Escuela de Ingeniería Mecatrónica Grupo B IMTN-02. Hidráulica y Neumática 2017. Tarea significativa sobre dispensador de botellas desde una bodega Asesor: Ing. René Hernández Integrantes: - ALFARO MEJÍA, BRANDON JOSUÉ - ALFARO MEJÍA, BRANDON JOSUE - BARRIERE GERTRUDIS, MANUEL ERNESTO - CALDERON MADRID, DANIEL EDUARDO - MEJIA CHICAS, MAURICIO ENRIQUE - MIRANDA MENDEZ, GABRIEL - LAZO RODRIGUEZ, JOSUE STANLEY - LOPEZ PACHECO, LUIS NAPOLEON - ROSALES OLIVARES, KARLA GERALDINA - SURIA CUELLAR, JOSE DANIEL Santa Tecla, Miércoles 07 de Junio de 2017 INDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4 Objetivo general: ............................................................................................................................. 4 Objetivos específicos:...................................................................................................................... 4 ELABORACIÓN DE DIAGRAMA DE SIMULACIÓN ................................................................................. 6 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y EXPLICACIÓN DEL CIRCUITO NEUMÁTICO. ............................... 7 DIAGRAMA DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO (SECUENCIA) ...................................... 8 CÁLCULOS ............................................................................................................................................ 9 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 12 ANEXOS ............................................................................................................................................. 13 HOJA TECNICA DE LOS ELEMENTOS SELECCIONADOS .................................................................. 14 COTIZACION .................................................................................................................................. 21 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 2 INTRODUCCIÓN En el trabajo de Hidráulica y Neumática se buscará mostrar la aplicación del área de la neumática en la vida cotidiana. Esto mediante el desarrollo de un dispensador de botellas desde una bodega y colocadas en una caja de tres en tres en línea. El proyecto comprende el uso de cilindros y válvulas neumáticas que se escogerán por medio de cálculos numéricos tomando en cuenta la fuerza que pueden realizar los cilindros así como el diámetro de estos y de las botellas. A lo largo de este reporte se mostrará el circuito neumático utilizado realizando previamente la simulación, en el respectivo programa usado a lo largo de este módulo, el cual deberá de realizar el proceso mencionado anteriormente, la lista de materiales utilizados así como el presupuesto de estos, los cálculos utilizados para escoger dichos materiales y las conclusiones obtenidas al finalizar este proyecto de gran importancia para la aplicación de la neumática en la vida cotidiana y el proceso a llevar a cabo para el desarrollo de esta área. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 3 OBJETIVOS Objetivo general: - Diseñar un sistema de dispensado de botellas y su empacado en cajas de a tres en línea. Objetivos específicos: - Dibujar y analizar el diagrama neumático presentado en el proyecto. - Simular el proceso presentado en el diagrama y verificar su funcionamiento. - Elaborar una hoja técnica de cada uno de los elementos seleccionados en el diagrama neumático. - Presentar un presupuesto para construir la parte neumática de la máquina. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 4 Dispensador de botellas desde una bodega y colocadas en una caja de tres en tres en línea. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 5 ELABORACIÓN DE DIAGRAMA DE SIMULACIÓN 3B13B23B3 1B21B31B1 B1 A1 1 V5 1 V8 1 V6 1 V9 4 1 V4 4 2B1 C1 2 1 V7 2 2 1 1 V3 5 1 1 5 3 1 3 2 2 1 1 2 2 2 1 1B2 2 1 1B1 1 3 1 3B3 3B1 2 3B2 3 1 3 3 3 1B3 1 3 1V 10 4 5 2 1 V1 2 1 3 2 2B1 1 3 1 1 V2 2 12 2 0.3 3 1 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 S1 1 3 Página 6 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y EXPLICACIÓN DEL CIRCUITO NEUMÁTICO. Problema: Por medio de un sistema neumático desarrollar una maquina dispensadora de botellas que las transporte desde una bodega hasta el lugar de empaquetado en donde serán fácilmente manipuladas por el usuario. Estas acciones serán desencadenadas por medio del uso de cilindros neumáticos de doble efecto y por medio de válvulas que permitan su funcionamiento. Funcionamiento: El sistema transportador y empacador estará conformado por tres estaciones principales; en la primera estación se encuentra el primer cilindro que realizará un movimiento repetitivo desde su posición final anterior hasta su posición final posterior tres veces por cada vez que el botón de iniciación sea presionado, de esta manera en el diseño del circuito se colocó un timer con la finalidad de realizar el proceso de una forma sincronizada y con una secuencia constante y apertura de válvulas reguladoras de caudal (1V8 Y 1V9) a un 5% .De esta forma el cilindro permitirá el paso de solamente tres botellas hacia la segunda estación por medio de una banda transportadora. Simultáneamente el segundo cilindro en la siguiente estación estará realizando el mismo movimiento con la excepción de que empezará en la posición opuesta al primer cilindro, es decir, cuando el primer cilindro está en su posición final posterior, el segundo cilindro estará en su posición final anterior. Este cilindro servirá para posicionar las botellas de forma adecuada antes de enviarse a la última estación en donde serán finalmente empacados. El empaquetado será llevado a cabo por el último cilindro que estará en su posición final posterior y no cambiará de posición hasta que las tres botellas en cuestión hayan sido todas depositadas. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 7 DIAGRAMA DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO (SECUENCIA) Diagrama de estado. Denominación de componentes Cilindro doble ef ecto 0 100 80 60 40 20 Cilindro doble ef ecto 100 80 60 40 20 Cilindro doble ef ecto 100 80 60 40 20 2 4 Diagrama de secuencia. 3B1 S1 3B2 6 8 10 12 S1 v A+ B- C1B2-3B2 A- B+ vvC+ A- B- C+ S1- 1B3 1B3 1B2 Play A+ B+ C+ A- B- C+ A+ B+ C+ A- B- C- TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 8 14 CÁLCULOS PRIMER CILINDRO: DATOS GERNERALES DATOS DE BOTELLA DATOS DE CILINDRO Diámetro………………….3pulg…………………..7.62cm. Carrera………………...250mm……………….25cm. Alto………………………….9pulg…………………..22.86cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Contenido…………………750ml………………….0.75kg. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. FUERZA DE AVANCE 𝒇𝒏 = 𝒑 ∗ 𝑨 − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟔𝟎𝑵/𝒄𝒎𝟐 )(𝟐. 𝟓𝟔𝝅) − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟏𝟓𝟑. 𝟔𝑵) − (𝟏𝟓𝟑. 𝟔 ∗ 𝟎. 𝟏) 𝒇𝒏 = 𝟏𝟑𝟖. 𝟐𝟒𝑵 VOLUMEN DE AVANCE 𝑽 = 𝝅/𝟒 ∗ 𝑫𝟐 ∗ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒆𝒓𝒂 𝑽 = 𝝅/𝟒 ∗ 𝟑. 𝟐𝟐 ∗ 𝟐𝟓𝒄𝒎 𝑽 = 𝟐𝟎𝟏. 𝟎𝟔𝒄𝒎𝟑 𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟐𝟎𝟏. 𝟎𝟔 + 𝟏𝟓𝟎. 𝟕𝟗 𝑽 = 𝟑𝟓𝟏. 𝟖𝟓𝒄𝒎𝟑 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 FUERZA DE RETROCESO 𝑓𝑛 = 𝑝 ∗ 𝐴´ − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (60𝑁/𝑐𝑚2 )(𝜋(1.62 − 0.82 ) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (60𝑁/𝑐𝑚2 )(1.92𝜋) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (361.91𝑁) − (361.91 ∗ 0.1) 𝑓𝑛 = 325.719𝑁 CONSUMO DE AIRE VOLUMEN DE RETROCESO 𝑉 = 𝜋/4 ∗ 𝐷 2 − 𝑑2 ∗ 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 𝑉 = 𝜋/4 ∗ 3.22 − 1.62 ∗ 25𝑐𝑚 𝑉 = 7.68/4𝜋 ∗ 25 𝑉 = 150.79𝑐𝑚3 CAUDAL 𝑄 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛/𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑄 = 351.85𝑐𝑚3 /4𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 87.9625𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 5.27lt/𝑚𝑖𝑛 Página 9 SEGUNDO CILINDRO: DATOS GERNERALES DATOS DE BOTELLA DATOS DE CILINDRO Diámetro………………….3pulg…………………..7.62cm. Carrera………………...20mm……………….0.2cm. Alto………………………….9pulg…………………..22.86cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Contenido…………………750ml………………….0.75kg. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. FUERZA DE AVANCE 𝒇𝒏 = 𝒑 ∗ 𝑨 − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟔𝟎𝑵/𝒄𝒎𝟐 )(𝟐. 𝟓𝟔𝝅) − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟏𝟓𝟑. 𝟔𝑵) − (𝟏𝟓𝟑. 𝟔 ∗ 𝟎. 𝟏) 𝒇𝒏 = 𝟏𝟑𝟖. 𝟐𝟒𝑵 VOLUMEN DE AVANCE FUERZA DE RETROCESO 𝑓𝑛 = 𝑝 ∗ 𝐴´ − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (60𝑁/𝑐𝑚2 )(𝜋(1.62 − 0.82 ) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (60𝑁/𝑐𝑚2 )(1.92𝜋) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (361.91𝑁) − (361.91 ∗ 0.1) 𝑓𝑛 = 325.719𝑁 CONSUMO DE AIRE VOLUMEN DE RETROCESO = 𝜋/4 ∗ 𝐷 2 − 𝑑2 ∗ 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 = 𝜋/4 ∗ (3.22 − 1.62 ) ∗ 20𝑐𝑚 = 7.68/4𝜋 ∗ 20 = 120.63𝑐𝑚3 𝑽 = 𝝅/𝟒 ∗ 𝑫𝟐 ∗ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒆𝒓𝒂 𝝅 𝑽 = ∗ 𝟑. 𝟐𝟐 ∗ 𝟐𝟎𝒄𝒎 𝟒 𝑽 = 𝟏𝟔𝟎. 𝟖𝟒𝒄𝒎𝟑 𝑉 𝑉 𝑉 𝑉 𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟔𝟎. 𝟖𝟒 + 𝟏𝟐𝟎. 𝟔𝟑 𝑽 = 𝟐𝟒𝟏. 𝟒𝟕𝒄𝒎𝟑 CAUDAL 𝑄 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛/𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑄 = 241.47𝑐𝑚3 /4𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 60.3775𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 3.62lt/𝑚𝑖𝑛 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 10 TERCER CILINDRO (CONTACTO DIRECTO CON LA BOTELLA): DATOS GERNERALES DATOS DE BOTELLA DATOS DE CILINDRO Diámetro………………….3pulg…………………..7.62cm. Carrera………………...150mm……………….15cm. Alto………………………….9pulg…………………..22.86cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Contenido…………………750ml………………….0.75kg. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. FUERZA DE AVANCE 𝒇𝒏 = 𝒑 ∗ 𝑨 − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟓𝟗. 𝟏𝟒𝑵/𝒄𝒎𝟐 )(𝟐. 𝟓𝟔𝝅) − 𝒇𝒓 𝒇𝒏 = (𝟒𝟕𝟓. 𝟔𝟑𝑵) − (𝟒𝟕𝟓. 𝟔𝟑 ∗ 𝟎. 𝟏) 𝒇𝒏 = 𝟒𝟐𝟖. 𝟎𝟔𝟕𝑵 VOLUMEN DE AVANCE FUERZA DE RETROCESO 𝑓𝑛 = 𝑝 ∗ 𝐴´ − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (59.14𝑁/𝑐𝑚2 )(𝜋(1.62 − 0.82 ) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (59.14𝑁/𝑐𝑚2 )(1.92𝜋) − 𝑓𝑟 𝑓𝑛 = (356.72𝑁) − (356.72 ∗ 0.1) 𝑓𝑛 = 321.048𝑁 CONSUMO DE AIRE VOLUMEN DE RETROCESO = 𝜋/4 ∗ 𝐷 2 − 𝑑2 ∗ 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 = 𝜋/4 ∗ (3.22 − 1.62 ) ∗ 15𝑐𝑚 = 7.68/4𝜋 ∗ 15 = 90.47𝑐𝑚3 𝑽 = 𝝅/𝟒 ∗ 𝑫𝟐 ∗ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒆𝒓𝒂 𝝅 𝑽 = ∗ 𝟑. 𝟐𝟐 ∗ 𝟏𝟓𝒄𝒎 𝟒 𝑽 = 𝟏𝟐𝟎. 𝟔𝟑𝒄𝒎𝟑 𝑉 𝑉 𝑉 𝑉 𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟐𝟎. 𝟔𝟑 + 𝟗𝟎. 𝟒𝟕 𝑽 = 𝟐𝟏𝟏. 𝟏𝒄𝒎𝟑 CAUDAL 𝑄 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛/𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑄 = 211.1𝑐𝑚3 /2𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 105.55𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 𝑄 = 6.33 t/𝑚𝑖𝑛 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 11 CONCLUSIONES - Mediante el conocimiento de conceptos básicos de neumática se pueden llevar a cabo proyectos de mucha relevancia en la vida cotidiana. - La interpretación y planteamiento de problemas neumáticos es de gran importancia para el desarrollo de proyectos en el área de mecatrónica. - Elaborar un presupuesto de materiales puede generar ahorro al realizar un proyecto y puede facilitar el construir la parte neumática de la maquinaria. - El proyecto realizado en este módulo, será una base para futuras asignaturas que se cursarán que tengan en su contenido el uso de válvulas y cilindros neumáticos además creará el saber interpretar el funcionamiento de circuitos sin realizar la simulación de estos. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 12 ANEXOS TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 13 HOJA TECNICA DE LOS ELEMENTOS SELECCIONADOS FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Cilindro de doble efecto ESNU SEGUNDO CILINDRO UNIDADES DE USO FUERZA DE RETROCESO 325.719𝑁 FUERZA DE AVANCE 𝟏𝟑𝟖. 𝟐𝟒𝑵 CONSUMO DE AIRE VOLUMEN DE AVANCE 160.84cm3 VOLUMEN DE RETROCESO 120.63𝑐𝑚3 CAUDAL 3.62lt/𝑚𝑖𝑛 DESCRIPCIÓN GENERAL DATOS DE CILINDRO Carrera………………...20mm……………….0.2cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 14 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Cilindro de doble efecto ESNU PRIMER CILINDRO UNIDADES DE USO FUERZA DE RETROCESO 325.719N FUERZA DE AVANCE 𝟏𝟑𝟖. 𝟐𝟒𝑵 CONSUMO DE AIRE 𝟐𝟎𝟏. 𝟎𝟔𝒄𝒎𝟑 VOLUMEN DE AVANCE VOLUMEN DE RETROCESO 150.79cm3 CAUDAL 5.27lt/𝑚𝑖𝑛 DESCRIPCIÓN GENERAL DATOS DE CILINDRO Carrera………………...250mm……………….25cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 15 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Cilindro de doble efecto ESNU TERCER CILINDRO(CONTACTO DIRECTO CON LA BOTELLA) UNIDADES DE USO FUERZA DE RETROCESO 321.048𝑁 FUERZA DE AVANCE 𝟒𝟐𝟖. 𝟎𝟔𝟕𝑵 CONSUMO DE AIRE VOLUMEN DE AVANCE 𝟏𝟐𝟎. 𝟔𝟑𝒄𝒎𝟑 VOLUMEN DE RETROCESO 90.47𝑐𝑚3 CAUDAL 6.33 t/𝑚𝑖𝑛 DESCRIPCIÓN GENERAL DATOS DE CILINDRO Carrera………………...150mm……………….15cm. Émbolo………………….32mm………………..3.2cm. Vástago………………...16mm…………………1.6cm. Fuerza Neta……………483N. TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 16 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Valvula Mecanica Piloteada Doble por aire 5/2 de 1/8 DESCRIPCIÓN GENERAL Presión de funcionamiento 2 ... 10 bar Temperatura ambiente 20 ... 60 °C Conexión neumática 1 Placa base, G1/4 Caudal nominal normal 400 ... 950 l/min Prevención y protección contra la explosión ATEX, categoría gas II 2G, ATEX, categoría polvo II 2D, Tipo de protección contra explosión, categoría gas c T6, Ex ia IIC T6 X, Tipo de protección contra explosión, categoría polvo: c 40°C, Ex tD A21 IP65 T80° C X Conexión • Para el montaje directo en actuadores giratorios, patrón de taladros según VDI/VDE 3845 (Namur) • Gran versatilidad a pesar de las dimensiones compactas • Cuerpo robusto: • Tensión de funcionamiento de 12, 24, 42, 48 V DC, 24, 42, 48, 110, 230, 240 V AC TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 17 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Valvula de Rodillo 3 Vias de 1/8 NPT, NC, MVMC-210-3R1-6A, DESCRIPCIÓN GENERAL Fluido Aire comprimido filtrado, con o sin lubricación Construcción Válvula de asiento, servopilotada en un lado, con muelle de reposición Margen de presión Desde 350 hasta 800 kPa (desde 3,5 hasta 8 bar) Caudal nominal normal 1...2 120 l/min Fuerza de accionamiento con 600 kPa (6 bar) 1,8 N Conexión QSML-1/8-4 para tubo flexible PUN 4 x 0,75 TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 18 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Regulador de flujo a 90 grados de 1/8 NPT x 8mm manguera, Sang-A DESCRIPCIÓN GENERAL Serie del Fabricante AS Tipo Escape Tipo de Puerto de Entrada Roscado Tipo de Puerto de Salida Roscado, Tubo Puerto de Salida del Tubo 6mm Mínima Presión de Salida 0.1MPa Máxima Presión de Salida 1MPa Género de la Rosca de Salida Roscada Macho Género de la Rosca de Entrada Roscada Macho Tamaño de la Rosca de Entrada Roscada 1/8 pulgadas Tamaño de la Rosca de Salida Roscada 1/8 pulgadas TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 19 FICHA TÉCNICA DE PRODUCTO DENOMINACIÓN DE COMPONENTE NEUMÁTICO Valvula de boton 3/2 de 1/8 NPT DESCRIPCIÓN GENERAL NPT, NC, MVHF-3P, Mindman Normalmente cerrada/abierta Muelle mecánico Posibilidad de funcionamiento con vacío Servopilotaje neumático o accionamiento directo Aire de escape recuperable Con enclavamiento (biestable) o sin enclavamiento (monoestable) Mu TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 20 COTIZACION TAREA SIGNIFICATIVA 2017 Página 21
