integradora ASIP

7/21/2019 integradora ASIP

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Universidad Tecnolgica De Puebla

Ingeniera en Tecnologas para la

Automatizacin

Integradora III

Sistema de llenado de alta precisin

Alejandro alcaide

10 F

Jos Agustn Arroyo Montes

Sandra Janetzy Muoz Durn

Luis enrique Gonzlez Vzquez

Omar Gonzlez Hernndez


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Automatizaciones Y Servicios Industriales De Puebla (ASIP)

Privada 10-A Poniente Nmero 3111-2, Colonia San Alejandro, CP 72090, Puebla; Pue.

Telfono: (222) 893 01 05, Correo Electrnico:[email protected]

Pgina Web: www.deasip.com

ContenidoCaptulo 1 ............................................................................................................................................ 4

INTRODUCCIN AL PROYECTO ........................................................................................................ 4

1.1. Introduccin .................................................................................................................... 4

1.2. Antecedentes del proyecto ............................................................................................. 4

1.3. Problema de investigacin .............................................................................................. 4

1.4. Objetivo general .............................................................................................................. 5

1.5. Justificacin de la propuesta ........................................................................................... 5

1.6. Cronograma de actividades ............................................................................................. 5

1.7. Marco terico .................................................................................................................. 6

Captulo 2 ............................................................................................................................................ 9IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA ELECTRONEUMTICO ................................................................ 9

2.1. Sistema neumtico ............................................................................................................... 9

2.2. Contactor electromagntico .............................................................................................. 12

2.3. Micro switch ....................................................................................................................... 13

2.4. Diagrama electro neumtico .............................................................................................. 13

2.5. Ensamble de los elementos electro neumticos simulacin ............................................. 16

Captulo 3 .......................................................................................................................................... 18

SISTEMA DE PESAJE ....................................................................................................................... 18

3.1. Panel de control ................................................................................................................. 18

3.2. Programacin del panel de control .................................................................................... 19
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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RESUMEN

En este documento se presenta el desarrollo del prototipo de un sistema de llenado y dosificado de

lquidos de alta precisin para tambores de acero o plstico. Este prototipo est dirigido hacia

industrias qumicas ya que a menudo ocupan estos tipos de contenedores para venta y transporte

de su producto. El prototipo est constituido por una parte mecnica otra elctrica y una neumtica.

La parte mecnica est integrada por elementos metlicos que dan soporte y rigidez al sistema. La

parte elctrica la representa los relevadores, microswitch, la plataforma y el sistema de pesaje

industrial de la marca Fairbanks que es el sistema destinado al control de la mquina, su funcin es

mandar la seal a los cilindros neumtico para su avance y retroceso. La parte neumtica

corresponde a los elementos como electrovlvulas y cilindros neumticos que nos servirn para

tener el control del llenado de los tambores.

Esta mquina est enfocada para envasado de productos en tambores de acero y plstico, ya que el

sistema de envasado es por peso. El envasado de este equipo es mediante el uso de una boquilla

flotante, permitindole envasar tambores directo desde la puesta del envase, direccionar la boquillaa la boca del envase y llenado del mismo en la plataforma de pesaje, llenndolos de uno en uno, de

esta manera se evita el manejo de tambores llenos en forma individual y evitando la posibilidad de

accidentes causados por el manejo de estos en el traslado de tal forma que un solo operador realice

estas funciones. Una caracterstica de este equipo en su envasado es que en cada ciclo tiene un

llenado grueso y otro no lo que le permite tener una precisin en el mismo. El sistema de pesaje

cuenta con una pantalla donde nos muestra el peso que tiene nuestro tambor conforme se llena.

Adems cuenta con dos puntos de control, el primer punto de control se program para que hiciera

un llenado grueso del lquido sobre el tambor y el segundo punto de control se program para

realizar un llenado no del producto. De esta manera sea preciso el dosificado, una vez que llega al

peso final programado manda una seal a un cilindro para detener el flujo del lquido en el tambor

y retirar la boquilla de llenado. Posteriormente se retira el tambor y se coloca uno nuevo.


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Captulo 1

INTRODUCCIN AL PROYECTO

1.1.

Introduccin

El presente proyecto es acerca del prototipo de un sistema de llenado y dosificado de producto

lquido que no produzca espuma para tambores de acero y plstico, el cual es un tema muy

importante ya que se ha investigado sobre la lnea de llenado de este producto y en algunos casos

se encontr que el proceso es manual y depende de varios operadores, es por ello que este proyecto

ser colocado para usos prcticos dirigido hacia empresas industriales de productos qumicos,

aceites y lquidos.

En el captulo 2 trataremos acerca de la implementacin del sistema electro neumtico que fue

destinado para controlar el llenado del lquido en los tambores.

En el captulo 3 se habla del sistema de pesaje que fue utilizado para saber que peso tenan los

tambores conforme se iban llenando sobre la plataforma de celdas de carga para posteriormente

detener el llenado al llegar al peso indicado.

1.2.

Antecedentes del proyecto

En la empresa ASIP ya se contaba con la estructura del prototipo del sistema de llenado y dosificado

de lquidos de alta precisin, est formada por un tubo de acero inoxidable con medidas de 180 cm

de alto y 30 cm de dimetro que da soporte y rigidez a todos los elementos que se encuentran enl, como los es el gabinete de control, los elementos neumticos y los elementos para el llenado.

Las dimensiones del prototipo son de 180 cm de alto, 100 cm de ancho y una profundidad de 100

cm. Adems tambin se contaba con el sistema de pesaje de la marca Fairbanks.

1.3.

Problema de investigacinEn algunas empresas el proceso de llenado y dosificado del producto lquido en tambores es de

manera manual, existen diversos operarios que realizan estas tareas. Al implementar este sistema

se pretende realizar el proceso de manera automtica y que un solo operario se encargue de la

entrada y salida de los tambores.


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1.4. Objetivo generalRealizar el sistema para el llenado y dosificado de alta precisin de producto lquido para tambores

de acero y plstico.

1.4.1.Objetivosparticulares

Realizar el plano electro neumtico para el avance y retroceso de los cilindros neumticos.

Ensamblar y montar los elementos neumticos en la estructura de la mquina llenadora.

Implementar el sistema de pesaje con el control electro neumtico.

1.5. Justificacin de la propuestaEl proyecto del sistema de llenado de alta precisin se construir con el fin de que la empresa ASIP

pueda ofrecerla a sus clientes de diversas industrias como un nuevo producto en su catlogo.

1.6.

Cronograma de actividades


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1.7. Marco tericoLa neumtica es la rama de la fsica que consta del flujo y la presin de gases en sistemas de potencia

fluida es decir, transmisin de potencia mediante aire comprimido o gases.

Desde el punto de vista tecnolgico la neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido

como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. La

automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas habitualmente

por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnolgicos. Un sistema automatizado

consta de dos partes principales: parte de mando y parte operativa. La parte operativa es la parte

que acta directamente sobre la mquina. Son los elementos que hacen que la mquina se mueva

y realice la operacin deseada. La parte de mando suele ser un autmata programable (tecnologa

programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban rels electromagnticos, tarjetas

electrnicas o mdulos lgicos neumticos. Los objetivos de la automatizacin son mejorar la

productividad de la empresa, reduciendo los costes de la produccin y mejorando la calidad de la

misma. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos

para la manipulacin del proceso productivo. El accionador es el elemento final de control que, en

respuesta a la seal de mando que recibe, acta sobre la variable o elemento final del proceso. Unaccionador transforma la energa de salida del automatismo en otra til para el entorno industrial

de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en elctricos, neumticos e hidrulicos. Los

ms utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna y motores de corriente

continua. [1] La automatizacin con sistemas neumticos en la industria tiene como fin aumentar la

competitividad de la industria por lo que requiere la utilizacin de nuevas tecnologas; por esta,

razn, cada vez es ms necesario que toda persona relacionada con la produccin industrial tenga

conocimiento de aqullas. La extensin de la automatizacin de forma sencilla en cuanto a

mecanismo, y adems a bajo coste, se ha logrado utilizando tcnicas relacionadas con la neumtica,

la cual se basa en la utilizacin del aire comprimido, y es empleada en la mayor parte de las mquinas

modernas. [2] La gran ventaja de los mandos electro neumticos es la rapidez del paso de la seal y

la posibilidad de enlazar elementos de mandos pertenecientes a un mismo equipo, incluso con

grandes separaciones entre ellos. En los recintos con peligro de fuego o explosin es preferible

emplear el mando neumtico puro, porque los elementos elctricos necesitan una proteccin

especial. [3] Entre las consideraciones para la lnea de llenado se encuentra las referentes al equipo

de llenado y pesado; el manejo mecnico de tambores vacos y llenos; la carga de tambores llenos

en vehculos de transportacin; diseo de estaciones de trabajo para el desempeo eficiente y

seguro del personal; y la aprobacin de la Administracin de salud y ocupacin segura (OSHA) y de

otros cdigos. En la figura 1.1 se muestra una lnea tpica de llenado, capaz de manejar dos tambores

por minuto. [4] Llenado y pesado de tambores, se trata de un procedimiento dividido en dos partes:

dosificacin del lquido al tambor y pesado de la cantidad deseada, en la actualidad este proceso se

uni en uno slo ya que mientras se est llenando el tambor con el producto lquido tambin se estpesando teniendo as un rea de trabajo ms pequea pero con la mejor tecnologa para dosificar.

En la figura 1.2 se muestra una estacin de trabajo para el procedimiento de llenado y dosificado

del producto. [4]


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1.8. Antecedentes generales de la empresa

ASIP es un grupo de especialistas en la rama de la mecnica, elctrica, neumtica, hidrulica y

construccin de equipo industrial y desarrollo de prototipos. Para prestar servicios a su industria,

proyecto, empresa, en sus diversas aplicaciones como dispositivos de control de flujo de materiales

en las lneas de envasado y dosificado donde se requiere darle valor

Ilustracin 1.1: Sistema tpico de llenado y pesado de lquidos de alta precisin para tambores de acero.

Ilustracin 2.2: Estacin de trabajo para llenado de tambores.


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Agregado a sus productos. Seleccin e instalacin de equipo industrial, automatizacin de

procesos productivos. Ejecucin de proyectos, con el fin de mejorar sus Sistemas. Con 20 aos de

experiencia. Contamos con elementos propios como prototipos para realizar pruebas a cada

producto a envasar donde se llevan pruebas de comportamientos de los mismos, como son Polvos,

lquidos, granos y viscosos. [5]


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Captulo 2

IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA ELECTRONEUMTICO

Para el control de la salida del producto lquido del sistema de llenado y dosificado se utiliz un

sistema electro neumtico mediante el uso de electrovlvulas, cilindros de doble efecto ycontactores, que son temas que se abordarn a continuacin.

2.1. Sistema neumtico

Los sistemas neumticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la transmisin

de seales y potencia. Dentro del campo de la neumtica la tecnologa se ocupa, sobre todo, de la

aplicacin del aire comprimido en la automatizacin industrial. Los sistemas neumticos se usan

mucho en la automatizacin de mquinas y en el campo de los controladores automticos. Los

circuitos neumticos que convierten la energa del aire comprimido en energa mecnica tienen un

amplio campo de aplicacin (martillos y herramientas neumticas, dedos de robots, etc.) por lavelocidad de reaccin de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire [6]. Un

circuito neumtico bsico puede representarse mediante el siguiente diagrama funcional, figura 2.1.

Ilustracin 3.1: Circuito neumtico bsico.

2.1.1.Cilindroneumticodedobleefecto

Los cilindros de doble efecto son capaces de producir trabajo til en dos sentidos, ya que disponen

de una fuerza activa tanto en avance como en retroceso. Se construyen siempre en formas de

cilindros de embolo y poseen dos tomas para aire comprimido, cada una de ellas situada en una de

las tapas del cilindro. Se emplea, en los casos en los que el mbolo tiene que realizar tambin una

funcin en su retorno a la posicin inicial. Se utilizaron tres cilindros de doble efecto en el sistema

de llenado, el primer cilindro fue para levantar todo el sistema para el llenado con caractersticas de

100 mm de carrera, en la figura 2.2 se muestra el cilindro neumtico de la marca Festo. El segundo

cilindro neumtico fue de 25 mm y se utiliz para que el flujo de llenado fuera grueso.


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Ilustracin 4.2: Cilindro neumtico de 100 mm de carrera de la marca Festo.

En la figura 2.3 se muestra el cilindro de la marca Festo. El tercer cilindro es de 15 mm de carrera

este fue para realizar un llenado fino del producto

Ilustracin 5.3: cilindro neumtico de 25 mm de carrera de la marca Festo

Y as fuera preciso el valor de llenado en los tambores, en la figura 2.4 se muestra el cilindro

utilizado.

Ilustracin 6.4: Cilindro neumtico de 15 mm de carrera de la marca Festo


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2.1.2.Vlvulasyelectrovlvulas

Una vlvula es un elemento de regulacin, control de presin y caudal del aire a presin. Cuando se

habla de la funcin de la vlvula nos estamos refiriendo a la variedad de posiciones de la vlvula,

generalmente encontramos de 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 3/3 y 4/3. El primer nmero que es de vas y el

segundo es el nmero de posiciones que tienen las vlvulas.

Una electrovlvula es una vlvula electromecnica, diseada para controlar el flujo de un fluido a

travs de un conducto como puede ser una tubera. La vlvula est controlada por una corriente

elctrica a travs de una bobina solenoide. Su funcionamiento es mantener su posicin inicial, una

vez que se energiza la solenoide cambia a la posicin final hasta que se interrumpa la alimentacin

elctrica y de esta forma regres a su posicin inicial por retorno de muelle, en la gura xxx se muestra

la electrovlvula 5/2 con una bobina a 24 volts y con retorno muelle, que se utiliz en el prototipo

ya que se necesitaba controlar el avance y retroceso del cilindro para colocar la boquilla de llenado

en los tambores. El funcionamiento de la electrovlvula 5/2 con doble bobina es similar a la anterior,

la diferencia es que los cambios de estado inicial y final estn manipulados por las dos bobinas al

energizarlas, en la figura se muestra las vlvulas 5/2 con doble bobina que se implementaron en el

prototipo del sistema de llenado. En la figura 2.5 y 2.6 se muestra las electrovlvulas 5/2 de marca

Festo.

Ilustracin 7.5: Electrovlvula 5/2 por retorno de muelle.


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2.2. Contactor electromagnticoUn contactor es un dispositivo que puede tener dos estados uno perturbado y otro en reposo, su

accionamiento se realiza a travs de un electroimn. Est compuesto por un ncleo articulado una

parte mvil y una ja. Su funcionamiento empieza cuando se le circula corriente a la bobina, esta

produce magnetismo que atrae a la parte mvil con el propsito de cerrar y/o abrir contactos que

permitirn o interrumpirn el flujo de corriente elctrica hasta la carga.

Ilustracin 8.6: Electrovlvula de doble bobina 5/2.

Para la etapa de control de la mquina se utiliz un contactor de la marca Schneider por cada cilindro

neumtico como se muestra en la gura 2.7. Algunas de las caractersticas del contactor es que

trabaja a 24 volts y es de 8 pines. Se utiliz a 24 volts para manipular los solenoides de laselectrovlvulas.

Ilustracin 9.7: Contactor de la marca Schneider.


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2.3. Micro switchEl funcionamiento empieza cuando se aprieta el pulsador ya que conmuta un contacto por otro.

Esta clase de conmutadores no se pueden quedar en un estado intermedio. Se utiliz para que bajar

la boquilla de llenado y mandar la seal para cerrar los dos cilindros que permiten el flujo del

lquido. En la gura 2.8 se muestra el micro switch que se utiliz en el sistema de llenado de la marca

Micro.

Ilustracin 10.8: Micro switch.

2.4. Silenciador de vlvulaLos silenciadores sirven para disminuir el ruido y los riesgos de proyeccin de partculas por los

escapes de las vlvulas. Se instalan en la vas de escape de las vlvulas, que en este caso se colocaron

en la salidas de las electrovlvulas 5/2 para disminuir el ruido que ests emitan. En la figura 3.4 se

muestra el tipo de silenciador de la marca Festo que se utiliz.

Ilustracin 11.4: Silenciador de la marca Festo.


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2.5. Diagrama electro neumticoEn la figura 2.9, se muestra el diagrama neumtico que fue elaborado en el programa de Festo

Fluidsim, donde se presentan los tres cilindros de doble efecto con sus electrovlvulas 5/2 con doble

bobina solenoide y la de retorno por muelle. En la figura 2.10 e muestra el diagrama de control y el

uso de los contactores para el control del avance y retroceso as como el micro switch, adems se

simul el uso de los puntos de control (setpoint 1 y setpoint 2) del sistema de pesaje.

Ilustracin 12.9: Diagrama neumtico en Festo Fluidsim.


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2.5.1.Funcionamientodelsistemadecontrol

El funcionamiento del sistema de control es el siguiente. Primero se tiene que energizar los

elementos oprimiendo el botn de inicio, una vez que se oprimi el botn se enciende un indicador

luminoso, el cilindro que levanta la boquilla de llenado se mantiene en posicin de avance cuando

se enciende el aire. Al oprimir el botn de ejecucin se enclava la bobina K1 y activa la solenoide B1

y hace el retroceso del cilindro y deja caer la boquilla de llenado en el tambor, al momento tambinacciona el micro switch para enclavar la bobina K2 y activar las solenoides B3 y B5 para hacer el

avance de los cilindros de llenado y dejar fluir el lquido en el tambor, en este paso enciende un

indicador luminoso para mostrarnos que est en ejecucin nuestro sistema. Posteriormente nuestro

sistema queda a cargo del panel de control de pesaje

Ilustracin 13.10: Diagrama de control en Festo fluidsim

Ilustracin 14.10: Diagrama de control en Festo Fluidsim


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Utilizando los puntos de control (setpoint 1 y 2). El primer punto de control (setpoint 1) se

activa cuando llega casi a un llenado total del tambor para mandar la seal y enclavar la bobina K3,

al momento activando la solenoide B2 y desactivando B3, para detener el llenado grueso y dejar

slo un llenado no y sea as preciso el dosificado del producto. El segundo punto de control (setpoint

2) se activa cuando llega al peso indicado mandando la seal a K4, desactivando la bobina K1, la

solenoide B1 que hace levantar la boquilla de llenado que a su vez des energiza el micro switchdesactivando K2 y las solenoides B3 y B5, dejando slo activadas las solenoide B2 y B5, de esta

manera se cierra el flujo de del lquido hacia el tambor y se levanta la boquilla de llenado para retirar

el tambor. Es as como se cumple el ciclo de ejecucin del sistema de llenado. El paro de emergencia

funciona desde cuando se oprime el botn de ejecucin y comienza el llenado ya que lo que hace

es cerrar el flujo del lquido hacia el tambor y levantar la boquilla de llenado. En las guras 2.9 y 2.10

se muestra el diagrama de control y neumtico del sistema de llenado para una mejor comprensin.

2.6. Ensamble de los elementos electro neumticos simulacinEn la figura 2.11 y 2.12, se muestra el CAD que fue elaborado en el programa solidworks, donde se

presentan los componentes de este sistema con el fin de optimizar el mejor funcionamiento de

este.

Ilustracin 15.11 CAD del sistema de pesado


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Captulo 3

SISTEMA DE PESAJE

Debido a que en la empresa ASIP ya contaba con el sistema de pesaje se tuvo que investigar del

correcto funcionamiento de ste. A continuacin se explicarn los elementos que lo conforman.

3.1. Panel de control

Los sistemas neumticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la transmisin

de seales y potencia. Dentro del campo de la neumtica la tecnologa se ocupa, sobre todo, de la

aplicacin del aire comprimido en la automatizacin industrial. Los sistemas neumticos se usan

mucho en la automatizacin de mquinas y en el campo de los controladores automticos. Los

circuitos neumticos que convierten la energa del aire comprimido en energa mecnica tienen un

amplio campo de aplicacin (martillos y herramientas neumticas, dedos de robots, etc.) por la

velocidad de reaccin de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire [10]. Uncircuito neumtico bsico puede representarse mediante el siguiente diagrama funcional, figura 3.1.

Ilustracin 16.1: Circuito neumtico bsico.

3.1.1.Plataformadepesaje

La plataforma de pesaje es un marco cuadrado de metal el cual tiene celdas de carga en cada esquina

para distribuir pesos muy altos, estas van conectadas a un sumador para darnos el peso indicado y

posteriormente va conectado a un convertidor analgico- digital del panel de control para mostrarlo

en su pantalla. En la figura 3.2 se muestra la plataforma de carga de la marca Fairbanks.

Ilustracin 17.2: Plataforma de carga Fairbanks


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3.1.1.1. Celdas de carga

La celda de carga es uno de los elementos ms importantes de una bscula electrnica, ya que se

encarga de traducir la fuerza en una seal de voltaje. La celda de carga analgica con galgas extenso

mtricas es la que se utiliz y consisten en un metal que sufre una deformacin conforme se le aplica

una fuerza. Este metal se calcula para soportar un rango de fuerza que va desde cero fuerzas hasta

la capacidad mxima. La deformacin se realiza en la "parte elstica", esto es lo que limita lacapacidad de una celda de carga. Al momento de sobrepasar la parte elstica del metal, sufre una

deformacin permanente. Al metal, se le adhieren galgas extenso mtricas. Las galgas extenso

mtricas consisten en un metal que al flexionarse vara su resistencia. Las galgas se conectan en un

arreglo, de tal forma que al alimentarse con un voltaje entregan una seal de voltaje. La seal de

voltaje entregada es en el orden de mili volts. La seal de la celda se lleva a un convertidor anlogo-

digital para convertirla a un valor numrico digital, este valor se multiplica por un factor para

convertirlo a unidades de pesaje kg, lb, etc. En as, las bsculas miden la fuerza que genera un objeto

y como la fuerza es igual a la masa por la aceleracin F = m.a y la aceleracin es una constante (la

gravedad de la tierra) se puede decir que la Masa es directamente proporcional a la Fuerza. En

nuestro caso la plataforma contiene ms de una celda de carga, la capacidad se suma, sin embargo

la seal en mili volts a mxima carga, con la suma de la capacidad permanece igual al utilizar caja de

sumas. En la figura 3.3 se muestra las celdas de carga de la plataforma de pesaje Fairbanks. [7]

3.2. Programacin del panel de controlLa programacin del panel de control se realiz siguiendo una serie de pasos del manual para

habilitar los puntos de control (setpoint 1 y 2) para darles un valor a cierto peso y que nos mandarn

una seal de voltaje para activar las solenoides de las electro vlvulas.

Ilustracin 18.3: Celda de carga Fairbanks.

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