Embotelladora semiautomatizada

8/8/2019 Embotelladora semiautomatizada

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SINALOA

FACULTAD DE INGENIERÍA CULIACÁN

LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN PROCESOSINDUSTRIALES

Embotelladora de líquidos semi-

automatizada “botellines”

AUTORES:

Armenta Ríos Ite!

C"a#ras A$osta Na#%a Mare!&

C"e'as Cer'antes M%sae! Es(%noa P)re F!or G"a#a!"(e

S%!'a *ern+n#e Fran$%s$o ,a'%er

Torres A'%t%a -ar!a G"a#a!"(e


2/25

PERÍODO: Fe.rero/ ,"n%o #e! 01234

INDICE

INTRODUCCIÓN................................................................................................... 32424 P!anteam%ento #e! (ro.!ema.....................................................................4

2404 Form"!a$%5n #e! (ro.!ema........................................................................4

2464 O.7et%'os: 8enera! & es(e$í9%$os...............................................................5

246424 O.7et%'o Genera!................................................................................5

246404 O.7et%'os es(e$í9%$os........................................................................5

244 ,"st%9%$a$%5n e %m(ortan$%a.......................................................................5

CAPITULO II4 MARCO REFERENCIAL....................................................................6

0424 Mar$o Te5r%$o4.........................................................................................6

0404 Mar$o $on$e(t"a!....................................................................................7

CAPITULO III4 PROPUESTA.................................................................................10

6424 I#ent%9%$a$%5n #e! Pro$eso......................................................................10

6404 S%stema me$+n%$o..................................................................................11

6464 S%stema Ne"m+t%$o................................................................................14

644 S%stema #e Contro!................................................................................14

ANALISIS DE PRODUCTIVIDAD...........................................................................18

CONCLUSIONES................................................................................................ 21

;I;LIOGRAFÍA................................................................................................... 21


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INTRODUCCIÓN

En el siguiente documento se presentan los detalles del proyecto denominado

“Embotelladora de líquidos semi-automatizada botellines” que se ha desarrollado alo largo de dos semestres, por alumnos de la Licenciatura en Ingeniería en

procesos industriales de la Facultad de Ingeniería Culiacn!

El proyecto aquí mostrado representa solamente un prototipo, en la "abricaci#n de

dicho prototipo se han utilizado herramientas adquiridas en di"erentes materias, de

di$ersas reas de la ingeniería, durante el transcurso de nuestra licenciatura!

El traba%o se di$ide en & capítulos, en el capítulo I encontraremos todo lo re"erente

al problema que se trata de solucionar, los ob%eti$os y la importancia de la

realizaci#n de nuestro prototipo! En el segundo capítulo encontraremos los marcos

te#rico y conceptual y "inalmente en el capítulo &, nuestra propuesta para darle

soluci#n al problema!


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CAPITULO I4 EL PRO;LEMA

2424 P!anteam%ento #e! (ro.!ema

En el municipio de Culiacn e'isten al menos &( microempresas que se dedican a

la producci#n y embotellado de bebidas no gaseosas, a peque)a o a mediana

escala, debido a que la temperatura de la regi#n es clida la $enta de este tipo de

bebidas ha tenido un gran auge, por lo que es normal que cada día salgan al

mercado nue$as microempresas encaminadas a este giro!

El proceso producti$o de la bebida la mayoría de las $eces se realiza de "orma

manual e inclusi$e podría decirse que artesanalmente, en donde se encuentra el

mayor problema es a la hora del en$asado, por lo regular el en$asado ms

comercial es de *(( ml +mililitros!

Llenar de "orma manual cada una de las botellas es un proceso tardado y en

muchas ocasiones antihiginico, debido a los utensilios que se usan para hacerlo,

que son muchas $eces reutilizados, adems de los desperdicios que se pueden

generar, un e%emplo muy claro de ello, es el sistema que utiliza la planta

puri"icadora de agua de la .ni$ersidad /ut#noma de 0inaloa, donde se genera un

gran desperdicio de producto y el sistema es ine"iciente!

1tro problema que se detecto es al momento de poner la tapa rosca en el en$ase,

a simple $ista parece un procedimiento sencillo, y lo es, pero al $ol$erse unprocedimiento repetiti$o y que requiere que quien realiza la operaci#n e%erza

presi#n sobre la super"icie, a la larga causa da)o "ísico, como la aparici#n de

ampollas y posteriormente callosidades!

2404 Form"!a$%5n #e! (ro.!ema

El prototipo pretende dar soluci#n al problema de embotellado al que se en"rentan

di"erentes empresas productoras de bebidas de la regi#n, realzando un prototipo

"uncional semi-automatizado capaz de realzar un proceso de embotellado desde la

incorporaci#n del líquido al en'ase hasta el tapado del mismo en una sola línea deproducci#n!

0e busca hacer e"iciente el proceso, aumentando el ritmo de la producci#n, y

disminuyendo los desperdicios, adems de me%orar la higiene del proceso y

disminuyendo el costo que supondría comprar una mquina de clase industrial!


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2464 O.7et%'os: 8enera! & es(e$í9%$os

246424 O.7et%'o Genera!

2ise)ar un sistema semi automatizado para el embotellado de líquidos no

gaseosos, que ayude a tener un proceso e"iciente y de costo accesible para el

microempresario!

246404 O.7et%'os es(e$í9%$os

• /umentar la producti$idad!

• 3educir los desperdicios!

• /umentar los estndares de higiene!

• Contribuir en la me%ora de los procesos!

• 3educir los tiempos de producci#n!

244 ,"st%9%$a$%5n e %m(ortan$%a

Como se mencion# anteriormente el prototipo busca satis"acer las necesidades

producti$as de los microempresarios de la regi#n, brindando una maquinaria ms

accesible a los bolsillos y que tenga tolerancias para distintos tipos de botellas, de

los di"erentes pro$eedores de la regi#n!

El prototipo permite que un solo operario se encargue del proceso de llenado y

tapado de las botellas, reduciendo el tiempo de producci#n debido a que el

operario 4nicamente debe de introducir la botella al inicio del proceso, posicionar

la tapa despus del llenado y retirarla cuando el proceso haya "inalizado!

El proceso est programado para que ms de una botella est en la línea de

proceso, se pueden introducir $arias botellas en inter$alos de tiempo reducidos,

apro'imadamente cada 5( segundos +tiempo de llenado, el proceso de llenado y

tapado "uncionan independientemente, por lo que puede estarse tapando una

botella, mientras la otra est siendo llenada!

6or otro lado se dise)# una inter"az de usuario donde el proceso puede ser

obser$ado y controlado por un usuario interno, a tra$s de este sistema, se puede

monitorear el proceso y $eri"icar el estado de cada sensor y actuador de la

mquina, así como la etapa que est traba%ando!


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CAPITULO II4 MARCO REFERENCIAL

0424 Mar$o Te5r%$o4

En las regiones calurosas como el estado de 0inaloa, las personas buscan

constantemente la "orma de hidratarse, por lo que la demanda de bebidas

re"rescantes, ya sea para calmar la sed o para acompa)ar las comidas es cada

$ez mayor!

En di"erentes puntos de la ciudad es muy com4n encontrar puestos que o"recen

aguas "rescas a ba%o costo y de una gran $ariedad de sabores, sin embargo este

ser$icio est limitado a dar un embala%e del producto un poco inc#modo para

transportar, adems que debe de ser consumido rpidamente, ya que pierde su

"rescura y al contener hielo en la "orma en la que es ser$ida, produce perdidas enel sabor!

En los 4ltimos a)os en la regi#n han aumentado signi"icati$amente la cantidad de

peque)as empresas productoras de bebidas de sabores naturales o arti"iciales,

que $ienen embotelladas en di"erentes presentaciones, siendo la ms comercial,

la bebida en botellas de *(( ml, aunque se encuentran presentaciones de$olumen mayor o menor, la $enta%a que o"rece este tipo de bebidas, sobre la de

los puestos “de mercado”, es que debido a la "orma del embala%e o embotellado,

que le da una mayor mane%abilidad, puede ser guardada "cilmente sin

preocuparse por derrames, se conser$a durante mayor tiempo el sabor y la"rescura del producto!

El proceso de embotellado debe de ser higinico, se debe de cuidar que el

producto no entre en contacto con sustancias da)inas para el ser humano, por lo

reglas para el mane%o de líquidos para el consumo humano, se deben de utilizar

mquina de llenado y herramientas de acero ino'idable y en el caso del sistema

que le d mo$imiento a la maquinaría lo ms recomendable son los sistemas

neumticos, ya que estos no contaminan, y pueden ser accionados por sistemas

electr#nicos!


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0404 Mar$o $on$e(t"a!

A"tomat%a$%5n: La automatizaci#n industrial +automatizaci#n7 del griego antiguo

auto, 8guiado por uno mismo9 es el uso de sistemas o elementos computarizados

y electromecnicos para controlar maquinarias o procesos industriales! Como una

disciplina de la ingeniería ms amplia que un sistema de control, abarca la

instrumentaci#n industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo,

los sistemas de control y super$isi#n, los sistemas de transmisi#n y recolecci#n de

datos y las aplicaciones de so"t:are en tiempo real para super$isar y controlar las

operaciones de plantas o procesos industriales!

S%stema Ne"m+t%$o: Los sistemas neumticos son sistemas que utilizan el aire u

otro gas como medio para la transmisi#n de se)ales y;o potencia! 2entro del

campo de la neumtica la tecnología se ocupa, sobre todo, de la aplicaci#n del

aire comprimido en la automatizaci#n industrial +ensamblado, empaquetado, etc!

Los sistemas neumticos se usan mucho en la automatizaci#n de mquinas y en

el campo de los controladores automticos! Los circuitos neumticos que

con$ierten la energía del aire comprimido en energía mecnica tienen un ampliocampo de aplicaci#n +martillos y herramientas neumticas, dedos de robots, etc!

por la $elocidad de reacci#n de los actuadores y por no necesitar un circuito de

retorno del aire!

En los sistemas neumticos, el mo$imiento del mbolo de los cilindros de los ac-

tuadores es ms rpido que en los mecanismos hidrulicos! +6or e%emplo, el

taladro y el martillo neumtico, responden muy bien a las e'igencias requeridas en

estos casos!

Contro!a#or L58%$o Pro8rama.!e7 .n controlador l#gico programable, ms

conocido por sus siglas en ingls 6LC +programmable logic controller, es una

computadora utilizada en la ingeniería automtica o automatizaci#n industrial, para


9/25


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+Instrumentaci#n electr#nica sino tambin a su programaci#n embebida,

comunicaciones, matemticas, etc! .n lema tradicional de Lab>IE? es7 La

potencia est en el 0o"t:are, que con la aparici#n de los sistemas multin4cleo se

ha hecho a4n ms potente! Entre sus ob%eti$os estn el reducir el tiempo de

desarrollo de aplicaciones de todo tipo +no s#lo en mbitos de 6ruebas, Control y

2ise)o y el permitir la entrada a la in"ormtica a pro"esionales de cualquier otro

campo! Lab>IE? consigue combinarse con todo tipo de so"t:are y hard:are,

tanto del propio "abricante -tar%etas de adquisici#n de datos, 6/C, >isi#n,

instrumentos y otro Mard:are- como de otros "abricantes!

NI M&DA=7 BI my2/N es un dispositi$o de adquisici#n de datos +2/N de ba%o

costo que brinda a los estudiantes la habilidad para medir y analizar se)ales encualquier lado, a cualquier hora! BI my 2/N es compacto y porttil, así los

estudiantes pueden e'tender el aprendiza%e prctico "uera del entorno de

laboratorio usando herramientas y mtodos estndares en la industria! BI my2/N

cubre las necesidades de los estudiantes para lo siguiente7

• T%em(o $on >erram%entas: G4ltiples instrumentos en una plata"orma 2/N

de ba%o costo!

• T%em(o $on $on$e(tos: 6orttil, energizado por .0O y construido para

durar!

• T%em(o (ara #es$".r%r: 3elaci#n inmediata, programabilidad y proyectos

listos!


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CAPITULO III4 PROPUESTA

6ara en"rentar el problema analizado anteriormente, se realizar el lanzamiento de

un prototipo de mquina embotelladora, que satis"aga la necesidades ms bsicasdel proceso, el llenado y el tapadoP para su realizaci#n utilizaremos los

conocimientos adquiridos a lo largo de la nuestra carrera, como lo son7 electr#nica,

mecnica de materiales y mecnica de "luidos, dise)o de mecanismos,

tecnologías de manu"actura, instrumentaci#n, Controladores L#gicos

6rogramables y /utomatizaci#n de 6rocesos industriales, entre otras!

Las características del prototipo son las siguientes7

• 0er econ#mico en comparaci#n con la maquinaria similar que se encuentra

en el mercado!

• 2ebe de ser un sistema robusto y adaptable a las necesidades del cliente!

• 2ebe ser un proceso sencillo y operable para personas que no tienen

muchos conocimientos tcnicos!

• El gasto energtico no debe de ser ele$ado!

• Bo debe generar desperdicio!

• 0e usaran sistemas de control que no pongan en riesgo la calidad del

producto!

6424 I#ent%9%$a$%5n #e! Pro$eso

6ara la realizaci#n del prototipo lo primero que se tom# en cuenta "ue la

identi"icaci#n del proceso, para estar totalmente seguros de cul ser el

"uncionamiento que tendr nuestra mquina!

El prototipo consta de una banda transportadora, un sistema de llenado y un

sistema de tapado, el sistema sigue el siguiente esquema7


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Entradade la

botellaLLenado

Entradade latapa

Tapado

Salidadel

liquidoenvasa

do

El operario coloca la botella en la posici#n inicial, es transportada a tra$s de una

banda al sistema de llenado, una $ez llena se dirige al sistema de tapado, en el

transcurso el operario posiciona la tapa, de modo que cuando la botella llega al

rea de tapado ya lle$a colocada la tapa y esta solo es enroscada en el sistema

de tapado!

6404 S%stema me$+n%$o

Considerando las necesidades del prototipo se cre# despus de $arias pruebas el

siguiente dise)o mecnico7

/lgunas dimensiones del prototipo son las siguientes7

>ista Frontal7


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0istema de llenado7

La parte principal del sistema de llenado es una $l$ula de paso que se acti$a al

e%ercer presi#n sobre ella, permitiendo el paso del "luido! 2e lado izquierdo se

obser$a la $l$ula desacti$ada y de lado derecho la $l$ula acti$ada! En la parte

superior se conecta la manguera que proporciona el agua con ayuda de la bomba

+$ase 0istema elctrico, mientras que en la parte in"erior se conecta la

manguera por la que sale el líquido e'cedente!


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El mecanismo que consigue que la $l$ula se acti$e consiste en la estructura que

se muestra a continuaci#n +izquierda, es un soporte que tiene dos guías por las

que se desliza $erticalmente el soporte de la $l$ula +derecha, el mo$imiento es

proporcionado por un cilindro neumtico de doble e"ecto, que es accionado por elsistema de control!

La estructura del sistema de tapado es a%ustable en

altura, debido a que dependiendo de cada "abricante de

botellas, la altura de estas $aría! 0e pueden obser$ar en

la parte in"erior de la estructura los K tornillos que sir$en

de a%uste para el sistema!

0istema de Qapado7

La parte principal del sistema de llenado es un desarmador neumtico, que es el

que permite el giro y presi#n de la tapa, para lograr el taponado de manera

correcta, al desarmador neumtico se le adicion# un chuc@, que es un dispositi$o

que ayuda a que la tapa se mantenga en su lugar +derecha


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/l igual que el sistema de llenado el sistema de tapado tambin puede a%ustarse

en altura con un sistema similar!

0u%etadores7

0e coloco un su%etador en cada etapa +llenado y tapado la "uncionalidad de estos

es mantener a la botella en su posici#n, mientras es llenado o tapada!

6464 S%stema Ne"m+t%$o

2espus del sistema mecnico se continu# con el sistema neumtico, nuestro

prototipo cuenta con K cilindros de doble e"ecto y un desarmador neumtico, la


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presi#n de traba%o m'ima de todos ellos oscila entre los H( psi y 5*( psi! En la

imagen siguiente se obser$a el diagrama neumtico!

644 S%stema #e Contro!

El sistema es controlado por un Controlador L#gico 6rogramable +6LC por sus

siglas en ingles, que se encarga de controlar todos los dispositi$os que

inter$ienen en el proceso, que estarn conectados a sus entradas o a sus salidas!

Qambin se cuenta con una tar%eta de adquisici#n de datos BI Gy2/N, que ser la

cone'i#n entre el 6LC y el proceso producti$o con la inter"az de la computadora a

tra$s de la cual se puede iniciar, terminar y monitorear el proceso!

El sistema neumtico requiere de 5 electro$l$ulas de doble bobina, la banda

necesita un motor y el sistema de llenado utiliza una bomba

6ara la acti$aci#n del sistema +entradas se utilizan sensores "otoelctricos de

alcance regulable, que "uncionan con corriente directa, por lo que se requiere de

un circuito especial para le acople de estos con el 6LC!

64424 Pro8rama$%5n PLC

6ara la parte de control se utiliza un 6LC zelio de la serie 03&(((., a

continuaci#n se muestra el programa en cada una de sus etapas!


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! 6aro y arranque

5! 0istema de llenado

&! 0istema de tapado


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19/25

Cableado 6LC

Las entradas I e I5, son se)ales dadas a tra$s del dispositi$o BI Gy2/N,

mientras que las entradas I& e IK, son la se)al que manda cada uno de los

sensores al 6LC

64404 Inter9a 8r+9%$a en La.VIE<

Lab>IE? nos permite crear una inter"az donde el proceso pueda ser monitoreado,

desde el uso de indicadores como LE20, o inclusi$e animar todo el proceso,


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ANALISIS DE PRODUCTIVIDAD

0e realizaron pruebas de la producti$idad de la mquina y se obtu$ieron los

siguientes resultados!

Fecha inicio termin

o

Operario Entra

das

Llena

do

Tapa

do

Salid

as

Desp

er

01/06/2015

01:05p..

01:40p..

!T"EL#$%E&T#

70 67 64 64 6

01/06/2

015

01:45

p..

02:15

p..

!T"EL

#$%E&T#

63 60 58 58 5

02/06/2

015

01:00

p..

01:30

p..

!T"EL

#$%E&T#

58 58 57 57 1

02/06/2

015

01:40

p..

02:00

p..

!T"EL

#$%E&T#

50 47 46 4' 1

03/06/2

015

01:00

p..

01:30

p..

!T"EL

#$%E&T#

60 54 54 54 6

En la siguiente gra"ica se muestran los resultados obtenidos en cada una de las

pruebas!


21/25

0

10

20

30

40

5060

70

8070

676464

6

()TELL!&ES *$+E(# 1

Entradas Llenado Tapado Salidas ,esperdi-ios

01:05 p.. 01:40 p..

/#&T!,#, ,E ()TELL#S

0

10

20

30

4050

60

70 63605858

5

()TELL!&ES *$+E(# 2


01:45 p.. 02:15 p..

/#&T!,#, ,E ()TELL#S


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0

10

20

30

40

50

60

70

58585757

1

()TELL!&ES *$+E(# 3


01:00 p.. 01:30 p..

/#&T!,#, ,E ()TELL#S


23/25

0

10

20

30

40

50

60504746

4'

1

()TELL!&ES *$+E(# 4


01:41 p.. 02:00 p..

/#&T!,#, ,E ()TELL#S

0

10

20

30

40

50

60

7060

545454

6

()TELL!&ES *$+E(# 5


01:00 p.. 01:30 p..

/#&T!,#, ,E ()TELL#S


24/25

CONCLUSIONES

La realizaci#n del prototipo de una embotelladora de líquidos semi-automatizada

nos brinda $enta%as producti$as e higinicas sobre el embotellado manual, ya que

el tiempo de embotellado se reduce!

La mquina "ue dise)ada para ser un sistema robusto, que pueda ser a%ustable a

los di"erentes tipos de botellas de *(( mililitros, ya sea en altura y espesor!

6or otro lado la "abricaci#n del prototipo nos ayud# a poner en prctica las

habilidades adquiridas a lo largo de la licenciatura!

Las 6ruebas realizadas muestran la e"iciencia de la mquina, en los casos

anteriores el rendimiento es menor al esperado, ya que como el tama)o del

tanque utilizado es reducido, se debe de rellenar rpidamente, lo que hace mas

tardado el proceso!

;I;LIOGRAFÍA

:::!inegi!gob!m'

http://www.inegi.gob.mx/http://www.inegi.gob.mx/


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Documents

Embotelladora semiautomatizada