
Tabla 5 Coeficiente f
28
Tabla 6 Factor de accionamiento K
29
Tabla 7 Descripción detallada de los elementos a usar.
50
Tabla 8 Descripción detallada ventosa a usar
64
-7-
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Constitución de una cinta elemental.
20
Figura 2. Disposición de rodillos sobre una cinta.
21
Figura 3. Diagrama de la banda.
22
Figura 4. Coeficiente en función de la longitud.
23
Figura 5. Diagrama de tensiones de la banda.
24
Figura 6. Estación tensora de husillo.
25
Figura 7. Dimensiones de las bandas.
26
Figura 8. Diagrama de tensiones de una cinta horizontal.
28
Figura 9. Determinación de T3=T4 en cinta inclinada.
29
Figura 10. Diagrama fricción por rodadura.
31
Figura 11. Compresor de émbolo de dos etapas.
33
Figura 12. Turbocompresor axial.
34
Figura 13. Unidad de mantenimiento.
37
Figura 14. Sistema neumático para alimentación de piezas.
38
Figura 15. Estructura de un sistema neumático.
40
Figura 16. Distribución de la presión del aire.
41
Figura 17. Cilindro de simple efecto.
43
Figura 18. Cilindro de doble efecto.
43
Figura 19. Cilindro de doble efecto con amortiguación de final de carrera.
44
Figura 20. Válvula de 3/2 vías, cerrada en reposo, asiento de plato.
-8-
46
pág.
Figura 21. Válvula de 3/2 vías, accionada neumáticamente, cerrada en reposo. 46
Figura 22. Válvula de 3/2 vías con rodillo, servo pilotada, cerrada en reposo.
47
Figura 23. Válvula de 5/2 vías, válvula de asiento.
48
Figura 24. Diagrama Ventosa Movimiento Vertical.
48
Figura 25. Diagrama Ventosa Movimiento Horizontal.
49
Figura 26. Diagrama esfera plano inclinado.
50
Figura 27. Diagrama esfera en movimiento plano inclinado.
50
Figura 28. Diagrama total de fuerzas que actúan sobre la esfera.
51
Figura 29. Diagrama Distancia ventosa respecto al eje de giro del brazo.
65
Figura 30. Curva de momento de inercia vs tiempo.
66
Figura 31. Diagrama receptáculo diseñado.
67
Figura 32.Receptáculo diseñado.
67
Figura 33. Diagrama guía de la banda.
68
Figura 34. Maquina Tipo Display.
68
Figura 35. Vista Superior Maquina Tipo Display.
69
Figura 36. Piezas Maquina Tipo Display.
70
Figura 37. Maquina Tipo Display.
71
Figura 38. Diagrama neumático.
73
Figura 39. Instalaciones neumáticas A P&R Neumática
73
Figura 40. Instalaciones neumáticas B P&R Neumática
74
-9-
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo 1. Ficha técnica Mac VALVES serie 400
83
Anexo 2. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie PC
84
Anexo 3. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie AX
85
Anexo 4. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie KLI
86
Anexo 5. Ficha técnicaTPC MECHATRONICS serie TUB
87
Anexo 6. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie CF
88
Anexo 7. Ficha técnica ALPHA ACTUATORS serie DA
89
Anexo 8. Ficha técnica AR VACUUM serie K
90
Anexo 9. Ficha técnica cámara de visión artificial
91
Anexo 10. Ficha técnica del PLC
92
Anexo 11-A. Programa en listado de instrucciones
93
Anexo 11-B. Programa en listado de instrucciones
94
Anexo 11-C. Programa en listado de instrucciones
95
Anexo 11-D. Programa en listado de instrucciones
96
Anexo 12. Planos
97
Anexo 13. Soportes P&R Neumática Ltda.
- 10 -
117
GLOSARIO
ACTUADOR ROTATIVO: Dispositivo inherentemente mecánico cuya función es
proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que
provoca el actuador proviene de la Presión neumática, y hace que genere un
movimiento rotativo.
BANDA TRANSPORTADORA:
diferentes productos.
Mecanismo
encargado
del
transporte
de
DISPLAY: Dispositivo usado para mostrar o dar a conocer algo.
ESFUERZOS: Fuerzas de reacción por unidad de superficie a las que está
sometido un cuerpo en equilibrio mecánico.
MECANISMO: Estructura interna que hace funcionar los diferentes dispositivos
MOTOR: Máquina que produce un movimiento a partir de una fuente de energía.
PISTON: Mecanismo que convierten la energía del aire comprimido en trabajo
mecánico
PLC: (controlador lógico programable), es la unidad de control mínima en un
proceso automatizado; Con el cual se pueden programar eventos resultantes de
acuerdo a un estado específico del sistema.
RACOR: Pieza metálica roscada, que sirve para unir tubos u otros perfiles
cilíndricos.
SENSORES: Dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
- 11 -
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de demostración constituyen una parte vital en el desarrollo de
nuevos proyectos permitiendo conocer las funciones de los dispositivos con los
que se cuenta en la actualidad, para su posterior implementación en maquinaria
de toda índole, P&R NEUMÁTICA Ltda. Como representante exclusivo para
Colombia de la compañía MAC VALVES INC, empresa líder en el desarrollo y
construcción de productos neumáticos, cuenta con una gran variedad de
productos de última generación que no son muy conocidos en la industria.
Sistemas de posicionamiento haciendo uso de eyectores de vacío, ventosas y
actuadores rotativos, se posicionan como algunos de los más eficientes en la
industria actualmente así como la implementación de la visión artificial como una
estrategia para asegurar el mejoramiento continuo de la calidad.
El propósito de este proyecto es aportar el diseño y construcción de un sistema
que muestra de forma automatizada productos de manipulación, bandas de
transporte y visión,que brinde seguridad en su diseño por medio del desarrollo
ingenieril, además de satisfacer las necesidades de P&R NEUMÁTICA Ltda. y
cumplir con los estándares de calidad de esta.
- 12 -
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
Los sistemas de demostración son usados por las grandes empresas que
desarrollan y producen diferentes tipos de piezas y dispositivos para la industria.
La implementación de estos sistemas surge de la necesidad que tienen las
compañías de mostrar sus productos a los potenciales clientes, dichos sistemas
incorporan el uso de diversas tecnologías para mostrar de una forma llamativa y
atrayente sus desarrollos y estar a la vanguardia del mercado.
1.1.1 Antecedentes de sistemas de Visión Artificial
Según la AutomatedVisionAssociation, la visión por computadora (Machine Vision)
se define como la utilización de dispositivos de detección óptica, sin contacto, para
recibir e interpretar automáticamente una imagen de una escena real, con el fin de
obtener información o controlar computadores o procesos.
Partiendo de esta definición, podemos afirmar lo siguiente:
 La visión por computador es automática y funciona sin intervención humana.
 La visión por computador es una forma de detección sin contacto
 Los resultados de la visión por computador pueden utilizarse para controlar un
proceso o una actividad
Desde sus inicios la visión por computador ha inspirado sus desarrollos en el
estudio del sistema visual humano el cual sugiere la existencia de diferentes tipos
de tratamiento de la información visual dependiendo de metas u objetivos
específicos, es decir, la información visual percibida es procesada en distintas
formas con base en las características particulares de la tarea a realizar, por lo
que la visión por computador propone varias técnicas que permiten obtener una
representación del mundo a partir del análisis de imágenes obtenidas desde
cámaras de video.
1.1.2 Antecedentes de sistemas de Bandas transportadoras
Este dispositivo consiste en un sistema de transporte continuo formado
básicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores.
La banda es arrastrada por fricción por uno de los tambores, que a su vez es
accionado por un motor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de
accionamiento, y su función es servir de retorno a la banda. La banda es
soportada por rodillos entre los dos tambores.
Esta misma tecnología se usa en dispositivos de transporte de personas tales
como cintas y escaleras mecánicas y en muchas cadenas de montaje industriales.
Las tiendas suelen contar con cintas transportadoras en las cajas para desplazar
los artículos comprados. Las estaciones de esquí también usan cintas
transportadoras para remontar a los esquiadores.
La cinta transportadora más larga del mundo está en el Sáhara Occidental, tiene
100 km de longitud y va desde las minas de fosfatos de BuCraa hasta la costa sur
- 13 -
de El Aaiún. La cinta transportadora simple más larga tiene 17 km y se usa para
transportar caliza y pizarra desde Meghalaya (India) hasta Sylhet (Bangladesh).
1.1.3 Antecedentes de sistemas de posicionamiento mediante vacio
Se define como vacio al estado de un gas cuya presión es inferior a la presión
atmosférica. El vacío ideal o teórico es la ausencia total de esta atmósfera, 0 bar
absolutos o -1 bar relativo. Los sistemas que hacen uso del vacío para manipular y
posicionar objetos son denominados sistemas de posicionamiento mediante vacio.
Dichos sistemas utilizan ventosas para generar vacio contra una superficie
pudiendo manipularla.
Taxonomía del vacío en función del grado de vacío.
•
BAJO VACIO:
0-20%, ventilación, refrigeración, aspiración de gases y
humos, transporte de materiales pulverulentos....
•
VACIO INDUSTRIAL:
20-99%,
Para
elevación,
manipulación,
automatización, envasado al vacío...
•
VACIO DE PROCESOS O ALTO VACIO: >99%, laboratorios de farmacia,
industrias de alta tecnología electrónica, energía nuclear, astronáutica...
Sistemas de este tipo han sido usados en la industria principalmente en las líneas
de ensamble donde es requerido mover grandes cargas, empresas como
Mitsubishi, Toyota entre muchas otras han implementado estos sistemas, en sus
líneas automatizadas de ensamble.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Los sistemas de demostración constituyen una parte importante en la industria ya
que permiten dar a conocer las nuevas tecnologías y dispositivos y muestran el
potencial de estos
Actualmente en Colombia son pocos los sistemas de demostración que se
exhiben lo que hace que exista un mayor desconocimiento por parte de las
industrias locales de las nuevas tecnologías y las posibilidades que estas brindan
para sus empresas , de ahí surge la pregunta ¿cómo realizar un dispositivo de
demostración atractivo a la industria, que integre las nuevas tecnologías de
bandas de transporte y elementos de acción neumática en el ámbito de la
automatización industrial?, y para eliminar este inconveniente es que se busca
elaborar y construir una máquina de demostración capaz de captar la atención de
esta parte de la sociedad mostrándolos nuevos dispositivos con los que se cuenta.
- 14 -
1.3 JUSTIFICACIÓN
La realización de este proyecto permite incrementar las ventas de los productos de
la empresa P&R Neumática Ltda. Frente a otras empresas tal como se demuestra
en una estudio de factores y preferencias de los ingenieros en el momento de
adquirir un producto, … Véase Tabla 1 … donde se tomaron los factores de
precio, marca, funcionalidad, procedencia y display o sistema de demostración
siendo este último el que resulta ser más influyente a la hora de adquirir algún
producto.
Tabla 1. Estudio de los Factores de escogencia de un producto de los clientes de P&R Neumática
Ltda.
Factor de escogencia de un producto
empresa
contacto
Colcafe
ing. Carlos A Duarte
almacenes éxito
Sr Edwin Villagrán
GM Colmotores
Ing. Néstor Sachica
industrias Humcar
Ing. Juan C Peña
Italcol
Ing. Fabio Martínez
Mazda
Ing. Wilson Pérez
Coca-Cola
Ing. Gustavo Losada
duquesa
Ing. Luis C McNish
Tintorería universal
Ing. Alejando
Leguizamón
Icollantas
Ing. Jairo moreno
Colpapel
Ing. Jorge Ruiz
Cemex
Ing. David Cruz
Cristalería Peldar
Ing. Pablo Hernández
Filmtex
Ing. Andrés Velasco
Ajover
Ing. Pedro Rada
Alfagres
Ing. Edgar zapata
Colceramica
Ing. Cesar Méndez
Bavaria
Ing. Hugo Romero
Gaseosas
Ing. Rubén Pinilla
Teléfon
o
292288
0
570750
0
740011
1
564646
4
422136
0
596296
4
423934
0
593644
4
785442
6
780680
0
247270
7
700458
1
696205
9
725640
0
417862
0
724851
6
294140
0
269659
9
724560
- 15 -
Preci
o
Marc
a
Funcionalida
d
Procedenci
a
Displa
y
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Colombiana
0
carbones el cerrejón
ing. Ma luisa Caro
Protabaco
ing. Gustavo Manrique
el tiempo
ing. Gerardo casas
Cosmeticos Vogue
ing. John Lozano
Amcor
ing. Marcos Moncada
Eternit
ing. Elkin Peinado
Pinturas Tonner
ing. Manuel medina
Kellogg´s
ing. Ricardo Ochoa
Incodepf
ing. Rosendo Guali
Congelagro
Ing. Carlos Chingate
293026
6
540751
4
418615
4
770000
0
233859
4
298434
9
468906
9
289279
4
560254
2
724770
0
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Fuente: Autores
El mostrar los productos cuya implementación en una empresa genera un
aumento en el nivel de producción y una reducción en los costos de fabricación,
elevando los niveles de competitividad en el mercado nacional e internacional,
mediante una máquina de demostración tipo display permite a P&R Neumática
Ltda. Estar a la vanguardia del mercado incrementando así sus ganancias.
- 16 -
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo general.
Diseñar y construir un dispositivo automático dedemostración atractivo a la
industria, que exponga los productos de acción neumática, tratamiento de aire,
elementos de vacío, banda de transporte y visión, con el uso de las marcas
representativas de la empresa P&R Neumática Ltda.
1.4.2 Objetivos específicos. El diseño comprende: los planos, la selección de los
elementos, el programa de operación del PLC y la construcción del sistema de
demostración tipo display:
* Diseñar e implementar un sistema de banda transportadora.
* Plantear un sistema de retroalimentación para el sistema de demostración tipo
display.
* Diseñar un sistema de selección y clasificación de esferas didácticas mediante
un algoritmo de selección de esferas desarrollado con el software entregado por
P&R Neumática Ltda.
* Realizar puesta a punto del sistema de demostración tipo display.
* Realizar puesta a en marchar del sistema de demostración tipo display.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 Alcances. Con este proyecto, utilizando los recursos de la ingeniería
mecatrónica, se incrementan las ventas actuales de los productos de la empresa
P&R Neumática Ltda. Mediante el sistema de demostración tipo display.
Al finalizar el proyecto se entrega: el diseño y construcción de la maquina tipo
displayasí como programas, planos de conexiones, tipo de elementos e interface,
la selección de los elementos y el programa de operación del PLC.
1.5.2 Limitaciones. Teniendo en cuenta que este proyecto será desarrollado con
el patrocinio de la empresa P&R Neumática Ltda. Los materiales que se usan son
- 17 -
los suministrados por la empresa y los cálculos que se realizan es en base a estos
mismos.
Solo se puede programar en xingetplcmotion debido a que es el que probé la
empresa,así como solo se pueden usar productos de las marcas de las cuales
P&R Neumática Ltda. Es representante en Colombia como Mac VALVES, PHD,
TCP, SNS, JELPC, ALPHA, AR VACUUM, V-TECH, SENSE, NYCOIL, SPE,
HAITAMA VALVES, ICESA y MODIGON ya que son los únicos avalados por la
empresa.
- 18 -
2. MARCO DE REFERENCIA.
2.1 MARCO CONCEPTUAL
Para el desarrollo de este proyecto es necesario seguir el proceso mediante el
cual se tenga la certeza del cumplimiento de los objetivos propuestos, este
proceso requiere, elección de piezas, desarrollo del programa, montaje del PLC
prueba de funcionamiento del programa, construcción del sistema de
demostración tipo displayy otros puntos que se Irán conociendo a medida que el
proyecto se desarrolla.
Se debe tener en cuenta que este proyecto estará al alcance de muchas
personas, por esta razón se debe generar una entrada segura, y asegurarse que
los operadores implicados en el usodesistema de demostración tipo displayno
tendrán accidentes a causa del desarrollo del proyecto.
2.2 MARCO TEÓRICO
2.2.1Banda transportadora.
Cintas transportadoras. Características a tener en cuenta para las cintas
transportadoras:
- Material (tamaño, friabilidad, peso específico, etc.).
- Capacidad a transportar.
- Disposición general de la instalación, o sea, espacio disponible, edificios
existentes, configuración del terreno, etc.1
Elementos:
- Grupo o cabeza motriz de accionamiento, cuyo tambor imprime el movimiento a
la banda.
- Cabeza o estación de retorno y tensado.
- Rodillos superiores de soporte de la banda.
- Rodillos inferiores.
- Banda.
- Bastidor soporte de los rodillos.
- Zona de carga.
Como consecuencia del desplazamiento de la banda, el material situado sobre la
misma es transportado hasta el punto de vertido que generalmente es la cabeza
motriz; la carga se realiza en las proximidades de la cabeza de reenvío, aunque
puede haber otros puntos intermedios.
Sistema de tensado:
- De tensor de husillo Para longitudes de hasta 50 - 75 m.
- De tensor de carro Para longitudes mayores
- De tensor de contrapeso de 50 - 75 m.
1
LOPEZ, Agustín. Cintas transportadoras. Madrid: DOSSAT, 2002. p. 612.
- 19 -
Figura 1. Constitución de una cinta elemental.
Fuente:
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
Trazado:
- Horizontales.
- Inclinadas (ascendentes o descendentes).
- De trazado mixto (horizontal e inclinado, con zonas curvas de transición).
La grafica…Véase Figura 2…, muestra la disposición general de tales rodillos
sobre una cinta, así como la distancia o paso de los mismos. Dada la gran
importancia que tienen los rodillos de una cinta, han sido objeto de normalización
por casi todos los Organismos Nacionales de Normalización (Normas DIN,
AFNOR, etc.) y, recientemente, por la FEM (Federación Europea de la
Manutención).
La normalización se refiere a las medidas exteriores, con el propósito de lograr
una intercambiabilidad entre los rodillos correspondientes a un mismo ancho de
banda, pero no obliga a nada respecto a la disposición interna.
- 20 -
Figura 2. Disposición de rodillos sobre una cinta.
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
En los rodillos hay que considerar como muy importantes los siguientes puntos:
- Capacidad de carga de los mismos, función del rodamiento elegido.
- Estanqueidad, para evitar que la humedad y el polvo penetren en el rodamiento y
reduzcan su vida, contaminando la grasa.
- Coeficiente de fricción, que depende del sistema de estanqueidad elegida, tipo
de grasa y temperatura ambiente.
Bandas. Puede decirse que la banda es el elemento más importante de una cinta;
el porcentaje de su costo respecto al total puede llegar a representar hasta el 60
%. Están constituidas por una parte resistente (armadura o carcasa), impregnada
y recubierta de goma. A consecuencia de su íntima ligazón, los alargamientos son
iguales en la carcasa y en los recubrimientos, y puesto que tensiones específicas
son proporcionales a los módulos de elasticidad, la armadura es la que soporta
prácticamente todo el esfuerzo.
Teoría general de cintas transportadoras.2 Esfuerzo tangencial y potencia
compuestos por la elevación de la carga y el desplazamiento de la misma. El
esfuerzo correspondiente a la elevación de la carga se determina fácilmente
considerando la gráfica …Véase Figura 3…. La componente a lo largo de la
banda, es
(1)
Siendo:
PM= Peso total sobre la longitud L.
pM = Peso del material (Kg/m), y
H = Desnivel (m).
2
LOPEZ, Agustín. Op. Cit., p. 619.
- 21 -
Para determinar el esfuerzo producido por el deslizamiento de la carga, basta
simplemente aplicar la ley del rozamiento.
(2)
Figura 3. Diagrama de la banda.
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
En este caso, P se compone de:
Peso del material: PM = pM L.
Peso de la banda: PB = 2pB L.
Peso de las partes móviles: Rodillos superiores e inferiores, expresado en
Kg/m., o sea, ps y pi respectivamente.
(3)
Normalmente, el dato que se conoce no es PM sino el número de toneladas
transportadas por horas, QM Poniendo PM en función de QM y de la velocidad,
que es otro de los datos, se tiene:
(4)
Viniendo expresado QM en T/h y v en m/s. Y sustituyendo en la ecuación, resulta:
(
)
(5)
El esfuerzo tangencial FT será la suma de FE Y FF' o sea:
(
)
(
) (6)
, es la suma de todas las partes móviles; la designaremos por PM.
La anterior expresión, es puramente teórica y no tiene en cuenta las perdidas por
fricción originadas en los tambores; pueden valorarse aisladamente dichas
pérdidas, haciendo la conversión adecuada en esfuerzo tangencial.
Esta es otra forma de proceder, la cual, se lleva a cabo en el método de cálculo
llamado de "resistencias separadas", pero aquí mencionaremos los métodos
empleados por las normas DIN y por los fabricantes ingleses principalmente. El
método seguido por los normas DIN, consiste en multiplicar el segundo término de
la ecuación, por un coeficiente C variable con la longitud de la cinta; para cintas de
poca longitud, dicho coeficiente es grande y por el contrario, tiende a la unidad
para cintas largas.
La función C = φ (L). Por tanto, la ecuación toma la forma final siguiente:
- 22 -
(
)
(7)
Para determinar la potencia, basta simplemente multiplicar la ecuación por v/75,
con lo que se obtiene:3
(
)
(8)
Figura 4. Coeficiente en función de la longitud.
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Arrastre en el tambor. Para que la banda se desplace a una velocidad igual a la
tangencial del tambor, es necesario que exista una adherencia entre banda y
tambor. Para lograr dicha adherencia debe existir una relación entre el coeficiente
de fricción μ y los valores de FT, T1 Y T2 …Véase Figura 5…y el ángulo de
arrollamiento θ. Los valores de las tensiones a la entrada y salida del tambor, los
designamos por T1 y T2 respectivamente, siguiendo una norma universal.
(9)
Esta es la expresión práctica a emplear para calcular T1; los valores de,
(10)
Están tabulados para los valores más corrientes de θ y μ, por lo cual, conocido FT
es fácil calcular T1 Y T2 = T1 – FT. A K suele llamársele coeficiente de transmisión
3
LOPEZ, Agustín. Op. Cit., p. 621.
- 23 -
Figura 5. Diagrama de tensiones de la banda.
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Estudio de las cintas transportadoras. El diseño de una estación motriz viene
definido por:
- Angulo de arrollamiento θ. Nunca debe ser menor de 180°
- Diámetro del tambor. Es función del número de telas de la banda.
- Grupo motriz de accionamiento. Está constituido por el reductor, motor y
acoplamientos.
Cabeza o estación de reenvió y tensora de husillo: La grafica…Véase Figura
6…muestra la disposición constructiva. El tensado se realiza mediante los husillos
de adecuada longitud para absorber los alargamientos de la banda.
- 24 -
Figura 6. Estación tensora de husillo.
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La misión de las estaciones tensoras de husillo, es tensar adecuadamente la
banda al comienzo de su funcionamiento y volver a tensarla posteriormente,
cuando la misma vaya dando de sí; este alargamiento es rápido en los primeros
días, estabilizándose después.
Calculo de las cintas transportadoras. Selección del ancho de banda y velocidad.
Conocidos el tonelaje horario a transportar, y las características del material, el
primer paso a llevar a cabo es determinar el ancho de banda.
Como regla general, el ancho de banda no debe ser menor de tres veces la
dimensión mayor del mayor trozo a transportar; sus valores vienen dados en la
siguiente tabla… Véase Tabla 2 ….
Tabla 2. Ancho de banda en función del tamaño del material
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
- 25 -
El "todo uno" es una mezcla de terrones y finos, en la que el 90 % es menor del
tamaño máximo y el 75 % menor que la mitad del mismo.
El siguiente paso es la elección de la velocidad de la banda. La misma es función,
por un lado, de las características físicas del material.
Tabla 3. Cálculo de la velocidad (en m/minuto)
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
Por otro lado, la velocidad a elegir es función de la capacidad horaria en metros
cúbicos y de la sección transversal de la banda, según la conocida ecuación:
(11)
Las dimensiones recomendadas de la anchura que el material debe ocupar en la
banda, para perfil en artesa o plano, vienen dadas por la expresión B1 = 0.9B –
0.05 (m). …Véase Figura 7…
Figura 7. Dimensiones de las bandas.
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La sección viene influenciada por el ángulo de la artesa; como ya se indicó, dichos
valores están normalizados, siendo sus valores 20 y 30° para ternas, 15º para
- 26 -
binas y, por supuesto, la banda plana. La tendencia actual es hacia valores
mayores (45º y más).
Las capacidades en m3/h para una velocidad de 1 m/s., y las inclinaciones y
secciones indicadas, … Véase Tabla 4 ….
Cálculo de la potencia en el tambor. Los valores del coeficiente C citado en
párrafos anteriores, engloban las llamadas resistencias secundarias, que son:
- Fricción en las guías de carga.
- Fricción en los cojinetes de todos los tambores, excepto el motriz.
- Fricciones en los rascadores fijos y pendulares.
En lo que respecto al coeficiente f, también citado, este engloba en realidad a
otras varias fricciones, entre las que se encuentran principalmente:
Tabla 4 Calculo de la capacidad
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- Resistencia intrínseca de rodadura de los cojinetes de los rodillos.
- Resistencia debida a las juntas (laberínticas o de fieltro), incluyendo la propia
viscosidad de la grasa.
- Resistencia debida a la huella producida por la banda sobre el rodillo.
Los valores de este coeficiente dependen principalmente del tipo de estanqueidad
y de la precisión en su ejecución, y son variables de uno a otro fabricante.
Indicando algunos valores de referencia… Véase Tabla 5 ….
- 27 -
Tabla 5. Coeficiente f
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
Cálculo de las tensiones en la banda. Partiendo de la potencia en el tambor,
calcularemos fácilmente el esfuerzo tangencial:
(12)
P = Potencia en C. V.
v = Velocidad en m/s.
Conocido este valor, a continuación se calculan las tensiones principales en las
cintas, que universalmente se designan por T1, T2 y T3 = T4, Los valores de T1 y
T2 se obtienen fácilmente en función de FT empleando coeficiente K, ya citado.
Figura 8. Diagrama de tensiones de una cinta horizontal.
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
(13)
Los valores de K para los tensores de husillo vienen dados en … Véase Tabla 6
….
- 28 -
El valor de T3 ≅T4, en una cinta inclinada, se obtiene en función de T1 empleando
la siguiente expresión. …Véase Figura 9…
(14)
Siendo
la tensión de fricción en el ramal superior producida por el peso
del material y la banda.
Al mismo resultado se llega considerando las tensiones en el ramal de retorno de
la banda, o sea,
(15)
Siendo TfBI la tensión de fricción en el ramal inferior, producida por el peso de la
banda.
Tabla 6. Factor de accionamiento K
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Figura 9. Determinación de T3=T4 en cinta inclinada.
Cintas transportadoras de LOPEZ ROA, AGUSTIN
- 29 -
En rigor, T3 no es igual a T4, consecuencia de la fricción en los cojinetes del
tambor, pero en la práctica se consideran iguales. Observar en la gráfica …Véase
Figura 9…, que las tensiones de fricción crecen en el sentido del movimiento.
Para evitar derrame en la cinta por un valor calculado de T3, se efectúa un
tensado con un valor mayor que T3, y que suele designarse por T0.
El valor de To viene dado por:
(16)
Siendo:
l = Distancia entre rodillos (m.).
f = Flecha máxima permisible (m.).
Generalmente, f está comprendido entre 1 % y 3 % de l, dependiendo del tipo de
material a transportar.
Cuando se toma To en vez de T3, los valores de T1 y T2 aumentan
automáticamente en To - T3, lo cual garantiza una mayor adherencia.
Tensado de la banda. El tensado se realiza mediante husillo; en estos casos no es
posible controlar la tensión en la banda, y sólo la experiencia determina cuándo la
misma es correcta.
Fricción por rodadura. Con frecuencia se sustituye la fricción por deslizamiento por
una acción de rodadura, como en caso de las ruedas de los vehículos, las bolas o
los rodillos en los cojinetes, los rodillos colocados debajo de maderos al mover
cargas; la resistencia de fricción en el movimiento por rodadura es
sustancialmente menor que en el movimiento por deslizamiento. El coeficiente de
fricción por rodadura fr=P/L, en donde L es la carga y P la resistencia por fricción.4
(17)
La resistencia por fricción P a la rodadura de un cilindro bajo una carga L aplicada
en el centro del rodillo…Véase Figura 10…es inversamente proporcional al radio r
del rodillo; P=(k/r)L. Si se da r en pulgadas, los valores de k son como sigue:
madera sobre madera dura, 0,02; hierro sobre hierro, acero sobre acero, 0.002;
acero duro y pulido sobre acero duro y pulido, 0,0002 a 0,0004.
Los datos de fricción por rodadura son escasos. Noonan y Strange dan, para
rodillos de acero sobre placas de acero y para cargas que varían desde ligeras
hasta aquellas que provocan una deformación permanente del material los
siguientes valores de k: superficies bien acabadas y limpias, 0,0005 a 0,001;
superficies bien aceitadas, 0,001 a 0,002; superficies cubiertas con sedimentos,
0,003 a 0,005; superficies herrumbrosas, 0,005 a 0,01.
4
MARKS. Manual del ingeniero mecánico. México: McGraw Hill, 1999. p. 13-58.
- 30 -
Figura 10. Diagrama fricción por rodadura.
Fuente: Manual del ingeniero mecánico.
Si se mueve una carga sobre rodillos, y si k y k´ son los coeficientes respectivos
de fricción para las superficies inferior y superior, la fuerza de fricción.
(18)
2.2.2 Aire comprimido.
La contaminación se adquiere en el mismo momento en que se genera el aire
comprimido, por esta razón analizaremos brevemente su generación, aunque no
es intensión de este documento ser extensivo en este punto.
El aire atmosférico es un gas incoloro, inodoro e insípido. Está constituido por una
mezcla de gases, principalmente nitrógeno y oxígeno, entre otros.
Algunos de los principales contaminantes se encuentran de forma natural
suspendidos en el aire, tales como: vapor de agua y partículas sólidas (polvo,
arena, hollín y cristales de diferentes sales). En las grandes ciudades, el número
de estas partículas por metro cúbico, puede alcanzar la cifra de
500,000 partes/m3.
Siendo el aire una mezcla, sus componentes pueden separarse. Si el aire es
enfriado, sus diferentes componentes se separan por destilación fraccional.
Qué contaminantes se encuentran en el aire comprimido y causan trastornos a
nuestra maquinaria?
* 140 millones de partículas sucias existen en cada m3
* 17 gramos de agua por m3
* Agentes abrasivos (aceites usados en la compresión del aire)
* Óxido que se produce y desprende de la red de aire comprimido
Preparación del aire comprimido
Todas estas partículas contaminantes son aspiradas por el compresor y
alimentadas a la línea de aire comprimido.
La calidad del aire comprimido en el punto de consumo, viene definida por tres
parámetros.
- 31 -
• Pureza, referida a la humedad y a la suciedad por partículas sólidas contenidas
en el aire
• Presión, referida al valor adecuado y constante
• Lubricación, de acuerdo al área de aplicación
La pureza del aire comprimido está influenciada por:
• La calidad del aire de aspiración
• Filtro de aspiración
• Tipo de compresor utilizado
• Mantenimiento del compresor
• Separador de partículas sólidas contenidas
• Refrigerador posterior
• Sistemas de distribución de aire (tubería, disposición, etc.).
El aire aspirado por el compresor, contiene una cantidad de agua en forma de
vapor que depende de la temperatura y de la humedad relativa del ambiente.
Los filtros de aspiración eliminan de un 96 a un 99 % del polvo y suciedad que
contiene el aire, pero sólo eliminan un 25 % del número total de partículas
suspendidas. Pero cuando estos filtros de aspiración se encuentran en
condiciones precarias de mantenimiento, los porcentajes disminuyen.
Los filtros de aspiración de los compresores convencionales, no detienen
partículas pequeñas, aerosoles, vapores ni gases. Por otra parte, el proceso de
compresión incrementa la concentración de contaminantes.
Partículas sólidas
Prácticamente todos los compresores, algunos más que otros, añaden partículas
de desgaste y aceite de su propio cuerpo al flujo de aire, esto por su propio
funcionamiento y diseño.
Las partículas sólidas en los sistemas de aire comprimido, varían en naturaleza
desde partículas de polvo y de humos, hasta partículas de herrumbre, de polvo de
metal, etc. Tales contaminantes con el paso del tiempo pueden bloquear debido a
su tamaño, orificios de herramientas e instrumentos.
Compresores.
La elección del compresor depende de la presión de trabajo y la cantidad de aire
necesaria para el funcionamiento óptimo del sistema. Los compresores se
clasifican según su tipo constructivo y la forma en que se genera la energía de
presión:
• Volumétricos.
• Dinámicos.
- 32 -
Figura 11. Compresor de émbolo de dos etapas.
Fuente:.TTCpage.com
Los compresores de émbolo …Véase Figura 11…comprimen el aire que entra a
través de una válvula de aspiración. A continuación, el aire pasa al sistema a
través de una válvula de escape.
Los compresores de émbolo son utilizados con frecuencia porque su gama cubre
un amplio margen de presiones. Para generar presiones elevadas se recurre a un
sistema escalonado de estos compresores. En ese caso, el aire es enfriado entre
cada una de las etapas de compresión.
Las presiones óptimas para los compresores de émbolo son las siguientes:
Hasta 400 kPa (4 bar) una etapa.
Hasta 1500 kPa (15 bar) dos etapas.
Mas de 1500 kPa (15 bar) tres o más etapas.
Los compresores de membrana pertenecen al grupo de compresores de émbolo.
En este caso, la cámara de compresión está separada del émbolo mediante una
membrana. Esta solución ofrece la ventaja de no dejar pasar el aceite del
compresor al aire. Por esta razón, los compresores de membrana suelen utilizarse
en la industria de alimentos y en la industria farmacéutica y química.
En los compresores helicoidales, dos árboles de perfil helicoidal giran en sentido
contrario. El perfil de ambos árboles engrana y así se transporta y comprime el
aire. Se conocen como compresores de tornillo.
Los compresores de flujo son especialmente apropiados para grandes caudales.
Se fabrican en dos tipos: axial y radial. Mediante uno o dos rodetes de turbina se
pone en circulación el aire. La energía de movimiento se convierte en energía de
presión. Con un compresor axial…Véase Figura 12…la aceleración del aire se
realiza mediante los rodetes en el sentido axial de la circulación.
- 33 -
Figura 12.Turbocompresor axial.
Fuente:.TTCpage.com
A fin de poder adaptar la cantidad suministrada del compresor a un consumo
variable, se requiere una regulación del compresor. Entre los márgenes ajustables
para la presión mínima y máxima se regula la cantidad suministrada.
Existen diferentes tipos de regulación:
• Regulación en vacío
• Regulación por purgado
• Regulación por cierre
• Regulación por pinza
• Regulación de carga parcial
• Regulación de velocidad
• Regulación por aspiración estrangulada
• Regulación de todo o nada.
Se recomienda una duración de conexión a aproximadamente un 75% para el
compresor. Para ello se requiere determinar el consumo promedio y máximo de
aire de una instalación neumática y adaptar la elección del compresor al mismo. Si
se prevé de antemano que el consumo aumentará por una ampliación de la
instalación, entonces la parte de alimentación de aire comprimido debería
proyectarse más grande, ya que una ampliación posterior representa siempre
unos costes muy elevados.
Acumulador.
Para estabilizar el aire comprimido se coloca adicionalmente al compresor un
acumulador. El acumulador equilibra las oscilaciones de la presión al extraer aire
comprimido para el sistema. Si en el acumulador cae la presión por debajo de un
determinado valor, entonces el compresor lo llenará hasta alcanzar el valor
superior de presión ajustado. Esto tiene la ventaja de que el compresor no tiene
que trabajar en funcionamiento continuo.
- 34 -
La superficie relativamente grande del acumulador provoca un enfriamiento del
aire contenido en él. Durante este proceso de enfriamiento se condensa agua que
debe ser purgada regularmente a través de un grifo (manual o automático).
El tamaño del acumulador depende de los siguientes criterios:
• Caudal del compresor
• Cantidad de aire requerida en el sistema
• Red de tuberías
• Regulación del compresor
• Oscilación permisible de la presión en el sistema
Secadores de aire.
La humedad llega a través del aire aspirado por el compresor hacia la red. El
porcentaje de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire
ambiente. La humedad relativa depende de la temperatura y de la situación
meteorológica.
La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua contenida realmente en
1m3 de aire. La cantidad saturada es la cantidad de vapor de agua que puede
absorber en 1m3 de aire con la correspondiente temperatura máxima.
Si la humedad relativa del aire es indicada en tanto por cien, es válida la siguiente
fórmula:
Como la cantidad saturada depende de la temperatura, la humedad relativa
cambia según la temperatura, incluso si la humedad absoluta permanece
constante.
Se denomina punto de condensación a la temperatura a la cual la humedad
relativa alcanza el 100%. Si se continúa reduciendo la temperatura, el vapor de
agua que contiene comienza a condensarse.
Cuanto menor sea la temperatura, tanto más vapor de agua se condensará.
El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce la
vida útil de los sistemas neumáticos. En consecuencia es necesario instalar
secadores de aire con el fin de reducir el contenido de humedad del aire.
Para secar el aire puede recurrirse a alguno de los siguientes métodos:
• Secador por enfriamiento
• Secador por adsorción
• Secador por absorción
El punto de condensación del aire secado deberá estar de 2 a 3 °C por debajo de
la temperatura ambiente más fría.
Los costos adicionales ocasionados por la instalación de un secador de aire son
rápidamente amortizados debido a la disminución de los costos de mantenimiento,
por tiempos de inactividad menores y por la mayor fiabilidad del sistema.
- 35 -
Distribución del aire.
Las dimensiones correctas del sistema de tuberías son tan importantes como la
elección correcta de los materiales, de la resistencia al caudal del aire, así como la
configuración del sistema de tuberías y la ejecución de los trabajos de
mantenimiento.
Tratándose de instalaciones nuevas, siempre debe tomarse en cuenta una posible
ampliación posterior del sistema de aire comprimido. Concretamente, la tubería
principal debería tener dimensiones mayores a las que se necesitan para el
sistema actual. Con miras a una posterior ampliación, también es recomendable
instalar cierres y válvulas de bloqueo adicionales.
En todos los conductos se producen pérdidas de presión a raíz de resistencias al
flujo, especialmente en zonas de estrechamiento, en ángulos, bifurcaciones y
conexiones de tubos. Estas pérdidas tienen que ser compensadas por el
compresor. La disminución de presión en todo el sistema debería ser la mínima
posible.
Para calcular las diferencias de presión es necesario conocer exactamente la
longitud de las tuberías. Las conexiones de tubos, las desviaciones y los ángulos
deberán ser sustituidos por las longitudes respectivas. Además, la selección del
diámetro interior correcto depende también de la presión de servicio y de la
cantidad de aire alimentado al sistema.
Cualquier tipo de influencia que incida sobre el flujo de aire o cualquier cambio de
dirección significan un factor de interferencia que provoca un aumento de la
resistencia al flujo. Ello tiene como consecuencia una constante disminución de la
presión dentro de las tuberías. Dado que es inevitable utilizar desviaciones,
ángulos y conexiones de tubos en cualquier red neumática, es imposible evitar
una reducción de la presión.5
Unidad de mantenimiento.
Las distintas funciones del acondicionamiento del aire a presión: filtrar, regular y
lubricar, pueden llevarse a cabo con elementos individuales. A menudo estas
funciones se han unido en una unidad operativa: la unidad de
mantenimiento…Véase Figura 13….
Dicha unidad es antepuesta a todas las instalaciones neumáticas.
5
http://es.scribd.com/doc/40944212/El-Aire-Industrial
- 36 -
Figura 13. Unidad de mantenimiento.
Fuente:.TTCpage.com
Por lo general la lubricación de aire a presión ya no es necesaria en las
instalaciones modernas. Solo deberá aplicarse puntualmente, sobre todo en la
sección de potencia de una instalación. El aire comprimido en la sección de
mando no deberá lubricarse.
El abastecimiento de aire a presión de buena calidad en un sistema neumático
depende en gran medida del filtro que se elija. El parámetro característico de los
filtros es la amplitud de los poros. Dicho parámetro determina el tamaño mínimo
de las partículas que pueden ser retenidas en el filtro. El aire atraviesa el filtro, en
el que son separadas las partículas de suciedad restantes que tengan
dimensiones superiores a los tamaños de los poros. Los filtros normales tienen
poros con dimensiones que oscilan entre 5 y 40 μm.
Los filtros tienen que ser sustituidos después de cierto tiempo, ya que las
partículas de suciedad pueden obturarlos. En consecuencia se produce una mayor
caída de presión en el filtro.
Para determinar el momento oportuno para cambiar el filtro, deberá efectuarse un
control visual o una medición de la diferencia de presiones.
2.3 CONCEPTOS BÁSICOS DE LA NEUMÁTICA.
Neumática.
La tecnología de la neumática juega un papel importante en la mecánica desde
hace mucho tiempo. Entretanto es incluida cada vez más en el desarrollo de
aplicaciones automatizadas.6
Es ese sentido, la neumática es utilizada para la ejecución de las siguientes
funciones:
6
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/9094/Capitulo8.pdf
- 37 -
• Detección de estados mediante sensores
• Procesamiento de informaciones mediante procesadores
• Accionamiento de actuadores mediante elementos de control
• Ejecución de trabajos mediante actuadores
Para controlar máquinas y equipos suele ser necesario efectuar una
concatenación lógica y compleja de estados y conexiones. Ello se logra mediante
la actuación conjunta de sensores, procesadores, elementos de accionamiento y
actuadores incluidos en un sistema neumático.
El progreso experimentado en relación con materiales, métodos de montaje y
fabricación ha tenido como consecuencia una mejora de la calidad y diversidad de
elementos neumáticos, contribuyendo así a una mayor difusión de la neumática en
el sector de la automatización.
Aplicaciones generales de la técnica de manipulación:
• Sujeción de piezas
• Desplazamiento de piezas
• Posicionamiento de piezas
• Orientación de piezas
• Bifurcación del flujo de materiales
Aplicaciones generales en diversas técnicas especializadas:
• Embalaje
• Llenado
• Dosificado
• Bloqueo
• Accionamiento de ejes
• Abrir y cerrar puertas
• Transporte de materiales
• Giro de piezas
• Separar piezas
• Apilar piezas
• Estampar y prensar piezas
Figura 14.Sistema neumático para alimentación de piezas.
Fuente:.TTCpage.com
- 38 -
La neumática es aplicada en las siguientes técnicas de fabricación:
• Perforar
• Tornear
• Fresar
• Cortar
• Acabar
• Deformar
• Controlar
Características y ventajas de la neumática.
• Cantidad: En prácticamente cualquier lugar se dispone de cantidades ilimitadas
de aire.
• Transporte: Es fácil transportar aire a grandes distancias a través de tuberías.
• Almacenamiento: Tiene la posibilidad de almacenarse aire comprimido en
acumuladores.
• Temperatura: El aire comprimido es prácticamente indiferente a oscilaciones de
la temperatura.
• Seguridad: No alberga riesgos en relación con fuego o explosiones.
• Limpieza: El aire comprimido no lubricado no contamina el ambiente.
• Composición: Los elementos de trabajo son de composición sencilla y por lo
tanto, su precio es relativamente bajo.
• Velocidad: El aire comprimido es un medio de trabajo rápido, permite obtener
elevadas velocidades y tiempos de conmutación cortos.
• Sobrecarga: Las herramientas y los elementos neumáticos pueden funcionar
hasta que estén totalmente detenidos.
Para evaluar correctamente los campos de aplicación de la neumática, también es
necesario conocer sus desventajas:
• Acondicionamiento: El aire comprimido tiene que ser acondicionado, ya que de lo
contrario puede producirse un desgaste precoz de los elementos por efecto de las
partículas de suciedad y agua condensada.
• Compresión: El aire comprimido no permite obtener velocidades homogéneas y
constantes de los émbolos.
• Fuerza: El aire comprimido es económico solamente hasta determinados niveles
de presión (6 a 7 bar).
• Aire de escape: El escape de aire produce mucho ruido. Sin embargo, este
problema puede ser resuelto de modo satisfactorio utilizando materiales que
atenúan el ruido y silenciadores.
Antes de optar por el uso de sistemas neumáticos, es oportuno efectuar una
comparación de la neumática con otras tecnologías diferentes. La evaluación
correspondiente deberá referirse al sistema completo. Además deberán tomarse
en cuenta los siguientes factores:
• Medios de control preferidos
• Equipos ya instalados
• Conocimientos técnicos disponibles
• Sistemas ya instalados
- 39 -
2.3.1 Estructura de los sistemas neumáticos.
Los sistemas neumáticos están compuestos de una concatenación de diversos
grupos de elementos:
• Abastecimiento de energía
• Elementos de entrada (sensores)
• Elementos de procesamiento (procesadores)
• Órganos de maniobra y de accionamiento (actuadores)
Figura 15. Estructura de un sistema neumático.
Fuente:.TTCpage.com
Los elementos de un sistema son representados mediante símbolos que, por su
diseño, explican la función que asume un elemento en un esquema de
distribución…Véase Figura 15…
Estos grupos conforman una vía para la transmisión de las señales de mando
desde el lado de la emisión de señales hasta la ejecución del trabajo.
Fundamentos físicos.
El aire es una mezcla de gases y tiene la siguiente composición:
• Aproximadamente 78% de Nitrógeno,
• Aproximadamente 21% de Oxígeno
El aire contiene además, trazas de dióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón,
helio, criptón y xenón.
La presión imperante en la superficie terrestre es denominada presión atmosférica.
Esta presión es conocida como presión de referencia. La presión superior a esta
presión de referencia se denomina presión manométrica (sobrepresión), mientras
que la presión inferior a ella se denomina sub presión o vacío…Véase Figura 16…
- 40 -
Figura 16. Distribución de la presión del aire.
Fuente:.TTCpage.com
La presión atmosférica no es constante. Su valor cambia según la ubicación
geográfica y las condiciones meteorológicas.
La presión absoluta es el valor relacionado a la presión cero. La presión absoluta
es la suma de la presión atmosférica más la sobrepresión. En la práctica suelen
utilizarse sistemas de medición de la presión que solo indican el valor de la
sobrepresión.
En neumática es usual relacionar todos los datos sobre el aire al así llamado
estado normal. El estado normal del aire según DIN 1343 es un estado
determinado por la temperatura normal y la presión normal de un material sólido,
líquido o gaseiforme. Estos valores son los siguientes:
• Temperatura normal: 273, 15 °K
• Presión normal: 101325 Pa
Propiedades del aire.
En el aire, la falta de cohesión es característica, es decir, la ausencia de una
fuerza entre las moléculas en circunstancias usuales en la neumática. El aire, al
igual que todos los gases, no tiene una forma definida. Su forma cambia a la más
mínima fuerza y, además ocupa el volumen máximo disponible.
Ley de Boyle-Mariotte.
El aire puede ser comprimido y tiene la tendencia a dilatarse. Esta característica
es descrita por la ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante los volúmenes
de una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a
que se halla sometida. El producto de volumen y presión absoluta es constante
para una determinada masa de gas. De esta forma se obtiene:
(19)
Ley de Gay-Lussac.
El aire se dilata a presión constante, una temperatura de 273°K y un calentamiento
de 1°K, en un 1/273 de su volumen. La ley de Gay-Lussac dice:
- 41 -
El volumen de una masa gaseosa es proporcional a la temperatura absoluta,
mientras que no se modifique la presión.
Por lo tanto:
(20)
La ecuación indicada únicamente es válida cuando las temperaturas se indican en
°K.
Si durante el calentamiento se mantiene constante el volumen, resulta para el
aumento de presión la siguiente fórmula:
(21)
La siguiente ecuación general de los gases ideales corresponde a todos las leyes
expuestas anteriormente:
(22)
El producto de presión y volumen de una misma masa gaseosa dividido por la
temperatura absoluta es constante.
2.4 ACTUADORES NEUMÁTICOS.
Actuador.
Un actuador transforma la energía del aire comprimido en trabajo. La señal de
salida es controlada por el mando y el actuador reacciona a dicha señal por acción
de los elementos de maniobra.
Los actuadores neumáticos pueden clasificarse en dos grupos según el
movimiento, si es lineal o giratorio:
• Movimiento rectilíneo.
• Cilindros de simple efecto.
• Cilindros de doble efecto.
• Actuadores de carro
• Movimiento giratorio.
• Motor neumático.
• Actuador giratorio.
• Actuador oscilante.
Cilindro de simple efecto.
Los cilindros de simple efecto…Véase Figura 17… reciben aire a presión solo en
un lado. Por lo tanto solo pueden ejecutar el trabajo en un sentido.
El retroceso está a cargo de un muelle incluido en el cilindro o se produce por
efecto de una fuerza externa.
La fuerza del muelle hace retroceder el vástago del cilindro a suficiente velocidad,
pero sin que el cilindro pueda soportar una carga.
- 42 -
Figura 17. Cilindro de simple efecto.
Fuente:.TTCpage.com
Por su diseño, los cilindros de simple efecto pueden ejecutar diversas funciones
de movimientos, tales como:
• Entregar
• Bifurcar
• Juntar
• Accionar
• Fijar
• Expulsar
Los cilindros de simple efecto están equipados con una junta simple en el émbolo,
en el lado sometido a presión. La estanqueidad de los cilindros de metal o plástico
se logra utilizando material flexible (Perburán). Los bordes de la junta se deslizan
a lo largo de la camisa del cilindro cuando este ejecuta los movimientos.
Los cilindros de simple efecto también pueden ser de membrana o membrana
enrollable. La membrana puede ser de goma, de plástico o de metal. El vástago
está fijado en el centro de la membrana. Estos cilindros son utilizados para
ejecutar trabajos de fijación, prensado o elevación.
Cilindros de doble efecto.
Figura 18. Cilindro de doble efecto.
Fuente:.TTCpage.com
Los cilindros de doble efecto…Véase Figura 18… poseen dos conexiones que son
utilizadas correspondientemente para la alimentación y la evacuación del aire a
presión.
- 43 -
Ofrecen la ventaja de poder ejecutar trabajos en ambos sentidos. Se trata, por lo
tanto, de cilindros sumamente versátiles. La fuerza ejercida sobre el vástago es
algo mayor en el movimiento de avance que en el de retroceso porque la
superficie en el lado del émbolo es más grande que en el lado del vástago.
Si un cilindro tiene la función de mover grandes masas, o altas velocidades, los
amortiguadores de final de carrera…Véase Figura 19… se encargan de evitar un
golpe seco y, por tanto, un daño de los cilindros.
Figura 19. Cilindro de doble efecto con amortiguación de final de carrera.
Fuente:.TTCpage.com
Otras adaptaciones de cilindros de doble efecto son:
• Cilindro tándem
• Cilindro con vástago continuo
• Cilindro multi posicional
• Cilindro de impacto
• Cilindro sin vástago
• De cinta o de cable
• De cinta selladora con camisa ranurada
• Con acoplamiento magnético del carro.
Actuador giratorio.
En esta ejecución de cilindros de doble efecto el vástago dispone de un perfil
dentado. El vástago acciona una rueda dentada, por lo tanto de un movimiento
lineal resulta un movimiento giratorio. Los márgenes de giro son distintos, desde
45°, 90°, 180°, 270° hasta 360°. El par de giro depende de la presión, la superficie
del émbolo y la transmisión, pueden alcanzarse valores hasta 150 Nm.
- 44 -
2.5 VÁLVULAS DE VÍAS.
Tipos.
Las válvulas de vías son dispositivos que influyen en el paso, el bloqueo y la
dirección del flujo del aire. El símbolo de las válvulas informa sobre la cantidad de
conexiones, la posición de conmutación y sobre el tipo de accionamiento.
Sin embargo, los símbolos nada indican sobre la composición de las válvulas,
limitándose a mostrar su función.
Diseños de válvulas:
• Válvulas de asiento (bola o Plato).
• Válvulas de corredera
En el caso de las válvulas de asiento, los pasos son abiertos o cerrados mediante
bolas, platos, discos o conos. Las válvulas de asiento suelen llevar juntas de goma
que hacen las veces de asiento. Estas válvulas apenas tienen piezas que puedan
desgastarse y, en consecuencia, tienen una vida útil larga.
No son sensibles a la suciedad y son muy resistentes. No obstante, requieren de
una fuerza de accionamiento relativamente grande, ya que tienen que superar la
fuerza del muelle de recuperación y de la presión del aire.
En el caso de válvulas de corredera, las conexiones son unidas o cerradas
mediante correderas cilíndricas, planas o circulares.
Válvulas de 2/2 vías.
Las válvulas de 2/2 vías tienen dos conexiones y dos posiciones. En la posición
cerrada, estas válvulas no evacuan el aire. El tipo mas frecuente entre las válvulas
de 2/2 vías es la válvula de asiento de bola.
Estas válvulas pueden ser accionadas manual o neumáticamente.
Válvulas de 3/2 vías.
Las válvulas de 3/2 vías permiten activar o desactivar señales. Las válvulas de
3/2 vías…Véase Figura 20… tienen tres conexiones y dos posiciones. La tercera
conexión 3(R) permite la evacuación del aire del conducto transmisor de la señal.
Un muelle presiona una bola contra un asiento de válvula, y el paso de la conexión
que recibe presión 1(P) hacia el conducto de trabajo 2(A) queda bloqueado. La
conexión 2(A) es evacuada a lo largo del vástago que abre el paso hacia la
conexión 3(R).
El vástago se encarga de separar la bola de su asiento. Al efectuar esta
operación, es necesario superar la fuerza que ejerce el muelle de reposición y,
además, la fuerza de presión.
Si la válvula está en estado activado, están unidas las conexiones 1(P) y 2(A) y la
válvula abre el paso. Estas válvulas son accionadas manual o mecánicamente. La
fuerza necesaria para su accionamiento depende de la presión de alimentación y
de la fricción en la válvula misma. Estas circunstancias significan una limitación de
los posibles tamaños de este tipo de válvulas. El diseño de las válvulas de asiento
de bola es sencillo y compacto.
- 45 -
Figura 20. Válvula de 3/2 vías, cerrada en reposo, asiento de plato.
Fuente:.TTCpage.com
La válvula de 3/2 vías puede ser accionada neumáticamente mediante una señal
neumática que llega a la entrada 12(Z)…Véase Figura 21…
Figura 21. Válvula de 3/2 vías, accionada neumáticamente, cerrada en reposo.
Fuente:.TTCpage.com
Cuando la válvula recibe presión en la conexión 12(Z), la corredera actúa en
contra del muelle de reposición. El paso entre 1(P) hacia 2(A) está abierto. Una
vez evacuado el aire de 12(Z) el émbolo vuelve a su posición normal por acción
del muelle. El plato cierra el paso de 1(P) hacia 2(A). El aire de escape del
conducto de trabajo 2(A) puede ser evacuado por 3(R). La válvula neumática de
3/2 vías con muelle de reposición puede ser usada en posición bloqueada o
abierta.
Las válvulas servo pilotadas requieren de poca fuerza para su activación. Un
pequeño taladro une la conexión de aire a presión 1(P) a la válvula servo pilotada.
- 46 -
Si se actúa sobre el rodillo, la válvula servo pilotada abre. El aire a presión fluye
hacia la membrana y desplaza el plato de la válvula hacia abajo.
La conmutación se efectúa en dos fases: primero queda bloqueado el paso de
2(A) hacia 3(R) y, a continuación, queda abierto el paso de 1(P) hacia 2(A). En el
momento en que el elemento de maniobra ya no actúa sobre el rodillo, la válvula
es repuesta a su posición normal. En consecuencia, queda bloqueado el paso del
conducto con aire a presión hacia la membrana y se evacua el aire.
El muelle coloca el émbolo de mando en su posición normal.
Figura 22. Válvula de 3/2 vías con rodillo, servo pilotada, cerrada en reposo.
Fuente:.TTCpage.com
Este tipo de válvula también puede ser utilizado alternativamente como abierta o
cerrada en reposo…Véase Figura 22…
Válvula de 5/2 vías.
Las válvulas de 5/2 vías…Véase Figura 23… tienen cinco conexiones y dos
posiciones. Estas válvulas son utilizadas principalmente como elementos de
maniobra para el accionamiento de cilindros. En su calidad de elemento de
mando, estas válvulas tienen un émbolo de mando que se encarga de unir o
separar los conductos correspondientes efectuando el movimiento porque no es
necesario superar la resistencia del aire comprimido o de muelle. En el caso de las
válvulas de corredera longitudinal, es posible aplicar todos los tipos de
accionamiento, ya sean manuales, mecánicos, eléctricos o neumáticos.
En estas válvulas, el recorrido de la operación de accionamiento es
considerablemente mayor que en el caso de las válvulas de asiento. Esta versión
de válvulas de corredera ofrece problemas de estanqueidad.
Otro método de estanqueidad consiste en utilizar una junta de plato suspendido
con movimientos de conmutación relativamente pequeños. La junta de asiento une
- 47 -
la conexión 1(P) con 2(B) o con 4(A). Las juntas secundarias del émbolo unen las
conexiones de evacuación de aire con las conexiones de escape. La válvula tiene
en ambos lados una unidad de accionamiento manual para controlar el
movimiento del émbolo.
Figura 23.Válvula de 5/2 vías, válvula de asiento.
Fuente:.TTCpage.com
Las válvulas neumáticas 5/2 vías tienen capacidad de memoria. La válvula
conmuta de la conexión 14(Z) a la conexión 12(Y) por efecto de señales
neumáticas alternativas.7
Manipulación neumática
Movimiento vertical
En el movimiento vertical las situaciones más desfavorables tienen lugar en el
arranque del movimiento de ascenso y en la frenada del movimiento de descenso:
Figura 24. Diagrama Ventosa Movimiento Vertical.
Fuente: Tecnun
7
[11:29:11 p.m.] mao941: http://www.miclase.com.ar/documentos/neumatica-industrial_festo.pdf
- 48 -
Se puede suponer que la aceleración / deceleración es constante durante el
tiempo de arranque / parada. Normalmente su valor se puede estimar
considerando que se pasa de 0 m/s a 1 m/s o viceversa en una décima de
segundo, por lo que a = 10 m/s2.
Movimiento horizontal
Las aceleraciones que se producen en movimiento horizontal provocan un
esfuerzo cortante entre la ventosa y la esfera que puede hacer que ambas se
separen. La fuerza de rozamiento existente entre las superficies tiene que ser
suficiente para que esto no ocurra. La aceleración es máxima en el arranque del
giro y en la frenada.
Figura 25. Diagrama Ventosa Movimiento Horizontal.
Fuente: Tecnun
Las ventosas más alejadas del centro de giro son las que van a sufrir una mayor
aceleración.
Suponiendo que el nivel de vacío con el que trabajarán será del 70 %.Se plantean
en ambos casos el equilibrio de las fuerzas de la esfera teniendo en cuenta la
fuerza de inercia.
Comportamiento de una esfera en un plano inclinado
Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo son:


el peso
la reacción del plano inclinado
La fuerza de rozamiento en el punto de contacto entre la rueda y el plano
Descomponemos el peso en una fuerza a lo largo del plano y otra perpendicular al
plano inclinado. Las ecuaciones del movimiento son las siguientes:
- 49 -
Figura 26. Diagrama esfera plano inclinado.
Fuente: Autores
Figura 27. Diagrama esfera en movimiento plano inclinado.
Fuente: Autores

Movimiento de traslación del c.m.
mg·senθ -Fr=mac (23)

Movimiento de rotación alrededor de un eje que pasa por el c.m.
FrR=Icθ

(24)
Relación entre el movimiento de traslación y rotación (rueda sin deslizar)
ac=θ
Balance de energía

Energía cinética en el movimiento de rodar
La energía cinética de un cuerpo que rueda es la suma de la energía cinética de
traslación del c.m. y la energía cinética de rotación alrededor del c.m.
(25)

Trabajo de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo
- 50 -
El trabajo total de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo que rueda es la suma del
trabajo en el movimiento de traslación más el trabajo en el movimiento de rotación
W=Wt+Wr
(26)
Figura 28. Diagrama total de fuerzas que actúan sobre la esfera.
Fuente: Autores
El trabajo en el movimiento de traslación es
Wt=(mgsenθ -Fr)x=mgh-Frx
(27)
El trabajo en el movimiento de rotación es
Wr=Mθ =FrRθ =Frx
(28)
El trabajo total es
W=mgh
(29)
El trabajo de la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo modifica su
energía cinética (de traslación del c.m. y de rotación alrededor de un eje que pasa
por el c.m.)
(30)
La velocidad final vc del c. m. del cuerpo al llegar al final del plano inclinado es la
misma que hemos calculado a partir de la dinámica.
(31)
El cuadrado de la velocidad del c.m. vc es proporcional a la altura inicial h.
- 51 -
3. METODOLOGÍA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
Con los recursos electrónicos y sistemáticos que existen en la actualidad se
puede resolver la situación que plantea el proyecto
En primer lugar se ha hecho un estudio de los factores por los cuales un cliente
prefiere un producto y que productos son los más solicitados para ser mostrados
… Véase Tabla 1…se realiza una lista de los elementosque formaran parte
delsistema de demostración tipo display, para el desarrollo del proyecto, a
continuación se definirála disposición de los diferentes sistemas (manipulación,
bandas y visión ), cuando este estudio esté listo y evaluado por los organismos
correspondientes se consultara con proveedores y se adquirirán, sensores, PLC,
bandas, electro válvulas, pistones y demás equipos que aún no han sido definidos,
para poder realizar el programa de control se asistirá a capacitaciones de
programación con software xingetplcmotionpara así programar correctamente el
PLC.
Cuando todo el proceso anterior se realice con éxito se cargaran los programas en
los respectivos equipos y se pondrá en marcha el proyecto.
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
El proyecto está enfocado en el campo de la automatización, el cual está
comprendido en el campo de la investigación de automatización de procesos y
pertenece a la facultad de ingeniería bajo la sublínea de investigación de
tecnologías actuales, a su vez es uno de los principales objetivos de la
mecatrónica, el sistema de demostración tipo display comprende procesos de
control es decir el proceso lógico que debe seguir la máquina para que todos los
elementos funcionen de forma eficiente y cumplan la secuencia demostrativa de
los productos.
3.3 HIPÓTESIS
La mecatrónica proporciona los recursos suficientes para resolver el problema que
en este proyecto se plantea, mostrar mediante un sistemade demostración tipo
display los productos de la empresa P&R Neumática Ltda. Parade esta forma
incrementar el uso de los productos de la empresa en la industria y fomentar el
uso de máquinas automatizadas.
- 52 -
4. DESARROLLO INGENIERIL
4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
El proceso diseño y construcción del sistema de demostración tipo displayestá
compuesto por:
4.1.1 Componentes. Los componentes a utilizar de la empresa P&R Neumática
Ltda. Son mostrados a continuación … Véase Tabla 7 … que especifica los
elementos que se usaran en la construcción de la máquina de demostración tipo
Display con sus respectivas marcas, referencias, descripciones y cantidades, las
fichas técnicas de estos materiales se encuentran en los anexos 1 a 10, todos los
materiales son entregados por parte P&R Neumática Ltda., representantes
directos de las mismas.
Tabla 7 Descripción detallada de los elementos a usar.
MARCA
REFERENCIA
DESCRIPCIÓN
CANTIDA
D
ANEX
O
1
MAC
411A-BOA-DM-DDAA1KA
ELEC/VALV 5/2 REG/RES 1/4 NPT 24V DC PLUG
1
1
2
MAC
421A-BOA-DM-DDAJ1KA
ELEC/VALV 5/2 DOBLE SOLEND 1/4 NPT 24V DC PLUG
2
1
3
TPC
PC3-N02G
UNIDAD MANTEN 1/4" ESTANDAR MANUAL CON
MANOM.
1
2
4
TPC
SID-16-01
CILINDRO GRAFADO DIAM. 16MM X REC. 1" /25MM
1
2
5
TPC
SID-16-02
CILINDRO GRAFADO DIAM. 16MM X REC. 1" /35MM
1
2
6
TPC
SID-16-03
CILINDRO GRAFADO DIAM. 16MM X REC. 1" /45MM
1
2
7
TPC
SID-16-04
CILINDRO GRAFADO DIAM. 16MM X REC. 1" /55MM
1
2
8
TPC
SID-16-05
CILINDRO GRAFADO DIAM. 16MM X REC. 1" /65MM
1
2
9
ALPHA
DA-63
ACTUADOR ROTATIVO 63MM D.E.GIRO 90 TORQUE
43.
1
7
1
0
TPC
KLI 25-900
CILINDRO CON CARRO INTERNAMENTE GUIADO
1
4
1
1
AR
K-3B
EYECTOR VACIO ESTANDAR MODELO K-3B
1
8
1
2
AR
VC47NIT
VENTOSA COPA 47 MM NBR CON RACOR MACHO
1/4"
1
8
1
3
TPC
ST0604-BU
MANGUERA POLIURETANO 6MM OD X 4MM ID AZUL
50
5
- 53 -
1
4
TPC
PC06-02
RACOR RECTO 1/4 NPT X 6 MM OD
25
6
1
5
TPC
PL06-02
RACOR CODO 1/4 NPT X 6 MM OD
25
6
1
6
TPC
PUT06
UNION TEE 6 MM OD
10
6
1
7
XINGET
XC3 14E/10S
PLC 10 INS 8 OUTS
1
10
1
8
BANNE
R
IVU SERIES
CÁMARA DE VISIÓN ARTIFICIAL
1
9
1
9
TPC
JEL-03
REED SWITCH TIPO RCI PARA CILINDRO GRAFADO
5
3
Fuente: Autores
4.2 DISEÑO DE LA BANDA TRANSPORTADORA
El sistema de demostración está ideado como una forma de mostrar componentes
que son usados en la industria como los son las bandas transportadoras, para
este caso se calcularan dos una banda para transportar un material típico en la
industria agrícola como lo puede ser el trigo y las bandas del dispositivo tipo
Display.
4.2.1 Diseño banda transportadora para una materia prima (trigo)
La alimentación al sistema por medio de la banda transportadora es dependiente
de la del volumen de las esferas didácticas. Las dimensiones de estas son r = 50
mm
De = densidad de la materia (trigo)
Va = velocidad de avance
⁄ (32)
⁄
(33)
4.2.2 Selección del ancho de banda y velocidad.
El ancho de banda depende del tamaño del material, para el caso en estudio nos
regimos por el material suministrado a la banda transportadora trigo Con respecto
- 54 -
a esto, se selecciona un ancho de banda de 750 mm, ya que el tamaño del
material, es uniforme y el tamaño unitario es menor a 650 mm.
El paso a seguir es la elección de la velocidad de la banda, la cual se encuentra
sujeta a la velocidad de avance de los rodillos alimentadores; la velocidad de
avance para la el trigo es de 5 m/s.
La banda necesita de unas guías de carga, para no permitir que el trigo se
desborde de la banda; las guías de carga deben tener una separación
recomendada de:
(34)
Teniendo el ancho de banda útil (B1), y la altura del cumulo del trigo , entonces
(35)
4.2.3 Selección de rodillos.
La longitud de los rodillos se encuentra estandarizada para el ancho de banda, y
para un ancho de banda de 750 mm, la longitud de los rodillos es superior a la de
la banda 900 mm. Para la selección de rodillos lo primero que hay que tener en
cuenta es el diámetro del mismo en función de la capacidad de carga, que
recomienda unos diámetros de rodillos que van desde 12mm hasta 16 mm, para
un ancho de banda de 750 mm
Analizando que la banda estando totalmente cargada tiene un peso de
aproximadamente 50 kg, seleccionamos el diámetro de eje 80 mm; para el cual la
capacidad de carga se encuentra entre 10 kg y 12 kg; el diámetro del rodillo es de
25 mm.
para saber la distancia mínima entre rodillos portantes, que para el ancho de
banda de 750 mm, se obtiene un valor de 400 mm para los superiores, y para los
inferiores de 700 mm. La banda transportadora tiene una longitud de 750 mm, esto
quiere decir que se deben colocar tres rodillos superiores y uno inferior.
- 55 -
Después de seleccionar las características de trabajo apropiadas para el rodillo, se
procede a ubicar en el catalogo las dimensiones y características físicas de los
rodillos a usar.
Peso del rodillo = 6.4 Kg
Peso de las partes móviles = 188 Kg
4.2.4 Cálculos de reacciones en las bandas
∑MA = 0
By(15) = 200000gr(1)
By= 13333.33gr
(36)
Ay (15) = 200000gr (16)
Ay= 213333.3gr
(37)
Ay = Bx
(38)
∑MB = 0
∑Fx = 0
∑Fy = 0
Ay = 200000gr + By
213333.3gr = 200000gr + 13333.33gr
213333.33gr = 213333.3gr (39)
Tg(α) = 70cm
150cm
α = arctg( 70/150)
α = 25,02°
Sen(β) = 10cm/70cm
β = arcsen (10/70)
β = 8,21°
∑Fx = 0
F10x = 200000gr x Cos(α)
F10x = 181232.04gr
(40)
∑Fy = 0
F10y = 200000gr + 200000gr x Sen(α)
F10y = 284586.91gr
(41)
∑Fx = 0
F11x = 200000gr x Cos(α) + 200000gr x Sen(β)
F11x = 209792.37gr
(42)
∑Fy = 0
F11y + 200000gr x Sen(α) = 200000gr x Cos(β)
F11y = 113363.34gr
(43)
Tg(θ) = 70
100
θ = arctg = (70/100)
θ = 34,99°
∑Fx = 0
- 56 -
F9 x Cos (θ) = F10x
(44)
F9 = F10 /Cos (θ)
F9 = 221216.43gr (Compresión)
∑Fy = 0
F8 + F9 x Sen(θ) = F10y (45)
F8 = F10y – F9 x Sen(θ)
F8 = 157734gr (Compresión)
∑Fx = 0
∑Fy = 0
F6 = 0 (Nula)
F2 = F8
(46)
F2 = 157734gr (Compresión)
∑Fy = 0
F9 x Sen(θ) = F3 x Sen(θ)
(47)
F9 = F3
F3 = 221216.43gr ( Compresión )
∑Fx = 0
F7 + F6 = F9 x Cos(θ) + F3 x Cos(θ)
F7 = F9 x Cos(θ) + F3 x Cos(θ) – F6
F7 = 362454.63gr (Compresión) (48)
α = arctg (70/150)
(49)
α = 25,02°
∑Fx = 0
F4 x Cos(α) + E11x = F7 (50)
F4 = F7 – E11xCos(α)
F4 = 168473.45gr ( Tensión )
∑Fy = 0
F5 = E11y + F4 x Sen(α) (51)
F5 = 184613.56gr (Compresión)
∑Fx = 0
Bx = 200000gr x Sen(β) (52)
Bx = 28560.33gr
Ax = 28560.33
Comprobación
∑ Fy = 0
200000gr x Cos(β) = F5 + By
(53)
200000gr x Cos(8,21) = 184613.56gr + 13333.33gr
197952.33gr = 197952.33gr
Para efectos de la construcción del Display de la banda, se realizaron los
siguientes cálculos de reacciones por leyes de similitud y se redujeron las
dimensiones en una escala de 10
- 57 -
4.3 DISEÑO DE LA BANDA TRANSPORTADORA PARA EL SISTEMA TIPO
DISPLAY.
La alimentación al sistema por medio de la banda transportadora es dependiente
de la del volumen de las esferas didácticas. Las dimensiones de estas son r = 50
mm
De = densidad de las esferas
Va = velocidad de avance
⁄
(54)
(55)
(56)
⁄
(57)
4.3.1 Selección del ancho de banda y velocidad.
El ancho de banda depende del tamaño del material, para el caso en estudio nos
regimos por el material suministrado a la banda transportadora (esferas
didácticas). Con respecto a esto, se selecciona un ancho de banda de 75 mm, ya
que el tamaño del material, es uniforme y el tamaño unitario es menor a 50 mm.
El paso a seguir es la elección de la velocidad de la banda, la cual se encuentra
sujeta a la velocidad de avance de los rodillos alimentadores; la velocidad de
avance para la las esferas didácticas es de 0,5 m/s.
La banda necesita de unas guías de carga, para no permitir que las esferas
didácticas se desborde de la banda; las guías de carga deben tener una
separación recomendada de:
(58)
Teniendo el ancho de banda útil (B1), y la altura de las esferas que es el mismo
radio, entonces
(59)
- 58 -
(60)
4.3.2 Cálculos de reacciones en las bandas en el sistema tipo Display
∑MA = 0
By(15) = 200gr(1)
By= 13,33gr
(61)
∑MB = 0
Ay (15) = 200gr (16)
Ay= 213,33gr
(62)
Ay = Bx
(63)
∑Fx = 0
∑Fy = 0
Ay = 200gr + By
(64)
213,33gr = 200gr + 13.33gr
213,33gr = 213,33gr
(65)
Tg(α) = 7cm
15cm
α = arctg( 7/15)
α = 25,02°
Sen(β) = 1cm/7cm
β = arcsen (1/7)
β = 8,21°
∑Fx = 0
F10x = 200gr x Cos(α)
(66)
F10x = 181,23gr
∑Fy = 0
F10y = 200gr + 200gr x Sen(α)
F10y = 284,59gr
(67)
∑Fx = 0
E11x = 200gr x Cos(α) + 200gr x Sen(β)
E11x = 209,79gr
(68)
∑Fy = 0
E11y + 200gr x Sen(α) = 200gr x Cos(β)
E11y = 113,36gr
(69)
Tg(θ) = 7
10
θ = arctg = (7/10)
θ = 34,99°
∑Fx = 0
F9 x Cos (θ) = F10x
(70)
F9 = F10 x Cos (θ)
F9 = 221,21gr (Compresión)
∑Fy = 0
F8 + F9 x Sen(θ) = F10y (71)
- 59 -
F8 = F10y – F9 x Sen(θ) (72)
F8 = 157,74gr (Compresión)
∑Fx = 0
∑Fy = 0
F6 = 0 (Nula)
F2 = F8
(73)
F2 = 157,74gr (Compresión)
∑Fy = 0
F9 x Sen(θ) = F3 x Sen(θ) (74)
F9 = F3
F3 = 221,21gr ( Compresión )
∑Fx = 0
F7 + F6 = F9 x Cos(θ) + F3 x Cos(θ)
F7 = F9 x Cos(θ) + F3 x Cos(θ) – F6
F7 = 362,45gr (Compresión)
(75)
α = arctg (7/15)
α = 25,02°
∑Fx = 0
F4 x Cos(α) + E11x = F7
(76)
F4 = F7 – E11xCos(α)
F4 = 168,47gr ( Tensión )
∑Fy = 0
F5 = E11y + F4 x Sen(α)
(77)
F5 = 184,61gr (Compresión)
∑Fx = 0
Bx = 200gr x Sen(β)
(78)
Bx = 28,56gr
Ax = 28,56
Comprobación
∑ Fy = 0
200gr x Cos(β) = F5 + By
(79)
200gr x Cos(8,21) = 184,61gr + 13,33gr
197,95gr = 197,95gr
4.3.3 Selección de rodillos tipo display.
La longitud de los rodillos se encuentra estandarizada para el ancho de banda, y
para un ancho de banda de 75 mm, la longitud de los rodillos es superior a la de la
banda 90 mm. Para la selección de rodillos lo primero que hay que tener en
cuenta es el diámetro del mismo en función de la capacidad de carga, que
recomienda unos diámetros de rodillos que van desde 12mm hasta 16 mm, para
un ancho de banda de 75 mm
Analizando que la banda estando totalmente cargada tiene un peso de
aproximadamente 5 kg, seleccionamos el diámetro de eje 8 mm; para el cual la
capacidad de carga se encuentra entre 10 kg y 12 kg; el diámetro del rodillo es de
25 mm.
- 60 -
Para saber la distancia mínima entre rodillos portantes, que para el ancho de
banda de 75 mm, se obtiene un valor de 400 mm para los superiores, y para los
inferiores de 700 mm. La banda transportadora tiene una longitud de 750 mm, esto
quiere decir que se deben colocar tres rodillos superiores y uno inferior.
Después de seleccionar las características de trabajo apropiadas para el rodillo, se
procede a ubicar en el catalogo las dimensiones y características físicas de los
rodillos a usar.
Peso del rodillo = 0,64 Kg
Peso de las partes móviles = 0,188 Kg
4.4 RODAMIENTO DE LA ESFERA EN UN PLANO INCLINADO.
Al inicio del proceso después que las esferas fueron al azar seleccionadas por el
brazo de sujeción, estas son ubicadas en la parte superior de la banda numero A
… Véase Figura 35… para establecer si están buenas o no ( control de calidad ),
tenemos un plano inclinado donde las esferas rodaran y serán seleccionadas para
seguir el camino adecuado.
m = 200 gr
θ = 35°
como se conoce el ángulo de inclinación θ y el momento de inercia Ic del cuerpo
que rueda, calculamos ac y el valor de la fuerza de rozamiento Fr…
Momento de inercia de la esfera
Expresamos el momento de inercia Ic=k·mR2 donde k es un factor geométrico 2/5
para la esfera.
⁄
⁄
⁄
(80)
Ahora vamos a calcular la velocidad del cuerpo después de haber recorrido una
longitud (x) a lo largo del plano inclinado, partiendo del reposo, empleamos las
ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado
(
⁄ )
- 61 -
(81)
La velocidad final vc del c. m. del cuerpo al llegar al final del plano inclinado es
Siendo h la altura de partida del cuerpo referida a la posición final, h=x·sen
√
√
(82)
(83)
⁄
⁄
(84)
⁄
(85)
Como vemos la fuerza de rozamiento en el movimiento de rodar produce dos
trabajos de la misma magnitud pero de signos opuestos. Esta es la razón por la
que no tenemos que incluir el trabajo de la fuerza de rozamiento en el balance de
energía.
4.5 SELECCIÓN DE LOS ACTUADORES NEUMÁTICOS
4.5.1 Cálculo de la ventosa
Para calcular la fuerza de aspiración que tiene que proporcionar la ventosa se
tienen que considerar tanto los movimientos verticales como los movimientos
horizontales que se realizan sujetando la esfera. Se considerará un factor de
seguridad de 1.5
Movimiento Vertical
(86)
Movimiento Horizontal
- 62 -
(87)
Es más restrictivo el caso del movimiento Horizontal.
Se selecciona la ventosa de la Tabla… Véase Tabla 8… buscando una cuya
fuerza de aspiración sea capaz de realizar la acción con un nivel de vacío del
70=%
Tabla 8Descripción detallada ventosa a usar.
Fuente: Tecnun
La ventosa más pequeña que con un nivel de vacío del 70% es capaz de producir
una fuerza de aspiración mayor que 21,47 N es la de diámetro 30 mm.
Se eligen las ventosas de diámetro 30 mm que tienen un peso de 13 g cada una.
La ventosa más pequeña que con un nivel de vacío del 70% es capaz de producir
una fuerza de aspiración mayor que 21,47 N es la de diámetro 30 mm.Se eligen
las ventosas de diámetro 30 mm que tienen un peso de 13 g cada una.
- 63 -
4.5.2Selección del generador de vacío
Se busca un generador de vacío capaz de producir un nivel del 70% de vacío, se
desea que el generador trabaje con la menor presión posible para minimizar así el
caudal de aire que consume para generar el vacío.
Para este caso el volumen de aire que se debe aspirar es pequeño, es el volumen
encerrado entre la ventosa y la esfera , como es un volumen reducido se ha
optado por elegir el generador AR VACUUM serie K …Véase Anexo 8….
4.5.3Selección del actuador rotativo
La selección de los actuadores de giro viene fundamentalmente condicionada por
la energía cinética que existe en el movimiento de giro y que el actuador tiene que
ser capaz de absorber:
(88)
Ec: Energía cinética en J.
I: Momento de inercia en kg m2
ω: Velocidad angular en rad/s
(89)
Según el Teorema de Steiner
(90)
Siendo r la distancia del centroidede la esfera al eje de giro
El momento de inercia de las ventosas se puede considerar como el momento de
una masa puntual situada en su centro de gravedad.
En la gráfica…Véase Figura 29… se muestra la ventosa respecto al centro de giro
y las dimensiones del soporte del brazo.
- 64 -
Figura 29. Diagrama Distancia ventosa respecto al eje de giro del brazo.
Fuente: Autores
Aplicando el teorema de Steiner para la esfera:
(91)
(92)
El momento de inercia de las ventosas se va a considerar como el momento de
una masa puntual en su centro de gravedad.
(93)
(94)
El momento de inercia total que soporta el actuador de giro es de:
(95)
El tiempo empleado en el giro de 90º se supone que es de medio segundo. Con lo
cual ya tenemos todos los datos para entrar en las curvas de selección del tamaño
del actuador de giro.
- 65 -
Figura 30. Curva de momento de inercia vs tiempo.
Fuente: Tecnun
Se opta por utilizar el actuador rotativo ALPHA ACTUATORS serie DA modelo c83da …Véase Anexo 7….ya que sus especificaciones se adaptan a las
necesidades requeridas.
4.5.4 Diseño del receptáculo
Teniendo en cuenta las dimensiones del dispositivo se decide utilizar un
receptáculo cuadrado…Véase Figura 31… con una inclinación de un grado para
conseguir que las esferas siempre estén posicionadas en el lugar preciso para ser
tomadas por la ventosa
- 66 -
Figura 31. Diagrama receptáculo diseñado.
Fuente: Autores
Figura 32.Rreceptáculo diseñado.
Fuente: Autores
4.5.5 Diseño guía de las bandas
Para diseñar la guía que encamina las esferas de una banda a otra en un Angulo
de 90 grados se pensó en la forma …Véase Figura 32… capaz de hacer que la
esfera cambie su trayectoria de una banda a otra al rodar sobre el borde curvo de
la guía.
- 67 -
Figura 33. Diagrama guía de la banda.
Fuente: Autores
Las dimensiones corresponden al ancho de la banda transportadora del dispositivo
tipo Display
4.5.6 Montaje completo de la maquina tipo Display
Seleccionados todos los elementos se procede a su montaje final
Figura 34. Maquina Tipo Display.
Fuente: Autores Software Solid Edge ST Licencia de prueba 30 dias
- 68 -
En la figura 35 se aprecia el montaje completo de los elementos para la maquina
tipo Display donde mediante el uso de esferas didácticas se simula los diferentes
productos que pueden ser usados en la industria y como estos pueden ser
manipulados mediante ventosas, transportados mediante bandas transportadoras
y seleccionados mediante visión, con la cámara simulando así el control de
calidad.
Figura 35. Vista Superior Maquina Tipo Display.
Receptáculo
A
P1
P2
Fuente: Autores Software Solid Edge ST Licencia de prueba 30 dias
Desde la vista superior podemos apreciar la ruta que seguirán las esferas
dependiendo de la selección realizada por la cámara, donde las esferas inician en
el receptáculo y son elevadas por el brazo acoplado al actuador rotativo quien las
lleva al punto A donde se acumulan hasta haber 5 y el pistón 1 las libera para que
dependiendo del tipo de esfera estas sigan la ruta descrita por las flechas Azules
si las esferas son buenas, o sean expulsadas por el pistón 2 y sigan la ruta de las
flechas rojas si estas son malas, bajando por el deslizadero y pasando por las
bandas para regresar de nuevo al receptáculo donde el ciclo inicia nuevamente.
- 69 -
Figura 36. Maquina Tipo Display.
Fuente: Autores Software Solid Edge ST Licencia de prueba 30 dias
- 70 -
4.5.7Piezas de la maquina tipo Display
Figura 37. PiezasMaquina Tipo Display.
2
1
7
3
5
4
11
10
6
8
9
12
13
Fuente: AutoresSoftware Solid Edge ST Licencia de prueba 30 dias
En la gráfica 35 se enumeran las piezas usadas en la maquina así como la
cantidad de las mismas
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
Actuador rotativo
Brazo
Ventosa
Receptáculo
Soporte Pistones
Piston Selección
Piston Retenedor
Deslizadora
Motor x2
- 71 -
10) Banda Transportadora x5
11) Guia de la banda
12) Soporte del motor x4
13) Soporte Bandas x14
Los planos de las piezas anteriormente mencionadas se encuentran en el anexo
12
4.5.8 Sistema de alimentación maquina tipo display.
Para la alimentación eléctrica de la maquina tipo display, se utilizara el sistema de
alimentación provisto por P&R Neumática Ltda., en sus instalaciones contando
con una fuente a 24 v dc a 3 amp, voltaje el cual funcionan los elementos
suministrados por parte de ellos.
Para la selección de la parte eléctrica de las válvulas nos remitimos a la ficha
técnica de la serie 400 de Mac VALVES en donde encontramos que tienen una
variedad de voltaje para su funcionamiento, …ver anexo 1…, entre estos
encontramos V= 24 V DC que se adapta muy bien a las especificaciones que
tenemos en la fuente de alimentación de P&R Neumática Ltda., así mismo la
alimentación, las entradas y salidas del PLC son 24 V dc y los sensores son multi
voltaje en un rango de 10 v dc a 30 v dc para que todo quede compatible, para
evitar hacer acoples en diferentes voltajes, que pueden generar sobre costos y se
evita sobre cargas eléctricas ya que todo funciona en el mismo rango de voltaje.
Para la alimentación neumática se hará uso de la red neumática existen en P&R
que provee un flujo constante de aire a 1.5 CFM´s con una presión máxima de 150
PSI, satisfaciendo las necesidad de aire comprimido, como se muestra en la figura
36
- 72 -
Figura 38.Diagrama neumático.
Fuente: AutoresSoftware Fluid Sim de Festo Licencia Trial 15 dias
Figura 39.Instalaciones neumáticas A P&R Neumática
Fuente: Autores
- 73 -
Figura 40.Instalaciones neumáticas B P&R Neumática Ltda...
Fuente: Autores
- 74 -
5. PROGRAMA DEL PLC
Como se planteó en las limitaciones del proyecto, una de las condiciones
impuestas por P&R Neumática Ltda es que se debe programar en xingetplcmotion.
…Véase numeral 1.5.2…
5.1 Estrategia de programación.
1.
2.
3.
4.
5.
Posicionar el actuador rotativo.
Detectar la presencia de una esfera.
Activar la ventosa.
Posicionar la esfera en la parte superior del sistema.
.Seleccionar si la esfera didáctica es buena o defectuosa mediante
la cámara
6. Activar el pistón que encaminara a las esferas dependiendo de su
estado.
- 75 -
5.2 DIAGRAMA DE FLUJO.
Inicio
ActIzq
ActDer
PBAR
PBA
Vent
M1
M2
Pis1
Pis2
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1
0
0
0
0
1
1
1
0
SI
1
ActIzq
ActDer
=
=
0
1
NO
SI
S1 =1
PBA
=
NO
S0 =1
Y
S5=1
1
SI
Vent
Pis1
NO
=
=
1
0
S6 =1
Y
S2=1
SI
NO
S7 =1
PBAR
PBA
Vent
=
=
=
0
1
1
Pis2
SI
=
NO
S5 =1
Y
S1=1
Inicio
1
Fuente: Autores
- 76 -
1
Entradas:
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
Start
Stop
S8
Brazo a la Derecha
Brazo a la Izuierda
Ventosa
Piston 1
Piston 2
Piston Brazo Arriba
Piston Brazo Abajo
Camara
Inicia
Detiene
Sensor 5 Esferas
Salidas:
ActDer
ActIzq
PBAR
PBA
Vent
Pis1
Pis2
M1
M2
Actuador Rotativo Derecha
Actuador Rotativo Izquierda
Piston Brazo Arriba
Piston Brazo Abajo
Ventosa
Piston 1
Piston 2
Motor 1
Motor 2
5.3 PROGRAMA EN LISTADO DE INSTRUCCIONES. …Véase Anexo 11…
5.4 Código PLC
El siguiente código es el implementado en el PLC para la secuencia del dispositivo
tipo Display, consta de un programa principal y 4 subprogramas encargados del
movimiento del brazo, el conteo y selección de las esferas , su posterior selección
y finalización de la secuencia respectivamente.
AllocationList
O0.0
O0.1
O0.2
O0.3
O0.4
O0.5
ActDer
ActIzq
PBAR
PBA
Vent
Pis1
Actuador Rotativo Derecha
Actuador Rotativo Izquierda
Piston Brazo Arriba
Piston Brazo Abajo
Ventosa
Piston 1
- 77 -
O0.6
O0.7
O0.8
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I0.8
I0.9
I1.0
P1
P2
P3
P4
R0
T0
T1
Pis2
M1
M2
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
Start
Stop
S8
Piston 2
Motor 1
Motor 2
Brazo a la Derecha
Brazo a la Izquierda
Ventosa
Piston 1
Piston 2
Piston Brazo Arriba
Piston Brazo Abajo
Camara
Sensor 5 Esferas
Programa Principal
STEP 0
THEN SET
SET
SET
SET
RESET
LOAD
TO
ActIzq
M1
M2
Pis1
Pis2
V0
R0
STEP 1
IF
THEN SET
IF
THEN
IF
THEN
IF
THEN
IF
THEN
S1
PBA
SET
SET
SET
Start
P1
P2
P3
INC
S8
R0
N
SET
JMP TO 1
S8
NOP
'Actuador Rotativo Izquierda
'Motor 1
'Motor 2
'Piston 1
'Piston 2
'Brazo a la Izquierda
'Piston Brazo Abajo
'Sensor 5 Esferas
'Sensor 5 Esferas
Stop
P4
- 78 -
Programa Brazo
STEP 0
THEN SET
ActIzq
STEP 1
IF
THEN SET
STEP 2
IF
THEN
AND
SET
SET
WITH
STEP 3
IF
THEN RESET
SET
N
STEP 4
IF
AND
S1
THEN RESETActIzq
SET
IF
THEN
N
JMP TO 1
STEP 5
IF
AND
THEN
S1
PBA
'Brazo a la Izquierda
'Piston Brazo Abajo
S6
S2
Vent
T1
0.5s
'Piston Brazo Abajo
'Ventosa
'Ventosa
T1
PBA
PBAR
'Piston Brazo Abajo
'Piston Brazo Arriba
S5
'Piston Brazo Arriba
'Brazo a la Izquierda
'Actuador Rotativo Izquierda
ActDer
'Actuador Rotativo Derecha
Vent
S0
S5
STEP 6
IF
THEN RESET
JMP TO 0
'Actuador Rotativo Izquierda
'Ventosa
'Brazo a la Derecha
'Piston Brazo Arriba
NOP
Vent
Vent
'Ventosa
'Ventosa
Programa conteo y selección
STEP 0
IF
=
AND
THEN RESET
SET
WITH
LOAD
TO
OTHRW JMP TO 0
STEP 1
R0
V5
S3
Pis1
T0
2.5s
V0
R0
'Piston 1
'Piston 1
- 79 -
IF
THEN
N
SET
JMP TO 0
T0
Pis1
'Piston 1
S7
Pis2
'Camara
'Piston 2
S4
Pis2
'Piston 2
'Piston 2
ProgramaSelección
STEP 0
IF
THEN SET
STEP 1
IF
THEN RESET
JMP TO 0
Programa Stop
STEP 0
THEN RESET
RESET
RESET
RESET
JMP TO
P0
P1
P2
P3
- 80 -
6. CONCLUSIONES

Después de los estudios realizados, acerca de los factores que inciden en
el momento de tomar la decisión, de adquirir un producto de una
determinada marca, se encontró que los clientes de P&R Neumática Ltda.
decidían comprar determinadas marcas gracias a que se podía ver su
funcionamiento en un dispositivo de demostración, siendo este el factor
fundamental, luego de implementar la maquina en P&R Neumática Ltda. el
número de interesados en sus productos se incrementó considerablemente.

Luego de la implementacion de la maquina. se evidencia el incremento de
preferencia en los productos de P&R Neumática Ltda., que se ve reflejado
en los informes mensuales de ventas …Vease anexo 13…

Durante la contruccion de la maquina se utilizaron actuadores neumaticos
de diametro 16 mm, 20 mm 25 mm 32 mm y 40 mm, en donde se evidencio
que el menor diametro cumplia con las necesidades requeridas y tenia un
menor consumo de aire comprimido.

Inicialmente para a la manipulacion de las esferas, se utilizaron cilindros de
agarre (Grippers), que dependiendo de la presion de entrada; dañaban las
esferas, por eso se opto en utilizar sistemas de vacio con ventosas que sin
importar la presion que tuviera, satisfacia las necesidades de la sujecion de
las mismas.
- 81 -
7. BIBLIOGRAFÍA
LOPEZ, Agustín. Cintas transportadoras. Madrid: DOSSAT, 2002.
MARKS. Manual del ingeniero mecánico. México: McGraw Hill, 1999.
SHIGLEY, Joseph; y MISCHKE, Charles. Diseño en ingeniería mecánica. México:
McGraw Hill,
2002.
POSSE Edwin, Diseño y Simulación de una Maquina Ensiladora Tesis 2006
Mac VALVES serie 400 Descripción
http://www.macvalves.com/support/catalogs_files/NT.pdf[en línea] [Consulta: 12 de
Mayo de 2011]
TPC MECHATRONICS serie PC Descripción
http://www.tpcpage.com/products/products.asp[en línea] [Consulta: 12 de Mayo de
2011]
ALPHA ACTUATORS serie DA Descripción
http://www.tpcpage.com/products/products_view.asp?pno=264&Bigno=3&Midno=8
2[en línea] [Consulta: 14 de Mayo de 2011]
AR VACUUM serie K Descripción
http://www.ar-vacuum.com/informacion_tecnica.php?ids=4&idc=1[en
[Consulta: 12 de Mayo de 2011]
línea]
PLC SERIE XC3 14E/10S Descripción
http://www.ab.com/programmablecontrol/plc/micrologix/index.htmlb[en
[Consulta: 16 de Mayo de 2011]
línea]
Software Solid Edge ST bajo licencia de prueba por 30 dias.
Base de datos empresa P&R Neumática Ltda.
- 82 -
ANEXOS
Anexo 1. Ficha técnica Mac VALVES serie 400
Fuente: http://www.macvalves.com/support/catalogs_files/NT.pdf
- 83 -
Anexo 2. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie PC
Fuente:http://www.tpcpage.com/products/products.asp
- 84 -
Anexo 3. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie AX
Fuente: http://www.tpcpage.com/products/products_view.asp?pno=204&Bigno=1&Midno=12
- 85 -
Anexo 4. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie KLI
Fuente:
http://www.tpcpage.com/products/products_list.asp?Bigno=1&Midno=77&Midct=Jig%20Cylinder
- 86 -
Anexo 5. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie TUB
Fuente: http://www.tpcpage.com/products/pro04.asp?Bigno=1&Midno=84&Midct=Tubing
- 87 -
Anexo 6. Ficha técnica TPC MECHATRONICS serie CF
Fuente: http://www.tpcpage.com/products/products_view.asp?pno=264&Bigno=3&Midno=82
- 88 -
Anexo 7. Ficha técnica ALPHA ACTUATORS serie DA
Fuente: http://www.valve-controls.com/Soft_Show.asp?SoftID=15
- 89 -
Anexo 8. Ficha técnica AR VACUUM serie K
Fuente:http://www.ar-vacuum.com/informacion_tecnica.php?ids=4&idc=1
- 90 -
Anexo 9. Ficha técnica cámara de visión artificial
Fuente:http://www.bannerengineering.com/en-US/products/sub/540
- 91 -
Anexo 10. Ficha técnica del PLC
Fuente:http://www.electricasbogota.com/detalles/-plc/1630-68054
- 92 -
Anexo 11-A. Programa en listado de instrucciones
Fuente: Autores
- 93 -
Anexo 11-B. Programa en listado de instrucciones
- 94 -
Anexo 11-C. Programa en listado de instrucciones
Fuente: Autores
- 95 -
Anexo 11-D. Programa en listado de instrucciones
- 96 -
Anexo 12.Motor Neumatico
Fuente:http://www.neumac.es/storage/pdf/113/MOTORES%20NEUMATICOS_FOLLETO%20GEN
ERAL%20Rev0105.pdf
- 97 -
Revisiones
Descripción
Rev
Nombre
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Aprobado
Solid Edge ST
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Fecha
Siemens PLM Software
Título: Sistema Completo
A4 Plano: 00
Material:
Escala
Peso
Rev
Pieza:
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
O 10
27,5
63
23,68
O 25
104
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Actuador rotativo
A4 Plano: 01
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 1
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
165
120
136
149
4,14
16
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano 7/06/11
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Brazo Ventosa
A4 Plano: 02
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 2
Revisiones
Descripción
Fecha
Aprobado
24,56
Rev
7,42
4,43
O 8,57
O 21,2
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano 8/06/11
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Ventosa
A4 Plano: 03
Material: Silicone
Escala
Peso
Rev
Pieza: 3
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
399,88
399,89
91°
99,97
40,3
300
Nombre
Solid Edge ST
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano 7/06/11
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Siemens PLM Software
Título: Receptaculo
A4 Plano: 04
Escala
Peso
Rev
Pieza: 4
Revisiones
Descripción
Fecha
Aprobado
36,62
33,38
Rev
600
100
600
170
50
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Soporte piston
A4 Plano: 05
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 5
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
44,85
80
5
46,57
46,57
16,31
R2
R 22,69
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Protector piston
A4 Plano: 06
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 6
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
24,01
58
29,74
O
7
8,4
18,2
7
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Piston neumático
A4 Plano: 07
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 7 x 2
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
37,5
R3
7,5
75
775
775
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: deslizadora
A4 Plano: 08
Material: Acrilico
Escala
Peso
Rev
Pieza: 8
29
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
49,5
60,5
6
49,5
O
59,
31
60,5
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Motor
A4 Plano: 09
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 9 x 2
Revisiones
Descripción
Fecha
Aprobado
75
Rev
75
40
670
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Banda transportadora
A4 Plano: 10
Material: Cold roll
Escala
Peso
Rev
Pieza: 10
Revisiones
Descripción
Rev
75
Fecha
Aprobado
75
4,31
R7
3
75
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Guia Banda
A4 Plano: 11
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 11
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
29,6
50
50
120
115
120
5
Nombre
29,6
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Soporte Motor
A4 Plano: 12
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 12 x 4
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
55
25
5
95
100
95
55
25
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Soporte Bandas
A4 Plano: 13
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza: 13 x 14
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
77
210
63
25,5
7
25,5
7
77
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Soporte actuador rotativo
A4 Plano: 14
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza:
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
900
700
O 50
50
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Cilindro sin vastago
A4 Plano: 15
Material: Aluminio
Escala
Peso
Rev
Pieza:
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
75
1070
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
40
40
75
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Banda transportadora 2
A4 Plano: 16
Material: Cold roll
Escala
Peso
Rev
Pieza:
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
170
550
40
170
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Banda transportadora 3
A4 Plano: 17
Material: Cold roll
Escala
Peso
Rev
Pieza:
Revisiones
Descripción
Rev
Fecha
Aprobado
40
40
495
75
75
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Banda transportadora 4
A4 Plano: 18
Material: Cold roll
Escala
Peso
Rev
Pieza:
75
Revisiones
Descripción
Fecha
Aprobado
40
28,28
Rev
520,21
9
5,6
73
Nombre
Fecha
Dibujado
Hugo Galeano
Comprobado
Aprobado 1
Aprobado 2
Salvo indicación contraria
cotas en milímetros
ángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Solid Edge ST
Siemens PLM Software
Título: Banda transportadora 5
A4 Plano: 18
Material: Cold roll
Escala
Peso
Rev
Pieza: