diseño de sistema de prensado de latas

CENTRO DE AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS - CAP
SISTEMA DE PRENSADO Y ENCOLADO DE LATAS DE GUADUA PARA
LA PRODUCCIÓN DE TABLAS Y VIGAS
En el presente documento se encuentra descrito el diseño del sistema de prensado y
encolado automático de latas de guadua para la producción de láminas y vigas, que
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HQHO'HSDUWDPHQWRGHO9DOOHGHO&DXFD´
Este proceso es fundamental en la obtención del producto final que se va a
comercializar, tomando como materia prima latas de guadua hasta de 3 metros, donde
se les
debe agregar un adhesivo (pegante) y ser aprisionadas
por un tiempo
determinado, para la obtención final de vigas o tablas de guadua, estos productos
obtenidos pueden ser utilizados en la producción de muebles, estructuras o casas
prefabricadas, entre otros.
Para presentar de manera mas explicita el desarrollo de este sistema de prensado de
latas de guadua, se documenta el diseño detallado del mismo, abarcando así la
concepción del diseño mecánico soportado con planos de piezas. Por otra parte, se
muestra la selección de los diferentes actuadores y sensores que se desean
implementar para su automatización.
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REVISADO Y APROBADO POR: ANIBAL ARTURO PATERNINA D.
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1. PLANEACION DEL PROYECTO
1.2
Especificaciones del problema
Se debe tener en cuenta que existen dos formas de pegar las latas: 1.- uniéndolas por
los cantos (ver figura 2), lo cual proporciona un mejor acabado y es utilizada para la
fabricación de laminados de 300 cm X 30 cm X 0.7 cm
Figura 2: Tabla.
2.-pegando las latas por las caras (ver figura 3), formando de está manera tableros más
gruesos que unidos entre si pueden dar origen a vigas, tablones, muebles macizos etc.
en este caso se va a producir vigas de 300 cm X 10 cm X 3 cm
Figura 3: Viga.
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2. ANTECEDENTES
Los sistemas de prensado que se presentan en la industria para este tipo de
aplicaciones son diversos, encontrándose en el país sistemas muy rudimentarios poco
productivos, también en algunos casos la tecnología utilizada son adaptaciones
inadecuadas con las usadas con otras madera, que no consideran las propiedades
físico-químicas propias de la guadua.
En Colombia se encontró el siguiente tipo de prensado para latas de guadua:
En esta empresa el sistema de prensado se hace de manera manual de la siguiente
manera: Primero el operario se encarga de acomodar las latas de guadua de tal forma
que les pueda aplicar el pegante de manera uniforme utilizando una brocha (ver figura
5), completado este proceso el operario une cada una de las latas de guadua para que
estas queden adheridas unas a otras (En cuestión de seguridad en ocasiones el
operario adopta malas posturas, esto puede causar posibles daños físicos) (ver figura
6), Ya tomado un grupo de latas, las traslada a la prensa mecánica donde las acomoda
de forma manual (ver figura 7), para así formar las vigas o tableros laminados.
Fig5: Encolado
Fig6: Unión y ensamble Fig7: Traslado
La prensa tiene una capacidad de prensado para cuatro tableros laminados, cada vez
que va a prensar estos tableros de latas de guadua el operario debe cumplir con un
procedimiento antes de realizar el prensado: el cual consiste en primero colocar la tapa
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de la prensa, para así poder ejercer presión sobre las laminas o vigas de madera, la
presión es controlada por medio de una llave para tuercas, que al apretar cada una de
las cuatro tuercas que se encuentran ubicados en cada extremo de la prensa, logra la
presión requerida para el proceso (ver figura 8).
Este método de prensado toma alrededor de 1 a 2 horas para que las latas queden bien
adheridas, y trae consecuencias negativas al proceso, no se garantiza una presión
homogénea.
Fig8: Prensado
Por el otro lado Haciendo el respetivo benchmarking para conocer los antecedentes de
este tipo de productos en el mercado a nivel mundial y de los adelantos que se han
hecho en esta área nos encontramos con dos empresas una alemana y otra italiana
donde obtuvimos la siguiente información:
o
ProfiPress: es una prensa de la compañía Dimter de Alemania, que ha sido
desarrollado especialmente para una producción flexible de tableros de madera sólida
(ver figura 9), funciona de la siguiente manera: El tablero de láminas de madera se
cubre con pegamento y es trasladado hacia la dirección de la prensa en dirección
longitudinal. La cubierta pesada se cierra. ¡No hay empalmes verticales en el tablero!
No diferencia en qué ancho del tablero se mueve: La posición de la presión del borde
recto se ajusta automáticamente al nuevo ancho: ¡ningún reajuste requerido! Los
elementos de presión, dispuestos firmemente, dejan que todo el poder de presión tenga
un efecto uniforme sobre la longitud entera de la cama de prensado también en caso de
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las tolerancias. Las tolerancias del ancho son simplemente ecualizadas. La técnica de
alta frecuencia de control endurece el empalme totalmente en una fracción del tiempo
normal de prensado.
Figura 9. Prensa profiPress de Dimter company
Fuente: Imagen tomada de Weinig group, Profipress L, [en línea]. Alemania: Deming 2006.
[consultado el 17 de septiembre de 2007]. Disponible en Internet:
http://www.weinig.de/C1256F98005C541E/CurrentBaseLink/W269AHW3254ALPAEN?open&l
=yes
Información técnica:
Tamaño de plancha de prensado
0.65 - 1.3 m x 2.5 m
Tiempo de prensado:
aprox. 1 min; dependiendo del tipo de madera
y pegamento
Largo del Panel
400 - 2,500 mm
Ancho del Panel
30 - 150 mm
Grueso del Panel
11- 60 mm de acuerdo con el equipo
Peso aproximado.
5t
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Conexiones requeridas
Compresor de aire: 6 - 8 bar.
Electricidad: aprox. 400 Volt / 50 Hz
o
Italpresse UT/6 Prensa en caliente: Prensa hidráulica Italiana para madera de
calefacción eléctrica, de aceite o de agua, prensado horizontal (ver figura 9).
Área de prensado:
2,200 x 1,100 mm
3,000 x 1,300 mm
Presión total: 500 kN (50 toneladas) hasta 1600 KN (160 toneladas)
Figura 10. Italpresse UT/6 Hot press
Fuente: Imagen tomada Italpresse UT/6 Hot press [en linea], Italia, Italpresse, [ consultado el
20 de septiembre de 2007]. Disponible en Internet http://www.maximach.co.uk/ideal_6c.htm
Estos dos sistemas garantizan un tiempo de prensado menor dependiendo de las
características del pegante que se este utilizando, reduciendo el tiempo de prensado
de horas a tan solo pocos minutos.
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3.
DIAGRAMA DE FLUJO PRENSADO DE LAMINADOS DE GUADUA
SISTEMAS
HERRAMIENTAS
Sistema de alimentación
Apilado vertical
Pistón Neumático
Ensamble estructura vertical
Transporte de las latas
Rodillos accionados por
motores.
Rodillos distanciados 7 cm
entre ellos.
3m X 7cm x .7cm
Sistema de encolado
Dos rodillos accionados por
un motor.
Rodillos distanciados 7 cm
entre ellos.
Sistema de lubricación.
Transporte de las latas
Rodillos accionados por
motores.
Rodillos distanciados 7 cm
entre ellos.
3m X 7cm x .7cm
Sistema de ensamble de las
laminas para laminados de
3m x 30 cm
Transporte de las
laminas hacia la
prensa
Sistema de prensado
Pistones neumáticos
Mecanismo de soporte de
las latas
Guías
Bandeja de carga
Sistema de traslado
Pistones
Resistencias calefacción
Guías estructurales
Soportes
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DIAGRAMA DE FLUJO PRENSADO DE VIGAS DE GUADUA
SISTEMAS
HERRAMIENTAS
Sistema de alimentación
Apilado horizontal con
ángulo de inclinación
Pistón Neumático
Ensamble estructura vertical
Transporte de las latas
3m X 0,7cm X 7 cm
Rodillos de avance
accionados por motores.
Cilindros distanciados 7 mm
entre ellos.
Sistema de encolado
Dos rodillos accionados por
un motor.
Rodillos distanciados 7 mm
entre ellos.
Sistema de lubricación.
Transporte de las latas
Rodillos accionados por
motores.
Rodillos distanciados 7 mm
entre ellos.
3m X 0,7cm X 7 cm
Sistema de ensamble de las
laminas para vigas de
3m x 10 cm
Transporte de la viga
3m X 10 Cm hacia la
prensa
Sistema de prensado
Pistones neumáticos
Mecanismo de soporte de
las latas
Guías
Bandeja de carga
Sistema de traslado
Pistones
Resistencias calefacción
Guías estructurales
Soportes
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4. RESULTADOS OBTENIDOS
Distribución geométrica sistema de prensado de latas para la producción de
vigas.
Sistema de prensado
Vertical
Sistema de Prensado
y ensamble
Sistema de
encolado
Sistema de
alimentación
Sistema de prensado de latas para la producción de laminas de guadua:
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Se realizo el diseño de un sistema de prensado y encolado automático para la
elaboración de laminas y vigas, identificando cada uno de los subsistema implicados en
este proceso, este sistema es modular, para cambiar de un tipo de prensado a otro solo
se trata de desmontar el sistema de alimentación, modificar la distancia de los rodillos
guía y la distancia de los rodillos en el sistema de encolado, el sistema esta controlado
por medio de un PLC que permite realizar los dos tipos de prensado controlando el flujo
de la lata durante todo el proceso hasta obtener el producto final.
4.1
Descripción de funcionamiento:
Al obtener la lata de guadua cepillada esta es posicionada y almacenada en el sistema
de alimentación según se disponga para el tipo de prensado que se va a realizar, el
sistema cuenta con unos rodillos de avance que me permiten transportar las latas de un
subsistema a otro durante el proceso, la distancia de los rodillos es ajustable para los
dos tipos de prensado.
Al llegar al sistema de encolado, en este proceso se le agrega pegante a las caras o
cantos de la guadua según el tipo de unión de las latas que se este realizando, al salir
del sistema de encolado pasa al sistema de ensamble donde una banda transportadora
se encarga de trasladar la lata hasta llegar a un sensor final de carrera, que al ser
accionado activa los pistones neumáticos que generan un movimiento horizontal que
arrastran la lata hasta ser unida a otra que esta ubicada en la mesa de rodillos.
El sistema contara con un contador, que se implementa mediante software haciendo
uso de los sensores para controlar este proceso, al llegar al numero de latas requeridos
para la producción de tableros (300 X 30 X .7 cm) o vigas (300 X 10 X 3 cm) se activara
el motor de la mesa de rodillos, trasladando la tabla o viga hacia el sistema de prensado
vertical en caliente.
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4.2
Subsistemas:
El diseño en detalle de cada uno de estos subsistemas se podrán observar en los
planos anexos a este documento.
4.2.1 Sistema de alimentación:
Como el mecanismo de alimentación es fundamental en la distribución de las latas para
el prensado, se diseño un sistema automático que supliera esta necesidad por medio de
un pistón neumático. Para manejar la posición de la lata se desarrollo un sistema
modular de almacenamiento, el cual permite ubicar la lata según el producto a
desarrollar. Este modulo se sujeta mecánicamente y es de fácil montaje por parte del
operario.
4.2.2 Sistema de encolado automático:
Este sistema se encarga de aplicar el pegante a las caras o cantos de las latas para
que sean prensadas, el paso entre los rodillos de encolado puede ser modificado por
medio de un mecanismo de ajuste. El sistema permite una distribución uniforme en todo
el rodillo, logrando una uniformidad en la capa de pegante aplicada a las latas.
El control de este sistema permite seleccionar el número de latas a encolar que
conforman el paquete de ensamble y la secuencia de esta.
4.2.3 Sistema de ensamble:
En esta fase del proceso se realiza la unión de las latas, sujetándolas temporalmente
hasta completar las dimensiones especificas del producto y el tiempo requerido para ser
llevado al sistema de prensado en caliente.
4.2.4 Sistema de Prensado en caliente:
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Al llegar las tablas o vigas ensambladas a este proceso, se aplica una fuerza uniforme
de 145 Psi durante un periodo de tiempo controlado por el sistema. La temperatura es
controlada de acuerdo a las características técnicas del pegante utilizado, esto es
posible debido a la flexibilidad del sistema de control a implementar.
5.
Especificaciones técnicas:
Tamaño de plancha de prensado
300 cm ± 30 cm ± .7 cm
Tiempo de prensado:
aprox. 1 min; dependiendo del tipo de madera
y pegamento
Largo del Panel
400 - 3,000 mm
Ancho del Panel
30 -
Grueso del Panel
7 - 30 mm de acuerdo al tipo de unión
Conexiones requeridas
Compresor de aire: 6 - 8 bar.
300 mm
Electricidad: aprox. 220 Volt / 60 Hz
Temperatura
<100 0C Variable
Motores trifásicos de 1/5 HP ± 1700 RPM a 220 V
Pistones neumáticos de doble efecto
Sistema de transmisión por cadena
Condiciones de la lata de guadua:
Longitud:
3 metros
Ancho:
3 centímetros
Densidad:
7 milímetros
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