Universidad Tecnológica de Querétaro

Universidad
Tecnológica de
Querétaro
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Tecnológica de Querétaro
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Querétaro, c=MX, o=Universidad
Tecnológica de Querétaro, ou=UTEQ,
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Date: 2005.11.30 10:24:28 +01'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad · Conocimiento · Servicio
MÁQUINA DESBASTADORA DE PIÑONES
GRUPO HEVA S.A. DE S.V.
Reporte de Estadía para obtener el
Título de Técnico Superior Universitario
en Electrónica y Automatización
DAVID RAMÍREZ RAMÍREZ
Santiago de Querétaro, Qro.
Octubre de 2005
3
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad · Conocimiento · Servicio
MÁQUINA DESBASTADORA DE PIÑONES
GRUPO HEVA S.A. DE C.V.
Reporte de Estadía para obtener el
Título de Técnico Superior Universitario
en Electrónica y Automatización
ASESOR DE LA EMPRESA
ING. VALENTÍN HERRERA REYES
ASESOR DE LA ESCUELA
ING. JOAQUÍN SANTOYO RODRÍGUEZ
.
DAVID RAMÍREZ RAMÍREZ
Santiago de Querétaro, Qro.
Octubre de 2005
4
Agradecimientos
Le doy gracias a toda mi familia, pero muy en especial a mi mamá, quien me dio todo el
apoyo necesario que una madre puede brindar a un hijo. Por los momentos que se
desveló por estar a mi lado; porque siempre que necesité un empujón estuvo ahí para
dármelo; porque nunca me faltaron sus palabras de aliento y, sobretodo, porque me
enseñó a luchar en la vida por lo que deseo y sueño; Y a no rendirme a pesar de las
circunstancias. Gracias a ese apoyo invaluable y al sudor de su frente, logré llegar hasta
aquí, por ello quiero dedicarle este escrito a mi querida madre.
Quiero agradecerles también a todos mis profesores sus esfuerzos realizados, sus
conocimientos transmitidos y sus consejos.
Por último quiero agradecer a todos mis amigos que sin ser de mi familia estuvieron
hombro con hombro estudiando, dándome ánimo o compartiendo conmigo un momento
de sus vidas.
5
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS------------------------------------------------------------------------- 4
ÍNDICE -------------------------------------------------------------------------------------------- 5
INTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------------- 6
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA
1.1 Antecedentes de la empresa----------------------------------------------------------------13
1.1.1 Historia-------------------------------------------------------------------------------------- 13
1.2 Misión------------------------------------------------------------------------------------------14
1.3 Visión ------------------------------------------------------------------------------------------14
1.4 Cultura de Grupo Heva-------------------------------------------------------------------- 14
1.5 Organización--------------------------------------------------------------------------------- 15
1.6 Campo de desarrollo ----------------------------------------------------------------------- 16
1.7 Servicios--------------------------------------------------------------------------------------- 19
1.8 Proceso general de producción----------------------------------------------------------- 20
CAPÍTULO II. EL PROYECTO
2.1 Antecedentes--------------------------------------------------------------------------------- 24
2.2 Definición del proyecto--------------------------------------------------------------------- 24
2.3 Objetivo-------------------------------------------------------------------------------------- 24
6
2.4 Alcance--------------------------------------------------------------------------------------- 25
2.5 Plan de trabajo------------------------------------------------------------------------------ 25
2.5.1 Separación de actividades------------------------------------------------------------- 25
2.5.2. Secuencia de actividades---------------------------------------------------------------- 28
2.5.3 Asignación de tiempos------------------------------------------------------------------- 29
2.5.4 Gráfica de Gantt------------------------------------------------------------------------- 31
CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO
3.1 Introducción --------------------------------------------------------------------------------- 34
3.2 Máquina -------------------------------------------------------------------------------------- 34
3.3 Sistema mecánico ---------------------------------------------------------------------------35
3.3.1 La cinemática ------------------------------------------------------------------------------36
3.3.2 Dinámica ----------------------------------------------------------------------------------- 38
3.3.3 Vectores ------------------------------------------------------------------------------------ 38
3.3.4 La primera ley de Newton -------------------------------------------------------------- 40
3.3.5 La segunda ley de Newton -------------------------------------------------------------- 40
3.3.6 La tercera ley de Newton --------------------------------------------------------------- 42
3.3.7 Acoplamientos ---------------------------------------------------------------------------- 43
3.3.8 Rodamientos ------------------------------------------------------------------------------ 46
3.4 Sistema hidráulico ------------------------------------------------------------------------- 46
3.5 Sistema neumático ------------------------------------------------------------------------- 47
3.5.1 Compresor de aire ----------------------------------------------------------------------- 48
7
3.5.2 Actuadores --------------------------------------------------------------------------------- 49
3.6 Sistema eléctrico y de control -------------------------------------------------------------56
3.6.1 Motor de corriente alterna --------------------------------------------------------------57
3.6.2 Electro válvulas --------------------------------------------------------------------------- 59
3.6.3 Relevador -----------------------------------------------------------------------------------60
3.6.4 PLC ------------------------------------------------------------------------------------------61
3.6.4.1 Generalidades de los PLC ------------------------------------------------------------ 61
3.6.4.2 CPU o Unidad de Procesos Lógico ------------------------------------------------- 64
3.6.4.3 Memoria ---------------------------------------------------------------------------------65
3.6.4.4 Procesador de comunicaciones ------------------------------------------------------ 65
3.6.4.5 Entradas y salidas ----------------------------------------------------------------------65
3.6.4.6 Tipos de señales que manejan los PLCs --------------------------------------------66
3.6.4.7 Tarjetas modulares inteligentes -----------------------------------------------------66
3.6.4.8 Fuente de poder -------------------------------------------------------------------------68
3.6.4.9 Tendencias ------------------------------------------------------------------------------- 69
3.7 Automatización ------------------------------------------------------------------------------70
3.7.1Elementos de la automatización --------------------------------------------------------71
3.7.2 Realimentación ----------------------------------------------------------------------------72
CAPÍTULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO
4.1 Introducción ---------------------------------------------------------------------------------75
4.2 Concurso --------------------------------------------------------------------------------------77
8
4.3 Diseño ------------------------------------------------------------------------------------------78
4.3.1 Diseño mecánico ---------------------------------------------------------------------------78
4.3.2 Diseño eléctrico ----------------------------------------------------------------------------85
4.4 Armado ----------------------------------------------------------------------------------------89
4.4.1 Herrería ------------------------------------------------------------------------------------89
4.4.2 Maquinado ---------------------------------------------------------------------------------90
4.4.3 Eléctrico -------------------------------------------------------------------------------------91
4.4.4 Programación ------------------------------------------------------------------------------92
4.4.5 Agrupación y sistema neumático ----------------------------------------------------- 94
4.5 Pruebas iniciales e identificación de errores ------------------------------------------95
4.5.1 Visita de American Axle & Manufacturing -----------------------------------------96
4.5.2 Relación de mejoras y nuevas pruebas ---------------------------------------------- 97
4.5.3 Implementación de un sistema de fresado ------------------------------------------101
4.5.4 Siguiente visita de American Axle & Manufacturing ----------------------------102
4.5.5 Visita de A. A.& M. y últimas modificaciones -------------------------------------104
CAPÍTULO V ACTIVIDADES DIVERSAS
5.1 Introducción --------------------------------------------------------------------------------107
5.2 Instalación de succionadores -----------------------------------------------------------107
5.3 Mantenimiento a maquinaria ----------------------------------------------------------107
5.4 Reparación en Plaza Galerías ----------------------------------------------------------108
9
CAPÍTULO VI RESULTADOS OBTENIDOS
6.1 Resultados obtenidos ----------------------------------------------------------------------110
6.2 Mantenimiento ---------------------------------------------------------------------------- 112
6.3 Seguridad ------------------------------------------------------------------------------------112
6.4 Ergonomía ----------------------------------------------------------------------------------112
CONCLUSIONES------------------------------------------------------------------------------113
BIBILOGRAFÍA------------------------------------------------------------------------------- 115
10
INTRODUCCIÓN
En el presente reporte se exponen las diversas actividades que se llevaron a cabo para el
proyecto de construir una máquina desbastadora de piñones para la empresa American
Axle & Manufacturing.
El problema que se aborda consiste en la impresión de un número de serie en la base del
piñón, con fines de control de calidad. La principal dificultad que se presentó en esta
tarea fue que el área a imprimir conservaba el acabado de fundición, lo que impide la
visibilidad del código. Para resolver eventualmente este problema, se había
implementado un sistema de lijado, siendo un operador el que realizaba el acabado con
ayuda de una máquina. Esto generaba un gran riesgo para la persona que hacía el
trabajo, por lo que la máquina a construir debía ser completamente automática. Para la
elaboración de este proyecto se requirió crear el diseño completo de lo que será la
máquina desbastadora ya que no se contó con un modelo a seguir. La fabricación de la
misma se llevo acabo bajo la supervisión de American Axle & Manufacturing, la cual
estuvo revisando los avances para generar mejoras al proyecto.
A continuación se mostrará paso a paso, el desarrollo de este proyecto. Se parte de los
antecedentes generales de la empresa Grupo Heva, donde se realizó el proyecto. Se
plantean los objetivos y las actividades implicados en el mismo; se describen sus
11
fundamentos teóricos, y finalmente se culmina presentando los aspectos centrales del
desarrollo del proyecto y los resultados obtenidos.
12
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES
GENERALES DE LA
EMPRESA
13
1.1 Antecedentes de la empresa
La empresa está constituida como sociedad anónima en el régimen general de ley. Su
razón social es: Grupo HEVA Servicios de mantenimiento SA de CV con dirección en:
Cerro del Coyolote No. 18, Col. Las Américas, Santiago de Querétaro, Qro.
1.1.1
Historia
Grupo HEVA es una empresa prestadora de servicios industriales dirigida al
mantenimiento industrial. Fue fundada en el año de 1992 por el Sr. Valentín Herrera
Reyes, logrando mantener a través de los años una verdadera visión de servicio.
Grupo HEVA a través de los años ha tenido una serie de transformaciones y cambios
que le han permitido fortalecerse logrando convertir el servicio en una forma de vida. El
éxito que ha tenido la empresa HEVA no podía haberse logrado sin la cooperación de
sus clientes. Esta cooperación se ha logrado mediante evaluaciones y encuestas de
satisfacción que les permite una retroalimentación para mantener una mejora constante
de servicio.
Esta integración ha permitido desarrollar una mentalidad que les ha llevado a establecer
un balance para lograr el bien común y el hábito del beneficio mutuo, pensando siempre
14
en ganar, ganar. Este beneficio mutuo consiste en buscar siempre aportar al cliente un
servicio mayor al que habitualmente recibe.
1.2 Misión
Ser una empresa única con un equipo de trabajo con espíritu de servicio, basado en un
equipo de ingeniería y experiencia, dirigido a dar un trabajo de calidad, en tiempo,
confiabilidad y asesoría, que lleve a la total satisfacción de nuestros clientes.
1.3 Visión
Ser lideres en el área de mantenimiento industrial y desarrollo de proyectos. Motivar a
nuestros clientes para que logren llenar sus expectativas, presentándonos ante ellos como
una empresa de características inigualables, por su personal latamente profesional, de
una moral intachable y una excelente calidad humana.
1.4 Cultura del Grupo Heva
Grupo Heva es un consorcio de buenas voluntades, un equipo de trabajo integrado donde
la práctica diaria es el espíritu de servicio, aplicado con conocimientos y experiencia del
personal que conforma la compañía.
Estrategias como empresa:
15
· Prestar un servicio flexible y rápido.
· Mejorar los requerimientos de los clientes, proveedores y ocios.
· Desarrollo del personal.
· Aplicación constante de una cultura de calidad con el personal.
1.5 Organización
Grupo Heva es una empresa con personal altamente calificado, cuenta con: ingenieros,
electrónicos e ingenieros electricistas, ingenieros mecánicos con gran experiencia en
diseño (ver tabla 1.1). Cuenta también con técnicos electrónicos y eléctricos con
conocimientos actualizados y experiencia probada; con mecánicos y electricistas con
una capacitación y experiencia de más de veinte años.
Gerente general
Contabilidad,
Asesoría Fiscal
Y Jurídica
Jefe de Ing. en
Diseños y
Proyectos
Industriales
Técnicos
en Pailería
y Pintura
Administración y
Mercadotecnia
Jefe de Ing.
en proyectos
eléctricos y
electrónicos
Jefe de
Electromecánica
Técnicos
maquinista
Técnicos
en
Hidráulica
Técnicos
en
mecánica
Técnicos en
Electricidad
y Electrónica
16
Tabla 1.1 Organigrama de la empresa Grupo Heva
1.7 Campo de desarrollo
El campo de desarrollo de la empresa Grupo Heva es nacional. Se dedica a dar servicio
de mantenimiento industrial adoptando las normas de calidad de sus clientes; por lo que
desempeñan un trabajo que sobrepasa los requerimientos de calidad que requieren las
empresas a quienes ofrecen sus servicios.
Además elaboran proyectos de construcción y reconstrucción de maquinaria, para las
tareas que solicite el cliente en su línea de producción.
A continuación se presenta información acerca de las empresas a quienes han prestado
servicios de mantenimiento. Actualmente se prestan servicios en dichas empresas, a
excepción de la empresa Transmisiones TSP, con quienes se mantuvo un contrato de
mantenimiento hasta el día 30 de Octubre de 2002, únicamente se detallan los servicios
prestados a dicha empresa.
TRANSMISIONES TSP, S.A. DE C.V.
KM 181.5 Autopista México – Querétaro, Pedro Escobedo, Qro.
Los servicios que se prestaron a esta empresa fueron de reconstrucción de maquinaria:
Se manejó una póliza de servicio de lubricación con un contrato anual de los servicios de
lubricación.
17
TURBORREACTORES S.A. DE C.V.
Acceso IV No. 3, Fraccionamiento Industrial Benito Juárez, Santiago de Querétaro,
Qro., C.P. 76120. Los servicios que Grupo Heva a estado prestando a ésta empresa son:
•
Cuentan con una póliza de servicio en: mantenimiento preventivo, correctivo y de
predicción.
•
Se elaboraron algunos proyectos y ensamble de maquinaria.
•
Instalación de maquinaria nueva que se esta integrando a la planta:
•
Dan servicio de pintura general a la maquinaria y equipo.
COLLINS & AIKMAN
Ave. de las fuentes No. 25, Parque Industrial Bernardo Quintana, Querétaro.
Servicios prestados:
•
Mantenimiento preventivo y correctivo a maquinaria.
•
Reconstrucción y reparación de maquinaria.
•
Instalación de sistemas con aplicación de robots.
•
Servicio completo de mantenimiento industrial.
18
Se desarrolló un proyecto de gran magnitud que consistió en: desensamble, traslado e
instalación de maquinaria de la planta Monterrey a la planta Querétaro. Además se
dieron servicios de pintura reparación y mejoras a la maquinaria transportada.
AMERICAN AXLE & MANUFACTURING S.A. DE C.V.
Comerciantes No. 1300, Parque Industrial FIPASI, Silao, Guanajuato. En esta empresa
se hizo un proyecto de preparación, desembarque, limpieza, armado, puesta en marcha y
pruebas de una línea completa de producción.
ADCONQUER S.A. DE C.V.
Ave. 5 de Febrero y Carr. Cuota a Celaya, Santiago de Querétaro, Qro, Contacto: Ing.
Víctor Uribe, Gerente de mantenimiento, actividades que se han realizado en la fecha en
Adconquer, S.A. de C.V.:
•
Mantenimiento preventivo, limpieza a equipos de enfriamiento.
•
Instalación de red de tubería, cableado, centros de carga, alumbrado, entre otros.
•
Servicio de mantenimiento mayor a la planta de tratamiento de aguas negras y
tuberías de agua.
AUTOPARTES WALKER S.A. DE C.V. TENNECO AUTOMOTIVE
Ave. Peñuelas No. 21, Fraccionamiento Industrial San Pedrito, Santiago de Querétaro,
Qro. En esta empresa se esta prestando un servicio de reparación y reconstrucción de
maquinaria.
19
SERVICIOS VARIOS A OTRAS EMPRESAS
TRW Auto partes:
•
Servicios de mantenimiento a la maquinaria industrial y de reparación
•
Instalación y puesta en marcha de ocho maquinas herramientas en esta compañía.
1.7 Servicios
Grupo Heva conforma un equipo de trabajo que cubre con todos los requerimientos de
una empresa sobre su mantenimiento, esto les permite cubrir las siguientes áreas:
•
Mecánica: lapeado, ajustes, desensamble y ensamble de maquinaria, localización y
reparación de fallas mecánicas, hidráulicas y neumáticas.
•
Eléctrica: Cableado e interconexión de equipos, cableado de gabinetes, localización
y reparación de fallas eléctricas así como instalaciones en planta.
•
Pailería: Instalación de servicios para maquinaria tales como tuberías neumática,
hidráulica, químicos, soportes, movimiento y anclaje de maquinaria, construcción de
guardas, etc.
•
•
Electrónica:
•
Integración y programación de PLC.
•
Integración y programación de equipo para el control de movimiento.
Mecánica:
20
•
•
Diseño de tableros eléctricos.
•
Implementación de modificaciones y adaptaciones a maquinaria y equipo.
•
Ingeniería y diseño en mecanismos y automatización.
Servicios generales de mantenimiento: lubricación, casa de fuerza, pintura, jardinería
y movimiento de maquinaria.
1.8 Proceso general d producción
En Grupo Heva el proceso de producción se divide en dos lo que es desarrollo de
proyectos y mantenimiento.
Para el caso de desarrollo de proyectos los pasos a seguir son:
•
Petición del proyecto, estableciendo el problema y las condiciones que se tienen que
resolver.
•
Se hace una cotización del proyecto.
•
Se elaboran los diseños: eléctrico, mecánico etc.
•
Se fabrican y se consiguen las partes que integran el proyecto.
•
Se hace la instalación eléctrica.
•
Se pintan las piezas que lo requieran.
•
Se ensamblan todos los componentes.
•
Se instala el sistema neumático.
21
•
Se instalan el sistema de control.
•
Se realizan pruebas y correcciones.
•
Se elaboran los manuales.
•
Se entrega el proyecto.
Los pasos que se llevan acabo en cada proyecto de mantenimiento son básicamente los
siguientes:
•
Empieza desde que el cliente realiza una petición de servicio.
•
Se elabora una cotización del proyecto.
•
De ser necesario la maquinaria es transportada al taller.
•
Se etiquetan las conexiones hidráulicas, neumáticas y / o eléctricas.
•
Si requiere modificaciones, se lleva acabo el diseño de las mismas.
•
Se construyen y maquinan las piezas nuevas.
•
Se desarma la maquinaria, se limpia, prepara para pintar y se pinta.
•
Una vez seca la pintura se ensamblan nuevamente sus piezas remplazando las
averiadas por nuevas y acoplan las mejoras realizadas.
Mientras tanto se llevan a cabo los trabajos eléctricos y de electrónica.
•
Se conectan los componentes electrónicos en el tablero de control y el cableado entre
ellos.
22
•
Se hace el programa de prueba, se carga y verifica el funcionamiento de las partes.
•
Se coloca en la maquinaria junto con todos los sensores y se realizan los ajustes y
cableados faltantes.
•
Se hace el programa completo, se carga y prueba en la maquinaria.
•
Se hacen los ajustes necesarios ,empaca y se entrega al cliente.
•
Si lo requiere el cliente se le da servicio de instalación y cursos de asesoramiento
para el uso y mantenimiento del producto.
23
CAPÍTULO II
EL PROYECTO
24
2.1 Antecedentes
Dentro del proceso de fabricación de engranes con eje se requirió llevar un registro de
los mismos para poder rastrear todo su proceso e identificar las anomalías que generan
piezas defectuosas. Para ello se requirió pulir la base del engrane, para que sea visible el
código registrado; este acabado no era necesario por lo que esta cara quedaba con el
acabado de fundición. Se consideró que este proceso, fuera el primer paso, para no
modificar toda la línea de producción.
2.2 Definición del proyecto
Este proyecto consiste en construir una máquina desbastadora de piñones, automática
partiendo de cero. Debe contar con un sistema que pueda almacenar varias piezas; un
mecanismo de desbaste que irá puliendo las piezas, una por una; un sistema de
almacenamiento del residuo del pulido; un sistema do control automático y manual;
algunas condiciones para que no opere si no cuenta con piezas y medidas de seguridad
para el operador, preferentemente que lo mantenga fuera de alcance del proceso.
2.3 Objetivo
Se debe diseñar y construir la máquina, desde el sistema mecánico hasta el de control,
considerando que debe cumplir con el proceso que el cliente exige. Las características,
que la máquina debe reunir son: tener espacios de espera (los que sean posibles
25
considerando las dimensiones especificadas) para que el operador coloque las piezas; la
máquina debe lijarlas una por una; colocar la pieza lijada en el punto de salida y esperar
a que el mismo operador u otra persona la retire para colocarla en otra máquina.
2.4 Alcance
El alcance de este proyecto es el diseño, la construcción y el mantenimiento de una
máquina, considerando posibles mejoras o modificaciones a futuro para adaptarla a un
nuevo proceso o para lijar otro tipo de piezas diferentes a las que actualmente se desea
trabajar.
2.5 Plan de trabajo
A continuación se mostrara detalladamente el plan de trabajo a realizar en la
construcción de la máquina desbastadora.
2.5.1 Separación de actividades
El proyecto consta de varios procesos que van desde el diseño de la máquina hasta los
acabados. En cada uno de estos procesos se agrupan varias tareas que se separan por
actividades; tal como se muestra a continuación:
26
•
Diseño de las partes mecánicas: Se proponen ideas para buscar la forma más ideal
que debe tener la máquina para un óptimo funcionamiento. Considerando los puntos
que el cliente establezca, se hacen en la computadora los trazos que servirán como
planos al armarla.
•
Cotización y selección de los componentes comerciales: Se busca con los
proveedores tomando en cuenta: dimensiones, condiciones de potencia, rendimiento
etc. que se van a manejar en el proceso.
•
Manufactura de los mecanismos: Se construyen todas las piezas que
en los
establecimientos comerciales no se consiguen, o que gracias a la maquinaria y
herramienta con que se cuenta resulta más factible fabricarlas, como son: soportes,
ejes, bases para valeros, etc.
•
Diseño del sistema de control eléctrico: Se diseña considerando las dimensiones que
exige el cliente (que en este caso son aproximadamente 80cm), la base de lo que será
el tablero principal, el cual contendrá los sistemas eléctricos de alimentación, así
como el PLC, componentes de seguridad como fusibles termo interruptores, etc.
•
Programación del PLC: Se construye en la computadora el programa, que mantendrá
controlado todo el sistema desde el PLC, tomando en cuenta los elementos de
seguridad necesarios.
•
Ensamble de las partes y mecanismos: Se ensamblan todos los mecanismos
fabricados, se verifica que ensamblen correctamente con las piezas que fueron
adquiridas en esta etapa, y son corregidas las piezas que no ensamblan
adecuadamente, o se reconstruyen.
27
•
Soldadura eléctrica para armado de la base de los mecanismos: Se construye la
estructura de lo que será la máquina. Y se colocan las bases que sostendrán cada una
de las piezas.
•
Armado y cableado del sistema de control eléctrico: Se hace la instalación eléctrica
del sistema a la fuente de alimentación, sistemas de seguridad contra picos eléctricos
y cableado de todos los componentes.
•
Pruebas del sistema de control: Se realizan pruebas para verificar el correcto
funcionamiento del sistema eléctrico. En el PLC se verifica que correspondan las
entradas y salidas, así como el correcto funcionamiento del programa para hacer
correcciones o modificaciones.
•
Diseño del sistema de control neumático: Se diseña en la PC el sistema neumático
considerando las partes a mover con mecanismos neumáticos, las características y
condiciones que se requieran y las válvulas de control necesarias.
•
Colocación y conexión del sistema neumático: Se chocan y fijan las piezas
neumáticas, sus conexiones de aire y el cableado eléctrico de las válvulas.
•
Colocación de sensores: Se colocan los sensores, se prueban individualmente y
después con todo el sistema, verificando su actuación en el programa.
•
Pintura y acabados: Se resanan y alinean las partes mecánicas que pudieran tener
deformaciones con pasta para hojalatería; se aplica una pintura de protección contra
la corrosión, y encima de ella el esmalte de los colores que se manejan en la planta.
•
Pruebas: El cliente establece visitas para realizar pruebas de funcionamiento y
avances del proyecto.
28
•
Transporte a planta.-Una vez que la máquina queda terminada, se desmontan las
partes principales que pudieran dañarse. Y son empacadas. En este caso no se
requiere transporte particular, por lo que será transportado el producto terminado en
una camioneta de la propia empresa.
•
Instalación y pruebas generales.- En la planta se ensamblan las partes que fueron
retiradas, para evitar daños en el transporte, y se instala en la línea de producción.
•
Puesta en marcha.- Se hacen los ajustes necesarios para que la maquina funcione de
forma sincronizada con la línea de producción.
2.5.2 Secuencia de actividades
Varias actividades son colocadas juntas debido a que se realizan de manera conjunta o al
mismo tiempo.
1. Diseño de las partes mecánicas; del sistema de control eléctrico, y diseño del sistema
de control neumático.
2. Cotización, autorización y selección de los componentes comerciales.
3. Soldadura eléctrica para armado de la base de los mecanismos; armado y cableado
del sistema de control eléctrico; manufactura de los mecanismos.
4. Visita del cliente para ver avances.
5. Modificaciones.
6. Pintura y acabados.
29
7. Ensamble de las partes y mecanismos.
8. Segunda visita por parte del cliente.
9. Programación del PLC.
10. Pruebas del sistema de control.
11. Correcciones.
12. Colocación y conexión del sistema neumático.
13. Colocación de sensores.
14. Visita del cliente para ver el proyecto terminado y pruebas.
15. Últimos ajustes.
16. Transporte a planta.
17. Instalación, pruebas generales y puesta en marcha.
2.5.3 Asignación de tiempos
A continuación se establecen los tiempos estimados para la realización de cada tarea (ver
tabla 2.1). Los casos, en que se desarrollan varias tareas al mismo tiempo, implica un
lapso más tardado; y, debido a las modificaciones exigidas por el cliente en cada visita,
pueden variar los tiempos y fechas establecidas.
30
Actividad
N° de días
Diseño de las partes mecánicas; del sistema de control eléctrico, y
3
diseño del sistema de control neumático.
Cotización, autorización y selección de los componentes
1
comerciales.
Soldadura eléctrica para armado de la base de los mecanismos;
8
armado y cableado del sistema de control eléctrico; manufactura
de los mecanismos
Visita del cliente para ver avances.
1
Modificaciones, pintura y acabados.
3
Ensamble de las partes y mecanismos.
5
Segunda visita por parte del cliente.
1
Programación del PLC.
6
Pruebas del sistema de control.
3
Correcciones.
3
Colocación y conexión del sistema neumático.
2
Colocación de sensores.
2
Visita del cliente para ver el proyecto terminado y pruebas.
1
Últimos ajustes.
2
Transporte a planta
1
Instalación, pruebas generales y puesta en marcha
3
Tabla 2.1 Asignación de tiempos
31
CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
32
3.1 Introducción
La maquina a construir consta de las siguientes partes: sistema mecánico, sistema
hidráulico, sistema neumático, sistema eléctrico y de control.
3.2 Máquina
Dispositivo utilizado en ingeniería para cambiar la magnitud y dirección de aplicación
de una fuerza. Las cuatro máquinas simples son la palanca, la polea, el torno y el plano
inclinado, que consiste en una rampa. El tornillo y la cuña se consideran a veces
máquinas simples, pero en realidad son adaptaciones del plano inclinado.
La utilidad de una máquina simple radica en que permite ejercer una fuerza mayor que
la que una persona podría aplicar sólo con sus músculos (en el caso de la palanca, el
torno y el plano inclinado), o aplicarla de forma más eficaz (en el caso de la polea). El
aumento de la fuerza suele hacerse a expensas de la velocidad. La relación entre la
fuerza aplicada y la resistencia ofrecida por la carga contra la que actúa la fuerza se
denomina ventaja teórica de la máquina. Debido a que todas las máquinas deben superar
algún tipo de rozamiento cuando realizan su trabajo, la ventaja real de la máquina
siempre es menor que la ventaja teórica. La eficacia de funcionamiento de una máquina
se obtiene del cociente entre la energía generada (la salida) y la cantidad de energía
33
empleada (la entrada). La eficacia, que se expresa en tanto por ciento, siempre inferior al
100 por ciento.
Combinando máquinas simples se construyen máquinas complejas. Con estas máquinas
complejas, a su vez, se construye todo tipo de máquinas utilizadas en metalistería,
carpintería y otras áreas de la ingeniería.
Las máquinas hidráulicas transmiten la energía a través de un fluido, utilizado para
canalizar las fuerzas a distancias donde los acoplamientos mecánicos no serían
apropiados ni efectivos. En el caso de los frenos de un automóvil la fuerza aplicada en el
pedal se transmite por una conducción hidráulica hasta el activador del freno en cada
llanta o rueda.
3.3 Sistema mecánico
La mecánica, es la rama de la física que se ocupa del movimiento de los objetos y de su
respuesta a las fuerzas. Las descripciones modernas del movimiento comienzan con una
definición cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la
aceleración, la masa y la fuerza.
Historia: El físico y astrónomo italiano Galileo reunió las ideas de otros grandes
pensadores de su tiempo y empezó a analizar el movimiento a partir de la distancia
34
recorrida desde un punto de partida y del tiempo transcurrido. Demostró que la
velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta
aceleración es la misma para objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en
cuenta la resistencia del aire (rozamiento). El matemático y físico británico Isaac
Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la
aceleración. Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la velocidad de
la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría de la relatividad de Albert
Einstein. Para las partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido
sustituidas por la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes
del movimiento de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica
3.3.1 La cinemática
Se ocupa de la descripción del movimiento sin tener en cuenta sus causas.
La velocidad se define como la distancia recorrida dividida entre el intervalo de tiempo.
La magnitud de la velocidad se denomina celeridad, y puede medirse en unidades como
kilómetros por hora, metros por segundo.
La aceleración se define como la tasa de variación de la velocidad: el cambio de la
velocidad dividido entre el tiempo en que se produce. Por tanto, la aceleración tiene
35
magnitud, dirección y sentido, y se mide en unidades del tipo metros por segundo cada
segundo.
Existen varios tipos especiales de movimiento fáciles de describir. En primer lugar, aquél
en el que la velocidad es constante, la velocidad media (o promedio) es igual a la
velocidad en cualquier instante determinado. Si el tiempo t se mide con un reloj que se
pone en marcha con t = 0, la distancia d recorrida a velocidad constante v será igual al
producto de la velocidad por el tiempo:
d = vt
Otro tipo especial de movimiento es aquél en el que se mantiene constante la aceleración.
Como la velocidad varía, hay que definir la velocidad instantánea, que es la velocidad en
un instante determinado. En el caso de una aceleración a constante, considerando una
velocidad inicial nula (v = 0 en t = 0), la velocidad instantánea transcurrido el tiempo t
será:
v = at
La distancia recorrida durante ese tiempo será:
d = yat2
Esta ecuación muestra una característica importante: la distancia depende del cuadrado
del tiempo t2, o “t al cuadrado”, es la forma breve de escribir t × t.
El movimiento circular es otro tipo de movimiento sencillo. Si un objeto se mueve con
celeridad constante pero la aceleración forma siempre un ángulo recto con su velocidad,
36
se desplazará en un círculo. La aceleración está dirigida hacia el centro del círculo y se
denomina aceleración normal o centrípeta. En el caso de un objeto que se desplaza a
velocidad v en un círculo de radio r, la aceleración centrípeta es a = v2/r. Otro tipo de
movimiento sencillo que se observa frecuentemente es el de una pelota que se lanza al
aire formando un ángulo con la horizontal. Debido a la gravedad, la pelota experimenta
una aceleración constante dirigida hacia abajo que primero reduce la velocidad vertical
hacia arriba que tenía al principio y después aumenta su velocidad hacia abajo mientras
cae hacia el suelo. Entretanto, la componente horizontal de la velocidad inicial
permanece constante (si se prescinde de la resistencia del aire), lo que hace que la pelota
se desplace a velocidad constante en dirección horizontal hasta que alcanza el suelo. Las
componentes vertical y horizontal del movimiento son independientes, y se pueden
analizar por separado. La trayectoria de la pelota resulta ser una parábola.
3.3.2 Dinámica
Para entender cómo y por qué se aceleran los objetos, hay que definir la fuerza y la masa.
Puede medirse en función de uno de estos dos efectos: una fuerza puede deformar algo,
como un muelle, o acelerar un objeto. El primer efecto puede utilizarse para calibrar la
escala de un muelle, que a su vez puede emplearse para medir la magnitud de otras
fuerzas: cuanto mayor sea la fuerza F, mayor será el alargamiento del muelle x. En
muchos muelles, y dentro de un rango de fuerzas limitado, es proporcional a la fuerza:
F = kx
37
donde k es una constante que depende del material y dimensiones del muelle.
3.3.3 Vectores
Si un objeto está en equilibrio, la fuerza total ejercida sobre él debe ser cero. Un libro
colocado sobre una mesa es atraído hacia abajo por la atracción gravitacional de la
Tierra y es empujado hacia arriba por la repulsión molecular de la mesa. La suma de
las fuerzas es cero; el libro está en equilibrio. Para calcular la fuerza total, hay que
sumar las fuerzas como vectores.
Momento de una fuerza: para que haya equilibrio, las componentes horizontales de las
fuerzas que actúan sobre un objeto deben cancelarse mutuamente, y lo mismo debe
ocurrir con las componentes verticales. Esta condición es necesaria para el equilibrio,
pero no es suficiente. Por ejemplo, si una persona coloca un libro de pie sobre una mesa
y lo empuja igual de fuerte con una mano en un sentido y con la otra en el sentido
opuesto, el libro permanecerá en reposo si las manos están una frente a otra. El resultado
total es que el libro se comprime. Pero si una mano está cerca de la parte superior del
libro y la otra mano cerca de la parte inferior, el libro caerá sobre la mesa. Para que haya
equilibrio también es necesario que la suma de los momentos en torno a cualquier eje
sea cero.
El momento de una fuerza es el producto de dicha fuerza por la distancia perpendicular a
un determinado eje de giro. Cuando se aplica una fuerza a una puerta pesada para
38
abrirla, la fuerza se ejerce perpendicularmente a la puerta y a la máxima distancia de las
bisagras. Así se logra un momento máximo. Si se empujara la puerta con la misma
fuerza en un punto situado a medio camino entre el tirador y las bisagras, la magnitud
del momento sería la mitad. Si la fuerza se aplicara de forma paralela a la puerta es
decir, de canto, el momento sería nulo. Para que un objeto esté en equilibrio, los
momentos dextrógiros (a derechas) en torno a todo eje deben cancelarse con los
momentos levógiros (a izquierdas) en torno a ese eje. Puede demostrarse que si los
momentos se cancelan para un eje determinado, se cancelan para todos los ejes.
Las tres leyes de Newton: Con la formulación de las tres leyes del movimiento, Isaac
Newton estableció las bases de la dinámica.
3.3.4 La primera ley de Newton
La primera ley de Newton afirma que si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre
un objeto es cero, el objeto permanecerá en reposo o seguirá moviéndose a velocidad
constante. El que la fuerza ejercida sobre un objeto sea cero no significa necesariamente
que su velocidad sea cero. Si no está sometido a ninguna fuerza (incluido el rozamiento),
un objeto en movimiento seguirá desplazándose a velocidad constante.
3.3.5 La segunda ley de Newton
39
La segunda ley La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una
fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La
aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección
y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto
F = ma
En el Sistema Internacional de unidades (conocido también como SI), la aceleración a se
mide en metros por segundo cuadrado, la masa m se mide en kilogramos, y la fuerza F
en newtons. Un newton se define como la fuerza necesaria para suministrar a una masa
de 1 kg una aceleración de 1 metro por segundo cada segundo; esta fuerza es
aproximadamente igual al peso de un objeto de 100 gramos.
Un objeto con más masa requerirá una fuerza mayor para una aceleración dada que uno
con menos masa. Lo asombroso es que la masa, que mide la inercia de un objeto, su
resistencia a cambiar la velocidad, también mide la atracción gravitacional que ejerce
sobre otros objetos. Resulta sorprendente, y tiene consecuencias profundas, que la
propiedad inercial y la propiedad gravitacional estén determinadas por una misma cosa.
Este fenómeno supone que es imposible distinguir si un punto determinado está en un
campo gravitatorio o en un sistema de referencia acelerado. Einstein hizo de esto una de
las piedras angulares de su teoría general de la relatividad, que es la teoría de la
gravitación actualmente aceptada.
40
Rozamiento: El rozamiento, generalmente, actúa como una fuerza aplicada en sentido
opuesto a la velocidad de un objeto. En el caso de deslizamiento en seco, cuando no
existe lubricación, la fuerza de rozamiento es casi independiente de la velocidad. La
fuerza de rozamiento tampoco depende del área aparente de contacto entre un objeto y la
superficie sobre la cual se desliza. El área real de contacto —esto es, la superficie en la
que las rugosidades microscópicas del objeto y de la superficie de deslizamiento se tocan
realmente— es relativamente pequeña. Cuando un objeto se mueve por encima de la
superficie de deslizamiento, las minúsculas rugosidades del objeto y la superficie chocan
entre sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan moviendo. El área real de contacto
depende de la fuerza perpendicular entre el objeto y la superficie de deslizamiento.
Frecuentemente, esta fuerza no es sino el peso del objeto que se desliza. Si se empuja el
objeto formando un ángulo con la horizontal, la componente vertical de la fuerza
dirigida hacia abajo se sumará al peso del objeto. La fuerza de rozamiento es
proporcional a la fuerza perpendicular total.
Cuando hay rozamiento, la segunda ley de Newton puede ampliarse a
Sin embargo, cuando un objeto se desplaza a través de un fluido, el valor del rozamiento
depende de la velocidad. En la mayoría de los objetos de tamaño humano que se mueven
en agua o aire (a velocidades menores que la del sonido), la fricción es proporcional al
cuadrado de la velocidad. En ese caso, la segunda ley de Newton se convierte en
41
La constante de proporcionalidad k es característica de los dos materiales en cuestión y
depende del área de contacto entre ambas superficies, y de la forma más o menos
aerodinámica del objeto en movimiento.
3.3.6 La tercera ley de Newton
Afirma que cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, este otro objeto ejerce
también una fuerza sobre el primero. La fuerza que ejerce el primer objeto sobre el
segundo debe tener la misma magnitud que la fuerza que el segundo objeto ejerce sobre
el primero, pero con sentido opuesto. Por ejemplo, en una pista de patinaje sobre hielo,
si un adulto empuja suavemente a un niño, no sólo existe la fuerza que el adulto ejerce
sobre el niño, sino que el niño ejerce una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el
adulto. Sin embargo, como la masa del adulto es mayor, su aceleración será menor.
La tercera ley de Newton también implica la conservación del momento lineal, el
producto de la masa por la velocidad. En un sistema aislado, sobre el que no actúan
fuerzas externas, el momento debe ser constante. En el ejemplo del adulto y el niño en la
pista de patinaje, sus velocidades iniciales son cero, por lo que el momento inicial del
sistema es cero. Durante la interacción operan fuerzas internas entre el adulto y el niño,
pero la suma de las fuerzas externas es cero. Por tanto, el momento del sistema tiene que
seguir siendo nulo. Después de que el adulto empuje al niño, el producto de la masa
grande y la velocidad pequeña del adulto debe ser igual al de la masa pequeña y la
42
velocidad grande del niño. Los momentos respectivos son iguales en magnitud pero de
sentido opuesto, por lo que su suma es cero.
Otra magnitud que se conserva es el momento angular o cinético. El momento angular
de un objeto en rotación depende de su velocidad angular, su masa y su distancia al eje.
Cuando un patinador da vueltas cada vez más rápido sobre el hielo, prácticamente sin
rozamiento, el momento angular se conserva a pesar de que la velocidad aumenta. Al
principio del giro, el patinador tiene los brazos extendidos. Parte de la masa del
patinador tiene por tanto un radio de giro grande. Cuando el patinador baja los brazos,
reduciendo su distancia del eje de rotación, la velocidad angular debe aumentar para
mantener constante el momento angular.
3.3.7 Acoplamientos
Los acoplamientos mejor conocidos como: coples, son elementos usados en la mecánica
para transmitir movimiento giratorio, a través de flechas y ejes, permitiendo tener cierto
grado de flexibilidad cuando las flechas que unen no están perfectamente alineadas, se
dividen en acoplamientos:
•
De elementos deslizantes.
•
Elementos flexionantes.
•
Combinación deslizantes flexionantes.
43
Los acoplamientos deslizantes a su vez se separan de acuerdo a su tipo: engranaje,
cadena y rejilla de acero.
Los acoplamientos (ver figura 3.1) de elementos flexionantes se separan en: elementos de
acoplamiento con elemento mecánico o elastomérico ejemplo:
•
Llanta de caucho.
•
Rosquilla de caucho.
•
Elemento ranurado.
•
Quejada
Figura 3.1 Ejemplo de acoplamientos
44
Los coples son utilizados en motores eléctricos, reductores, bombas, herramientas y
equipos de transmisión. Para escoger un cople se toman a consideración varios puntos
importantes (ver tablas 3.1 y 3.2).
Tipo
FS
Servicio ligero
1.0
Servicio medio
1.5
Servicio pesado
2.0
Tabla 3.1 Factor de servicio en uso
Tipo
FS
Uniforme
1.0
Choque medio
1.75
Servicio pesado
2.5
Alto impacto
3.0
Tabla 3.2 Factor de servicio en vibración
Para el caso de cajas de engranajes se debe multiplicar el FS (Factor de Servicio), por el
torque de salida; para motores eléctricos se debe multiplicar el FS por los caballos de
fuerza, de la siguiente manera se aplican los cálculos siguientes:
HP nominal de diseño = (HP aplicación)(FS) ó T nominal de diseño =(T aplicación)(FS)
HP =
TN .
63025
45
Dpnde T = Torque en: In * Lb, y N = RPM
3.3.8 Rodamientos
Los rodamientos o mejor conocidos como valeros con mecanismos a base de ruedas
afiladas en una canaleta en forma de dona que permite girar el exterior de la estructura
con respecto al centro disminuyendo al máximo la fricción, son utilizados para mover
las llantas de cualquier tipo o para desplazar maquinaria pesada básicamente se divide
en:
•
Radiales: por que el punto de apoyo donde se ejerce la fuerza sobre el balero es de
forma lineal sobre el cuerpo del rodamiento y perpendicular al eje de apoyo.
•
Axiales: estos se caracterizan porque la fuerza aplicada es realizada en forma
paralela al eje se apoyo.
•
Angulares: estos tienen un punto de apoyo doble o a cierto ángulo, soportan fuerzas
tanto sobre el balero como en la parte lateral.
3.4 Sistema hidráulico
La hidráulica es una aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir
dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica
resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño
46
de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas,
surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.
Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de
activadores y prensas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la
presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada
punto del mismo. Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la
fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área
diferente. Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una
fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una
fuerza de 10 en el pistón grande. Este fenómeno mecánico se aprovecha en activadores
hidráulicos como los utilizados en los frenos de un automóvil, donde una fuerza
relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a
la zapata del freno. Los alerones de control de los aviones también se activan con
sistemas hidráulicos similares. Los gatos y elevadores hidráulicos se utilizan para
levantar vehículos en los talleres y para elevar cargas pesadas en la industria de la
construcción. La prensa hidráulica, inventada por el ingeniero británico Joseph Bramah
en 1796, se utiliza para dar forma, extrusar y marcar metales y para probar materiales
sometidos a grandes presiones.
3.5 Sistema neumático
La neumática es una derivación de la hidráulica donde se utilizan casi los mismos
principios, esta se diferencia en que el fluido utilizado no es un liquido si no el aire, las
47
características d este elemento permiten que el sistema sea más rápido aunque no cuenta
con la misma fueraza que el sistema hidráulico.
3.5.1 Compresor de aire
También llamado bomba de aire, máquina que disminuye el volumen de una determinada
cantidad de aire y aumenta su presión por procedimientos mecánicos. El aire comprimido
posee una gran energía potencial, ya que si eliminamos la presión exterior se expandiría
rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas
máquinas herramientas, como martillos neumáticos, taladradoras, limpiadoras de chorro
de arena y pistolas de pintura.
En general hay dos tipos de compresores: alternativos y rotatorios. Los compresores
alternativos o de desplazamiento (ver figura 3.2), se utilizan para generar presiones altas
mediante un cilindro y un pistón. Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, el aire se
comprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino.
48
Figura 3.2 Compresor de aire
Los rotativos, producen presione medias y bajas. Están compuestos por una rueda con
palas que giran en el interior de un recinto circular cerrado. El aire se introduce por el
centro de la rueda y acelerado por la fuerza centrífuga que produce el giro de las palas.
La energía del aire en movimiento se transforma en un aumento de presión en el difusor
y el aire comprimido pasa al depósito por un conducto fino.
El aire al comprimirlo, también se calienta. Las moléculas de aire chocan con más
frecuencia unas con otras si están más apretadas, y la energía producida por estas
colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitar este calentamiento hay que enfriar
el aire con agua o aire frío antes de llevarlo al depósito. La producción de aire
comprimido a alta presión sigue varias etapas de compresión; en cada cilindro se va
comprimiendo más el aire y se enfría entre etapa y etapa.
49
3.1 Actuadores
Los actuadores, son los elementos de trabajo, que transforman la energía neumática en
movimiento lineal, en el caso de los pistones y en movimiento giratorio en el caso de los
motores.
Se recomienda utilizar actuadores cuando se requieren movimientos rápidos con una
capacidad de carga considerable. Soportan sobrecargas y son resistentes a las
condiciones ambientales de humedad, calor y corrosión.
Los pistones se separan en dos grupos:
•
Pistones de efecto simple.
•
Pistones de doble efecto.
•
Motores de aire comprimido.
Pistones de efecto simple: Estos pistones realizan trabajo en un sólo sentido, es decir el
movimiento del émbolo debido a la presión del aire se realiza en un único sentido. El
retorno a su posición del aire se realiza en un único sentido. El retorno a su posición
original se realiza por medio de un resorte incorporado en el interior del pistón.
50
Su funcionamiento es muy sencillo, el aire a presión obliga a desplazar el émbolo
comprimiendo el resorte. Cuando desaparece la presión el resorte hace que el émbolo
regrese a su posición inicial.
Sus partes son las siguientes:
1. Camisa del pistón.
2. Culata interior y posterior.
3. Émbolo con vástago.
4. Muelle de recuperación.
5. Juntas de estanqueidad.
6. Cojinete.
7. Orificio de escape.
Atmósfera
Figura 3.4 Pistón de efecto simple
51
Pistones de doble efecto.- Este tipo de pistones realizan un movimiento de traslación en
dos sentidos, ya que el aire comprimido actúa en las dos cámaras del pistón
A
B
Figura 3.5 Pistón de doble efecto
El aire comprimido entra por en el pistón por la conexión A, ejerciendo una presión
sobre el émbolo que le hace desplazarse. El aire desplazado escapa por la conexión B. Si
se invierte el suministro de aire comprimido, este entrará por la conexión B desplazando
el émbolo en sentido contrario al caso anterior. El aire de escape es expulsado por la
conexión A.
El pistón de doble efecto consta básicamente de los siguientes elementos:
•
Cámara del pistón.
•
Embolo y vástago.
•
Culata posterior.
•
Culata anterior.
•
Juntas de estanqueidad.
52
Los pistones de doble efecto a su vez se separan en dos tipos:
•
Sin amortiguación.
•
Con amortiguación.
La amortiguación se utiliza para evitar choques y daños en el pistón. El sistema de
amortiguación entra en acción antes de que el vástago alcance el final de carrera.
Los cilindros de doble efecto se utilizan cuando se necesitan fuerzas en el avance y en el
retroceso. Las carreras que se obtienen con este tipo de pistones son mayores que con los
pistones de efecto simple.
En los pistones, los parámetros básicos son:
La fuerza.- La fuerza se realiza sobre el émbolo y depende de la presión del aire y del
diámetro del cilindro.
Fuerza = Presión * Área
En la practica hay que tener en cuenta los rozamientos que se producen entre el émbolo
y la camisa del pistón. Normalmente se puede considerar que las fuerzas de rozamiento
son de un 3% al 20% de la fuerza teórica.
53
Para calcular la fuerza real de un pistón primero hay que definir si es de efecto simple o
doble ya que en cada uno es actúan diferentes fuerzas. En el pistón de efecto simple, la
fuerza real es igual a la teórica menos la fuerza de rozamiento y la fuerza que ejerce el
resorte.
Fn = F teórica – (Fr- Fm)
Donde:
Fn = Fuerza real
F teórica = P*A
Fr = Fuerza de rozamiento
Fm = Fuerza del resorte.
En un pistón de efecto doble, la fuerza real es igual a la fuerza teórica menos la fuerza
de fricción. En el caso en que actúa el embolo de regreso se considera que el área de
presión es menor ya que el vástago esta ocupando un área en la que el aire no ejerce
presión, además de considerar la fricción.
Fn = A * P - Fr
Fuerza efectiva de retorno.- Su fuerza real se calcula de la siguiente manera
(A del embolo – A del vástago) * P - Fr
La carrera.- Es la diferencia de posición entre las situaciones extremas del émbolo. Ésta
no debe ser mayor a 2000mm... ya que no resulta económico cilindros de gran tamaño
con carreras largas, debido a su elevado consumo de aire; además de que el vástago
54
puede sufrir de pandeo si es demasiado largo, por ello se sustituye por uno de carrera
más corta.
Una de las ventajas de usar aire comprimido como elemento de trabajo es la velocidad
de accionamiento que se consigue. La velocidad del pistón depende:
•
Presión de aire.
•
Longitud y sección de las tuberías.
•
Fuerza antagonista.
•
Para aplicación en el proyecto se utilizarán pistones de doble efecto.
Cilindros especiales: En la industria de la automatización neumática existen ejecuciones
que los pistones normales no pueden realizar. En estos casos se utilizan pistones
especiales.
Los pistones que con mayor frecuencia se utilizan en la automatización neumática:
•
Pistón tandem.
•
Pistón sin vástago.
•
Pistón de doble vástago.
•
Motores de aire comprimido.- Estos elementos transforman la energía neumática en
energía mecánica de rotación, Se emplean principalmente:
55
Motores de aire comprimido: Estos elementos transforman la energía neumática en
energía mecánica de rotación. Se emplean principalmente los motores de paleta.
Motores de paletas: Sus características principales es que son compactos, ligeros, su
arranque y paro es rápido, pueden trabajar con velocidad variable.
Los motores de paletas son los que más se utilizan en la automatización neumática.
Éstos se emplean también en herramientas neumáticas tales como taladradoras,
atornilladores etc.
Los principales componentes de este tipo de motores son:
•
Rotor
•
Anillo
•
Paletas
El rotor ranurado está acoplado al eje del motor u gira dentro de la cámara cilíndrica.
Entre el anillo y el rotor hay una exactitud, es decir, los ejes de ambos no coinciden. En
las ranuras del rotor están conectadas las aletas. Cuando el rotor gira, las aletas siguen la
superficie interna del anillo y giran con él, penetrando más o menos por las ranuras,
dependiendo de cada posición.
56
Las aletas se mantienen apoyadas contra el anillo por la fuerza centrífuga(ver figura 3.6).
Figura 3.6 Motor neumático de aletas
Las válvulas neumáticas se dividen según su función en:
•
Válvulas distribuidoras.
•
Válvulas de bloqueo
•
Válvulas de presión
•
Válvulas de caudal
•
Válvulas de sierre
•
Válvulas combinadas
3.6 Sistema eléctrico y de control
57
El sistema de control es aquel que funciona a través de sistemas eléctricos como:
electroválvulas, relevadores, temporizadores, etc. En la actualidad todos estos han
pasado a ser elementos de un sistema de control donde el principal elemento es una
computadora llamada PLC.
3.6.1 Motor de corriente alterna
Se diseñan dos tipos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica: los
motores asíncronos y los motores de inducción. El motor asíncrono es en esencia un
alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un
rotor y se excitan mediante corriente continua y las bobinas de la armadura están
divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica. La variación de las
tres ondas en las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética
variable con los polos de los imanes del campo, y hacen que el campo gire a una
velocidad constante, que se determina por la frecuencia de corriente en la línea de
potencia de corriente alterna.
La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos apartamentos. Sin
embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga
mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad
cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y
llega a pararse. Los motores asíncronos pueden funcionar con una fuente de potencia
58
monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir
un campo magnético.
El más simple de todos los tipos de motores eléctricos, es el motor de inducción de caja
de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor
consiste en tres bobinas fijas y es similar al del motor síncrono. El elemento rotatorio
consiste en núcleo, en el que se incluye una serie de conductores de gran capacidad
colocados en circulo alrededor del árbol paralelos a él. Cuando no tiene núcleo, los
conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para
las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de la armadura fija,
genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de
la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que
transporta la corriente hace que éste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma
velocidad que el campo magnético, no habrá en él, corrientes inducidas, y por tanto el
rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En funcionamiento, la velocidad de
rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de 2 a un 5%. Esta diferencia de
velocidad se conoce como caída.
Los motores con rotores de tipo de jaula de ardilla (ver figura 3.7) se pueden usar con
corriente alterna monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia,
que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico.
Estos motores se denominan multifásicos o motores de condensador (o de capacidad),
según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen
59
un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las
aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o
de condensado, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que
fluya la corriente entre las escobillas de conmutador cuando se arranca el motor, y los
circuitos cortos de todos lo segmentos del conmutador, después de que el motor alcance
una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así debido a
que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estator, y su par,
mientras está en funcionamiento, depende de la inducción. Los motores de baterías en
serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente
alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños y se utilizan en
aparatos domésticos.
60
Figura 3.7 Ejemplo de motor eléctrico
3.2.1 Electro válvulas
Son mecanismos electro-neumáticos capaces accionar un mecanismo que cambia la
salida de la presión de aire, a trabes de una señal eléctrica, esto es causado debido a que
la electricidad al pasa por una bobina genera un campo magnético que cierra un in
interruptor abierto y al mismo tempo abre uno cerrado.
3.6.3 Relevador
El Relé es un interruptor operado magnéticamente. Este se activa o desactiva
(dependiendo de la conexión) cuando el electroimán (que forma parte del Relé) es
energizado. Esta operación causa que haya conexión o no, entre dos o más terminales
del dispositivo (el Relé).
Esta conexión se logra con la atracción o repulsión, de un pequeño brazo llamado
armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales
antes mencionados.
61
Por ejemplo: Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos
C y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos C y E.
De esta manera se puede tener algo conectado, cuando el electroimán está activo, y otra
cosa conectada, cuando está inactivo
Ventajas del Relé:
Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto al dispositivo
para hacerlo funcionar.
El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes máquinas que
consumen gran cantidad de corriente.
Con una sola señal de control, puedo controlar varios Relés a la vez.
3.6.4 PLC
El termino PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés. Controlador Lógico
programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controlers), pero, con
la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se emplearon definitivamente las siglas
PLC.
62
3.6.4.1 Generalidades de los PLC
En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable. La definición más
apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia
almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.
Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos
los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.
La función específica de un PLC es, la de remplazar relevadores de control, timers
electromecánicos, ejecutar operaciones aritméticas, interconexión de proceso con una
computadora, monitoreo estadístico, realizar operaciones de control PID monitoreo y
control del sistema.
Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede
ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos
que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o
control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos.
Además de poder ser programados, se insiste en el término “Control Automático”, que
corresponde solamente a los aparatos que comparan ciertas señales provenientes de la
máquina controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para
emitir señales de control para mantener la operación estable de dicha máquina.
63
Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificar así como su monitoreo
externo.
Los controladores PLC fueron desarrollados como una alternativa flexible y económica
a los viejos controladores lógicos de relevo utilizados en procesos y controles
industriales autorizados. Tienen algunas ventajas sobre los controladores lógicos de
relevo, entre ellas, el costo, el tamaño, la fidelidad y otras características que los
antiguos sistemas carecen. Su desarrollo de debe a la misma tecnología del microchip y
del microprocesador. Esto permite una más fácil programación de los sistemas de
control almacenados dentro de la memoria del PLC y elimina la necesidad de alterar el
hardware cada vez que se tenga que implementar un nuevo proceso de control.
Los controladores PLC son económicos y compactos, son unidades versátiles basadas en
la arquitectura estándar de microprocesadores, utilizados en el control de procesos o de
máquinas. Fueron diseñados para facilitar su programación y mantenimiento. Los
sistemas PLCs reemplazan de forma rápida, fácil y eficiente a los antiguos aparatos y
sistemas de control lógicos de relevo utilizados en manufactura automatizada. Los PLCs
fueron definidos en 1978 por la Asociación Nacional de Manufactureros Eléctricos
(NEMA) como: “Un aparato electrónico de operación digital, el cual utiliza una
memoria programable que almacena internamente las instrucciones para implementar
funciones especificas, tales como, lógicas, secuénciales, de tiempo, de conteo, y
64
aritméticas, para controlar por medio de entradas y salidas digitales o analógicas, varios
tipos de máquinas o procesos”.
Los PLC’s operan básicamente detectando las señales de entrada lógicas (on/off) o
analógicas, y dependiendo de los programas de control o diagramas de escala (Ladder),
produce señales de salida del mismo tipo(normal mente lógico). En la implementación
de PLCs, el campo de campo de cableado o conexiones entre los elementos lógicos
permanece inalterado, pero no se necesitaran más conexiones físicas. Por el contrario,
las conexiones son almacenadas en memorias de computadora, lo cual permite la
programación de dichas conexiones y por ende facilita más las cosas al pasar al ámbito o
escala lógica. La escala lógica (Ladder Logic) es una técnica de programación que
requiere un mínimo entrenamiento de programación.
Los sistemas PLCs, sobre los antiguos sistemas de relevo, tienen ventajas considerables:
•
Realizan todas las capacidades y funciones de los sistemas antiguos.
•
Mucho mayor y mejor desempeño.
•
Mayor fidelidad.
•
Requieren poco mantenimiento ya que no utilizan partes movibles.
•
No requieren habilidades especiales de programación para su mantenimiento.
•
Su tamaño físico es mucho menor que los antiguos sistemas convencionales.
•
Y lo más importante un costo mucho menor.
65
Aunque los sistemas PLCs tienen muchas ventajas, también tienen sus desventajas.
Entre ellas esta la localización de fallas debido a su diseño más complejo que los
anteriores. Segundo, la falla del PLC puede detener por completo los procesos que
controla, mientras que una falla en un sistema convencional sólo lo interrumpe
parcialmente. Y tercero, la interferencia eléctrica puede alterar o interrumpir la memoria
del PLC.
Los pequeños PLCs son compactos y contienen un solo cajón todos los componentes,
reciben por lo tanto el nombre de tipo “caja de zapatos”. En cambio, los mayores, son
del tipo modular y se conectan las diferentes partes de una manera que pueden ser
remplazadas individualmente.
3.6.4.2 CPU o unidad de procesos lógicos
En el caso del PLC reside en un circuito integrado denominado Microprocesador o
Microcontrolador, es el director de las operaciones del mismo. Por extensión, todo el
“cerebro” del PLC se denomina CPU.
El CPU se especifica mediante el tiempo que requiere procesar 1k de instrucciones, y
por el numero de operaciones diferentes que puede realizar. Normalmente el primer
66
valor va desde menos de un milisegundo a unas decenas de milisegundos, y el segundo
de 40 a más de 200 operaciones diferentes.
3.6.4.3 Memoria
Es el lugar de residencia tanto del programa como de los datos que se van obteniendo
durante la ejecución del programa. Existen dos tipos de memoria según su ubicación: la
residente, que está junto o en el CPU y, la memoria exterior, que puede ser retirada por
el usuario para su modificación o copia. De este último tipo existen borrables (RAM,
EEPROM) y, no borrables (EPROM), según la aplicación. Las memorias empleadas en
los programas van de 1k a unos 128k.
3.6.4.4 Procesador de comunicaciones
Las comunicaciones del CPU son llevadas a cabo por un circuito especializado con
protocolos de los tipos RS-232C,. TTY o PIB (IEEE-485) según el fabricante y la
sofisticación del PLC.
3.6.4.5 Entradas y salidas
Para llevar acabo la comparación necesaria en un control automático, es preciso que el
PLC tenga comunicación al exterior. Esto se logra mediante una interfase llamada de
entradas y salidas, de a la dirección de los datos vistos desde el PLC. El número de
67
entradas y salidas va desde 6 en los PLCs de “caja de zapatos” tipo micro o mano, a
varios miles en PLCs modulares.
3.6.4.6 Tipos de señales que manejan los PLCs
El tipo preciso de entradas y salidas depende la señal eléctrica a utilizar:
•
Corriente alterna: 24, 48, 120, 220V. Salidas: Triac, Relevador.
•
Corriente directa, tensión de señal digital: 24, 120V. Entradas: Sink, Source. Salidas:
transistor PNP, Transistor NPN, Relevador.
•
Corriente directa, señal analógica 0V - 5V, 0V - 10V, 0mA – 20mA y 4mA –20mA.
Tanto para entradas como para salidas analógicas.
3.6.4.7 Tarjetas modulares inteligentes
Existen para los PLCs modulares, tarjetas con funciones específicas que relevan al
microprocesador de las tareas que requieren de gran velocidad o de gran exactitud. Estas
tarjetas se denominan inteligentes por contener un microprocesador dentro de ellas para
su funcionamiento propio. El enlace al PLC se efectúa mediante el cable (bus) o tarjeta
de respaldo y a la velocidad del CPU principal.
Las funciones que se encuentran en este tipo de tarjetas son de:
68
•
Posicionamiento de servomecanismos.
•
Contadores de alta velocidad.
•
Transmisores de temperatura.
•
Puerto de comunicación BASIC.
BUS. Los sistemas modulares requieren una conexión entre los distintos elementos del
sistema y, esto se logra mediante un bastidor que a la vez es soporte mecánico de los
mismos.
Este bastidor contiene la conexión a la fuente de voltaje, así como el “bus” de
direcciones y de datos con el que se comunican las tarjetas y el CPU.
En el caso de tener muchas tarjetas de entradas/salidas, o de requerirse estas en otra
parte de la máquina, a cierta distancia del CPU, es necesario adaptar un bastidor
adicional que sea continuación del original, con una conexión entre bastidores para la
comunicación. Esta conexión si es cercana puede lograrse con un simple cable paralelo
y, en otros casos, se requiere de un procesador de comunicaciones para emplear fibra
óptica o, una red con protocolo establecida.
69
3.6.4.8 Fuente de poder
Por último se requiere una fuente de voltaje para la operación de todos los componentes
mencionados anteriormente. Y ésta, puede ser externa en los sistemas de PLC
modulares o, interna en los PLC compactos.
USO: Los PLC se encentran en la gran mayoría de las máquinas de proceso que se
fabrican actualmente y, a veces disfrazados de tablillas electrónicas de control, pero
siempre reduciendo en gran medida la mano de obra que requerían todos los taleros de
control alambrados que hasta hace unos años eran omnipresentes en la industria y, en
gran medida su difusión los a abaratado tanto que aún en las operaciones más sencillas,
el PLC toma el lugar de temporizadores y contadores.
Al alambrar un PLC se debe tener cuidado en emplear los cables con código de colores
para evitar en lo posible cualquier error que pudiera ser costoso. Las compañías
fabricantes de máquinas usan el siguiente código de colores para los cables:
•
Azul para circuitos de control en CD.
•
Rojo para control en CA.
•
Violeta y/o gris para entradas/salidas del PLC.
•
Negro en circuitos de fuerza.
70
•
Blanco en cables puestos a tierra en CA. (neutro)
•
Verde y Amarillo o solamente Verde para la conexión a tierra.
3.6.4.9 Tendencias
Las máquinas modernas controladas por un PLC tienen pocos botones de mando, porque
han sido sustituidos en gran medida por los paneles de mando que a su vez tiene una
pequeña o gran pantalla de avisos y, e algunos casos hasta permiten la programación de
la producción.
Además, la tendencia es hacia una fabricación integrada y, los PLC juegan el papel del
soldado raso en esa cadena al efectuar todas las operaciones burdas de control.
Estos sistemas donde los PLC son supervisados por sistemas más complejos están
actualmente en uso las grandes compañías acereras, de alimentos y de automóviles y,
con la caída de los costos reales actuales, se puede anticipar su uso en fabricas y
empresas más pequeñas en el próximo futuro.
En nuestro medio, esperamos ver cada vez un mayor número de PLC controlando las
máquinas de nuestros industrias (ver figura 3.8).
71
Figura 3.8 Ejemplo de PLC
3.7Automatización
Sistema de fabricación diseñado con el fin de usar la capacidad de las máquinas para
llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos, y para
controlar la secuencia de las operaciones sin intervención humana. El término
automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la
fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de
forma independiente o semi independiente del control humano. En comunicaciones,
aviación y astronáutica, dispositivos como los equipos automáticos de conmutación
telefónica, los pilotos automáticos y los sistemas automatizados de guía y control se
72
utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo
un ser humano.
3.7.1Elementos de la automatización
La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e
innovaciones técnicas como la división del trabajo, la transferencia de energía y la
mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia y sistemas
de realimentación, como se explica a continuación.
La división del trabajo (esto es, la reducción de un proceso de fabricación o de
prestación de servicios a sus fases independientes más pequeñas) se desarrolló en la
segunda mitad del siglo XVIII, y fue analizada por primera vez por el economista
británico Adam Smith en su libro Investigación sobre la naturaleza y causas de la
riqueza de las naciones (1776). En la fabricación, la división del trabajo permitió
incrementar la producción y reducir el nivel de especialización de los obreros.
La mecanización fue la siguiente etapa necesaria para la evolución hacia la
automatización. La simplificación del trabajo permitida por la división del trabajo
también posibilitó el diseño y construcción de máquinas que reproducían los
movimientos del trabajador. A medida que evolucionó la tecnología de transferencia de
energía, estas máquinas especializadas se motorizaron, aumentando así su eficacia
productiva. El desarrollo de la tecnología energética también dio lugar al surgimiento del
73
sistema fabril de producción, ya que todos los trabajadores y máquinas debían estar
situados junto a la fuente de energía.
La máquina de transferencia es un dispositivo utilizado para mover la pieza que se está
trabajando desde una máquina herramienta especializada hasta otra, colocándola de
forma adecuada para la siguiente operación de maquinado. Los robots industriales,
diseñados en un principio para realizar tareas sencillas en entornos peligrosos para los
trabajadores, son hoy extremadamente hábiles y se utilizan para trasladar, manipular y
situar piezas ligeras y pesadas, realizando así todas las funciones de una máquina de
transferencia. En realidad, se trata de varias máquinas separadas que están integradas en
lo que a simple vista podría considerarse una sola.
En la década de 1920 la industria del automóvil combinó estos conceptos en un sistema
de producción integrado. El objetivo de este sistema de línea de montaje era abaratar los
precios. A pesar de los avances más recientes, éste es el sistema de producción con el
que la mayoría de la gente asocia el término automatización.
3.7.2 Realimentación
Un elemento esencial de todos los mecanismos de control automático es el principio de
realimentación, que permite al diseñador dotar a una máquina de capacidad de auto
corrección. Un ciclo o bucle de realimentación es un dispositivo mecánico, neumático o
74
electrónico que detecta una magnitud física como una temperatura, un tamaño o una
velocidad, la compara con una norma preestablecida, y realiza aquella acción
preprogramada necesaria para mantener la cantidad medida dentro de los límites de la
norma aceptable.
El principio de realimentación se utiliza desde hace varios siglos. Un notable ejemplo es
el regulador de bolas inventado en 1788 por el ingeniero escocés James Watt para
controlar la velocidad de la máquina de vapor. El conocido termostato doméstico es otro
ejemplo de dispositivo de realimentación.
En la fabricación y en la producción, los ciclos de realimentación requieren la
determinación de límites aceptables para que el proceso pueda efectuarse; que estas
características físicas sean medidas y comparadas con el conjunto de límites, y que el
sistema de realimentación sea capaz de corregir el proceso para que los elementos
medidos cumplan la norma. Mediante los dispositivos de realimentación las máquinas
pueden ponerse en marcha, pararse, acelerar, disminuir su velocidad, contar,
inspeccionar, comprobar, comparar y medir. Estas operaciones suelen aplicarse a una
amplia variedad de operaciones de producción, por ejemplo el fresado, el embotellado y
el refinado.
75
CAPÍTULO IV
DESARROLLO DEL
PROYECTO
76
4.1 Introducción
La empresa American Axle & Manufacturing está implementando un proceso de control
de calidad que consiste en registrar un código diferente a cada una de las piezas que
produce, con el fin de llevar un registro en cada parte del proceso de producción para
hacer fácil la identificación de la o las partes en donde se están generando
imperfecciones del producto, que en este caso es un engrane con eje de tipo automotriz.
El código será impreso por medio de láser en la cara inferior que no lleva eje; el código
será identificado por un sensor de tipo óptico. Para una mejor compresión del tema, al
engrane de tipo automotriz se le conoce con el nombre de Piñón (ver figura 4.1)
Figura 4.1 Fotografía del Piñón terminado
77
El problema que se genera es que la cara del engrane en donde se imprimirá el código
tiene acabado de fundición, y esto impide que el sensor óptico registre el código impreso
por lo que se requiere dar acabado a esta cara (ver figura 4.2)
Figura 4.2 Fotografía que muestra la cara del piñón que se desea pulir
La primera solución que se dio a este problema fue un sistema de lijado, en el cual una
lija se mueve como una banda sobre dos rodillos lo que adquiere su movimiento a través
de un motor eléctrico y el operador sostiene manualmente el piñón por el eje en forma
perpendicular sobre la lija para pulir la base del mismo.
78
Figura 4.2 Forma del Piñón que vienen de fundición
El problema que se genera es que la cara del engrane en donde se imprimirá el código
tiene acabado de fundición, y esto impide que el sensor óptico registe el código impreso,
por lo que se requiere dar acabado a esta cara.
La primera solución que se dio a este problema fue que un sistema de lijado, en el cual
una lija, se mueve como una banda sobre dos rodillos que adquieren su movimiento a
través de un motor eléctrico y el operador sostiene manualmente el piñón por el eje en
forma perpendicular sobre la lija para pulir la base del mismo.
79
4.2 Concurso
Se convocó a varias empresas para la cotización de la elaboración de una máquina que
fuera capaz de resolver este problema dejando, de modo que el lijado dejara de realizarse
manualmente. En grupo Heva se ofreció una cotización atractiva que consideraba todos
los aspectos: valoración de materiales, estructura, mecanismos, elementos de control,
pintura, acabados, ingeniería y mano de obra.
4.3 Diseño
Una vez que se autorizó la construcción del proyecto, se comenzó a estudiar las
condiciones dictadas por el cliente: Que la máquina no midiera más de 0.9m de largo por
1.20m de ancho y 1.10m de altura, aproximadamente, ya que es el espacio disponible en
la línea de producción. Que cuente con sistemas de absorción de residuos. Que cuente
con ruedas y freno para que sea fácil moverla y estabilizarla. Que cuente con un sistema
de alimentación o transportador, que sirva de reserva para que trabaje la maquina
mientras el operador hace otras actividades. Que se utilice en su elaboración un PLC
modelo Microloyix 1500 y un Panel View 600 de la marca Allen Bradley, los cuales
fueron facilitados por A.A.& M.
80
Se buscó entre los proveedores el material que cumpliera con las condiciones antes
especificadas, tomando en cuenta que deben ser de uso rudo y económico.
4.3.1 Diseño mecánico
Como siguiente paso en la elaboración del proyecto se diseñó en la computadora,
utilizando software de diseño como Autocad o Mecanical, cada una de las partes que
conforman la maquinaria. A través de la computadora es posible verla en tercera
dimensión. En este caso se consideraron las medidas reales del material que se utilizaría
en su construcción, y el software configura automáticamente la imagen a escala (ver
figura 4.2).
Figura 4.2 Diseño en Autocad, vista 3D
81
Se consideraron los espacios para la instalación eléctrica y el sistema de control, el cual
fue un gabinete de 90cm de largo por 20cm de ancho y 100cm de alto,
aproximadamente. Una vez que se definieron estos espacios se comenzó por la
estructura, la cual fue diseñada con PTR, el cual es un material de acero en forma
tubular cuadrada que ofrece excelente resistencia para sostener los mecanismos. El
espacio que queda es muy pequeño para un transportador de banda, por lo que se
implementó un sistema utilizando dos pistones neumáticos para recorrer (“dedos”) los
piñones a través de un mecanismo que consta de siete barras de metal ajustadas a un
base en forma paralela, formando la figura de un peine y manteniendo un espacio de
separación de pulgada y media aproximadamente (ver figura 4.4). Las barras arrastraran
los piñones, empujándolos por el eje, los cuales se deslizan sobre una lámina de acero
inoxidable que abarca los primeros cuatro espacios. En seguida el siguiente espacio esta
libre para hacer contacto con la lijadora y, la siguiente posición es la última o la salida
de los piñones.
82
Figura 4.4 Barras transportadoras de los piñones
Para garantizar que el traslado de los piñones sea de forma lineal se le colocaron dos
barras que funcionan como guías para el paso de los piñones. A su vez la base o barra
superior (ver figura 4.5), en donde están fijadas las barras o dedos, se sostiene de baleros
que corren sobre dos ejes de forma que al desplazarse por acción del pistón es posible
desplazar seis piñones entre los dedos, teniendo así un movimiento sobre el eje de las X
en esta placa superior. Los pernos en los que se desliza la anterior estructura, se fija a
otra base la cual se mueve sobre otros dos pernos perpendiculares a los anteriores por
acción de otro pistón generando un movimiento en el eje Y, a esta placa la
identificaremos como inferior ( ver figura 4.6).
83
Figura 4.5 Placa superior que soportan los dedos
Figura 4.6 Placa inferior que se desplaza en el eje Y
Al extenderse el pistón del eje Y, desplazando la placa inferior, avanzan los dos dedos
colocándose a los lados del eje del pilón. Al accionar el pistón del eje X el mecanismo
84
desplaza al piñón una posición; en seguida regresa el pistón del eje Y a s posición
original para retirar los dedos, dejando libre el piñón. Luego regresa a su posición
original el pistón del eje X sin mover el piñón, y se repite el procedimiento desde el
principio de esta manera. Es posible ir corrigiendo un piñón o varios a la vez a la
posición donde se le aplicará la acción de lijado (ver figura 4.7).
Figura 4.7 Ejemplificación de partes de la Máquina Lijadora de piñones
Para la acción de pulido se tomó en cuenta un motor neumático, al cual se le diseñó un
dado para sostener un cojinete de lija o base para lijadora neumática. Se diseñó una base
para el motor, la cual se fijó a un pistón que genera un movimiento ascendente y
85
descendente. El pistón a su vez se fijó a una base, la cual se desliza con dos baleros
sobre dos ejes, obteniendo el movimiento de forma lateral por un pistón pequeño. Este
sistema completo se sostiene sobre una base por debajo de donde se transportan los
piñones. Con este mecanismo se pretende fijar el motor que soportará el cojinete, que a
su vez porta la lija; generar el movimiento para acercar la lija, a la base del piñón y,
mientras la lija esta girando, moverlo lentamente de un lado al otro para hacer un pulido
más completo.
Para fijar el piñón mientras se realiza el pulido, en los últimos tres dedos que mueven los
piñones se implementó un sistema, el cual consiste en utilizar como eje un tornillo de
hombro para sostener la última y la antepenúltima barra, permitiendo que tenga juego.
En la parte contraria a donde se arrastran los piñones, se colocó un pistón fijado en cada
uno de sus extremos, con soportes con eje en cada uno de los mismo dedos antes
mencionados, de forma que al extender el vástago del pistón produce un movimiento
similar al de unas tijeras o unas pinzas (ver figura 4.8), permitiendo sostener el piñón
que se colocara en posición para ser lijado y mantenerlo fijo durante el proceso o a su
vez avanzar la pieza ya lijada a la salida. Al área de las barras o dedos que tienen
contacto con el piñón a la hora de sostenerlo se le hace un acabado dentado o
amordazado para que tenga un mejor agarre.
86
Figura 4.8 a) Se muestran pinzas abiertas por acción de que el pistón esta contraído
b) Muestra las pinzas cerradas por acción de extender el vástago del pistón.
Paran el sistema de absorción de los residuos del proceso de lijado se utilizó un
succionador de aire, al cual se le diseñaron tolvas para abarcar toda el área en donde
pudieran caer residuos, la cual fue obstruida por un filtro de tipo comercial. Una vez que
se terminaron los planos se imprimieron para empezar a armar o fabricar todas sus partes
(ver figura 4.9).
87
Figura 4.9 Imagen en 3D del primer plano
4.3.2 Diseño eléctrico
En primer lugar, y trabajando muy de cerca con el diseño mecánico, se estudiaron los
pasos del proceso para tomar en cuenta el número de entradas y salidas que se
necesitarán del PLC, tanto para activar la válvula de un actuador o verifica la posición
del mismo con algún sensor. Para ello se realizó una secuencia de pasos que debe
hacerla máquina durante todo el proceso, considerando que el operador sólo coloca los
piñones en la posición inicial. A continuación se muestra la secuencia de pasos:
1. Desplazar dedos.
2. Avanzar alimentador.
88
3. Retroceder dedos.
4. Regresar alimentador.
Se repiten los pasos del uno al cuatro hasta colocar el piñón, una posición antes de la
posición de lijado.
5. Desplazar dedos.
6. Accionar pistón de las pinzas.
7. Avanzar alimentador.
8. Encender motor de lijadora.
9. Elevar lijadora.
10. Desplazar lijadora.
11. Regresar desplazamiento de lijadora.
Se repiten los pasos diez y once varias veces.
12 pagar lijadora.
13 Invertir el sentido del pistón de las pinzas para abrirlas.
El pistón se encuentra sobre la lija que se encuentra elevada.
89
14 Retroceder dedos.
15 Regresar alimentador.
16 Desplazar dedos.
17 Accionar pistón de las pinzas.
18 Avanzar alimentador.
Se necesitó un sensor inductivo de presencia a la entrada del alimentador, en la primera
posición y en la salida del proceso; para verificar si existe pieza en la primera posición y
realizar el ciclo completo, o si la pieza a ha llegado a la posición final para detener el
proceso mientras el operador retira la pieza. Si se colocó un piñón en seguida del que se
acaba de lijar en el último punto mencionado, se repiten los pasos del ocho al trece sin
soltar la pieza y alijada al mismo tiempo que se sostiene la pieza que se está lijando. Una
vez que se termina el proceso se repiten los pasos catorce y quince, manteniendo se en
esa posición hasta que el operado retira la pieza, debido a que el sensor de salida ya no
detecta el piñón.
Otros sensores que se valoraron son los que comprueban el estado de los pistones, si
están extendidos o contraídos, de manera que se necesitaron dos sensores para el pitón
que avanza los dedos; otros dos para el pistón que recorre el alimentador completo; mas
para el pistón que sube el motor neumático; uno para verificar la presencia de piñón en
la primera posición; otro para verificar que hay piñón presente a la salida del proceso, y
uno para asegurar que la tapa que accede a los mecanismos se encuentra cerrada, con la
90
intención de que no funcione la máquina si se encuentra abierta. Para el pistón que
desplaza lateralmente el motor neumático se consideró que no era relevante su posición.
Se tomó en cuenta que para sustraer las partículas que se liberan durante el proceso,
debe mantenerse encendido el motor del succionador.
Considerando todo lo mencionado anteriormente, se sacan las condiciones iniciales del
sistema eléctrico y la información necesaria para hacer el programa para el PLC. De
todo ello se deduce lo siguiente:
Se debe tomar en cuenta el botón de arranque y paro de emergencia.
Que el sensor de la puerta de los mecanismos, se encuentre activado.
Que todos los pistones estén contraídos, los sensores que registren este estado deben
estar activados.
El sensor de la última posición del alimentador debe estar desactivado, garantizando hay
pieza presente.
Además de la programación que se hace considerando los puntos anteriormente
mencionados, se debe realizar la programación del Panel View. Para ello se bajan de
Internet, en la página de Allen Bradley, los manuales del aparato, tanto para saber la
configuración del puerto serial para conectarlo a la PC, desde donde será programado,
como la configuración del PLC para trabajar conjuntamente.
91
Mientras tanto, se diseña en la PC con ayuda del software Autocad, la ubicación de los
componentes eléctricos dentro del gabinete principal; además de la ubicación del Panel
View dentro de otro gabinete, junto con los botones de operación: arranque, paro, inicio
y fin de ciclo.
Por norma se deben separar todas las líneas eléctricas y componentes de potencia de las
de control. Empezando por los componentes de potencia, se ordenan todos del lado
derecho y los demás componentes del lado superior izquierdo. S e hizo el diseño del
PLC y bajo él, dos columnas de clemas y fusibles para hacer las conexiones necesarias.
Utilizando el programa de Autocad y con ayuda de la computadora se hizo el diagrama
eléctrico de la máquina donde se ordeno por partes el proceso en líneas o renglones.
Estos se van enumerando con números de dos cifras y cada símbolo o componente se
registra con un número que consiste en cuatro dígitos, los dos primeros se forman por el
número de línea o renglón y los segundos por el número de elemento de renglón, siendo
enumerados los elementos de izquierda a derecha.
4.4 Armado
92
Una vez que se tienen terminados los planos de lo que será la máquina y se comparan los
materiales y los componentes requeridos para fabricar las piezas mecánicas necesarias,
se comienza su construcción Se separan las actividades por áreas en herrería,
maquinados, eléctrico, etc. Una vez que se termina el trabajo de cada área se termina de
armar en conjunto para ajustar detalles.
4.4.1 Herrería
Se midió y corto el PTR con cortador de gas tipo autógeno, según las medidas
especificadas en los planos. Se pulieron los cortes para que las superficies de unión
quedaran lo más juntas posibles y se armó la estructura metálica con soldadura eléctrica.
Una vez armada la estructura se verificó que tuvieran las medidas correctas. Se pulieron
los cordones de soldadura con pulidora de disco para desbaste, para dar un acabado
estético. Los poros se resanaron con pasta para hojalatería. Una vez que quedó armada la
estructura se le hicieron los barrenos necesarios y se machuelo (ver figura 4.9)
93
Figura 4.9 Estructura metálica de la máquina
4.4.2 Maquinado
Al mimo tiempo que se hizo la estructura de la máquina, se fabricarón algunas piezas de
los mecanismos. Se cortaron a partir de una placa de metal o bloque, de acuerdo la pieza
que se deseaba hacer, y se le fue dando forma con la fresadora: barrenos, cortes de plano
relieve a precisión y acabados. Se fabricaron las barras o dedos que empujan los
piñones, los soportes de los pistones, las abrazaderas de los pernos (ver figura 4.10), las
placas tanto superior como inferior del transportador, el soporte del motor neumático,
entre otros.
94
Figura 4.10 abrazaderas de los pernos y pernos
4.4.3 Eléctrico
El sistema eléctrico se comenzó armando el gabinete, donde se colocaron todos los
componentes, El gabinete cuenta con una lámina o platina en donde se fijan todos los
componentes. Se le hicieron los trazos en la platina para que barrenos, se machueló y se
fijaron los ejes, los cuales portarían los demás componentes y las canaletas de cable. Se
colocaron todos los componentes en su posición y se instaló el interruptor principal, que
funciona como candado de seguridad. Se empieza a hacer el cableado principal de los
interruptores de alimentación, los termointerruptores, fusibles, la alimentación del PLC y
un relevador para accionar el motor, dejando pendiente la conexión de éste último hasta
que se instalara el gabinete con la estructura principal. Se hizo l cableado de
alimentación para las salidas del PLC, así como las salidas de cada línea a sus fusibles
correspondientes, para proteger las válvulas neumáticas que activarían, las cuales se
95
conectaron mas adelante. También se hizo el cableado de las entradas del PLC a clemas,
dejando pendiente la conexión de los sensores a .las clemas (ver figura 4.11).
Figura 4.11 Fotografía ejemplificando la distribución de los clientes
4.4.4 Programación
Se bajaron de Internet los manuales del Panel View 600. Se fabricó su cable de
comunicación serial, tanto para ser programado como para interactuar con el PLC. Con
ayuda de la PC y un programa de Allen Bratley se hicieron las diferentes pantallas y
botones de las mismas, para manipular la máquina paso a paso de forma manual y para
96
hacerla funcionar de forma automática. Después se relacionaron los tags de cada botón
con las pantallas que debe activar y los estados uno y cero, de las entradas que debe
manipular el PLC (ver figura 4.12). Por otro lado, también se llevaron acabo las
principales conexiones del PLC (ver figura). Se cargaron los programas del PLC y Panel
View para realizar pruebas de funcionamiento.
Figura 4.12 Pantalla principal del Panel View
97
Figura 4.13 Imagen de programación del PLC en una PC
4.4.5 Agrupación y sistema neumático
Una vez se que se tuvo terminada la estructura, los maquinados y el tablero principal, se
les aplico “primer” para proteger el metal de la corrosión. Enseguida se armaron los
componentes sobre la estructura: se fijaron las placas, las correderas y abrazaderas de los
pernos, valeros, las barras o dedos que empujan los piñones. Y el soporte del motor
neumático: También los demás actuadotes y la unidad de mantenimiento; se colocó el
succionador; se fijaron las válvulas dentro de un gabinete pequeño para protegerlas de la
humedad, los residuos del proceso, etc (ver figura 4.14). Así mismo, se colocaron los
sensores del sistema y se hizo la conexión eléctrica entre los siguientes elementos:
válvulas, sensores, el motor del succionador, y PLC.
98
Figura 4.14 Fotografía de válvulas electroneumáticas
A la hora de fijar los pernos se observó un pequeño desviamiento en ellos, de manera
que no quedaron perfectamente paralelos, por lo que se atoraba su mecanismo. El
problema se solucionó compensando el mecanismo con lainas debajo de las abrazaderas
para alinear los pernos.
Se hizo la conexión del sistema neumático entre sus diferentes componentes: unidad de
mantenimiento, válvulas y actuadotes. También se terminó de hacer la instalación
eléctrica de el motor, sensores y válvulas. Se instalaron los programas ya terminados
tanto del PLC como del Panel View.
4.5 Pruebas iniciales e identificación de errores
99
Se encendió el sistema y se probó su funcionamiento manual, paso por paso, observando
qué mejoras se pueden hacer. Se identificó que los dedos, al avanzar y colocarse a los
lados de los piñones, se atoraron con el piñón, puesto que no estaba colocado en su
posición y la repetición de este error podría dañar la máquina. Tambien se advirtió que
las guías de los piñones se sujetaron a los extremos de la estructura, al principio y al
final del transportador, y sufrió un pandeo en la parte media. Por el momento no se
hicieron pruebas en automático, debido a los errores observados; pero se hicieron
pruebas de lijado y se observó que al accionar la lijadora no hacia contacto alguno con el
piñón.
Se resolvieron los errores de la siguiente manera. A las barras o dedos se les hizo un
corte de cuarenta y cinco grados en cada lado que hace contacto con el mango del piñón,
para que al momento de avanzar, si el piñón esta mal colocado, se deslice a la posición
deseada. Se hicieron nuevos soportes para las barras de metal que funcionan como guías
para los piñones de forma que ya no carguen con parte del peso del mismo. Se ajustó la
altura del mecanismo que sostiene el motor neumático, para que la lija haga contacto con
la base del piñón.
4.5.1 Visita de Ameritan Axle & Manufacturing
La empresa que solicitó el proyecto, realizo una visita a Grupo Heva con el fin de ver los
avances de la máquina y especificar más detalles de la misma. Durante la prueba de
100
demostración se observó que al empezar el proceso de lijado el motor neumático se
detenía por excesiva presión con el piñón, además que al llegar este al área de lijado y
ser soltado por las pinzas caía y quedaba en un plano inferior a la superficie de la salida.
Al momento en que la segunda pinza tomaba el piñón para llevarlo a la salida, éste se
atoraba. Inmediatamente se corrigió el problema, reprogramando el PLC de manera que
al realizar el proceso de lijado, antes de encender la turbina, se soltara el piñón, subiera
la lijadora para ajustarlo a la medida correcta y lo volviera a sostener la pinza. Bajara
luego la lijadora de modo que al lijar subiera y bajara el mecanismo para que no se
atascara nuevamente. En el momento que suelta el piñón se deja el motor en alto para
que al tomarlo con la segunda pinza no se atore en la salida. Se hicieron barias pruebas
con lija de diferente grano.
Tras hacer varios ajustes en la programación de los movimientos de la lijadora para ver
el acabado que deja en los piñones, se observaron los siguientes errores en la pieza
lijada: se pulía el rededor de la base, dejando sin pulir el centro; el proceso de pulido
dejaba chaflán en la orilla de la base del piñón. Otros ajustes en la configuración de los
movimientos de la lijadora permitieron evitar estos errores, pero el pulido aún era
insuficiente.
Se solicitó corregir todos los errores anteriormente mencionados; colocar topes al brazo
del Panel View para limitar su movimiento a los puntos donde de necesita realizar la
101
operación, y colocar otro botón de paro de emergencia en la parte extrema al del Panel
View.
4.5.2 Relación de mejoras y nuevas pruebas
Tras observar que el motor neumático no tuvo la suficiente fuerza para pulir, se cambió
por un motor eléctrico comercialmente conocido como Router. Además se diseñaron y
construyeron: el mecanismo que lo sostiene, y las barras que guían los piñones en forma
más firme. Se hicieron con la intención de que sirvieran para dar firmeza al sostener los
piñones (ver figura 4. 15), adaptando de igual manera los siguientes cambios: se colocó
una compuerta deslizable para que el piñón caiga sobre la misma y no sobre la lija; se
diseñó y construyó un soporte para unir el cojinete de la lija con el Router; y se
programaron los movimientos para realizar el proceso de lijado en los siguientes pasos:
5. Desplazar dedos.
6. Accionar pistón de las pinzas.
7. Avanzar alimentador.
8. Encender motor de lijadora.
9.
Abrir compuerta.
10.
Avanzar Router.
11.
Retroceder Router.
12.
Cerrar compuerta.
102
Figura 4.15 Guías para los piñones
Se continuó con los demás pasos para retirar la pieza. Una vez que se hicieron las
anteriores modificaciones, se hicieron pruebas de lijado y se observaron los siguientes
resultados: se resolvió el problema de la potencia, ya no se atoran las piezas a la salida,
el sistema automático funcionó correctamente. Además se detectaron los siguientes
errores:
•
El proceso de pulido siguió dejando chaflán.
•
Las pinzas que detienen el piñón no tenían la suficiente fuerza, ya que el piñón se
movía al hacer contacto con la lija.
•
Las lijas utilizadas no tenían el rendimiento deseado.
Las soluciones que se dieron fueron las siguientes: se colocó un pistón extra sobre las
pinzas con un soporte cóncavo; se colocó una extensión en la posición donde se realiza
el pulido con la intención de prensar e inmovilizar el piñón al accionarse el pistón extra
103
(ver figura 4.16); se implementó en lugar de la lija una copa de diamante para rectificar;
se retiró el succionador y sus componentes; se hizo una guarda de seguridad para
contener los residuos o los proyectiles en caso de romperse la copa; se hicieron las
conexiones pertinentes tanto eléctricas como neumáticas necesarias (ver figura 4.17); se
instaló el botón se paro extra que se solicitó y se limitó el movimiento del panel de
control.
Figura 4.16 Sistema de inmovilización
104
Figura 4.17 Sistema de rectificado
Se hicieron pruebas con los cambios realizados. Las primeras piezas salieron con un
acabado tipo espejo, lo que cumplía para el fin que se necesitaba. El único detalle que se
observó fue que el piñón, al inmovilizarse, quedaba ligeramente inclinado, lo que se
corrigió con tornillos opresores para alinear el soporte. En las siguientes pruebas la copa
se rompió, por lo que se decidió ya no implementarla, ya que no era un sistema
confiable.
105
4.5.3 Implementación de un sistema de fresado
Después de alcanzar los resultados obtenidos se implementó un sistema de fresado. Para
ello se requirió diseñar y construir mecanismos nuevos. Se implementó el motor
eléctrico del succionador ya que cumplía con las características técnicas; un
acoplamiento tipo araña; un mecanismo de fresado con cinco insertos; un sistema de
desplazamiento que evitara la vibración (ver figura 4.18). También se implemento un
sistema hidroneumático que consta de un contenedor de aceite (ver figura 4.19) y un
mecanismo de tolvas para dirigir los residuos a un contenedor ubicado en la parte más
baja.
Figura 4.18 Partes del mecanismo de fresado y transportador
106
Presión
de aire
A
Fluido que
alimenta al
pistón
B
Aire que
sale a la
atmósfera
Figura 4.19 Dibujo que representa el contenedor del sistema hidroneumático
En los cambios realizados ya no se utilizó la compuerta, en su lugar se implementó un
pistón, de forma que al extenderse por completo fuese el tope para agarrar el piñón antes
de ser fresado. Se tuvieron que realizar ajustes eléctricos en el panel principal; hacer la
colocación de los sensores para identificar la posición del transportador de la fresadora,
así como los ajustes en la programación del PLC.
4.5.4 Siguiente visita de American Axle & Manufacturing
En esta visita se observó el tipo de acabado que deja el nuevo sistema, el cual no era del
todo satisfactorio ya que dejaba rasguñada la superficie. El sistema que sostiene el piñón
107
al momento del desbaste no era del todo firme y se solicitó mejorar el sistema de tolvas
para asegurar que los residuos no cayeran sobre los mecanismos y pudieran causar algún
daño en los mismos. Se implementó un sistema que sostuviera más firmemente el piñón;
se colocaron insertos en los dedos de las pinzas para aumentar el área de agarre; se
cambio el pistón de las pinzas por uno de mayor fuerza; se modificó la prensa
aumentándole dos pernos que se insertaran en la contra prensa, con la intención de
inmovilizar completamente el piñón (ver figura 4.20); se cambió el cabezal de fresado
por uno de seis insertos; se colocó un control de flujo en el paso de alimentación al
pistón que mueve el sistema de fresado, para controlar la velocidad de avance, y se
colocaron salidas de aire para direccionar y retirar los residuos del proceso contenedor.
Figura 4.20 Sistema de prensado con pernos
108
4.5.5 Visita de A. A.& M. y últimas modificaciones
Después de realizar los cambios requeridos, durante esta visita, se hicieron nuevas
pruebas, así como los ajustes necesarios. Se varió la velocidad de avance del fresador
desde el Panel View, así como los tiempos de trabajo para ajustar la máquina en el modo
más óptimo que permite realizar un acabado aceptable en un tiempo aproximado de un
minuto por pieza. Se observó que la prensa no fijaba por completo el piñón. Después de
realizar siete pruebas exitosas. Se advirtió un desviamiento en el siguiente piñón al
momento de ser maquinado. El error se repitió al maquinar otros piñones más. Aparte se
solicitó que se implementara un sistema para poder variar de forma simple y confiable la
profundidad del desbaste, además de crear un sistema que fijara completamente el piñón
para evitar movimientos.
Para controlar el grado de desbaste, se implementó un sistema de tornillo en el soporte
del piso que coloca el piñón a la altura deseada, de forma que al girar el tornillo se
pudiera variar la altura, si se elevaba el desbaste seria menor y si se bajaba la
profundidad a maquinar sería mayor. Para el caso del sistema que fijase por completo el
piñón se implementó una prensa que sujetara todo el eje del piñón utilizando un pistón
de vástago corto y émbolo de área amplia (ver figura 4.21).
109
Figura 4.21 Diseño de la prensa de eje completo
110
CAPÍTULO V
ACTIVIDADES
DIVERSAS
111
5.1 Introducción
A continuación se describirán diferentes actividades que se realizaron durante la estadía
en la empresa Grupo Heva, pero que no tienen relación directa con el proyecto.
5.2 Instalación de succionadores
Se construyó e instaló un sistema de succionadores para alfombra, solicitado por la
empresa Collins Aicman. Se participó en la conexión eléctrica de los motores que hacen
la succión de aire (ver figura 5.1).
Figura 5.1 Motor de trifásica y succionador con parrilla
112
5.3 Mantenimiento a maquinaria
Se realizaron cuatro trabajos de mantenimiento industrial para la empresa American
Axle & Manufacturing. Se participó en la actualización eléctrica y de control de una
máquina rectificadora de crucetas; desarmado y armado de sistemas hidráulicos de tres
máquinas más; así como la instalación de guardas de seguridad y renovación de una
máquina balanceadora, en la que se hizo el armado del tablero principal, el desarmado
de componentes mecánicos y la instalación y puesta en marcha de servomotores (ver
figura 5.2).
Figura 5.2 Máquina balanceadora de ejes
113
5.4 Reparación en Plaza Galerías
En la plaza Galerías se realizó una reinstalación eléctrica en el control de la planta
tratadora de aguas, debido a que a las entradas de un PLC le cayó agua y se tuvo que
utilizar un modulo de entradas extras. En estas instalaciones también se cambiaron las
luces de los letreros espectaculares.
114
CONCLUSIONES
115
Durante mis estudios en la UTEQ lleve algunas materias nunca imaginé que se fueran a
aplicar en el trabajo en una industria. Sin embargo, al momento de desempeñarme en
Grupo Heva, me di cuenta que tales materias pueden ser muy importantes. Un ejemplo
de ello es el uso de maquinaria para acabados, como es la fresadora, y mecanismos que a
primera vista no tuvieran nada que ver con Electrónica, pero tienen mucho que ver con
la Automatización.
Otra de las cosas que aprendí en Grupo Heva fue la importancia de tener conocimientos
y habilidades en varias áreas y no solo especializarse en una sola; comprendí la
necesidad de saber trabajar en equipo y apoyarse en el compañero para aprender a hacer
mejor una actividad o transmitir a los demás lo que cada uno sabe. Todo esto permite
realizar un mejor trabajo y más organizado. El periodo de estadía me hizo ver la
responsabilidad que cae en cada persona, incluyéndome a mí, y la importancia de mi
trabajo y la de los demás.
Esta experiencia me ha motivo a seguir superándome tanto en el ámbito laboral como en
el aspecto académico por ello he tomado la decisión de seguir estudiando para obtener la
ingeniería.
116
BIBLIOGRAFÍA
117
Bibliografía
Enciclopedia Microsoft Encarta 2000
Curso de hidráulica y neumática Herramienta de aplicación Industrial para pymes
dirigido al mantenimiento industrial Redox Multimedia.
Programmable Controllers - Using the Allen Bradley SLC – 500 Family. David A.
Geller, Prentice Hall. ISBN 0130962082.
Introduction to Programmable Logic Controllers: The Mitsubishi Fx Ridley, J. E.
Johon Wiley & Sons (Sd); 04/1997
Introduction to programmable Logic Controllers Dunning, Gary Delmar Publishers Pub;
02/1998
Apuntes escolares
www.monografias.com
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