AUTOMATIZACIONMAQ

7/26/2019 AUTOMATIZACIONMAQ

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICAUNIDAD AZCAPOTZALCO

AUTOMATIZACIN DE UNAMQUINA INDUSTRIAL

CERRADORA DE TAPAS

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TTULO DE

ASESORES:ING. RAMN RODRIGUEZ LUNAING. CARLOS ALBERTO MENDOZA AGERO

P R E S E N T A:

PACHECO SNCHEZ OSCAR EMMANUEL

MXICO,D.F.AGOSTO DEL 2009

INGENIERO MECNICO


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Nombre Captulo

i

AUTOMATIZACIN DE UNA MQUINAINDUSTRIAL CERRADORA DE TAPAS

ndice General

ndice General i

ndice de Figuras iv

ndice de Tablas vi

Resumen. vii

Objetivo General. vii

Objetivo Particular. vii

Justificacin. viii

1. Capitulo I Estado del Arte 1

1.1 Generalidades de la Automatizacin. 2

1.1.1 Tipos de Automatizacin. 3

1.2 Antecedentes de la Neumtica. 4

1.2.1 Los Beneficios de la Neumtica. 4

1.3 Mquinas Inyectoras. 5

1.3.1 Unidad de Cierre. 6

1.3.2 Unidad de Inyeccin. 6

1.3.3 Unidad de Potencia. 7

1.3.4 Unidad de Control. 9

1.3.5 Parametros de una Inyectora. 9

1.4 Tapas. 9

1.4.1 Antecedentes. 10

1.5 Cerradora de Tapas. 11

1.5.1 Mquina Cerradora de Tapas tipo Flip-Top. 12

1.5.2 Alimentadores Vibratorios. 13

1.5.3 Alimentadores Centrfugos. 13

2. Capitulo II Marco Teorico 14

2.1 Propiedades de los Fluidos 15

2.2 Aire Comprimido 15

2.2.1 Propiedades del Aire. 16

2.2.2 Humedad del Aire. 16

2.2.3 Punto de Rocio. 16

2.3 Presin 17

2.3.1 Presin por Fuerzas Externas (Ley de Pascal). 18

2.4 Calculo de Cilindros Neumticos 18

2.4.1 Fuerza del Cilindro. 18


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Nombre Captulo

ii


2.5 Ecuacin de Bernoulli. 21

2.5.1 Ecuacin de Continuidad. 21

2.6 Tipos de Cargas 21

2.6.1 Tipos de Apoyo, Nudos o Soportes. 222.6.2 Esfuerzos Inducidos por Flexin. 23

2.6.3 Fuerza Axial. 23

2.6.4 Definicin de Esfuerzos Cortantes. 23

2.6.5 Definicin de Momento Flexionantes. 23

2.6.6 Punto de Cedencia. 23

2.6.7 Sistemas Articulados. 24

2.6.8 Flexin. 24

2.7 Mtodos para el Clculo de Cortantes y Momentos Flexionantes 242.7.1 Mtodo de la Doble Integracin. 24

2.8 Electrnica Bsica 25

2.8.1 Transistores. 25

2.8.2 Tensin y Potencia de Colector. 25

2.8.3 Circuito Integrado. 26

2.9 Compuertas Logicas. 27

2.9.1 Compuerta Y (AND). 27

2.9.2 Compuerta O (OR). 282.10 Componentes Electroneumticos. 29

2.10.1 Vlvulas Solenoides. 29

2.10.2 Vlvulas Solenoide Piloto. 29

2.10.3 Electrovlvula Proporcional de Presin. 29

2.10.4 Electrovlvula Proporcional de Caudal. 30

2.10.5 Interfaz de Conexin Elctrica de la Vlvula Proporcional. 30

2.10.6 Aplicaciones de la Electrovlvula Proporcional de Presin. 30

2.11 Qu es un PLC?. 312.11.1 Ventajas del PLC. 32

2.12 Sumario. 33

3. Capitulo III Diseo Conceptual. 34

3.1 Funciones Principales. 35

3.2 Alternativas de Solucin a las Funciones Principales. 35

3.2.1 Primera Opcin de Cierre de Tapas. 35

3.2.2 Segunda Opcin de Cierre de Tapas. 39

3.2.3 Tercera Opcin de Cierre de Tapas. 40


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Nombre Captulo

iii


3.3 Diseo de la Mquina Cerradora. 41

3.4 Sumario. 45

4. Capitulo IV Diseo a detalle. 46

4.1 Funcionamiento de la Mquina Cerradora 47

4.2 Diagrama del Circuito Neumtico y Electrnico 50

4.3 Datos para el Clculo 59

4.4 Memoria de Clculos 60

4.4.1 Pistn de Doble Efecto. 60

4.4.2 Pistn de Simple Efecto. 64

4.4.3 Cortantes y Momentos Flexionantes sobre el Riel. 65

4.4.4 Caracteristicas del PLC. 71

4.5 Sumario. 725. Capitulo V Costos y Beneficio. 73

5.1. Costos de Materiales y Accesorios 74

5.2. Costos de Fabricacin de la Mquina 74

5.3. Costos de PLC 77

5.4. Beneficios 77

Apendice Manual de Fabricacin de FESTO 78

A. Cilindros Neumticos 78

B. Vlvulas 92C. Racores 100

Referencias 107


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Nombre Captulo

iv


ndice de Figuras

Figura 1.1 Esquema de una Mquina Inyectora. 5

Figura 1.2 Diagrama de la Unidad de Cierre. 6Figura 1.3 Diagrama de la Unidad de Inyeccin. 7

Figura 1.4 Diagrama de la Unidad de Potencia. 8

Fotografia 1.1 Tapa Plegable. 10

Fotografia 1.2 Mquina Cerradora. 12

Fotografia 1.3 Mquina Cerradora tipo Flip-Top. 12

Fotografia 1.4 Tina Vibradora. 13

Figura 2.1 Carga Concentrada. 22

Figura 2.2 Carga Uniforme Repartida. 22Figura 2.3 Carga Uniforme Variable. 22

Figura 2.4 Diagrama Compuerta AND. 27

Figura 2.5 Diagrama Compuerta OR. 28

Fotografia 3.1 Banda Transportadora. 36

Fotografia 3.2 Banda Transportadora y Tina Vibradora. 36

Fotografia 3.3 Tina Vibradora y Mquina Cerradora Mecnica. 37

Figura 3.1 Riel Transportador de Tapas. 38

Figura 3.2 Cilindro Neumtico. 38

Figura 3.3 Carrusel. 39

Fotografia 3.4 Tapa Plegable para Tubo de Pasta Dental. 40

Fotografia 3.5 Tapa Plegable para Tubo de Pasta Dental. 40

Figura 3.4 Mquina Cerradora Neumtica. 41

Figura 3.5 Riel Transportador. 42

Figura 3.6 Entrada del Riel Transportador. 42

Figura 3.7 Salida del Riel Transportador. 42

Figura 3.8 Actuador de Simple Efecto con Placa. 42

Figura 3.9 Actuador de Doble Efecto. 43

Figura 3.10 Actuadores de Simple Efecto. 43

Figura 3.11 Actuadro de Doble Efecto. 43

Figura 3.12 Postes de la Mquina Cerradora. 44

Figura 3.13 Base para los Postes de la Mquina Cerradora. 44

Figura 4.1 Elementos de la Mquina Cerradora. 47

Figura 4.2 Elementos de la Tina Vibradora. 47

Figura 4.3 Riel Transportador y Tina Vibradora. 48


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Nombre Captulo

v


Figura 4.4 Lote de Tapas. 48

Figura 4.5 Cerrado de Tapas (1 Etapa). 49

Figura 4.6 Cerrado de Tapas (2 Etapa). 49

Figura 4.7 Diagrama Circuito Neumtico. 50

Figura 4.8 Diagrama del Circuito Electrnico. 50

Figura 4.9 Diagrama Programacin de PLC. 52

Plano de Mquina Cerradora de Tapas. 53

Plano de Base de la Cerradora. 54

Plano de Riel. 55

Plano de Tubo del Soporte. 56

Plano de Base del Pistn. 57

Plano de Tapa para Tubo de Pasta Dental 58Fotografia 4.1 Prueba de Laboratorio. 59

Fotografia 4.2 Dinamometro. 60

Figura 4.8 Diagrama de Cuerpo Libre (Viga). 66

Figura 4.9 Diagrama de Cortantes y Momento Flexionante. 66

Figura 4.10 Placa del Pistn. 67

Figura 4.11 Tubo para Apoyo A. 67

Figura 4.12 Tubo para Apoyo A. 68

Figura 4.13 Tubo para Apoyo A. 68Figura 4.14 Tubo para Apoyo B. 69

Figura 4.15 Tubo para Apoyo B. 69

Figura 4.16 Pistn. 70

Figura 4.17 Pistn. 70

Fotografia 4.3 PLC SIEMENS. 71


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Nombre Captulo

vi


ndice de Tablas

Tabla 2.1. Tabla de Verdad Compuerta AND .................................................................................... 28

Tabla 2.2. Tabla de Verdad Compuerta OR ....................................................................................... 28

Tabla 3.1.Compracin de Propuestas ................................................................................................. 41

Tabla 4.1. Propiedades del Material ................................................................................................... 67

Tabla 5.1. Costos de Material ............................................................................................................. 74

Tabla 5.2. Costos de Fabricacin ....................................................................................................... 74

Tabla 5.3. Salarios Minimos por Profesin ........................................................................................ 75

Tabla 5.4. Comparacin entre Mquina Cerradora Mecnica y la Neumtica .................................. 77


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Nombre Captulo

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Resumen.

En la industria mexicana, la globalizacin impacto en los procesos industriales de la micro,mediana y macro industria, de tal forma que es necesario modernizar los procesosproductivos. Entre las tecnologas que se aplican con este fin son la elctrica, la electrnica,la neumtica, la mecnica, la robtica, la informtica as como la combinacin de estas.

La industria de la maquila no es la excepcin al contrario, este tipo de industria es la querequiere con ms urgencia de procesos automatizados, que garanticen, calidad,competitividad y flexibilidad ante los retos de la oferta y la demanda.

Los principios de la automatizacin son la base del desarrollo de este proyecto para el diseoe implementacin de un sistema neumtico automatizado, especficamente una mquinacerradora de tapas.

El anlisis de los prototipos de este tipo de mquinas cerradoras, que encontramos en elmercado, as como sus datos tcnicos y especificaciones, se consideran para el diseo de lamquina cerradora de tapas automatizada.

Los conceptos y principios bsicos de la neumtica, la robtica, la electrnica y de losprocesos de manufactura del producto, se describen en el capitulo 1.

En el capitulo 2 se describen las caractersticas y principios de los sistemas neumticos y laautomatizacin, se analiza y compara el sistema neumtico con otros sistemas para sustentarla eleccin del sistema en funcin de factibilidad, produccin, calidad y costo.

Los clculos realizados para la seleccin de materiales, la eleccin de los dispositivosneumticos, elctricos y mecnicos este desarrollo se muestra en los capitulo 3 y 4.

En el capitulo 5 se desarrollan el estudio de costos de los materiales utilizados, as como loscostos de fabricacin de la mquina, factibilidad y beneficios en la implementacin de los

sistemas automatizados.


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Nombre Captulo

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Objetivo General.

Disear una mquina industrial cerradora de tapas automatizada por medio de un PLC.

Objetivo Particular.

Sustentar tericamente las bases necesarias para el proyecto de diseo de una mquinacerradora por medio de un sistema neumtico tomando en cuenta los aspectos tcnicos de las

cerradoras mecnicas para determinar fallas y eliminarlas en el diseo realizado.

Justificacin.

Dentro de los procesos industriales, actualmente encontramos mquinas para diferentesaplicaciones con controles manuales, semiautomticos y automticos, la tendencia en laindustria mexicana es de eficientar sus procesos de produccin mediante la automatizacin.

El presente trabajo de tesis coadyuva a la solucin de la problemtica existente en el procesode fabricacin de tapas empleadas en los estuches de pastas dentales, sta mquina cerradorade tapas, se automatizar por medio de un PLC logrando con esto, una mquina de bajocosto con tecnologa mexicana que este al alcance de la pequea y mediana industria.


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1


CCCAAAPPPIII

En este capitulo encontraremos losantecedentes necesarios para darlesolucin a nuestro problemaplanteado y llegar a la fabricacin dela maquina que se realiz.

ESTADO DEL ARTE


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Capitulo I Estado del Arte

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1.1 GENERALIDADES DE LA AUTOMATIZACIN

La historia de la automatizacin industrial est caracterizada por perodos de constantesinnovaciones tecnolgicas. Esto se debe a que las tcnicas de automatizacin estn muyligadas a los sucesos econmicos mundiales.

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseo asistidos por computadora(CAD), y los sistemas de fabricacin asistidos por computadora (CAM), son la ltimatendencia. Estas tecnologas conducen a la automatizacin industrial a otra transicin, dealcances an desconocidos.

Aunque el crecimiento del mercado de la industria robotizada ha sido lento en comparacincon los primeros aos de la dcada de los 80s, de acuerdo a algunas predicciones, esta

industria est en su infancia. Ya sea que stas predicciones se realicen completamente, o no,es claro que esta rama de la automatizacin, en una forma o en otra, permanecer.

En la actualidad el uso de los robots industriales est concentrado en operaciones muysimples, como tareas repetitivas que requieren de precisin. Se refleja el hecho de que en los80s las tareas relativamente simples como las mquinas de transferencia de materiales,pintado automotriz y soldadura son econmicamente viables para ser robotizadas. Losanlisis de mercado en cuanto a fabricacin predicen que en sta dcada y en las posterioreslos robots industriales incrementaran su campo de aplicacin, esto debido a los avancestecnolgicos en sensores, los cuales permitirn realizar tareas mas sofisticadas como el

ensamble de materiales.

Como se ha observado la automatizacin y la robtica son dos tecnologas estrechamenterelacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatizacin como unatecnologa que est relacionada con el empleo de sistemas mecnicos-elctricos basados encomputadoras para la operacin y control de la produccin. En consecuencia la robtica esuna forma de automatizacin industrial.

Hay tres clases muy amplias de automatizacin industrial: automatizacin fija,automatizacin programable, y automatizacin flexible.

La automatizacin fija se utiliza cuando el volumen de produccin es muy alto, y por tantose puede justificar econmicamente el alto costo del diseo de equipo especializado paraprocesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de produccin elevadas. Adems deesto, otro inconveniente de la automatizacin fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a lavigencia del producto en el mercado.

La automatizacin programable se emplea cuando el volumen de produccin esrelativamente bajo y hay una diversidad de produccin a obtener. En este caso el equipo deproduccin es diseado para adaptarse a la variaciones de configuracin del producto; staadaptacin se realiza por medio de un programa (Software).


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Por su parte la automatizacin flexible es ms adecuada para un rango de produccin medio.Estos sistemas flexibles poseen caractersticas de la automatizacin fija y de laautomatizacin programada.

Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajointerconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulacin de materiales,controlados en su conjunto por una computadora.

1.1.1 TIPOS DE AUTOMATIZACIN.

Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberanalizar cada situacin a fin de decidir correctamente el esquema ms adecuado.

Los tipos de automatizacin son:

Control Automtico de Procesos

El Procesamiento Electrnico de Datos

La Automatizacin Fija

El Control Numrico Computarizado

La Automatizacin Flexible.

El Control Automtico de Procesos, se refiere usualmente al manejo de procesoscaracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente qumicos y fsicos); un ejemplode esto lo podra ser el proceso de refinacin de petrleo.

El Proceso Electrnico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas deinformacin, centros de cmputo, etc. Sin embargo en la actualidad tambin se consideradentro de esto la obtencin, anlisis y registros de datos a travs de interfaces ycomputadores.

La Automatizacin Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lgicos tales como: lossistemas de relevadores y compuertas lgicas; sin embargo estos sistemas se han idoflexibilizando al introducir algunos elementos de programacin, tal es el caso de losControladores Lgicos Programables (PLC'S).


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1.2 ANTECEDENTES DE LA NEUMTICA

El trmino Neumtica procede del griego pneuma que significa soplo o aliento.

Las primeras aplicaciones de neumtica se remontan al ao 2.500 a.C. mediante lautilizacin de muelles de soplado. Posteriormente fue utilizada en la construccin de rganosmusicales, en la minera y en siderurgia. Hace ms de 20 siglos, un griego, Tesibios,construy un can neumtico que, rearmado manualmente comprima aire en los cilindros.Al efectuar el disparo, la expansin restitua la energa almacenada, aumentando de estaforma el alcance del mismo. En el siglo XIX se comenz a utilizar el aire comprimido en laindustria de forma sistemtica. Herramientas neumticas, martillos neumticos, tubos decorreo neumticos, son un ejemplo de estas aplicaciones. Durante la construccin del tnelde Mont-Cenis, en 1857, se utiliz una perforadora de aire comprimido que permitaalcanzar una velocidad de avance de dos metros diarios frente a los sesenta centmetros quese obtenan con los medios tradicionales. En 1880 se invent el primer martillo neumtico.

La incorporacin de la neumtica en mecanismos y la automatizacin comienza a mediadosdel siglo XX.

La neumtica son sistemas de transmisin de energa a travs de un fluido (aceite-oleohidrulica y aire-neumtica).

Existen diversos sistemas de transmisin de energa para generar y controlar un movimiento:

Mecnico: engranajes, palancas, transmisiones por correas, etc. Elctrico: motores, alternadores, transformadores, conmutadores, etc. Oleohidrulico: bombas, motores, cilindros, vlvulas, etc. Neumtico: compresores, actuadores lineales y rotativos, vlvulas, etc.

Los sistemas de transmisin de energa oleohidrulicos y neumticos proporcionan laenerga necesaria para controlar una amplia gama de maquinaria y equipamiento industrial.Los sistemas oleohidrulicos funcionan con aceite a presin y los sistemas neumticos lohacen con aire comprimido.

1.2.1 LOS BENEFICIOS DE LA NEUMTICA

Los sistemas de transmisin de energa neumticos son una garanta de seguridad, calidad yfiabilidad a la vez que reducen costos.

La Seguridad es de vital importancia en la navegacin area y espacial, en la produccin yfuncionamiento de vehculos, en la minera y en la fabricacin de productos frgiles.

Por ejemplo, los sistemas neumticos se utilizan para asistir la direccin y el frenado de

coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleohidrulico y el tren de aterrizaje


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AUTOMATIZACIN DEINDUSTRIAL CERRAD

son los responsables de laespaciales. Los rpidos avresultado de la aplicacin d

La Fiabilidad y la Precisien las que los usuarios exig

Los sistemas neumticossoldadura aseguran un refabricacin de automviles.

1.3 M QUINAS INY

Los equipamientos de inyeel desarrollo de un productest diseado con cavidadmanera que el plstico en euna pieza plstica, por ejeFigura 1.1. Mquina Inyect

Fig. 1.1. Esquema de una mquinGIA

Una mquina inyectora eshacia un molde en donde ll

Una inyectora se compone

1. La unidad de cierre2. La unidad de inyecci3. La unidad de potenci

4. La unidad de control

CUNA MQUINARA DE TAPAS

seguridad en el despegue, aterrizaje y vnces realizados por la minera y construmodernos sistemas oleohidrulicos y ne

son necesarias en una amplia gama den cada vez ms una mayor calidad.

tilizados en la manipulacin, sistemasdimiento y una productividad elevad

CTORAS

cin mejor llamados inyectoras sonplstico por medio de un molde (mal e

s interna lo que posibilita el alojamiete caso pueda ingresar y lograr el llenadoplo: carcasas de mouses, llaveros, conera.

a inyectora [Moldes y Mquinas de Inyeccin para laNI BODINI, FRANCO CACCHI PESSANI pg. 182

n equipo capaz de plastificar el materialna una cavidad y adquiere la forma del p

e cuatro unidades principales:

na

pitulo I Estado del Arte

5

elo de aviones y navesccin de tneles son elmticos.

plicaciones industriales

e fijacin y robots des, por ejemplo, en la

quinas que posibilitanpresado matriz) el cualto del material, de taldel mismo, creando as

ctores de telefona, etc.

transformacin de plsticos,]

polimrico y bombearlooducto deseado.


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1.3.1 UNIDAD DE CIER

Consiste de una prensa cosistema de accionamiento daccionado hidrulicamente,accionado por un motor. Elsu fuerza para mantener elOtros parmetros importantla distancia mxima de apela carrera del sistema de eFigura 1.2. Tipos de unidad

Fig. 1.2. Diagrama deInyecci

1.3.2 UNIDAD DE INYE

La unidad de inyeccin est

las resistencias alrededoralimentacin del tornillo, edentro del barril, hacia labombeado hacia la parte dede plastificacin del materinyeccin hacia el molde, eel plstico fundido hacia el


RE

formada por dos placas portamoldes, ue la placa mvil puede ser un mecanismun cilindro hidrulico o un sistema elparmetro fundamental para dimensionarmolde cerrado. Usualmente se da este v

es en una unidad de cierre son: la distantura, las dimensiones de las placas y la dxpulsin. Estos datos se utilizan para dde cierre.

a unidad de cierre de la mquina inyectora [Procesam/Moldeo/Hule/PVC, MORTON JONES, pg. 184,

CIN

conformada por el tornillo y el barril de

el barril. El material slido ingresa poesta zona es transportado, por efecto dzona de fusin donde se plastifica; fiantera del tornillo en la zona de dosificaial el tornillo gira constantemente. Cual tornillo deja de girar y acta a maneramolde y llenando las cavidades. Figura 1.


6

a mvil y otra fija. Elde palancas acodadas,

trico de tornillo sin finuna unidad de cierre esalor en toneladas (ton).ia mnima entre placas,stancia entre columnas,imensionar los moldes.

iento de Plsticos185]

inyeccin, la boquilla y

la tolva a la zona dela rotacin del tornilloalmente el material esin. Durante el procesondo se va a realizar lae pistn, haciendo fluir

3. unidad de inyeccin.


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Fig. 1.3. Diagrama de la unidad de inyeccin de la mquina inyectora [Procesamiento de PlsticosInyeccin/Moldeo/Hule/PVC, MORTON JONES, pg. 190]

Es bien sabido que la conductividad trmica de los plsticos es muy inferior a la de losmetales, por lo que su procesamiento debe hacerse en capas delgadas para que latransferencia de calor sea lo ms rpida posible y sostenible econmicamente. Esto se lograaprovechando el fenmeno de plastificacin, que consiste en la fusin de la capa de materialdirectamente en contacto con la superficie del barril, la cual transmite el calor, porconveccin forzada, al material slido en las capas inferiores hasta que se plastificacompletamente la masa de material.

En las inyectoras comerciales aproximadamente un 50% del calor requerido para fundir elmaterial lo aporta la friccin viscosa, generada por el giro del tornillo con respecto al barril,y el otro 50% lo aportan las resistencias elctricas.

1.3.3 UNIDAD DE POTENCIA

Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad deinyeccin y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden

clasificar como.1. Sistema de motor elctrico con unidad reductora de engranajes2. Sistema de motor hidrulico con unidad reductora de engranajes3. Sistema hidrulico directo

Sistema de potencia elctrico: El sistema elctrico se utiliza generalmente en mquinasrelativamente pequeas. Este sistema se emplea tanto para el giro del tornillo como para laapertura y cierre del molde. La mquina emplea dos sistemas mecnicos de engranajes ypalancas acodadas, uno para el cierre del molde y otro para el tornillo. Cada uno accionadopor un motor elctrico independiente. El accionamiento del tornillo cuando realiza la


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inyeccin lo ejecuta un cilindro hidrulico. En los sistemas con motor elctrico, la velocidadpuede ajustarse slo en un determinado nmero de valores, lo cual puede ocasionarproblemas en la reproduccin de parmetros de operacin y dificultar la obtencin de piezas

con una calidad constante. Los motores elctricos generan grandes torques de arranque, porlo que debe tenerse precaucin al usar tornillos con dimetros pequeos para evitar que serompan.

Sistema de potencia hidrulico: Los motores hidrulicos son los ms comnmenteutilizados, su funcionamiento se basa en la transformacin de la potencia hidrulica delfluido en potencia mecnica. Fig. 1.4. A diferencia de los sistemas electromecnicos, dondela potencia es transmitida a travs de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estoselementos se sustituyen, parcial o totalmente, por tuberas de conduccin que llevan el fluidoa presin a los pistones de inyeccin y de cierre del molde. El fluido que ms se utiliza es elaceite debido, principalmente, a sus propiedades lubricantes en aplicaciones que involucran

grandes cargas. En los sistemas hidrulicos es comn utilizar presiones que varan entre los70 y 140 kg/cm2. Las ventajas del motor hidrulico con respecto al elctrico puedenresumirse principalmente en:

Fcil variacin de velocidades, regulando el volumen de fluido. La relacin entre el torque y la velocidad es aproximadamente lineal. El lmite de

torque se determina por la presin limitante y el torque de arranque esaproximadamente igual al de funcionamiento.

Permite arranques y paradas rpidos debido al pequeo momento de inercia. Permite relaciones bajas de peso potencia, lo que posibilita alcanzar altas velocidades

de inyeccin del material.

Fig. 1.4. Diagrama de la unidad de potencia de la mquina inyectora [Procesamiento de PlsticosInyeccin/Moldeo/Hule/PVC, MORTON JONES, pg. 192]


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1.3.4 UNIDAD DE CONTROL

Este sistema bsicamente contiene un controlador lgico programable (PLC) y controladoresPID para las resistencias elctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar lasecuencia del ciclo de inyeccin y recibe seales de alarma, por sobrepresin o finales decarrera, para detener el ciclo. Los controladores PID son los ms adecuados para el controlde temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura alos niveles requeridos.

1.3.5 PARMETROS DE UNA INYECTORA

Las principales caractersticas utilizadas para dimensionar y comparar mquinas inyectoras

son:

Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton)

Capacidad de inyeccin: es el volumen de material que es capaz de suministrar la

mquina en una inyeccin (cm3/inyeccin). Es comn dar este valor en gramos,

tomando como referencia la densidad del poliestireno.

Presin de inyeccin: es la presin mxima a la que puede bombear la unidad de

inyeccin el material hacia el molde. Usualmente se trabaja a un 60% de esta presin

o menos.

Capacidad de plastificacin: es la cantidad mxima de material que es capaz de

suministrar el tornillo, por hora, cuando plastifica el material; se da en kg/h.

Velocidad de inyeccin: es la velocidad mxima a la cual puede suministrar la unidad

de inyeccin el material hacia el molde; se da en cm3/s.

1.4 TAPAS

Las tapas y accesorios para el cierre, hoy en da, hacen mucho ms que proteger losproductos acondicionados. No es preciso ser especialista para saber que esos accesorios deacondicionamiento asumieron el papel central en las estrategias de diferenciacin frente a lacompetencia. Por ms elemental que sea, esa idea ayuda a entender una notable tendenciadel actual mercado de cierres: la exploracin de innovaciones que no se sitannecesariamente en el campo de la funcionalidad y de la conveniencia.


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Tomemos el ejemplo del creciente uso de tapas plsticas transparentes, visibles en losmercados de bebidas, alimentos y cuidado personal. Al ofrecer innovaciones visuales a lascuales no se le daba gran importancia hasta hace poco tiempo atrs, las tapas transparentes

ya se ven como algo ms, capaz de influenciar en la decisin de compra. Adems, estcreciendo en el mercado de las transformaciones, la demanda por resinas especialesenriquecidas por nuevas generaciones de clarificantes y aditivos.

Las tapas transparentes pueden ser una herramienta adicional para llamar la atencin delconsumidor, defiende Claudia Cari Sevo, gerente en el Brasil de la lnea de aditivos parapolmeros de Milliken, importante proveedora de especialidades qumicas para embalajesplsticos. La empresa ofrece productos como clarificante Millad 3988, una de susespecialidades desarrolladas para garantizar la transparencia de piezas de polipropileno (PP).Con aditivos, se ofrecen en el mercado de embalajes como una alternativa al vidrio o a losotros polmeros transparentes, el caso del PET. Fotografa 1.1.

Fotografa. 1.1. de una tapa plegable

1.4.1 ANTECEDENTES

Dcada de 1930:Se desarrollan por primera vez las tapas de aluminio en el laboratorio de investigacin deAlcoa en New Kensington, Pennsylvania (EE.UU.). La primera tapa comercial de aluminiose llam GOLDY, debido a su recubrimiento dorado brillante. El primer cliente importantefue H. J. Heinz, que utiliz la popular tapa Goldy para sellar salsas y ktchups.

Dcada de 1940:Comienzan las operaciones de fabricacin de tapas en Richmond, Indiana. En ese entonces,la compaa era conocida como la Aluminum Seal Company.

Dcada de 1950:Las tapas de aluminio con evidencia de adulteracin para lubricantes de motor, productosfarmacuticos y licores dominaban los mercados.

Dcada de 1960:Se desarrolla la tapa de aluminio a rosca de 28 mm resellable para las industrias de lacerveza y de las bebidas alcohlicas.


21/117


11


Dcada de 1970:Se constituye Alcoa CSI mediante la unin de las divisiones de equipamientos deencapsulado y tapas de metal de Alcoa en todo el mundo.

Dcada de 1980:Alcoa CSI adquiere H-C Industries, Inc., que haba desarrollado un proceso de moldeo porcompresin patentado para la fabricacin de tapas para bebidas alcohlicas. La primera tapade plstico para bebidas alcohlicas carbonatadas de mayor xito fue el diseo "H-C Wing-Lok". Hoy en da, a travs de continuas mejoras y actualizaciones de sellado y aplicacin dealta velocidad, este diseo sigue teniendo gran demanda en muchas regiones del mundo.

Dcada de 1990:Se desarrolla la tapa "Double-Lok" para brindar mejor evidencia de adulteracin a losdiseos existentes. Alcoa CSI desarrolla la tecnologa de impresin por videojet en elinterior de la tapa (UTC, por las siglas en ingls) para ofrecer capacidad promocionalflexible, de bajo costo y de alta calidad. Contina la expansin agresiva en el extranjero conla adicin de plantas nuevas en China, Bahrein, Hungra y Rusia. Expansin internacional:Alcoa CSI agrega sedes regionales en Europa (Londres), oficinas de venta regionales(Singapur) y un centro de servicio tcnico (Malasia). Alcoa CSI desarrolla una lnea nuevade tapas para envases de agua, incluyendo una tapa deportiva tipo "push-pull" (empujar-tirar). Se desarrollan otros diseos innovadores entre los que se incluyen accesorios dedescarga para envases de cartn tipo "gable top" (extremo superior de aguiln) para jugos ytapas para bebidas isotnicas de llenado en caliente

1.5 CERRADORAS DE TAPAS

Tenemos un amplio rango de cerradoras de tapas fliptop. Las mismas aplicables a distintostamaos y secciones de tapas, circulares, elpticas, asimtricas etc.

Las mquinas pueden trabajar abajo de las inyectoras o en forma independiente. Las tapaspueden ser cargadas en una tolva elevadora, o ser transportadas por una cinta transportadoradesde la inyectora.

El equipo posee una estacin de calentamiento de bisagra cuando la cerradora no trabaja enlnea con la inyectora.

Los equipos tienen control de cierre, derivadores a dos cajas s con conteo y otros sistemas decontrol para garantizar un funcionamiento continuo y seguro. Fotografa 1.2. mquinacerradora.


22/117


1.5.1 MQUINA CERRA

Las tapas abiertas son vervibracin, alimenta el tazntravs de 3 guas independiEl herramental exterior delmodelo de tapa, optimizand3 guas.

Las tapas abiertas entran alevantar la parte superior d

horizontal que contina eneumtico, lograr cerrarla p(Fotografa 1.3.).

La tolva alimentadora, el tanivel para garantizar el traesta cerradora cuenta con u

Todas las partes en contactmontado sobre una platafor

Fot


Fotografa 1.2 de una mquina cerradora

ORA DE TAPAS TIPO FLIP-TOP

tidas a granel en la tolva de 3ft3 de cde 36 de dimetro; este a su vez orientntes hacia la estacin de cerrado.

tazn fue especialmente diseado parao y garantizando al mximo un flujo con

la estacin de cerrado, ah son empujadla tapa. La tapa sigue avanzando y pasa

pujando la cubierta para finalmente, poor completo.

zn y las guas de salida, cuentan con unajo continuo del equipo y/o advertir desistema de deteccin y rechazo de tapas

con el producto estn hechas en acero ia y cuanta con un tablero elctrico y ne

grafa 1.3. de una mquina cerradora tipo Flip - Top


12

pacidad que, mediantelas tapas y las dirige a

orientar y ordenar estetante de salida hacia las

as contra una leva parapor debajo de un perno

r medio de un cilindro

sistema de deteccin delgn bloqueo. Adems,mal cerradas.

noxidable. El equipo vamtico.


23/117


13


1.5.2 ALIMENTADORES VIBRATORIOS

Ellos son usados para alimentar y orientar piezas en equipamientos automticos. Paraalimentar y orientar partes, alimentadores vibratorios circulares y lineales, elevadoresorientadores y alimentadores rotativos o centrfugos.

Los alimentadores vibratorios son aplicables en una extensa gama de productos de formassimples e intrincadas.

Los alimentadores rotativos o centrfugos, se utilizan para alimentar tapas, bombas,vlvulas, y otros componentes. Fotografa 1.4 imagen de una tina vibradora.

Fotografa 1.4. de una tina vibradora

1.5.3 ALIMENTADORES CENTRFUGOS

Los alimentadores rotativos o centrfugos generalmente son de alta produccin.

Hay alimentadores vibratorios circulares desde 150 mm a 1200 mm de dimetro.

Los tazones vibratorios estn construidos en acero inoxidable AISI 304 o 316 y adems tienerecubrimientos especiales dependiendo del producto a alimentar.

Los controles electrnicos, tienen arranque suave, control de tensin y frecuencia.

Para recargar estos equipamientos fabricamos tolvas elevadoras y tolvas vibratorias con susrespectivos controles de recarga.

Las tolvas elevadoras y vibratorias son construidas en acero inoxidable o pintadas en pinturaepoxidica.


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14


En este capitulo, damos a conocerlas ecuaciones de ingeniera bsica,

as como datos con las que se

sustentan los clculos del proyecto.

MARCO TERICO

CCCAAAPPPIIIIII


25/117

Capitulo II Marco Terico

15


2.1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Las propiedades de los fluidos son:

a) Fluidez

Se define como fluidez, la mayor o menor facilidad que encuentra un fluido a fluir.

b) Viscosidad

La viscosidad viene dada por la mayor o menor resistencia de las molculas de los fluidos adesplazarse unas sobre otras.

c)

CompresibilidadUn fluido sometido a presin se comprime. Sin embargo esta compresibilidad es muyreducida en los lquidos, no as en los gases.

En algunos clculos se toma el fluido como si no fuera compresible. Ahora bien, en otroscasos en que la presin es importante debe tenerse en cuenta este concepto. Seguidamente sedan algunos coeficientes de compresin para fluidos.

d) Rgimen de flujo

El flujo puede circular por un conducto en rgimen laminar o turbulento. Este conceptoresulta muy importante a la hora de determinar las prdidas de carga que se originan en unfluido que circula por un conducto.

2.2 AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido es una de las formas ms antiguas que conoce el hombre y aprovechapara reforzar sus recursos fsicos.

El diseo y mantenimiento adecuado de redes de aire comprimido y sus respectivosaccesorios, juega un papel muy importante en los procesos productivos involucrados cuyaenerga utilizada es el aire.

Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire alvalor del trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde unaestacin central. El aire comprimido viene de la estacin compresora y llegas a lasinstalaciones a travs de tuberas.


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16


Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendruna larga duracin. Tambin deber tenerse en cuenta la aplicacin de los diversos tipos decompresores.

2.2.1 PROPIEDADES DEL AIRE

El aire comprimido es aire sometido a presin, compuesto en un 78% de nitrgeno, un 21%de oxigeno y en un 1% de otros gases (especialmente argn).

Considerando la libre movilidad trmica de sus molculas, los gases tienen la propiedad dellenar cualquier espacio cerrado en el que se encuentran. Este espacio cerrado puede ser undispositivo.

Densidad = 1,2928 Kg/m3Exponente isoentropico X= 1,40Velocidad del sonido C= 331 m/sConstante individual del gas Ri= 286,9 J/(Kg.K)

Estos datos estn referido a una temperatura normal n= 0 C y una presin normal pn= 101325 Pa= 1,01325 bar.

2.2.2 HUMEDAD DEL AIRELa humedad del aire es una mezcla entre aire seco y vapor de agua. El aire solo puedecontener vapor de agua en cantidades limitadas. La cantidad depende de lo que indique elbarmetro y de la temperatura. La condensacin se produce con el enfriamiento.

Los lmites de la condensacin estn determinados por el punto de roco y por el punto decondensacin bajo presin.

2.2.3 PUNTO DE ROCIOEs la temperatura en la que el aire esta saturado de vapor de agua. Esta saturacin completacorresponde a una humedad de 100%. En el momento en el que la temperatura del aire esinferior a ese punto, empieza la condensacin del aire hmedo.

Si las temperaturas son inferiores a cero grados centgrados, se forma hielo. Este fenmenopuede delimitar considerablemente el caudal y el funcionamiento de los componentesincluidos en una red neumtica. Cuanto menor es el punto de roci, tanto menor es lacantidad de agua que puede retener el aire. El punto de roco depende de la humedad relativadel aire, de la temperatura y de la presin.


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17


2

22

1

11 .,.,T

VP

T

VP absabs=

2211 .,., VPVP absabs =

2.3 PRESIN

La presin es una de las magnitudes fsicas. Las magnitudes fsicas describen propiedades

medibles o procesos de los cuerpos. La presin describe la relacin entre la fuerza y lasuperficie.

A

FP = (2.1)

En la neumtica, los datos de presin estn referidos generalmente a una presin dereferencia, la presin atmosfrica Pamb.

Presin atmosfrica.- Es la presin baromtrica del aire. Presin absoluta.- Es la presin comparada con vacio absoluto en calidad. Presin diferencial.- Es la presin que expresa la diferencia existente entre dos presiones

absolutas. Sobrepresin.- Es la presin superior a la presin atmosfrica, considerando que esta

represente el valor cero. Presin de flujo.- Es la presin en la unidad consumidora en el momento de la toma de

aire comprimido. Presin dinmica.- Es la presin existente en una red de tuberas mientras no se consume

aire comprimido.

Pamb = presin ambiente presin atmosfricaPu = presin debajo de la presin atmosfrica vacioPe = por encima de la presin atmosfrica presin relativaPabs = presin contada desde el punto 0 absoluto presin absolutaPabs = Pe+ PambPe = Pabs PambPamb = Pabs- Pe

Si se reduce el volumen de un recipiente cerrado, la presin en el recipiente aumenta segn

la siguiente formula:

Pabs presin absoluta (bar)V volumen (m

3)Tabs temperatura (K)A temperatura constante rige:

2.2

2.3


28/117


18


2.3.1 PRESIN POR FUERZAS EXTERNAS (Ley de Pascal)

La presin ejercida sobre un lquido se transmite por igual en todas las direcciones.

Presin: Es la fuerza (F) que se ejerce, por unidad de superficie.

A

FP =

Presin de una columna de agua (c.d.a.):10 m de c.d.a., 10 m ejercen una presin de 1 barsobre el fondo.

2.4 CALCULO DE CILINDROS NEUMTICOS

Las principales variantes a considerar en la seleccin de los cilindros neumticos son la fuerza delcilindro, la carga, el consumo de aire y la velocidad.

2.4.1 FUERZA DEL CILINDRO

La fuerza del cilindro es una funcin del dimetro del cilindro, de la presin del aire y del roce delembolo, que depende de la velocidad del embolo y que se toma en el momento de arranque. Lafuerza que el aire ejerce sobre el pistn es:

AreapistonPF aire =

Trabajando en unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI) la longitud es el metro (m), lafuerza viene dada en Newton (N) y la presin en Pascal (Pa) que es la presin ejercida por 1 N(Newton) sobre la superficie de 1 m2normal a la misma, o sea N/m2. Como el pascal es una unidadmuy pequea se utiliza el bar equivalente a 100000 pascal. Otras equivalencias del bar con unidadesde presin son:

1Bar = 0,987 atmosfera = 1,02 Kg/cm2= 1020 cm c.d.a. = 750mmHg

Para la comodidad del clculo se utiliza la fuerza en Newton la presin en Bar, el dimetro en mm. yla superficie en mm2De este modo la formula anterior pasa a ser:

10

)()(

1000000

)(1000)(

22 mmAreapistnbarP

mmAreapistnbarPF aireaire ==

Para los cilindros de simple efecto, la fuerza es la diferencia del aire y la del muelle.

muelle

aire fAreapistnP

F

=

10

muelle

aire fDP

F =40

** 2

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8


29/117


19


Donde:F= Fuerza (Newton)

D= Dimetro (mm)

Paire= Presin del aire (bar)

Fmuelle= Fuerza de muelle (Newton)

Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para volver a su posicin de equilibrio, assu fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero si en su carrera de retroceso debido a ladisminucin del rea del embolo por la existencia del vstago las expresiones matemticascorrespondientes son:

40

**

2DPF aireavance

=

40

)(*

22 dDPF aireretroceso

=

El rozamiento del pistn en su movimiento equivale a un valor comprendido entre 3% y el10% de la fuerza calculada.

Fuerza de carga del cilindroLa carga depende de las formas de montaje del cilindro que son bsicamente tres.- Montaje fijo que absorbe la fuerza del cilindro en la lnea central. Es el mejor sistema yaque las fuerzas sobre el vstago estn equilibradas y los elementos de fijacin (tornillos, )solo estn sometidos a una simple tensin de cizalladura. La fijacin del cilindro puede serdel tipo de esprragos o de brida.- El montaje absorbe la fuerza del cilindro en la lnea central y permite el movimiento en unplano. Se emplean cuando la maquina donde estn montados se mueve siguiendo una lneacurva.- El montaje absorbe la fuerza del cilindro en la lnea central y e plano de las superficies demontaje no coincide con dicha lnea por lo que, al aplicar una fuerza, se produce unmomento de giro que tiende a hacer girar el cilindro alrededor de los pernos de montaje.La seleccin del vstago del pistn depende del tipo de montaje del cilindro figura Y y de la

conexin del extremo del vstago.

Consumo de aireEl consumo de aire del cilindro es una funcin de la relacin de compresin del rea delpistn y de la carrera segn la formula:Consumo de aire = Relacin de compresin * rea de pistn *carrera * ciclos/minuto.La relacin de compresin referida a nivel de mar esta dada por:

987,0

)(987,0 barPaire+

2.9

2.10

2.11


30/117


20


El volumen de aire requerido para una carrera de pistn expresado en cm3es:

100

*

10000

)(*

4

)(22

3 lmmDdmV

=

4000000

**)(

23 lD

dmV

=

El consumo de aire en condiciones normales de presin y temperatura en el cilindro de simple efectoes pues:

nlDbarP

Q aire *4000000

***

987,0

)(987,0 2+=

Siendo:Q= Consumo de aire total (dm3/min)D= Dimetro cilindro (mm)l= Carrera (mm)n= Ciclos por minuto.

Para el caso de cilindros de doble efecto y despreciando el volumen del vstago se tiene:

nlDbarP

Q aire *4000000

***

987,0

)(987,0*2

2+

=

Velocidad del pistnLa velocidad del pistn se obtiene dividiendo el caudal por la seccin del pistn.

2

2

*

40000**

4000000

***

987,0

)(987,0min)/(

Dn

lDbarPdmVelocidad aire

+=

100

**

987,0

)(987,0min)/(

nlbarPdmVelocidad aire

+=

Esta velocidad seria algo menor debido a los espacios muertos en los cilindros (posiciones finales delos cilindros y tuberas de alimentacin), la fuerza de muelle antagonista la perdida provocada por lalongitud y seccin de las tuberas, y por las vlvulas de mando y escape.La velocidad media del embolo en los cilindros estndar se establece entre 0.1 y 1.5 m/seg.

2.12

2.15

2.14

2.13

2.16

2.17


31/117


21


2.5 ECUACIN DE BERNOULLI

La ecuacin de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tienela forma siguiente:

g

VP

g

VPZZ 2221

222

211

++=++

Donde:

P

= Carga de Presin

Z= Carga de Elevacin

gV2

2

= Carga de Velocidad

2.5.1. ECUACIN DE CONTINUIDAD

VAQ =

[ ] s

ft

smVAVAQ

23

.2211 === Q= Flujo volumtrico = VA

W= Flujo en peso = VAQ = [ ]sN M=Flujo en masa = [ ]s

KgVAQ ==

2.6 TIPOS DE CARGAS

Se pueden clasificar de varias formas. Por el tiempo de aplicacin son las siguientes.

o CARGA ESTTICA: Se aplica gradualmente igual que su reaccin el equilibrio se

encuentra fcilmente.o CARGA DE IMPACTO: Se genera en corto tiempo y el equilibrio se encuentra

rpidamente.

o CARGA PERMANENTE: Siempre va a estar sosteniendo cargas y resisten largosperiodos de tiempo.

o CARGA REPETIDA: Se repite en cortos tiempos.

Por superficie de aplicacin se clasifica en:o CARGA CONCENTRADA: Se aplica en un punto (fsicamente no existe). Fig. 2.1.

2.18

2.19

2.20

2.21

2.22


32/117


22


Fig. 2.1. Carga concentrada [Resistencia de Materiales, NASH]

o CARGAS UNIFORMES REPARTIDAS: En toda la longitud la carga tiene el mismovalor. Fig. 2.2

Fig. 2.2. Carga uniforme repartida [Resistencia de Materiales, NASH]

o CARGA UNIFORME VARIABLE: Esta a lo largo de un cuerpo pero va disminuyendo oaumentando gradualmente. Fig. 2.3.

Fig. 2.3. Carga uniforme variable [Resistencia de Materiales, NASH]

2.6.1 TIPOS DE APOYO, NUDOS O SOPORTES

Vigas simplemente apoyadas: las reacciones de la viga ocurren en sus extremos.

Vigas en voladizo: un extremo de la viga esta fijo para impedir la rotacin; tambin

se conoce como un extremo empotrado, debido a la clase de apoyo.

Vigas con voladizo: uno o ambos extremos de la viga sobresalen de los apoyos.

Vigas continuas: una viga estticamente indeterminada que se extiende sobre tres o

ms apoyos.

Sin carga: la misma viga se considera sin peso (o al menos muy pequeo con las

dems fuerzas que se apliquen).

Carga concentrada: una carga aplicada sobre un rea relativamente pequea

(considerada aqu como concentrada en un punto).

Carga uniformemente distribuida sobre una porcin de la longitud de la viga.


33/117


23


2.6.2 ESFUERZOS INDUCIDOS POR FLEXIN

I

My=

= Esfuerzo inducido por flexin (Pa,psi,Kg/cm2)M = Momento flexionante inducido (Nm, lb in, Kg cm)y= Distancia del plano neutro (m, in, cm)I= Momento de inercia con respecto al plano neutro (m4, in4, cm4)

2.6.3 FUERZA AXIAL.

Cuando suponemos las fuerzas internas uniformemente distribuidas, se sigue de la estticaelemental que la resultante P de las fuerzas internas debe estar aplicadas en el centroide de Cde la seccin. Esto significa que una distribucin uniforme de esfuerzos es posiblenicamente si la lnea de accin de las cargas concentradas P y P pasa por el centroide de laseccin considerad. Este tipo de carga se conoce como carga axial centrada y supondremosque se produce en todos los elementos sujetos a dos fuerzas que encontramos en cerchas y enestructuras conectadas por articulaciones.

2.6.4 DEFINICION DE ESFURZOS CORTANTES.

Debe existir fuerzas internas en el plano de la seccin y que su resultante debe ser igual a P.

estas fuerzas internas elementales se llaman fuerzas cortantes y la magnitud P de suresultante es el cortante en la seccin. Dividiendo la fuerza cortante P por el rea A de laseccin obtenemos en el esfuerzo cortante promedio en la seccin. Los esfuerzos cortantesse presentan normalmente en pernos, pasadores y remaches utilizados para conectar variosmiembros estructurales y componentes de mquinas.

2.6.5 DEFINICION DE MOMENTO FLEXIONANTE.

Un diagrama de fuerzas cortantes o un diagrama de momentos flexionantes es una graficaque muestra la magnitud de la fuerza cortante o momento flexionante a lo largo de la viga.

2.6.6 PUNTO DE CEDENCIA

Es el punto donde el material sufre deformacin permanente sin que aumente e inclusivedisminuya el esfuerzo. Para los materiales frgiles no se observa claramente un punto decedencia por lo que para estos materiales se establece una resistencia de cedencia.

FALLA: Es el estado o condicin en el cual un elemento deja de realizar su trabajo ofuncin adecuadamente.

Para que un elemento falle no necesita romperse se pueden presentar los siguientes casos:

2.23


34/117


24


Falla por deformacin excesiva

Falla por deformacin plstica esta es permanente

Falla por ruptura

2.6.7 SISTEMAS ARTICULADOS

Consideraremos criterios de diseo: resistencia de rigidez; por resistencia la condicin es unesfuerzo mximo permisible o de trabajo; por rigidez es una deformacin mxima admisible.Si en algn caso nos condicionan los dos parmetros se realizan los clculos para cada unode ellos se comparan resultadas y se obtienen una conclusin de diseo.

2.6.8 FLEXIN

Consideraciones para el estudio de vigas.

1) La viga debe ser homognea, elstica, utpica, lineal o continua.2) Las cargas en las reacciones se localizan sobre un mismo plano llamado plano de

carga de tal manera que nos queda un sistema de fuerzas coplanar.3) En el estudio exclusivo de vigas las fuerzas paralelas al eje longitudinal del elemento

se desprecia de tal manera que nos queda un sistema de fuerzas paralelo.

2.7 METODO PARA EL CALCULO DE CORTANTES Y MOMENTOSFLEXIONANTES

2.7.1 METODO DE DE LA DOBLE INTEGRACIN.

Es uno de tantos mtodos que se basan en el anlisis de las deformaciones, en particular lade los soportes. El mtodo consiste en integrar sucesivamente una ecuacin denominadaEcuacin Diferencial de la Elstica dada por la expresin:

xMdx

ydEI ====

2

2

E = Mdulo elstico del material del que est hecha la viga.

I = Momento de inercia de la seccin transversal respecto al eje neutro.

Mx = Ecuacin de momentos a lo largo de toda la barra.

2.24


35/117


25


Al integrar sucesivamente la ecuacin de momentos, aparecen constantes que ser necesariosdefinir. Estas constantes se determinan en funcin de las condiciones de frontera, quegeneralmente las definen los tipos de apoyo o la simetra de la carga. Recordemos que un

apoyo simple tiene pendiente pero no tiene flecha y un apoyo empotrado no tiene nipendiente ni flecha. En un punto cualquiera de la viga, la pendiente es la misma analizandolas cargas y momentos a la izquierda o a la derecha del punto.

2.8 ELECTRONICA BASICA

2.8.1 TRANSISTORES

Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales como el silicio o elgermanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeas cantidades de materiasextraas), de manera que se produce una abundancia o una carencia de electrones libres en elprimer caso, se dice que el semiconductor del tipo n y en el segundo que es del tipo p.Combinando materiales de tipo n y del tipo p puede producirse un diodo. Cuando este seconecta a una batera de manera tal que el material tipo p es positivo y material tipo n esnegativo, los electrones son repetidos desde el terminal negativo de la batera y pasan, sinningn obstculo, a la regin p que carece de electrones. Con la batera invertida loselectrones que llegan al material p pueden pasar solo con muchas dificultades hacia elmaterial n, que ya esta lleno de electrones libres en cuyo caso la corriente es casi cero.Otro tipo de transistor es el de efecto de campo (FET, acrnimo ingles de Field-EffectTransistor) que funciona obre la base del principio de repulsin o de atraccin de cargadebido a la superposicin de un campo elctrico. L a amplificacin de corriente se consigue

de manera similar al empleado con el control de rejilla de un tubo en vacio.

2.8.2 TENSION Y POTENCIA DE COLECTOR

La ley de Kirchhoff seala que la suma de todas las tensiones a lo largo de una malla otrayectoria cerrada es igual acero. Si se aplica al circuito del colector, la ley de las tensionesde Kirchhoff nos da esta importante ecuacin.

CCCCCE RIVV =

Esta ecuacin indica que la tensin del colector-emisor es igual a la tensin de la fuente depolarizacin del colector (VCC) menos la tensin que hay en la resistencia de colector.

CCED IVP =

Los subndices simples se usan para las tensiones de los nodos, es decir, tensiones entre elpunto del subndice y masa. La tensin VBes la tensin entre la base y masa, la tensin V Ces la tensin entre el colector y masa y la tensin V Ees la tensin entre el emisor y masa.Puede calcular una tensin con subndice doble de distinto subndice restando sus tensiones

con subndice simple aqu tenemos tres ejemplos.

2.25

2.26


36/117


26


EBBE

BCCB

ECCE

VVV

VVV

VVV

=

=

=

As es como se calculan las tensiones de subndice doble para cualquier circuito detransistor: como VEes cero en una conexin las tenciones se simplifican a:

BBE

BCCB

CCE

VV

VVV

VV

=

=

=

Aplicando la ley de Ohm a la resistencia de la base obtenemos esta derivacin:

B

BEBB

BR

VVI

=

Si se utiliza un diodo ideal, VBE=0. Con la segunda aproximacin, VBE=0,7V.La mayora de las veces la segunda aproximacin ser el mejor compromiso entre lasencillez de calculas al usar un diodo ideal y la precisin al usar aproximaciones superiores.Todo lo que se necesita recordar para la segunda aproximacin es que V BE=0,7.

2.8.3 CIRCUITO INTEGRADO

La mayora de los circuitos integrados son pequeos trozos, o chips de silicio de entre 2 y4mm2, sobre los que se fabrican los transistores. La fotolitografa permite al diseador crearcentenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada lasnumerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricacin, estas regiones son interconectadasmediante conductores minsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos.Estos circuitos integrados son llamados monolticos por estar fabricado sobre un nicocristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia y su fabricacin esmas barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.Resistencia elctrica:

La resistencia elctrica es la mayor o menor capacidad de un material para permitir el pasode la corriente elctrica. Se mide con el hmetro y se expresa en ohm.El voltaje, la resistencia y la intensidad que circula por un circuito estn relacionados. Estarelacin se conoce como la ley de Ohm, se expresa como:

RIV *=

2.27

2.28

2.29

2.30


37/117


27


2.9 COMPUERTAS LOGICAS

Son circuitos que generan voltajes de salida en funcin de la combinacin de entrada

correspondientes a las Funciones Lgicas, en este curso se usa la analoga llamada lgicapositiva en la cual alto (H) corresponde a Verdadero y bajo (L) corresponde a Falso.

Una puerta lgica, o compuerta lgica, es un dispositivo electrnico que es la expresinfsica de un operador booleano en la lgica de conmutacin. Cada puerta lgica consiste enuna red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operadorparticular. Son esencialmente circuitos de conmutacin integrados en un chip.

Claude Elwood Shannon experimentaba con rels o interruptores electromagnticos paraconseguir las condiciones de cada compuerta lgica, por ejemplo, para la funcin booleanaY (AND) colocaba interruptores en circuito serie, ya que con uno solo de stos que tuviera lacondicin abierto, la salida de la compuerta Y sera = 0, mientras que para laimplementacin de una compuerta O (OR), la conexin de los interruptores tiene unaconfiguracin en circuito paralelo.

La tecnologa microelectrnica actual permite la elevada integracin de transistores actuandocomo conmutadores en redes lgicas dentro de un pequeo circuito integrado. El chip de laCPU es una de las mximas expresiones de este avance tecnolgico.

En nanotecnologa se est desarrollando el uso de una compuerta lgica molecular, que hagaposible la miniaturizacin de circuitos.

2.9.1 Compuerta Y (AND)

Fig. 2.4). Diagrama Compuerta AND.

Smbolo de la funcin lgica Y a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lgicaY, ms conocida por su nombre en inglsAND, realiza la funcin booleanade producto lgico. Su smbolo es un punto (), aunque se suele omitir. As, el productolgico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.

La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta AND es:

2.31


38/117


Su tabla de verdad es la sig

Se puede definir la puertatodas las entradas estn a ni

2.9.2 Compuerta O (OR)

Smbolo de la funcin lgic

La puerta lgicaO, ms clgica.

La ecuacin caracterstica q

Su tabla de verdad es la sig

Podemos definir la puerta O c

de sus entradas est a 1.


iente:

Tabla2.1 Tabla de verdad puerta AND

Entrada A Entrada B Salida AB

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

ND, como aquella compuerta que entregvel alto1.

Fig. 2.5). Diagrama Compuerta OR.

a O a) Contactos, b) Normalizado y c) N

nocida por su nombre en ingls OR, reali

ue describe el comportamiento de la puer

iente:

Tabla2.2 Tabla de verdad puerta OREntrada A Entrada B Salida A + B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

omo aquella que proporciona a su salida un 1

pitulo II Marco Terico

28

un 1lgico slo si

normalizado

za la operacin de suma

a OR es:

lgico si al menos una

2.32


39/117


29


2.10 COMPONENTES ELECTRONEUMTICOS

2.10.1 VLVULAS SOLENOIDES

Dentro del sistema neumtico, la vlvula solenoide es la unin entre un controlelectrnico/elctrico y la parte neumtica que realiza el trabajo.

La vlvula solenoide ms corriente es la vlvula solenoide piloto. Su armazn forma unelemento de doble cabezal que proporciona una vlvula de funcin 3/2.

En el momento que pasa energa a travs de la bobina, el flujo magntico recorre el armazny la parte esttica superior del tubo gua. Efectivamente este convierte el armazn y la

seccin esttica en imanes que se atraen, lo cual hace que el resorte se mueva hacia unresorte que cierra un circuito magntico. La junta de la parte superior deja pasar el aire de unpequeo surtido al orificio de salida. La junta de la parte superior cierra el surtidor de escape

El diseo es fruto de la relacin entre la cantidad de aire empleado y la energa elctricaconsumida.

2.10.2 VALVULAS SOLENOIDES PILOTO

En un gran nmero de aplicaciones los cilindros estn controlados por vlvulas solenoidescon piloto neumtico. Una vlvula solenoide convencional, tiene un a corredera, la cual esempujada a la derecha o izquierda por seales de aire. Estas seales proceden de las dosvlvulas solenoides piloto montadas en ambos extremos. Cuando el solenoide de la izquierdaentra en funcionamiento mueve la corredera hacan la derecha, y cuando hacemos funcionarla vlvula de la derecha, movemos la bobina hacia la izquierda. Las tres vlvulas necesitanpresin de alimentacin, y sin embargo, solo hay una conexin de suministro para elconjunto de las vlvulas. Esto ocurre gracias a que el cuerpo de la vlvula pose un sistema decanalizaciones internas que conecta l puerto de suministro a ambos solenoides.

No obstante en algunas aplicaciones no es factible el suministro interno.

2.10.3 ELECTROVALVULA PROPORCIONAL DE PRESION

Tiene tres estados de funcionamiento:

1. Suponiendo que la salida esta alimentando un extremo cerrado, la presin de salidaesta equilibrando la potencia del solenoide y da como resultado una posicinintermedia de la bobina. En esta posicin no hay flujo de entrada ni de salida en elsistema.


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30


2. La seal elctrica se incrementa y desplaza la bobina hacia la izquierda. Esto haabierto parcialmente la entrada de modo que se esta produciendo un flujo y se estaincrementando la presin. Esto continuara hasta que la nueva presin equilibre la

nueva potencia del solenoide y la bobina vuelva a la posicin intermedia.3. La seal elctrica disminuye y desplaza la bobina hacia la derecha. Esto ha abiertoparcialmente la salida de modo que se esta produciendo un flujo y se esta reduciendola presin. Esto continuara hasta que la nueva presin equilibre la nueva potencia delsolenoide y la bobina vuelva a la posicin intermedia.

2.10.4 ELECTROVLVULA PROPORCIONAL DE CAUDAL

Tiene tres estados de funcionamiento:

1. Se aplica una corriente continua de 12 mA, es decir, a media distancia entre el

margen 4-20 mA. Esto hace que la bobina adopte una posicin intermedia donde nohay flujo a travs de la vlvula en ninguna direccin.

2. La seal al solenoide ha disminuido a 10mA. Esto ha dado como resultado unapotencia menor del solenoide, de modo que el muelle ha movido la bobina hacia laderecha. Esto produce un flujo de aire procedente del puerto de entrada al puerto desalida y salida del cambio de seal y, por tanto, el flujo en este estado variara enproporcin de cero a 12mA hasta un mximo de 4mA.

3. La seal al solenoide se ha incrementado a 14mA. Esto ha dado como resultado unapotencia mayor del solenoide, de modo que la bobina se ha movido hacia la izquierdacontra el muelle. Esto produce un flujo de aire procedente del puerto de entrada al

puerto de salida y salida de un puerto a otro. La bobina se desplazara un espacioproporcional al cambio de seal y, por tanto, el flujo en este estado variara enproporcin de cero a 12mA hasta un mximo de 20mA.

2.10.5 INTERFAZ DE CONEXIN ELECTRICA DE LA VLVULAPROPORCIONAL

Las vlvulas solenoide proporcionales devuelven una mayor exactitud y capacidad derepeticin se proporciona oscilacin a la seal de control. Esta situacin se produce en torno

a un valor medio y provoca una ligera vibracin de la bobina de la vlvula respecto a suposicin adecuada. Esta oscilacin de la bobina mantiene el sistema vivo y sensible,puesto que la bobina no tiene oportunidad de asentarse. Tambin se reducesignificativamente la histresis de la vlvula.

2.10.6 APLICACIONES DE LA ELECTROVLVULA PORPORCIONAL DEPRESIN

Para conseguir un sistema de control mas sofisticado, el cilindro puede ser controlado por

una vlvula de flujo proporcional. La vlvula se ajusta de forma constante mediante una


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31


seal variable enviada por un controlador electrnico. La posicin del pistn se transmite alcontrolador mediante un codificador, que enva una cadena de impulsos a este ltimo amedia que se desplaza el pistn. Estos impulsos se mantienen en un contador. El nmero de

impulsos se incrementa a medida que el pistn se desplaza hacia la derecha y disminuyecuando se mueve hacia la izquierda, siendo su valor cero cuando el pistn alcanza el final decarrera hacia la izquierda. La resolucin es de un impulso cada 0.7 mm de recorrido de lacarrera. Cuando se precisa que el pistn se mueva a una posicin determinada, se enva unaseal de control de posicin al controlador equivalente al numero de cuentas para alcanzarla posicin deseada. El controlador entonces compara la posicin actual de forma continuadarespecto a la posicin deseada y ajusta la seal a la vlvula proporcional para enviar ymantener el pistn en la posicin deseada. El control har pequeos ajustes de formaconstante para compensar cambios de carga, presin o temperatura. La posicin del pistn sepuede modificar rpidamente en cualquier momento; para ello, basta con modificar el valorde la seal de control de posicin.

2.11 QU ES UN PLC?

P.L.C. significa Controlador Lgico Programable.

Un PLC es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de unalgica, definida a travs de un programa.

Para explicar el funcionamiento del PLC, se pueden distinguir las siguientes partes:

Interfaces de entradas y salidas

CPU (Unidad Central de Proceso)

Memoria

Dispositivos de Programacin

El usuario ingresa el programa a travs del dispositivo adecuado (un cargador de programa o

PC) y ste es almacenado en la memoria de la CPU.

La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la informacin que recibe del exterior a travsde la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a travs de lacorrespondiente interfaz de salida.

Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las seales internasa niveles del la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activacin de una salida, lainterfaz adapta la seal y acciona un componente (transistor, rel, etc.)


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32


2.10.1 VENTAJAS DEL PLC

Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en rel o sistemaselectromecnicos son:

Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lgica cableada de un tablero o de uncircuito impreso de un sistema electrnico, mediante un programa que corre en unPLC.

Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la puesta enmarcha y en el ajuste del sistema.

Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operacin del sistema. Confiabilidad Espacio Modularidad Estandarizacin


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33


2.11 Sumario.

En el capitulo dos dimos a conocer los bases tericas para los clculos de diseo de la

maquina donde se sustentara con conocimientos en propiedades del aire comprimido que esla base de nuestro proyecto sin dejar por un lado los conocimientos de ingeniera bsica.

Dado lo anterior en el capitulo tres podremos observar las funciones que realizara estamaquina para este capitulo se ha tomado en cuenta aspectos del capitulo dos para conformarlas ideas principales y el diseo principal de nuestra maquina esto lo basamos de algunaforma en el capitulo dos ya que de no poderse concretar el diseo principal debido a algunafalla tendremos que regresar al capitulo dos para observar la forma de calcular otra opcinde diseo.

En el capitulo dos hubo un apartado donde se hablo del control el cual se realizara por mediode un PLC en un sistema neumtico es muy requerido el uso de este ya que nos puedeahorrar en costos en el proyecto a un mediano o largo plazo esta parte de control en elcapitulo tres no tubo una opcin secundaria ya que tomando en cuenta la capacidad del PLCno habr ninguna complicacin en el sistema de control.

Seleccionamos un PLC con las siguientes caractersticas:

Voltaje de alimentacin de 127 VCA.24 entradas de seal.16 salidas para el control de electrovlvulas.


44/117


34


A continuacin se presentan lassoluciones a las necesidades yrequerimientos de diseo,planteando diversas formas desolucionar el problema.

DISEO CONCEPTUAL

CCCAAAPPPIIIIIIIII


45/117

Capitulo III Diseo Conceptual

35


3.1 Funciones Principales.

Dentro de los requerimientos encontramos:

- Obligatorios:

Bajo costo. Dimensiones no sobrepasen las del equipo original en rea y altura (rea=1m2, altura

de 1.20 m.). El numero de tapas cerradas sea igual o mayor a las 1400 tapas/hr que actualmente se

proporcionan con la cerradora mecnica. Costo de mantenimiento econmico. Fcil operacin. Uso de materiales resistentes al calor.

- Deseables:

Uso de materiales ligeros. Transportacin de tapas por medio de aire o vibracin. Fcil ensamble.

En base a los requerimientos dados por la empresa obtuvimos las siguientes funcionesprincipales:

Alimentacin. Posicin de las piezas. Agrupacin por lotes. Primera parte del cierre de la tapa. Segunda parte del cierre de la tapa. Conteo de tapas cerradas.

3.2 ALTERNATIVAS DE SOLUCIN A LAS FUNCIONES PRINCIPALES

3.2.1 PRIMERA OPCIN DE CIERRE DE TAPAS

Alimentacin.

La maquina de inyeccin enva las tapas abiertas por medio de una banda transportadorahacia una tina vibradora (ver fotografa 3.1), esta a su vez alimenta a la maquina cerradoraenviando las tapas en posicin para entrara al riel de la maquina cerradora, el cual no


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AUTOMATIZACIN DEINDUSTRIAL CERRADO

sobrepasa las dimensionescada a las tapas y facilitar

Posicin de las pieza

Las tapas al salir del riel deel cual cubre al cuerpo de lla primera parte del cerrado

F

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

equeridas por la empresa. El riel tiene unl transporte de las mismas.

Fotografa 3.1. Banda transportadora

s.

la tina vibradora, continan sobre el rieltapa dejado el capuchn por fuera para

. Fotografa 3.2

tografa 3.2. Banda transportadora y tina vibradora

o III Diseo Conceptual

36

a inclinacin para darle

de la maquina cerradoraquedar en posicin para


47/117


Agrupacin por lote

Para agrupar por lotes se pl

- Por medio de un racionabarquen el lote requeriimpulso enviado por el

- Utilizando unas uas colas tapas provocando qcantidad de tapas necesy permitir el paso delFotografa 3.3

Fotog

Primera parte del cie

Para la primera parte del ci

- Aprovechando el moviuna ceja del lado en quel capuchn ejerza fulevantamiento del mism

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

.

ntean las siguientes opciones:

ador el cual esta compuesto por un brado, este va a ser movido por un servomensor que detectara la cantidad de tapas

locadas en medio del riel, las cuales vane se acumulen. Colocando un sensor,rias para formar el lote, enviando una seote de tapas para la realizacin de la

afa 3.3. Tina vibradora y maquina cerradora mecnic

rre de la tapa.

rre se plantean las siguientes opciones:

iento del racionador y colocando sobreesta el capuchn, logrando as que la c

erza contraria al movimiento del raci.


37

o con dimensiones quetor el cual al recibir elue conforman el lote.

a detener el transito del cual va a detectar la

al para mover las uasrimera etapa de cierre.

a

el riel (ver figura 3.1)ja al tener contacto cononador provocando el


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- Se agrupa el lote de tacuando se permita el pneumtico colocado con

del vstago del cilindrolote, este al recibir la setapas, va a salir del cilipara la segunda etapa dla ua que agrupa las ta

Segunda parte del ci

Al llegar las tapas con el ccilindro neumtico en la pa

final del vstago del cilindrlote, este al recibir la sealtapas, va a salir del cilincerrndolas por completo,paso de las tapas terminand

Fig. 3.2.

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

as sobre el riel por medio de una ua,so de tapas en la fase de agrupamiento,un cierta inclinacin por debajo del capu

se coloca una placa la cual va a abarcaral enviada por el sensor, el cual va a detndro provocando que el capuchn se elel cierre. Al regreso del vstago se va a eas les permita el paso y continen con la

Fig. 3.1. Riel transportador de tapas

rre de la tapa.

puchn semicerrado, se agrupa el lote sorte de arriba del riel, es decir, sobre las t

o se coloca una placa la cual va a abarcaenviada por el sensor, el cual va a detedro provocando que la placa ejerzal regreso del vstago se enva una seal,as el proceso de cerrado.

) vista frontal del cilindro neumtico acoplado a una

B) vista superior de la placa para el cerrado


38

la cual se va a activary se utiliza un cilindrohn de la tapa. Al final

el numero de tapas delctar el agrupamiento deve y quede en posicinviar una seal para quesegunda parte de cierre.

bre el riel. Se coloca unpas (ver figura 3.2).Al

el numero de tapas deltar el agrupamiento deresin sobre las tapasla cual va a permitir el

placa


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Conteo de tapas cerr

En la parte final del riel se ccerrado, enviando una seal acerradas.

El conteo es indispensable pahace indispensable que el nuconfiable podra llegarse a ata

3.2.2 SEGUNDA OPCION

Otra opcin de cerrado de tap

carrusel, el cual va a ser movgirando hasta llegar a la posipara dejarlo listo para el sigui

En el dibujo anterior observade tapas para poder hacer lospueda suministrar el caudal n

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

das.

loca un sensor, el cual va a detectar las taun contador, en el cual se va a llevar un co

ra la primera opcin de cerrado ya que estaero de tapas se exacto ya que si este no es

scar la tapa como ocurre en las maquinas ya

E CIERRE DE TAPAS

as es por medio de un flujo continuo en el c

ido por un motor paso a paso. Las tapas alin en que se encuentra el primer pistn qunte pistn, el cual va a realizar el cierre com

Fig. 3.3. Carrusel

os que el carrusel cuenta con 6 tapas las cualculos en la velocidad del pistn en base alcesario.


39

as al salir de la etapa dentrol del nmero de tapas

se realiza por lotes lo querealizado de una maneraxistentes.

ual entran las tapas en un

entrar al carrusel van a irva a levantar el capuchopleto de la tapa. (Fig. 3.3)

les se elegido ese numerocompresor para que este


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2.2.3 TERCERA OPCION

En esta opcin tenemos un cehacer un cerrado continuo tap

este cerrado cuenta con un rieprimera opcin.

Fot

Fot

En la imagen podemos observfigura anterior observamos la3.5).

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

E CIERRE DE TAPAS

rado parecido a la 1 opcin la diferencia radpor tapa a diferencia de la otra opcin que e

por el cual circulan las tapas este no cuenta

ografa 3.4. Tapa plegable para tubo de pasta dental.

ografa 3.5. Tapa plegable para tubo de pasta dental.

ar el tipo de tapas con el que se va a trabajar,tapa abierta como lo observamos en la fotogr


40

ica en que se pretendes por lotes de 20 tapas

con una barra como la

de manera que en laafa. (Ver fotografa 3.4 y


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Tabla 3.1. Comparacin de Propues

Requerimientos

Bajo costo

Dimensionamierequerido

Mayor produccicerrado de tapas

Costo de manteneconmico

Fcil operacinMateriales resistcolor

3.3 DISEO DE LA MQ

Tomando en cuenta las opcioprimera opcin, ya que la velagrupamiento de tapas nos ay

A continuacin presentamos u

4

5

6

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

as.

opcin 1 (Riel

cerrado porlotes

opcion2

(carrusel decerrado)

op

(cco

x

tox x

n dex x

imientox

x xntes al

x x

6 4

INA CERRADORA

es planteadas anteriormente, se opto por la i cidad de accionamiento de los actuadores ne

dara a incrementar la produccin.

n esquema de la maquina cerradora. (Ver Fi

Fig. 3.4 Mquina Cerradora Neumtica

3


41

cion3

rradotinuo)

x

x

x

x

x

5

plementacin de laumticos y el

. 3.4)

2


52/117


1. Riel Transportador

Este riel (ver Fig. 3.5) se divi- La primera que es en donde

- La segunda que es donde se

2. Actuador para prime

Cuando se forma el lote de lasemicerradas. (Fig. 3.8)

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

Fig. 3.5 Riel Transportador

e en 2 partes:e lleva a cabo la primera etapa del cerrado. (

Fig. 3.6 Entrada del Riel Transportador

realiza la segunda etapa del cerrado. (Ver Fi

Fig. 3.7 Salida del Riel Transportador

ra etapa de cerrado.

Fig. 3.8 Actuador de Simple Efecto con Placa

s 15 tapas, una placa levanta los capuchones


42

Ver Fig. 3.6)

. 3.7)

de las tapas para dejarlas


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43


3. Actuador de doble efecto.

Fig. 3.9 Actuador de Doble Efecto

Las tapas se agrupan sobre la primera seccin del riel, formando un lote de 15 tapas. (Fig. 3.9)

4. Actuadores para segunda etapa de cerrado.

Fig. 3.10 Actuadores de Simple Efecto

Cuando el lote esta posicionado en la segunda seccin, debajo de la segunda placa, esta bajapresionando los capuchones de las tapas cerrndolas por completo. (Fig. 3.10)

5. Actuador de doble efecto.

Fig. 3.11 Actuador de Doble Efecto

Despus de ser levantados los capuchones, el mismo lote de tapas es empujado por aire para avanzara la segunda seccin del riel de la maquina cerradora. (Fig. 3.11)


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6. Postes.

Estos unen la base con la maq

Estos estn a una altura igual7. Base

La base le da el nivel requeridle da estabilidad y un gran socm de ancho y 2 cm de espeso

CapitulNA MQUINA

RA DE TAPAS

Fig. 3.12 Postes de la Mquina Cerradora

uina cerradora, dndole un soporte y fijacin

la salida de la tina vibradora, la cual alimen

Fig. 3.13 Base para los Postes de la Mquina

o a la maquina cerradora (Fig. 3.13), ademorte a la maquina. Las dimensiones de la plar.


44

a la maquina.

ta a la maquina cerradora.

de que al ir fijada al pisoca son 44 cm de largo, 20


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45


3.4 Sumario.

En base al capitulo anterior, obtuvimos datos necesarios para el diseo de maquinas que puedan

darle solucin a nuestros requerimientos y necesidades.Se realizo una comparacin de las propuestas para as saber cual es la mas conveniente y poder

comenzar con el diseo de la misma.

A continuacin se muestran datos obtenidos de pruebas de laboratorio, as como los clculos

necesarios para la seleccin de los pistones neumticos, para as poder realizar el anlisis de los

esfuerzos producidos por la fuerza del pistn sobre el riel.

Se muestra tambin los diagramas del circuito neumtico, as como del diagrama de esfuerzos

cortantes y flexionantes.


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Capitulo IV Diseo a Detalle

46


En este parte esta plasmado undiseo detallado de la mquina, as

como los clculos para la

elaboracin de la misma.

DISEO A DETALLE

CCCAAAPPPIIIVVV


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AUTOMATIZACIN DE UINDUSTRIAL CERRADO

4.1 FUNCIONA

Fig. 4.1 Elementos de la M

Actuador CSeccin 2

Microswitch d0,d1, d0, d1

Microswitch c0

Actuadores D

CapiNA MQUINAA DE TAPAS

IENTO DE LA M QUINA CER

quina Cerradora

Fig. 4.2 El

Actuador A

Se

Sali

Salida de aire S1

Seccin 1

Riel de la TinaVibradora

Microswitchb0, b1

Microswitch a0

D

Salida de aire S3

Sensor fotoelctrico 2

ulo IV Diseo a Detalle

47

RADORA

ementos de la Tina Vibradora

Actuador B

nsor fotoelctrico 1

a de aire S2


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AUTOMATIZACIN DE UINDUSTRIAL CERRADO

1. ALIMENTACIN

Las tapas al salir del moldevibradora (Fig. 4.3 B)), esta a

el proceso el aire que sale dmaquina cerradora. (Fig. 4.3

2. AGRUPAMIENTO

A 1 cm de distancia del inicienviando una seal para quevstago del actuador de doble

el paso de las tapas y acumula

3. PRIMERA ETAPA

El sensor que se encuentra atapas y al llegar a la tapa numel contador (C1) va a cerrar ssalida del vstago, al que se llevante los capuchones de lacerrado (Fig. 4.5).

A

CapiNA MQUINAA DE TAPAS

, caen a una banda transportadora la cualsu vez las acomoda sobre el mismo riel de l

e la salida S1 empuja las tapas transport)).

ig. 4.3 A) Riel Transportador B) Tina Vibradora

o se encuentra ubicado un sensor el cual ase active la electrovlvula 4/2 vas, la cualefecto (A) que esta colocado a una distanci

ndo el lote de 15 tapas (Fig. 4.4).

Fig. 4.4 Lote de Tapas

E CERRADO

1 cm del inicio, adems de detectar la priero 15 que conforma el lote, es decir, despus contactos activando la electrovlvula 3/2 vcoloco al final una placa, del actuador de s

s tapas dejndolas semicerradas, realizando

ulo IV Diseo a Detalle

48

las deposita en una tinatina vibradora. Al iniciar

dolas hacia el riel de la

l detectar la primera tapaa a accionar la salida dela de 36.5 cm, impidiendo

era tapa, va a contar lass de enviar los 15 pulsos,as la cual va a accionar laimple efecto (B) para queas la primera etapa de

B


59/117

Capitulo IV Diseo a Detalle

49


Fig. 4.5 Cerrado de Tapas (1 Etapa)

4. SEGUNDA ETAPA DE CERRADO

Cuando el vstago del actuador (B) que realiza la primera etapa de cerrado sale por completo, activael interruptor de limite (b0) provocando que regrese el mismo vstago, al regresar por completo, seenva una seal por medio de un interruptor de limite (b1) para que el vstago del actuador (A) queimpide el paso de las tapas regrese y las tapas, siendo impulsadas por aire, continen por el riel,repitindose el proceso de la primera etapa de cerrado, es decir, un sensor esta colocado a unadistancia de 38.5 cm, el cual va a detectar la primera tapa, enva una seal para que salga el vstagodel actuador (C) de doble efecto que esta col

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AUTOMATIZACIONMAQ