PROPUESTA PARA MONITORIZACIÓN DE VARIABLES EN UNA …MEJORAS EN LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO 7 Funciones principales del empaque de cartón corrugado Protección Dar seguridad

PROPUESTA PARA MONITORIZACIÓN DE

VARIABLES EN UNA MÁQUINA CORRUGADORA

CON BAJO NIVEL DE AUTOMATIZACIÓN

2 MEJORAS EN LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO

En el presente informe se mostrará el estudio de la máquina corrugadora de la empresa RUA S.A. de C.V., con el fin de proponer algunas mejoras en el proceso de fabricación del cartón corrugado. En este estudio se podrá determinar los principales sectores críticos de la corrugadora, de esta forma se podrá implementar un sistema monitorización por medio de una adecuada instrumentación y

algunos procesos de control en la corrugadora.

Estudio elaborado por:· José Adalberto García Jacinto (UDB)· José Rigoberto García Jacinto (UDB)· Nelson A. Quintanilla Juárez (UDB)· Lázaro de Jesús Gorostiaga (CARTIF)· Rodrigo Moreno (RUA S.A. de C.V.)

MEJORAS EN LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO 3

CAPÍTULO I: EL CARTÓN CORRUGADO............................................................................................2Componentes del cartón corrugado...............................................................................................2 Papel Liner...................................................................................................................................................2Papel Medium............................................................................................................................................3Funciones básicas de los componentes del corrugado..............................................................3Las caras de recubrimiento....................................................................................................................3Flautas...........................................................................................................................................................3Funciones principales del empaque de cartón corrugado.........................................................5Elementos básicos relacionados con la fabricación de cartón corrugado............................5CAPÍTULO II: MÁQUINA.CORRUGADORA.......................................................................................11Descripción del proceso........................................................................................................................11Maquinarias en la línea de Corrugación..........................................................................................12Parámetros importantes en la línea de corrugado.....................................................................12CAPÍTULO III: MONITORIZACIÓN DE PROCESOS............................................................................14Propuesta de áreas a monitorea.......................................................................................................14Variables a monitorear en la fabricación de cartón corrugado..................................................14Áreas propuestas a monitorear...........................................................................................................14Tipos de dispositivos a utilizar...........................................................................................................15Sensores de Temperatura....................................................................................................................15Sensores para medición de nivel de las bobinas de papel......................................................17Sensores de presión..............................................................................................................................21Interfaz hombre-máquina (HMI)......................................................................................................22Beneficios de la monitorización........................................................................................................24CAPÍTULO IV:PROPUESTAS DE MEJORA EN LAS ESTACIONES DE LA LÍNEA DE CORRUGACIÓN...25ESTACIÓN DEL MONTAROLLOS................................................................................25Descripción del sistema actual..........................................................................................................26Propuesta de mejora al sistema actual...........................................................................................27Componentes a utilizar.........................................................................................................................27Medición de nivel de la bobina de papel.......................................................................................28Variación de la presión del freno neumático................................................................................30

CONTENIDO


ESTACIÓN DEL SINGLE FACER..................................................................................38Descripción del sistema actual.........................................................................................................38Propuesta de mejora al sistema actual..........................................................................................38MEDICIÓN DE LA HUMEDAD Y TEMPERAURA DEL PAPEL.....................................40Descripción del sistema actual.........................................................................................................40Propuesta de mejora al sistema actual..........................................................................................40MEDICIÓN DE VISCOSIDAD DEL ALMIDÓN.............................................................42Descripción del sistema actual.........................................................................................................42Propuesta de mejora al sistema actual..........................................................................................42FUENTES DE CONSULTA......................................................................................................................44


Mejoras en la fabricación de cartón corrugadoEMPRESA RUA S.A. DE C.V.

1. El gramaje es una magnitud que caracteriza a materiales como el papel, la cartulina, el cartón o materiales textiles, y que corresponde a su densidad superficial, es decir, lamasa por unidad de área. La unidad de medida es normalmente el gramo por metro cuadrado (g/m²). El papel más flexible tiene el gramaje más bajo, el más grueso tiene el gramaje más elevado.

CAPÍTULO I: EL CARTÓN CORRUGADOEl cartón corrugado es una estructura formada por un nervio central de papel ondulado (médium), reforzado externamente por dos capas de papel (liners) pegadas con adhesivo en las crestas de la onda.

Componentes del cartón corrugado

Papel LinerEste papel se lo utiliza para formar las paredes de la lámina de cartón corrugado (cara interior y exterior).

Papel MediumSe los utiliza para la formación del corrugado medio (flauta). El corrugado medio cumple dos funciones estructurales en el cartón corrugado, por lo que puede decirse que es la vida del cartón corrugado. La primera función es mantener unidos los liners para resistir la fuerza del aplastamiento vertical. La segunda función y no menos importante es proteger el calibre del cartón corrugado en el momento de la compresión horizontal.

El gramaje1 de los papeles, así como la altura de las ondas determinan su consistencia, y sobre todo su resistencia a la compresión vertical. Este último es el parámetro más importante ya que indica el peso que puede soportar una caja sometida a una carga por apilamiento.

Figura 1. Estructura del cartón corrugado


A

Funciones básicas de los componentes del corrugado

Las caras de recubrimiento• Las caras realizan una aportación importante a la resistencia del embalaje: rigidez a la flexión, estallido, desgarre, resistencia al apilado y de protección a posibles agresiones mecánicas.• La cara exterior sirve, además, de base informativa (marcado), identificación y publicidad para el producto contenido.

FlautasEntre sus funciones están:

• Dar un grosor inicial al cartón y mantenerlo durante toda la vida del embalaje.• Proporcionar al cartón ondulado la propiedad “amortiguadora” en virtud de su forma, el ondulado asegura una elasticidad relativa ante los problemas de aplastamiento en plano y resistencia a impactos.• Aporta resistencia a la compresión sobre el canto del cartón (fuerza paralela a los canales) cada canal puede ser considerado como un “pilar”

Flauta “A”: Tiene mayor espesor lo que hará que las cajas fabricadas con este tipo de ondulaciones tengan mayor resistencia a la compresión.

Figura 2. Tipo de Flauta “A” Figura 3. Tipo de Flauta “B”

Tipos de flautasFlauta “B”: hace que la caja fabricada con ella se vea más atractiva, además la caja fabricada con este tipo de flauta tendrá mayor capacidad de amortiguación.

La flauta B es la que tiene mayor frecuencia o número de flautas por unidad de longitud comparadas con la A y C lo que hace que las cajas construidas con este tipo de ondulaciones tengan mayor resistencia al aplastamiento horizontal y resistencia al impacto, aunque su resistencia a la compresión no será buena por tener menor espesor.

BB


Funciones principales del empaque de cartón corrugado

ProtecciónDar seguridad a un producto mientras este es transportado desde el lugar de fabricación hasta el consumidor final.

AlmacénDebe desempeñar la función de depósito, para almacenar de forma segura la mercancía hasta que sea vendida.

ContenedorDebe proporcionar un medio de manejo y distribución de cantidades determinadas o múltiplos comerciales de un producto.

Identificación y publicidadCuando es impresa debe ayudar a identificar el contenido y representa un medio de publicidad del mismo durante su tránsito, almacenaje o exhibición.

La fabricación de cartón propiamente dicha se realiza en la corrugadora. En esta máquina se desenrolla el papel que se ondula y se pega creando planchas de cartón. Las principales funciones de la corrugadora son:

• Corrugar el papel médium• Pegar el liner interior con el médium, a esta combinación se le denomina single face o cara sencilla.

Flauta “C”: presenta una particularidad muy importante, debido a que se encuentra situada en un punto intermedio entre flauta “A” y flauta “B”. O sea que, no presenta tanta resistencia a la compresión horizontal como la flauta “B” y tanta resistencia al aplastamiento vertical como la flauta “A”, sino cuenta con mayor resistencia a la compresión horizontal que la flauta “A” y mayor resistencia al aplastamiento vertical que la flauta “B”.

Figura 4. Tipo de Flauta “C”

C


• Pegar el single face con el liner exterior• Cortar y rayar al ancho deseado• Cortar al largo deseado• Apilar en hojas individuales

Elementos básicos relacionados con la fabricación de cartón corrugado

Figura 5. Elementos importantes en la fabricación de cartón corrugado

Se debe controlar todos estos parámetros para poder fabricar un cartón corrugado de buena calidad.

PapelEl papel consiste en dos tipos:

•Papel liner interior o exterior•Papel médium o de corrugar

Papel liner interior y exteriorEl elemento más importante que se debe controlar en estos papeles es su contenido de humedad, si el contenido de humedad es alto, el cartón corrugado puede pandearse o bien podría no tener una adhesión apropiada.


Existen rodillos precalentadores para reducir el contenido de humedad de estos papeles y calentarlos para permitir una adhesión más rápida. También pueden presentarse problemas de pandeo si los papeles están demasiado secos, cuando esto suceda deberán reducirse los arropamiento en los precalentadores.

Papel médium o de corrugarEn este papel de igual manera existen dos elementos importantes que se deben controlar, el calor y la humedad. Para que los rodillos corrugadores formen adecuadamente las flautas a velocidades variables, el papel de corrugar deberá estar caliente y húmedo.

AdhesivoEl adhesivo utilizado para unir el papel de corrugar con los papeles liner, es por lo general una mezcla de almidón, sosa cáustica y bórax disueltos en agua. Debido al costo, calidad y disponibilidad el almidón de maíz es el que se utiliza con más frecuencia en la industria del cartón.

El almidón puede convertirse en adhesivo únicamente después de haberse gelatinizado, deberá estar presente tanto en humedad como calor para provocar que el almidón se gelatinice y poder formar lo que se conoce como adhesión.

Cuando se agrega almidón para la adhesión, se adiciona además mucha humedad. Esta humedad puede ser la fuente de muchos problemas de pandeo. Es importante tener suficiente almidón en el cartón para lograr una buena adhesión, sin embargo demasiado almidón podría no mejorar la adhesión y tener como resultado un cartón húmedo y combado el cual será muy difícil procesar.

CalorEl calor es muy necesario para controlar la humedad, calidad del corrugado y formación de la unión. El suministro de calor al papel se puede suplir mediante distintos elementos como por ejemplo: precalentadores, pre-acondicionadores, regaderas de vapor, rodillos corrugadores, rodillo prensa y planchas calientes.

Como mínimo en los rodillos corrugadores se puede tener un mínimo de 155°C.

PresiónLa presión es necesaria para formar las uniones de los papeles en el corrugado.

El rodillo prensa proporciona la presión necesaria para formar la adhesión del liner interior con el papel de corrugar, muy poca presión tendrá como resultado una adhesión deficiente. Demasiada presión cortara el papel y podría tener como resultado una baja resistencia de mullen2 además de romperse al momento de ser impreso.

La presión para la adhesión del liner exterior es proporcionada por la lona de las planchas calientes.

2. La prueba Mullen (Mullen Test o Bursting Strength Test) se emplea para medir la resistencia al estallamiento o a la perfo-ración de un empaque corrugado y se expresa en Kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) o en Libras por pulgada cuadrada (psi).


También se requiere presión entre los rodillos corrugadores para que el papel de corrugar pueda ser formado correctamente, muy poca presión tendrá como resultado un corrugado deficientemente formado, bajo calibre, y baja resistencia a la compresión. Demasiada presión fracturará al papel de corrugar.

En el doble engomador el rodillo guía aplica presión al single face de forma que el corrugado pueda tomar adhesivo, debe aplicarse únicamente la presión suficiente para asegurar el contacto entre el corrugado y el rodillo de adhesivo. Demasiada presión tendrá como resultado un corrugado inclinado y aplastado.

HumedadLa humedad es necesaria para una buena formación del corrugado, así como para que el almidón se gelatinice, aunque la humedad es importante es también la causa de problemas importantes.La humedad está presente en todas las bobinas de papel que se consumen en la corrugadora, el problema es que la cantidad de humedad puede variar mucho de un rollo a otro, la mayoría del papel tienen una humedad que se encuentra entre 5% y 7% y algunas veces la humedad es mayor o menor a este porcentaje y si los dos liner tienen diferente contenido de humedad en el momento en que se une el cartón puede resultar combado.

El adhesivo es una fuente grande de humedad, por lo cual, deberá tenerse agua presente para que el adhesivo fluya y se gelatinice, por eso al agregar adhesivo al papel la cantidad de agua agregada es equivalente al 10% del contenido de humedad del liner, por esta razón, si se agrega más adhesivo de un lado que del otro, se pueden tener graves problemas de pandeo.

TensiónLa tensión es básica en el proceso de corrugado para poder tener un buen contacto con el precalentador o pre-acondicionador y poder transferir calor y eliminar la humedad excesiva al papel.

Una tensión adecuada en el papel ayuda a controlar las arrugas, bolsas, pandeo y orillas despegadas provocadas por defectos en la bobina de papel.

Una tensión excesiva puede provocar pandeo hacia arriba o hacia abajo de extremo a extremo en dirección máquina, arrugas, reventones y arrastre en el mecanismo de transmisión y provocar variación de dimensiones en la cuchilla transversal. Poca tensión puede provocar arrugas, pandeo y poca transferencia de calor.


En el proceso de producción intervienen los siguientes materiales:

•Papel liner•Papel médium•Almidón

Proceso de producción en la Corrugadora:

1. Las bobinas de papel son montadas en los elevadores del Roll Master.2. Se realiza el proceso de la sección Single Facer del corrugador.3. Se prepara el tipo de flauta a realizar (B o C).4. Luego se ingresa el almidón al rodillo corrugador como para actuar como medio adhesivo.5. Se está revisando que la viscosidad del almidón sea la correcta.6. Se forma el corrugado.7. Por medio del rodillo de presión se une el cartón corrugado con el papel liner.8. Cuando ya están unidos recorren el puente para poder enfriarse al ambiente.9. Se revisa la formación de la flauta, su formación, su adhesión, etc. (Si se requiere se llevan a cabo modificaciones en la temperatura de arrope, velocidad de la banda, cantidad o viscosidad del almidón, etc. para mejorar la calidad y la adhesión de la flauta con el liner).10. Se pasa a la Glue Machine.11. Se transporta las uniones a la sección Doble Backer. Se pasa por una serie de planchas de vapor donde precalentadores secan la humedad del producto.12. En la sección Slitter una serie de cuchillas realizan cortes longitudinales.13. Luego en la Sección Cut off se realizan los cortes transversales.14. Se lleva a cabo la inspección del producto obtenido y se realizan correcciones de las variables del proceso de producción si así se requiere.

CAPÍTULO II: MÁQUINA CORRUGADORA

Descripción del procesoLa línea de producción está compuesta por las siguientes secciones:

Figura 6. Línea de producción del cartón corrugado


Maquinarias en la línea de Corrugación

Single FacerEl single facer o cara sencilla es donde se forma el corrugado medio en unos rodillos en forma de piñones, aplicándole adhesivo a la punta de las flautas y pegándolo al papel liner. Aquí el corrugado medio adquiere el adhesivo del rodillo aplicador y se une al papel liner en el rodillo de presión, iniciando el pegado permanente de los dos papeles al gelatinizarse el adhesivo, tomando el nombre de cara sencilla.

PrecalentadorPara una operación normal una línea de corrugación tiene incorporados estos rodillos, cuya función es extraer la humedad que poseen los papeles y de esta forma sean más dúctiles en el momento de ser procesados los papeles.

Double BackerEl doble Backer o doble facer consta en términos generales de dos secciones, una sección de planchas calientes y otra sección fría de tracción. Su función es unir el papel liner con la cara sencilla aplicando una presión sobre ellos. Su función es transmitir calor al papel liner inferior para alcanzar la temperatura de gelatinización del adhesivo.

SlitterLa función básica del Slitter es hacer cortes y marcas de doblez en forma longitudinal a medida que va saliendo del doble Backer.

Cut offRealiza cortes transversales para determinar el largo del cartón.

Parámetros importantes en la línea de corrugado

Influencia de las propiedades del adhesivo en la línea de corrugadoLa viscosidad es la propiedad de fluir que poseen los adhesivos. Esta propiedad permite que el rodillo aplicador recoja de la bandeja de adhesivo una cantidad suficiente.

Efectos de la variación en viscosidad

Alta viscosidadNo hay suficiente penetración del adhesivo en las fibras del papel formando una unión superficial con escaso arranque de fibra, esto ocurre especialmente en papeles pesados.

Baja viscosidad• Puede haber excesiva penetración en los componentes de adhesivo, especialmente el agua en fibras, abandonando completamente la superficie del papel, lo cual puede generar “unión falsa”; esto ocurre en papeles muy absorbentes.• Puesto que el adhesivo no se “sostiene” sobre el rodillo aplicador, resulta difícil controlar la aplicación sobre la línea de adhesivo cuando se desea aumentarla, produciendo una aplicación pobre.


• La viscosidad baja permite el llenado de las ranuras de los dedos lo cual da líneas de adhesivo más pareja en el single facer. Sin embargo, si la viscosidad tiene un valor excesivamente bajo aparecerán líneas de adhesivo disparejas especialmente en el Double Baker.• Los adhesivos de baja viscosidad producen “salpique” sobre el papel. Cuando el rodillo aplicador recoge el adhesivo, este no puede permanecer unido a la superficie del rodillo y por el efecto de la fuerza centrífuga es lanzado sobre el papel, generando desperdicio de adhesivo.• Con bajas viscosidades se favorece la formación de espumas especialmente en las bandejas donde los rodillos producen un efecto de agitación.

Temperatura de gelatinización

Es la temperatura a la cual el almidón se hidrata, o sea absorbe el agua disponible. Cuando la suspensión se lleva hasta esta temperatura, el almidón se cocina. A esta temperatura el almidón tiene verdaderamente propiedades de adhesivo. La temperatura de gelatinización es una propiedad de cada uno de los almidones. La temperatura de gelatinización ideal es la mínima posible que permita correr el corrugador sin formar “grumos”. La temperatura de gelatinización del almidón en la empresa RUA S.A de C.V. es de 65°C.

Efectos de la variación en la temperatura de gelatinización

Bajo punto de gelatinización• Unión frágil o “galleta” debido a una prematura gelatinización en la superficie del papel sin la suficiente penetración en las fibras.• Formación de “grumos” en la bandeja y en los dedos, los cuales “limpian” el rodillo aplicador formando zonas secas de adhesivo en el corrugado medio.

Alto punto de gelatinizaciónBaja velocidad en el corrugador debido a que es necesario entregar más calor a la línea de adhesivo para alcanzar el punto de gelatinización.


CAPÍTULO III: MONITORIZACIÓN DE PROCESOS

Con la monitorización se busca facilitar la labor del operario, ya que éste debe suponer el estado de algunas variables importantes en el proceso ajustándolas de forma empírica. La monitorización busca tener una lectura de las variables del proceso y mostrarlas mediante una interfaz humano-máquina, y de esta forma facilitar el trabajo del operario.

Propuesta de áreas a monitorearPara poder decidir qué áreas deben monitorearse, primeramente se deben conocer las variables de importancia, luego de conocerlas entonces se busca los puntos clave donde se necesita conocer sus magnitudes.

Variables a monitorear en la fabricación de cartón corrugado• Temperatura• Viscosidad del adhesivo• Presión• Diámetro de las bobinas de papel

Lo que se busca es integrar la mayoría de variables en un dispositivo HMI, en la cual se visualice el estado de las variables y sus correspondientes alarmas, esto con el propósito de crear un centro de información en el cual se disponga de los datos para así obtener un proceso más controlable, y por ende mejorar la producción en la línea de cartón corrugado.

Áreas propuestas a monitorear• Área de planchas calientes• Rodillos precalentadores• Single facer• Roll master

Tipos de dispositivos a utilizar

Sensores de TemperaturaSensor de temperatura infrarrojo

Los sensores de temperatura infrarrojos o sondas de temperatura por infrarrojos, son sensores para medida de temperatura sin contacto. Esto permite realizar medidas de temperatura con alta precisión para rangos amplios de temperatura.

Sensores infrarrojos adecuados para realizar medidas de alto rendimiento de objetos y materiales inaccesibles o en movimiento. Se pueden medir temperaturas de -20ºC a 2000ºC. Salida 4-20mA o termopar.


Sensor de temperatura infrarrojoSensor M18TIP6E

EspecificacionesDesignación de Tipo M18TIP6EModo de funcionamiento Sensor de infrarrojosTemperatura ambiente -20…+70ºCRango de temperatura ≥0…≤300ºCExactitud del punto de conmutación ±0.5% ºCTensión de servicio 12…30VDCProtección cortocircuito Sí/cíclicaProtección contra polaridad inversa SíFunción de salida Contacto de cierre/PNP/salida analógicaSalida de corriente 4…20mARetardo de la activación ≤1.5 sModelo Cilíndrico/roscado, M18TMedidas 81.7 mmMaterial de la carcasa Acero inoxidable, V2A (1,4301)Conexión CableLongitud del cable 2 mSección transversal del cable 5x0.5mm^2Grado de protección IP67Indicación de la tensión de servicio LED VerdeIndicación estado de conmutación LED amarillo


Esquema de conexión

Esquema de conexión del sensor M18TIP6EPyromini Sensor Infrarrojo

Especificaciones

Modo de funcionamiento Sensor de infrarrojosRango de temperatura (cabeza de sensado) Serie MA ≥0…≤60ºC

Serie JA ≥0…≤120ºCSerie HA ≥0…≤180ºC

Precisión ±1% ºCRepetitividad ±0.5%Tensión de servicio 24VDCSalida 4…20mA o RS485 ModbusTiempo de respuesta 240 ms


Optris CT LT

EspecificacionesModo de funcionamiento Sensor de infrarrojosTemperatura ambiente Máx. 1800C sin enfriamientoRango de temperatura (cabeza de sensado) -50…975ºCPrecisión ±1% ºCRepetitividad ±0.5%Tensión de servicio 8…36VDCSalida 4…20mATiempo de respuesta 150 ms

Sensores para medición de nivel de las bobinas de papelSensor óptico

Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para determinar las propiedades de ésta. Una mejora de los dispositivos sensores, comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión de la luz.

Diagrama básico de un sensor óptico.

Los sensores ópticos, presentan importantes ventaja cuando lo que se desea es determinar propiedades físicas o químicas:• Es un método no destructivo y no invasivo.• Ofrece posibilidades de integración en sistemas más complejos.• Bajo coste y tecnología bien establecida.• Posibilidades de control a distancia de lugares poco accesibles físicamente.• Capacidad de conformar redes espaciales de sensores para el control de parámetros en grandes superficies.

Sensor óptico


Detectores fotoeléctricos de proximidad SIMATIC PXO (Sensor difuso)La luz del emisor choca con un objeto y se refleja de forma difusa. Una parte penetra en el receptor que también se halla en el detector. Si hay suficiente intensidad de recepción, se activa la salida. La zona de detección depende del tamaño y del color del objeto, así como de la naturaleza de su superficie. El potenciómetro incorporado permite variar en un amplio margen la zona de detección.

EspecificacionesDesignación de Tipo 3RG7400 K21Modo de funcionamiento Sensor difusoConexión Eléctrica CableCorriente Máxima 150 mAEstilo de sensor bloqueFuente de Luz LEDMaterial de la carcasa PBTPRango de detección 60 cmTecnología óptica FototransistorTemperatura de funcionamiento máxima +55ºCTemperatura de funcionamiento mínima -50CTensión DC Máxima 30VTiempo de respuesta 0.5 msTipo de detección difusoTipo de salida PNPÍndice de protección IP IP68


Sensor difuso SIMATIC PXO 3RG7120 M12

EspecificacionesDesignación de Tipo 3RG7120 M12Modo de funcionamiento Sensor difusoConexión Eléctrica Conector M12 de 4 contactosCorriente Máxima 200 mAEstilo de sensor CilíndricoFuente de Luz LEDMaterial de la carcasa Latón chapado en níquelRango de detección 30 cmTecnología óptica FototransistorTemperatura de funcionamiento máxima +75ºCTemperatura de funcionamiento mínima -40ºCTensión DC Máxima 36VTiempo de respuesta 0.5 msTipo de detección difusoTipo de salida PNPÍndice de protección IP IP67


Sensores gama GLV/GLK18Los sensores de la gama GLV/GLK18 contribuyen a mejorar la eficacia de sus máquinas y sistemas. Tanto el diseño de su carcasa de plástico M18 como la tecnología de conexión y las propiedades de los sensores ofrecen un elevado grado de estandarización. El estudio de los requisitos esenciales de los sensores ha cristalizado en una gama de sensores sólidos y fiables para sistemas CC y CA/CC manteniendo un diseño sencillo. El set de montaje incluido en el producto y el diseño optimizado del potenciómetro garantizan un montaje rápido y una configuración sencilla.

Sensor de Modo difuso GLV18-8-450/59/102/159

Especificaciones

Designación de Tipo GLV18-8-450/59/102/159Modo de funcionamiento Sensor fotoeléctrico de detección directaConexión Eléctrica Conector Macho M12x1, 3 polosTemperatura ambiente -25…60ºCTemperatura de almacenaje -40…70ºCRango de detección 50…450 mm ajustableRango de detección máxima 0…450mmFuente de luz LEDTensión DC 10…30VTipo de salida NPN, protegido contra-cortocircuito, colector abiertoTensión de conmutación Máx. 30VDCCorriente de conmutación Máx. 100 mATiempo de respuesta ≤1 msÍndice de protección IP IP67Indicación de trabajo LED Verde, iluminado estático Power OnIndicación de la función LED Amarillo, iluminado con objeto detectado, parpadea

si está por debajo de la reserva de la función


Sensores de presiónSensor de presión puede trabajar bajo las siguientes escalas de presión de -1 a 0 bar, hasta 0-400 bar botones frontales para facilitar la programación de la pantalla sensores para ver los parámetros de configuración y los valores de detección de exactitud de 0,5% Diseño robusto con protección IP67 y alto nivel de inmunidad electromagnética del sistema integrado de seguridad para evitar fugas en caso de interrupción del transistor celda de presión o de la salida analógica.

Sensor de presión

Transmisor de presión de alta temperatura ADZ Nagano SKE Series 6

Rango de Medida 0…1bar y 0…2000bar

Rango medio de temperatura -40…180ºC

Rango de la temperatura ambiente -40…105ºC

Precisión 1%

Índice de protección IP IP65

Señal de salida 4…20 mA

Tiempo de respuesta <1 ms

Especificaciones


EspecificacionesRango de Medida 0…1000bar y 0…4000bar

Rango medio de temperatura -40…125ºC

Rango de la temperatura ambiente -40…105ºC

Precisión 1%

Señal de salida 4…20 mA

Tiempo de respuesta <1 ms

Transmisor de alta presión ADZ Nagano SMH Series

Interfaz hombre-máquina (HMI)Una interfaz de usuario asistida por ordenador, actualmente una interfaz de uso, también conocida como interfaz hombre-máquina (HMI), forma parte del programa informático que se comunica con el usuario. La interfaz de usuario / interfaz hombre-máquina (HMI) es el punto de acción en la que el usuario entra en contacto con una máquina.

Dispositivos HMI de Pro-face LT300 SeriesCaracterísticas

Pantalla TáctilSeguridadAlarmasOperación de registroAlmacenaje de datosMonitoreo de datos


LT3300S

Pantalla de 5.7’’ STN a colorPuertos: USB, Ethernet, Serial

LT3300L

Pantalla de 5.7’’ en blanco y negroPuertos: USB, Ethernet, Serial

LT3301L

Pantalla de 5.7’’ en blanco y negroPuertos: USB, Serial

LT3201A

Pantalla de 3.8’’ Ámbar/Rojo1 Puerto USB


Dispositivos HMIPantalla Touch-Screen para PLCMOL-TSCRE

Esta pantalla permite visualizar las condiciones de las variables del sistema y permite el chequeo en línea de los parámetros, y, sobre la misma pantalla, que es sensible al tacto.

Alimentación 110 a 220 V

Consumo 45 watts

Comunicaciones Ethernet, RS 232, 485 e internet

Tamaño 4,3'', 5,6'', 7'', 10'', 12,1'' y 15''

Compatibilidad Mayoría de marcas de PLC

Beneficios de la monitorización• Al mejorarse la calidad del adhesivo se evitarían fallas en la adhesión de la cara sencilla.

• Cuando la calidad del médium corrugado y la velocidad del equipo están garantizadas, pero el producto final presenta problemas de resistencia a la rotura y a la compresión, se debe en gran parte a niveles inapropiados de temperatura y presión. Así que al monitorizar esas variables el proceso se vuelve más controlable y por lo tanto se mejoraría la calidad del cartón producido.

• En general lo que se obtendría al incorporar un sistema de monitorización en el proceso sería evitar la rotura del cartón corrugado, flautas con arrugas, deformación de las flautas, adhesión defectuosa, y cantidad inapropiada de adhesivo.

• Al monitorear la temperatura de manera efectiva, se tiene un control más eficaz por parte del operario, para de esa forma poder garantizar la calidad del cartón corrugado. Además que se puede garantizar que la temperatura de gelatinización sea alcanzada y por lo tanto mejorando la calidad del pegado.


ESTACIÓN DEL MONTAROLLOSDescripción del sistema actual

El sistema de variación del freno del Roll-Master es manual, este se controla mediante un panel que consta de visualizadores de caratula de presión y unos perillas que se utilizan para variar la presión.

Con el sistema manual de control que se encuentra en la estación del montarollos, los ope-rarios se enfrentan al problema de controlar de manera eficaz la tensión del papel, ya que al ir desgastándose la bobina de papel, su peso disminuye por lo cual es necesario aumentar el freno para que de esta forma se mantenga una tensión adecuada en el papel.

Propuesta de mejora al sistema actualLa propuesta de mejora en la estación del montarollos o Roll master (Fig. 8) pretende estar monitoreando el nivel de la bobina de papel, con el fin de ir variando el freno de los brazos que sostienen dicha bobina3. Esto se hace para poder mantener una tensión adecuada en el papel, debido a que a medida que la bobina de papel va desgastándose ésta pierde peso por lo cual es necesario frenar la velocidad de giro de la bobina , para lo cual se necesita aumentar el freno para que la bobina gire a una velocidad adecuada y de esta forma mantener también una tensión adecuada en el papel.

Figura 7. Sistema de control actual del freno

3La velocidad de giro del motor donde se encuentra la bobina de papel es constante y no posee variador de velocidad.

CAPÍTULO IV: PROPUESTAS DE MEJORA EN LAS ESTACIONES DE LA LÍNEA DE CORRUGACIÓN


El proceso de control comienza con la adquisición de datos acerca del nivel de la bobina de papel, dependiendo del tamaño de la bobina se mandará un voltaje a una válvula proporcional que se en-cargará de aumentar o disminuir la presión del freno según sea el caso. Posteriormente para poder saber si el sistema opera con la presión requerida se utilizará un transductor de presión a voltaje o corriente, así una vez se alcance la presión dependiendo del nivel de la bobina de papel el sistema esperará por nuevos cambios.

Figura 8. Roll Master

Inicio

Inicialización de las variabes de distancia

y presión

Lectura de presión obtenida mediante el

transductor de presión

¿Es necesario ajustar el freno?

Sí

No

No

¿Se ha alcanzado la presión deseada?

Lectura del nivel de la bobina de papel

Variar la presión del freno mediante la

válvula proporcional

Figura 9. Descripción del proceso de control


Figura 9. Descripción del proceso de control

Componentes a utilizarMedición de nivel de la bobina de papelDebido a que cuando se utiliza la bobina de diámetro más grande, el poco espacio de montaje que queda bajo la bobina de papel es reducido, se utilizará un sensor ultrasónico con dimensiones muy pequeñas para que de esta forma pueda montarse sobre el área mostrada en la Fig. 10 .

Figura 10. Posición propuesta para el montaje del sensor

La posición de montaje del sensor ultrasónico para el caso del Roll Master es complicada debido al poco espacio de montaje que se posee. El sensor debe estar montado sobre uno de los brazos que sostienen la bobina de papel, esto para que las lecturas de distancia que el sensor haga sean correctas. El sensor no puede montarse en el suelo o arriba de la bobina de papel debido a que los brazos que la sostienen son inclinados de forma aleatoria, por lo cual, si se montarán en esas posiciones las lecturas serían erróneas.

Figura 11. Lugar propuesto para montaje del sensor ultrasónico


ECUACIÓN PARA ENCONTRAR EL DIÁMETRO DE LA BOBINA DE PAPEL

Figura 12. Variables en la medición del nivel de la bobina de papel

Descripción de las variablesDbobina: Es el diámetro inicial de la bobina, es decir, cuando la bobina esta nueva.D: Es el diámetro de la bobina que se desea conocer.dm: Es la distancia desde el sensor ultrasónico hasta el diámetro inicial de la bobina, es decir, es la distancia de montaje del sensor.d: Es la distancia que el sensor ultrasónico lee para poder determinar el desgaste de la bobina de papel.

En donde 2*(d - dm) es el desgaste que va experimentando la bobina de papel.Ahora haciendo uso de (1) se puede encontrar cuál es el porcentaje de papel que se ha utilizado así:

Conociendo los datos provistos por (1) y (2) se puede controlar el voltaje que se le entregará a la válvula de regulación de presión, para así controlar el freno neumático de los brazos que sostienen la bobina de papel.


SENSOR ULTRASÓNICOSensor UB800-18GM40-U-V1

Datos Técnicos Datos generales Rango de detección 50…800 mmRango de ajuste 70…800 mmZona ciega 0…50 mmEstándar 100 mm x100 mmFrecuencia del transductor Aprox. 255 kHzRetardo de respuesta Aprox. 100 msDatos eléctricos Tensión de trabajo UB 15…30 V cc, rizado 10 %SSCorriente en vacío IO ≤20 mASalida Tipo de salida 1 salida analógica 0…10 VResolución 0.4 mm con máx. rango de detecciónCondiciones ambientales Temperatura ambiente -25…70 ºCTemperatura de almacenaje -40…85 ºCDatos Mecánicos Tipo de conexión Conector M12x1 4 polosTipo de protección IP67Material Carcasa Latón, niqueladoMasa 25 g

Especificaciones


Dimensiones

Conexión

Pinout

Variación de la presión del freno neumáticoPara realizar la variación de la presión que se envía al freno según el nivel de la bobina de papel, se utilizará una válvula proporcional VPPE marca FESTO. Está válvula posee una entrada de control de 0-10 V, variando el voltaje en dicha entrada se puede variar la presión a su salida. Además se utilizará un sensor de presión SDE1con display marca FESTO con una salida analógica de 0 a 10 V para así visualizar en tiempo real el valor de presión que fluye a través del sistema. Una segunda opción de sensor de presión es utilizar un transmisor de presión marca FESTO SPTE, pero tendría que construirse un sistema de visualización adicional para observar el valor de la presión del sistema.


Inicio

Inicialización de las variabes de distancia

y presión

Lectura de presión obtenida mediante el transductor de presión a voltaje SDE1

o SPTE

¿Es necesario ajustar el freno?

Sí

No

No

¿Se ha alcanzado la presión deseada?

Lectura del nivel de la bobina de papel

Variar la presión del freno mediante la válvula

proporcional VPPE

Figura 13. Descripción del proceso

VÁLVULA PROPORCIONALRegulador de presión proporcional VPPE-3-1/8-6-010 (sin display)


Datos Técnicos Conexiones neumáticas 1 y 2 G1/8Construcción y funciones de válvula Regulador de presión proporcional servopilotado, válvula propor-

cional reguladora de presión de 3 vías, centro cerradoTipo de obturación BlandaTipo de accionamiento eléctricoTipo de mando Servopilotaje mediante válvulas de 2/2 víasTipo de fijación Mediante taladrosPosición de montaje Indistinto, preferentemente en posición verticalDiámetro nominalAlimentación de aire 5 mmEscape 2.5 mmCaudal nominal normal 850 l/minPeso del producto 445 gDatos eléctricos Conexión eléctrica Conector redondo tipo clavija, 4 contactos, M12x1Tensión de funcionamiento 21.6…26.4 V DCConsumo eléctrico máximo 3.6 WSeñal de entrada del valor nominal 0…10 V DCTipo de conexión/desconexión 550/1300 msTipo de protección IP65Condiciones de funcionamiento y el entorno Fluido de trabajo Aire comprimido según ISO 8573-1:2010 [7:4:4] Gases inertesIndicación sobre el fluido de funcionamiento/de pilotaje No es posible el funcionamiento con aire

comprimido lubricadoPresión en entrada 1 7…8 barMargen de la regulación de presión 0.15…6 barHistéresis máxima de presión 0.15 barTemperatura ambiente 10…50 ºCTemperatura del medio 10…50ºCInformación sobre el material Cuerpo Aleación de AluminioJuntas Caucho nitrílico

Especificaciones


Dimensiones

SENSOR DE PRESIÓNSensor de presión SDE1-D10-G2-R18-L-PU-M8 (LCD retroiluminado)


EspecificacionesMagnitud de la medición Presión relativaMétodo de medición Sensor de presión piezorresistivo con indicaciónValor inicial del margen de la medición de presión 0 barValor final del margen de la medición de presión 10 barFluido Aire comprimido según ISO 8573-1:2010 [7:4:4]Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de mando Opción de funcionamiento con lubricaciónTemperatura del fluido 0…50 ºCTemperatura ambiente 0…50 ºCFunción de conmutación Programable librementeFunción del elemento de conmutación ConmutableRepetibilidad del punto de conmutación 0.3 %Corriente máxima de salida 150 mASalida analógica 0…10 VTensión de funcionamiento 15…30 V DCConexión eléctrica Conector forma redonda según NE 60947-5-2

M8x1 4 contactosPosición de montaje IndistintoConexión neumática R1/8Peso del producto 95 gTipo de display LCD retroiluminadoTipo de protección IP65Material PA, POM reforzado


Dimensiones

Transmisor de presión SPTE-P10R-Q4-V-2.5K


Especificaciones

Magnitud de la medición Presión relativaMétodo de medición Sensor de presión piezorresistivoValor inicial del margen de la medición de presión 0 barValor final del margen de la medición de presión 10 barÁrea de sobrecargar 15 barFluido Aire comprimido según ISO 8573-1:2010 [7:4:4]Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de mando Opción de funcionamiento con lubricaciónTemperatura del fluido 0…50 ºCTemperatura ambiente 0…50 ºCSalida analógica 0…10 VTiempo de ascenso 1 msResistencia de carga mín. en salida de tensión 15 kOhmTensión de funcionamiento 18…30 V DCConexión eléctrica Cable extremo abierto trifilarPosición de montaje IndistintoConexión neumática QS-4Peso del producto 35 gTipo de protección IP40Material PA reforzado


Dimensiones

Conexión

Unidad de Filtro y regulador LFR-1/8-D-7-MINI


Especificaciones

Tamaño MiniSerie DGrado de filtración 40 µmConstrucción Filtro regulador con manómetroIndicación de la presión Con manómetroPresión de funcionamiento 1…16 barMargen de la regulación de la presión 0.5…7 barHistéresis máx. De la presión 0.2 barCaudal Nominal normal 900 l/minFluido Aire comprimido según ISO 8573-1:2010 [-:9:-]Clase de la pureza del aire a la salida Aire comprimido según ISO 8573-1:2010 [7:8:4]Temperatura del fluido -10…60 ºCTemperatura ambiente -10…60 ºCPeso del producto 460 gConexión neumática 1 G1/8Conexión neumática 2 G1/8

ESTACIÓN DEL SINGLE FACER

Descripción del sistema actualEl sistema actual para la variación de la distancia del tipo de flauta del cartón corrugado se realiza de manera manual, variando la distancia con ayuda de un perno (Fig. 14). El inconveniente de este método es que por las condiciones en las cuales trabaja la máquina, la distancia prefijada con el perno sufre variaciones y esto afecta la medida requerida de la flauta.

Propuesta de mejora al sistema actualEn la estación del Single Facer se pretende estar monitoreando la distancia de un perno que los operarios utilizan para colocar el tipo de flauta. Un problema recurrente que ellos tienen es que el perno se les reconfigura por sí solo, por lo cual, se desea monitorear constantemente la distancia para poder avisar mediante una alerta visual si el perno ha perdido su distancia predefinida.


Figura 14. Configuración del perno para modificar el tamano de la flauta

Para realizar la medición de la distancia se utilizará un sensor ultrasónico, primero se leerá la distancia cuando la bancada no ha sido accionada, posteriormente se realizará otra lectura cuando la bancada ha sido accionada. Luego para conocer la distancia que el operario ha configurado previamente se restarán ambas lecturas y se realizarán lecturas continuas para saber si el perno ha perdido la distancia previamente configurada.

Figura 15. Área de montaje propuesta para el sensor

El tipo de sensor ultrasónico propuesto para medir la distancia es está estación será el mismo que se propuso para determinar el diámetro de las bobinas de papel en el Roll-Master, es decir el Sensor UB800-18GM40-U-V1.


MEDICIÓN DE LA HUMEDAD Y TEMPERAURA DEL PAPELDescripción del sistema actualActualmente no se tiene una manera precisa de obtener la temperatura y humedad del papel, ya que el lazo de control lo desempeña el operario el cual empíricamente estima los valores de esas variables. El inconveniente con este método es que la los valores estimados cuentan con un gran porcentaje de error en la medida lo que provoca muchos inconvenientes en la línea de producción del cartón.

Propuesta de mejora al sistema actualPara obtener una mejor exactitud y confiabilidad en cada medida se propone adquirir un medidor portátil que integra la medida de ambas variables, humedad y temperatura o en última instancia obtener solamente el medidor de humedad. Si se decide adquirir el medidor de humedad-temperatura se recomienda adquirir el modelo MO230 de EXTECH INSTRUMENTS, pero si solo se desea adquirir el medidor de humedad se recomienda adquirir el modelo DM7 Digital de TECHLAB SYSTEMS.

MO230 de EXTECH INSTRUMENTS

Especificaciones

Principio de medición Resistencia eléctricaPantalla LCDMedidas Humedad, humedad relativa y temperaturaEscala de Humedad Madera 0 a 75%; materiales de construcción 0.1 a 24%Escala de Humedad relativa 0 a 100%Escala de Temperatura -40…70ºCLongitud de electrodo 8 mmAguja Electrodo integrado, reemplazableTemperatura de operación 0…40ºCHumedad de operación 85% de humedad relativa máximaPeso del producto 100 g


DM7 Digital de TECHLAB SYSTEMS

Especificaciones

Rango 0 a 100% H2O (ajustable)Resolución de medida 0.1%Profundidad de medida 30 mm

MEDICIÓN DE VISCOSIDAD DEL ALMIDÓN

Descripción del sistema actualActualmente la medida de viscosidad del almidón se realiza empíricamente al observar como fluye el adhesivo. El inconveniente de este método es que el control sobre la calidad del adhesivo casi nula lo que provoca que algunos contratiempos en la línea de producción de cartón.

Propuesta de mejora al sistema actualPara implementar un control sobre la calidad del almidón como adhesivo se debe conocer con exactitud y confiabilidad la medida de la viscosidad de este, por lo que se propone adquirir un medidor portátil capaz de proporcionar esa medida. Si se decide adquirir el medidor de viscosidad se recomienda adquirir el modelo HYDRAMOTION Viscolite VL700-S o VL700-T15.

Viscolite VL700-S o VL700-T15


COMUNICACIÓN VISUAL A DISTANCIA PARA LOS OPERARIOS

Estado actual de comunicación de la plantaSe tiene la necesidad de comunicar acciones para ser puestas en marcha en la maquinaria de fabricación de cartón.El procedimiento actual de la comunicación entre operarios que están a aproximadamente a 30 metros de distancia a lo largo de la maquinaria cartonera, siempre fue muy ineficiente, los operarios tenían que gritarse o comunicarse con señas, ya que el ambiente de la empresa es muy ruidoso, los operarios tienen que usar tapones de oídos todos los días, y eso dificulta aún más la comunicación entre ellos.

Al recibir la información de la problemática que tienen los operarios de las maquinas, mencionaron que son 3 las razones principales por la que ellos tienen que comunicarse. Por lo que será necesario crear una solución, es decir un sistema de comunicación.

Propuesta de mejora al sistema actualEl sistema de comunicación a diseñar tiene por objeto codificar los 3 mensajes, estos mensajes serán mostrados en un panel por medio de pilotos de colores, es decir un sistema de focos dentro de filtros de colores.

El mensaje 1 se representará como el color verde, y así los 2 mensajes restantes tendrán un color respectivo que los represente.

Todo esto será puesto en un panel de control que se pondrá cerca de los paneles ya existentes, por lo que se necesitará alambrar los 2 paneles para su comunicación.

Su funcionamiento será muy sencillo, el panel del emisor tendrá 3 botones, uno por cada mensaje, al presionar cualquiera de los 3 botones, se enviará una señal eléctrica hacia el panel receptor, el panel receptor también tendrá tres botones para poder enviar información en tres tipos de mensaje, lo cual activará la luz correspondiente de ese mensaje, una vez visto el mensaje recibido, por el receptor, éste podrá presionar el botón de enterado, luego en el panel transmisor se encenderá un piloto de indicando que el mensaje fue leído.

Esta misma operación puede ser repetida muchas veces para cada uno de los 3 mensajes existentes, incluyendo el panel del receptor, con esto se logrará una mejor comunicación entre las estaciones, teniendo una comunicación bidireccional en la cual ambos podrán enviarse mensajes en la empresa.

La tecnología a ser utilizada se basa en los micro controladores.


Un micro controlador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador y que contiene todos los componentes fundamentales de un ordenador, aunque de limitadas prestaciones y que se suele destinar a gobernar una sola tarea. Por lo que se hace evidente el uso de ellos para la tarea de comunicar se de manera visual.

Vista de los paneles:

Listado de materiales:• 35 metros de cable de red categoria 3.• 5 resistencias de 10K por ¼ watt.• 2 microcontroladores Pic 16F84A• 8 resistencias de 2.2K ¼ watt• 5 resistencias de 4.7K ¼ watt• 9 transistores 2N2222• 2 transformadores de 15VAC• 2 puentes rectificador de 1.5 AMP• 2 Capacitores de 470 micro faradios• 2 regulador de voltaje 7805• 2 regulador de voltaje 7812• 8 pulsadores para panel de control• 8 pilotos para panel de control (de diferentes colores)• 8 relés de 12VDC • 2 terminales macho para cable de red• 2 terminales hembra de cable de red para chasis • 2 targetas cobreadas de 15cm X 15 cm.• 2 bases para circuito integrado de 18 pines • 2 osciladores de cristal de 4 MHZ• 1 Acido nítrico.• 1 diseño de PCB.• 2 Paneles de Control de unos 5cm X 30cm X 20cm• 2 porta fusibles • 2 fusibles de 2 amp• 3 metros de estaño.


FUENTES DE CONSULTA

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PROPUESTA PARA MONITORIZACIÓN DE VARIABLES EN UNA …MEJORAS EN LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO 7 Funciones principales del empaque de cartón corrugado Protección Dar seguridad