Trabajo Terminal Prototipo de una máquina automática para ......Peña Montes Benjamín Ruiz Orozco Sergio Jesús Sánchez Martínez Juan Carlos Asesores: Campos Vázquez Alfonso

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria en

Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

UPIITA

Trabajo Terminal

“Prototipo de una máquina automática para pesar y embolsar azúcar”

Que para obtener el título de

Ingeniero en Mecatrónica

Presentan:

Peña Montes Benjamín

Ruiz Orozco Sergio Jesús

Sánchez Martínez Juan Carlos

Asesores:

Campos Vázquez Alfonso

Escamilla Navarro Alejandro

Rodríguez Gómez Jesús Leopoldo

México, D. F., Junio de 2012

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria en

Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

UPIITA

Trabajo Terminal

“Prototipo de una máquina automática para pesar y embolsar azúcar”

Que para obtener el título de

Ingeniero en Mecatrónica

Presentan:

Peña Montes Benjamín

Ruiz Orozco Sergio Jesús

Sánchez Martínez Juan Carlos

Asesor Asesor

__________________________ __________________________

M. en C. Campos Vázquez M. en C. Escamilla Navarro

Alfonso Alejandro

Asesor

______________________

Ing. Rodríguez Gómez

Jesús Leopoldo

Presidente del Jurado Profesor Titular

__________________________ __________________________

Ing. Alejandra Sofía M. en C. Cecilia

Herrera Ramírez Fernández Nava

III

Agradecimiento

Instituto Politécnico Nacional

Manifestamos nuestro agradecimiento al Instituto Politécnico Nacional (IPN), por permitirnos la

oportunidad de pertenecer a su lista de alumnos, y de esta manera llegar a la realización de nuestra

formación académica.

IV

ÍNDICE GENERAL

TÍTULO ............................................................................................................................. XV

RESUMEN ........................................................................................................................ XV

ABSTRACT ..................................................................................................................... XVI

OBJETIVO GENERAL. ................................................................................................ XVII

OBJETIVOS PARTICULARES. .................................................................................. XVII

PALABRAS CLAVE. ................................................................................................... XVIII

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ XVIII

PARTE I ................................................................................................................................. 1

“PANORAMA GENERAL”. ................................................................................................. 1

Capítulo 1............................................................................................................................ 2

ANTECEDENTES Y GENERALIDADES ....................................................................... 2

1.1 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................... 3

1.1.1 Megapack........................................................................................................... 3

1.1.2 Gusther............................................................................................................... 4

1.1.3 Sima ................................................................................................................... 5

1.2 MARCO DE REFERENCIA .................................................................................... 6

Capítulo 2............................................................................................................................ 7

DISEÑO Y SELECCIÓN DE SUBSISTEMAS................................................................. 7

2.1 DOSIFICACIÓN DE AZÚCAR ............................................................................... 8

2.1.1 Propiedades físicas del azúcar ........................................................................... 8

2.1.2 Medios granulares.............................................................................................. 8

2.1.3 Tipos de dosificadores de uso más común ........................................................ 9

2.1.4 Tipos de alimentadores .................................................................................... 12

2.1.5 Selección de diseño ......................................................................................... 14

2.1.6 Posibles configuraciones del dispositivo ......................................................... 14

2.1.7 Selección de diseño conceptual ....................................................................... 16

2.1.8 Virtualización de diseño seleccionado ............................................................ 18

2.1.9 Selección de componentes ............................................................................... 20

2.1.10 Selección de materiales ................................................................................. 22

V

2.2 MÓDULO PARA PESAR ...................................................................................... 25

2.2.1 Formas de pesar. .............................................................................................. 25

2.2.2 Materiales para los contenedores de pesado. ................................................... 27

2.2.3 Tipos de actuadores ......................................................................................... 28

2.2.4 Selección de diseño ......................................................................................... 29

2.2.5 Posibles configuraciones del sistema .............................................................. 30


2.2.7 Virtualización del diseño conceptual ............................................................... 33

2.2.8 Selección de componentes ............................................................................... 34

2.3 SISTEMA DE EMBOLSADO................................................................................ 42

2.3.1 Tipos de embolsado ......................................................................................... 42

2.3.2 Tipos de plásticos para embolsado. ................................................................. 43

2.3.3 Tipos de embolsado automatizado .................................................................. 44

2.3.4 Selección de diseño ..................................................................................... 45



2.4 SISTEMA DE SELLADO ...................................................................................... 50

2.4.1 Técnicas de sellado plástico ............................................................................ 50

2.4.3 Tipos de plásticos para embolsado. ................................................................. 53

2.4.4 Selección de diseño ..................................................................................... 54



2.4.7 Virtualización del diseño conceptual ............................................................... 56

2.4.8 Actuador neumático ......................................................................................... 58

2.4.9 Control de temperatura .................................................................................... 62

2.5 ESTRUCTURA ....................................................................................................... 64

2.5.1 Selección de materiales para la estructura ....................................................... 64

Capítulo 3.......................................................................................................................... 67

DISEÑO DE SISTEMA DE CONTROL ELECRONICO Y NEUMATICO .................. 67

3.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN NEUMÁTICA ................................................. 68

3.1.1 Aire comprimido.............................................................................................. 68

VI

3.1.2 Proceso de preparación de aire ........................................................................ 69

3.1.3 Alimentación de los dispositivos neumáticos .................................................. 69

3.1.4 Unidad de mantenimiento ................................................................................ 71

3.1.5 Válvula............................................................................................................. 72

3.2 SISTEMA DE CONTROL...................................................................................... 74

3.2.1 Lenguaje de escalera ........................................................................................ 75

3.2.2 Sistema de control propuesto ........................................................................... 77

3.2.3 Contactor ......................................................................................................... 78

3.2.4 PLC .................................................................................................................. 79

3.2.5 Simulación del sistema neumático .................................................................. 80

Capítulo 4.......................................................................................................................... 82

VALIDACIÓN DE SUBSISTEMAS ............................................................................... 82

4.1 VALIDACIÓN ........................................................................................................ 83

4.1.1 Dosificador ...................................................................................................... 84

4.1.2 Dosificadores para pesar .................................................................................. 87

4.1.3 Barra de alojamiento de bolsa ......................................................................... 90

4.1.4 Estructura ......................................................................................................... 91

PARTE II .............................................................................................................................. 96

“MANUFACTURA Y ARMADO DE LA MAQUINA” .................................................... 96

Capítulo 5.......................................................................................................................... 97

Estructura Mecánica.......................................................................................................... 97

5.1 Estructura base ........................................................................................................ 98

5.1.1 Herramienta utilizada ...................................................................................... 98

5.1.2 Componentes de Acero Inoxidable.................................................................. 99

5.1.3 Estructura de PTR .......................................................................................... 102

5.1.4 Acople de estructura base .............................................................................. 103

Capítulo 6........................................................................................................................ 105

Control electrónico y neumático ..................................................................................... 105

6.1 Control electrónico ................................................................................................ 106

6.1.1 Sensores para pesado ..................................................................................... 106

6.1.2 Control del subsistema de embolsado ........................................................... 108

VII

6.2 Control Neumático ................................................................................................ 113

6.2.1 Componentes del control neumático ............................................................. 113

6.2.2 Subsistema de sellado y corte ........................................................................ 114

Conclusiones. .............................................................................................................. 115

ANEXOS ........................................................................................................................ 116

COSTOS......................................................................................................................... B

Costo estimado .......................................................................................................... B

ACERCA DEL DISEÑO ............................................................................................... C

LLUVIA DE IDEAS ....................................................................................................... E

ANÁLISIS MORFOLÓGICO ........................................................................................ E

PROCEDIMIENTO: .................................................................................................. E

CARACTERÍSTICAS REQURIDAS PARA DISPOSITIVO DE DOSIFICACIÓN. ... F

CARACTERÍSTICAS REQURIDAS PARA DISPOSITIVO DE PESADO. .............. G

CARACTERÍSTICAS REQURIDAS PARA DISPOSITIVO DE EMBOLSADO. ..... H

CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA EL DISPOSITIVO DE DOSIFICACIÓN ......... I

CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA EL DISPOSITIVO DE PESADO ......................J

CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA EL DISPOSITIVO DE EMBOLSADO .......... K

VIRTUALIZACIÓN DE DISEÑOS CONCEPTUALES............................................... L

SELECCIÓN DEL DISEÑO CONCEPTUAL ............................................................... L

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE DOSIFICADO. ................................................ L

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE PESADO. ........................................................ O

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE EMBOLSADO ................................................ R

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE SELLADO ...................................................... U

VIII

Índice de Figuras

Figura 1. Embolsadora V-9................................................................................................................ 4

Figura 2. Embolsadora TA1 ............................................................................................................... 4

Figura 3. Embolsadora ALM-250-V .................................................................................................. 5

Figura 4. Dosificador volumétrico. .................................................................................................... 9

Figura 5 Dosificador con tornillo sin fin. ........................................................................................ 10

Figura 6. Dosificador con pistón. .................................................................................................... 10

Figura 7. Dosificador por gravedad. ............................................................................................... 11

Figura 8. Dosificador con canales vibratorios................................................................................. 11

Figura 9. Alimentador por banda .................................................................................................... 12

Figura 10. Alimentador de tornillo .................................................................................................. 12

Figura 11. Alimentador vibratorio ................................................................................................... 13

Figura 12. Alimentador de estrella .................................................................................................. 13

Figura 13. Diseño conceptual del dispositivo de dosificación ......................................................... 18

Figura 14. Sistema americano del diseño conceptual de la tova de dosificación ............................. 19

Figura 15. Sistema americano del diseño conceptual de las rampas de dosificación ...................... 19

Figura 16. Motor de CC marca Crouzet 82 850 0 ........................................................................... 22

Figura 17. Acero inoxidable 304 AISI .............................................................................................. 24

Figura 18. Báscula Mecánica .......................................................................................................... 25

Figura 19. Báscula electrónica ........................................................................................................ 26

Figura 20. Acero inoxidable 304. ..................................................................................................... 27

Figura 21. Nylamid grado alimenticio. ............................................................................................ 27

Figura 22. Diseño conceptual del dispositivo de pesado ................................................................. 33

Figura 23. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de pesado.............................. 33

Figura 24. Celda de Carga tipo TDA: 1042 BRAUNKER ............................................................... 36

Figura 25. DSNU-8-100-P-A ........................................................................................................... 39

Figura 26. Forma de montaje. ......................................................................................................... 40

Figura 27. Máquina para embolsado horizontal. ............................................................................. 44

Figura 28. Máquina para embolsado vertical. ................................................................................. 45

Figura 29. Diseño conceptual del dispositivo de embolsado............................................................ 48

Figura 30. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de embolsado ........................ 48

Figura 31. Diseño conceptual del abastecedor ................................................................................ 49

Figura 32. Sistema americano del diseño conceptual del abastecedor ............................................ 49

IX

Figura 33.Sellado de polipropileno con prensa. .............................................................................. 50

Figura 34. Sellador térmico ............................................................................................................. 51

Figura 35.Sellador ultrasónico. ....................................................................................................... 52

Figura 37. Ejemplo del plástico polietileno. .................................................................................... 53

Figura 38. Ejemplo del plástico polipropileno postal. ..................................................................... 53

Figura 39. Ejemplo del plástico polipropileno biorientado. ............................................................ 53

Figura 40. Diseño conceptual del dispositivo de sellado ................................................................. 56

Figura 41. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de sellado horizontal ............ 57

Figura 42. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de sellado vertical ................ 58

Figura 43. DSNU-12-125-P-A ......................................................................................................... 58

Figura 44. DGP-40-400-PPV-A-B ................................................................................................... 61

Figura 45. Controlador de Temperatura Inteligente TET-612 ......................................................... 64

Figura 46. PTR ................................................................................................................................ 64

Figura 47. Perfil de aluminio ........................................................................................................... 65

Figura 48. Acero inoxidable 304 AISI .............................................................................................. 66

Figura 49. Unidad de Mantenimiento. ............................................................................................. 70

Figura 50 Unidad de Mantenimiento. .............................................................................................. 71

Figura 51. DSNU-8-100-P-A ........................................................................................................... 73

Figura 52. Diagrama de Flujo. ........................................................................................................ 74

Figura 53.Ejemplo de programación en lenguaje de escalera. ........................................................ 76

Figura 54.Sistema de control propuesto para el PLC. ..................................................................... 77

Figura 55. Diagrama a detalle de un relevador. .............................................................................. 78

Figura 56. Contactor seleccionado. ................................................................................................. 78

Figura 57. PLC Allen Bradley Micrologics 1000 ............................................................................. 79

Figura 58. Conexión neumática. ...................................................................................................... 80

Figura 59. División de la mecánica. ................................................................................................ 83

Figura 60. Análisis estático del dosificador ..................................................................................... 85

Figura 61. Representación de resultado. ......................................................................................... 86

Figura 62. Deformaciones en el acero inoxidable. .......................................................................... 86

Figura 63. Representación de resultados. ........................................................................................ 87

Figura 64. Análisis estático del dosificador para pesar. .................................................................. 88




X

Figura 68. Análisis estático de la barra de bolsa. ............................................................................ 90




Figura 72. Reacciones en el abastecedor de bolsa. .......................................................................... 92

Figura 73. Soporte de la barra para bolsa (A) ................................................................................. 92


Figura 75. Soporte de la barra para bolsa (B) ................................................................................. 93


Figura 77. Soporte de la barra para bolsa (A) ................................................................................. 94




Figura 81. Planta para soldar y guates de seguridad ...................................................................... 98

Figura 82. Cortadora, casco para soldar y lentes de seguridad ...................................................... 98

Figura 83. Calibración de la cortadora para ángulos rectos ........................................................... 99

Figura 84. Corte de PTR. ................................................................................................................. 99

Figura 85. Tolva de dosificación, vista lateral. ................................................................................ 99

Figura 86. Tolva de dosificación, vista inferior ............................................................................. 100

Figura 87. Tolva de dosificación, vista superior ............................................................................ 100

Figura 88. Rampas vibratorias. ..................................................................................................... 100

Figura 89. Tolva principal, vista lateral ........................................................................................ 101

Figura 90. Tolva principal, vista superior ..................................................................................... 101

Figura 91. Tolva principal, vista inferior ....................................................................................... 101

Figura 92. Dispositivos de pesado. ................................................................................................ 101

Figura 93. PTR utilizado ................................................................................................................ 102

Figura 94. PTR cortado ................................................................................................................. 102

Figura 95. Soldado de PTR ............................................................................................................ 102

Figura 96. Estructura básica de PTR ............................................................................................. 102

Figura 97. Prueba de ajuste de la estructura. ................................................................................ 103

Figura 98. Estructura de soportes de las rampas vibratorias. ....................................................... 103

Figura 99. Rampas vibratorias unidas a la estructura de los soportes. ......................................... 103

Figura 100. Rampas vibratorias añadidas a la estructura base ..................................................... 104

Figura 101. Tolva principal añadida a la estructura general. ....................................................... 104

XI

Figura 102. Contenedores de pesado unidos a la estructura base ................................................. 106

Figura 103. Celdas de carga unidas a la estructura ...................................................................... 106

Figura 104. Controlador de temperatura tipo PID y cable utilizado. ............................................ 106

Figura 105. PLC Micrologics utilizado.......................................................................................... 107

Figura 106. Guías para el deslizamiento de selladores térmicos horizontales............................... 107

Figura 107. Piezas complementarias maquinadas. ........................................................................ 107

Figura 108. Polipropileno Biorientado. ......................................................................................... 108

Figura 109 Motores para el mecanismo de sellado ....................................................................... 108

Figura 110. Tornillo sin fin ............................................................................................................ 108

Figura 111. Bases de nylamid para soporte de ejes. ...................................................................... 111

Figura 112. Control electrónico..................................................................................................... 111

Figura 113. Fuente de alimentación. ............................................................................................. 111

Figura 114 Estructura de soporte para sección de sellado y corte. .............................................. 112

Figura 115. Diagrama de conexión para elementos térmicos. ....................................................... 112

Figura 116. Control electrónico..................................................................................................... 112

Figura 117. Pistones, soportes de sensores y soportes de pistones. ............................................... 113

Figura 118. Unidad de mantenimiento neumático. ........................................................................ 113

Figura 119. Tornillería, bujes y baleros. ....................................................................................... 113

Figura 120. Apertura y cierre de sistema de sellado térmico. ........................................................ 114

Figura 121. Caja de engranes. ....................................................................................................... 114

Figura 122. Funcionamiento de los cilindros neumáticos en el dispositivo de sellado. ................. 114

Figura 1-A. Esquema del diseño secuencial y del diseño concurrente. ............................................. C

XII

Índice de Tablas

Tabla 1 Análisis morfológico. .......................................................................................................... 14

Tabla 2. Características del diseño conceptual 1 ............................................................................. 15



Tabla 5. Ponderaciones para criterios de selección......................................................................... 16

Tabla 6. Criterios de selección ......................................................................................................... 17

Tabla 7. Tabla de pertenencia de los criterios de selección ............................................................. 17

Tabla 8. Ponderación de los diseños conceptuales .......................................................................... 18

Tabla 7. Características de los motores. .......................................................................................... 20

Tabla 8. Ponderaciones.................................................................................................................... 21

Tabla 9. Criterios de selección. ........................................................................................................ 21

Tabla 10. Pertenencia criterios de selección. ................................................................................... 21

Tabla 11. Selección del proveedor. .................................................................................................. 21

Tabla 12. Características del dosificador. ....................................................................................... 22

Tabla 13. Ponderaciones. ................................................................................................................. 23

Tabla 14. Criterios de selección. ...................................................................................................... 23



Tabla 17. Sensores para pesar. ........................................................................................................ 26

Tabla 18. Análisis morfológico ........................................................................................................ 29

Tabla 19. Características del diseño conceptual 1 ........................................................................... 30



Tabla 22. Ponderaciones para criterios de selección....................................................................... 31

Tabla 23. Criterios de selección ....................................................................................................... 31

Tabla 24. Tabla de pertenencia de los criterios de selección ........................................................... 32

Tabla 25. Ponderación de los diseños conceptuales ........................................................................ 32

Tabla 26. Características de la celda de carga. ............................................................................... 34

Tabla 27. Proveedores de cilindros neumáticos. .............................................................................. 34



XIII



Tabla 32. Datos técnicos TDA: 1024 ............................................................................................... 36

Tabla 33. Características del cilindro neumático. ........................................................................... 37

Tabla 34. Proveedores de cilindros neumáticos. .............................................................................. 38





Tabla 39. Características del cilindro neumático seleccionado. ...................................................... 39







Tabla 46 Criterios de selección ........................................................................................................ 47











Tabla 57. Características del cilindro neumático seleccionado. ...................................................... 59

Tabla 58. Características del actuador lineal seleccionado............................................................. 61

Tabla 59 Características de Controladores de Temperatura ........................................................... 62





XIV

Tabla 64. Características del dosificador. ....................................................................................... 64





Tabla 69. Aplicaciones y Calidad del aire para aplicaciones neumáticas. ...................................... 68

Tabla 70. Datos técnicos de la unidad de mantenimiento Neumático .............................................. 71

Tabla 71. Características de las electroválvulas propuestas ........................................................... 72




Tabla 75. Selección de componente. ................................................................................................ 73

Tabla 76. Simbologia del diagrama de escalera. ............................................................................. 75

Tabla 77. Características del contactor elegido. .............................................................................. 78

Tabla 78. Caracterización de PLC ................................................................................................... 79

Tabla 79. Propiedades mecánicas .................................................................................................... 84

Tabla 80. Propiedades mecánicas PTR ............................................................................................ 92

Tabla 1-A Costos del proyecto. ......................................................................................................... B

XV

TÍTULO

“Prototipo de una máquina automática para pesar y embolsar

azúcar”

RESUMEN

La empresa “GRUPO COMERCIAL JUANES” dedicada en parte a la venta de productos

granulados al menudeo, contactó al equipo de trabajo y le propuso el patrocinio de una

máquina automática para pesar y embolsar azúcar debido a que actualmente compran

costales de este producto al mayoreo, lo pesan en pequeñas cantidades, lo embolsan y sellan

el paquete para la venta al menudeo y ese proceso lo realizan manualmente, es por eso que

les consume demasiado tiempo y trabajo.

La automatización de este proceso ya ha sido hecha y existen empresas tanto en México

como en el extranjero que realizan este tipo de máquinas, sin embargo, el precio comercial

de una máquina de este tipo es excesivamente alto, rebasando 10 veces lo que pudiese

costar en material y mano de obra.

Para la solución del problema se plantea diseñar y manufacturar la máquina que sea más

accesible para la empresa.

La máquina estará dividida en cuatro etapas, que son:

Dosificación del producto

Pesado

Empaquetado

Sellado de la bolsa

Se pretende realizar la máquina para la empresa y en un futuro poder comercializarla en las

empresas que siguen haciendo este proceso manualmente.

XVI

ABSTRACT

The company "GRUPO COMERCIAL JUANES" is also dedicated to the retail trade

granulated products. And this company contacted the team to suggest the sponsorship of

automatic weighing and bagging sugar machine, because actually they buy sugar bags in

bulk, later weigh small quantities of sugar to bag and sale the package for retail sale,

everyhing done manually, is why they consume too much time and effort.

Automating this process has been made already, and there are companies in Mexico and

abroad that perform this type of machine, however, the trading price of machines is

excessively expensive, exceeding 10 times what it might cost in material and workmanship.

As solution of the problem, is to design and manufacture an accessible machine for the

company.

The machine is divided into four stages:

Dosage product

Weighing product

Packaging product

Bag

The aim is make the machine to future business and sale it to companies that are doing this

process manually.

XVII

OBJETIVO GENERAL.

Desarrollar un prototipo de máquina para embolsar y pesar azúcar, a la empresa Juanes

utilizando para ello un modulo de abastecimiento de azúcar, seguido de un modulo de

pesado de azúcar, otro de embolsado, uno más de sellado plástico y finalmente un modulo

de control electroneumático, con un tablero como interfaz de usuario.

OBJETIVOS PARTICULARES.

Investigar las particularidades de cada uno de los procesos internos del prototipo

para el entendimiento de los problemas a resolver.

Comenzar con un análisis de los sistemas implicados en el prototipo a manufacturar.

Realizar la manufactura y armado del sistema diseñado

Realizar las pruebas de funcionamiento y resistencia estructural del sistema

mecatrónico.

XVIII

PALABRAS CLAVE.

Almacenamiento, embolsado, sellado plástico.

INTRODUCCIÓN

La MIPYME “GRUPO COMERCIAL JUANES” a cargo de su propietario el Sr. Juan

Sánchez Hernández, patrocinador de este proyecto, ve limitado el crecimiento de su

empresa por falta de maquinaria que le permita una mayor productividad, además de que

actualmente ha aumentado la demanda de sus productos. Por ello el Sr. Juan Sánchez

Hernández está interesado en la construcción de una máquina capaz de realizar el proceso

de pesar y embolsar de forma automática azúcar.

En la actualidad existen procesos industriales que abarcan diversas ramas de ingeniería, de

ahí parte la necesidad de implementar una disciplina que integre cada una de estas ramas de

una forma óptima, mediante esta integración surge lo que hoy conocemos como

Mecatrónica.

Generalmente la Mecatrónica se aplica a dos ejes fundamentales:

Existencia de factores de riesgo para el ser humano.

Aumento de la productividad.

Basándose el equipo de trabajo en el segundo eje fundamental se propuso diseñar y

manufacturar para poner en servicio una máquina que logre aumentar la productividad de

una micro empresa. Proponiéndose de esta forma un protocolo para el comienzo del

desarrollo del proyecto.

Primeramente se procedió a realizar una investigación sobre la forma de pesar diversos

productos granulares, como lo es en el caso del azúcar, los tipos de sensores que podemos

utilizar, los métodos utilizados con anterioridad y los que se practican en la actualidad.

Posteriormente se desarrolló una búsqueda de información relacionada a los métodos de

embolsado y los diversos materiales disponibles para embolsar, las características y

propiedades que poseen, así como los más adecuados a las necesidades del prototipo.

También acerca de los sistemas de almacenamiento disponibles y los diversos actuadores

que contendrá el mismo para su traslado a los siguientes subsistemas que se desarrollarán

dentro de la máquina. Las maneras existentes de sellado plástico, las técnicas utilizadas de

acuerdo al tipo de producto a embolsar y el material utilizado para el embolsado. Y como

se procederá a realizar el corte del mismo material plástico.

XIX

Una vez finalizada la investigación y búsqueda de información del prototipo de máquina

para pesar y embolsar, se prosiguió con el análisis y diseño de los primeros subsistemas a

tratar contenidos en el cronograma de actividades propuesto en el protocolo aceptado.

Los cuales son primeramente el subsistema de almacenado, en el que se plantean posibles

soluciones para el desarrollo de este proceso y se realiza una selección de acuerdo a las

características ofrecidas por cada una de las propuestas además de su respectiva simulación

y validación. Igualmente se realiza la selección y el diseño del subsistema de pesado para

su posterior simulación y validación. De la misma forma con los subsistemas de embolsado

y sellado..

Después de realizar los respectivos diseños de prototipo se procede con la manufactura y

armado del mismo, de acuerdo a los planos y diseños previamente realizados.

1

PARTE I

“PANORAMA GENERAL”.

2

Capítulo 1

ANTECEDENTES Y GENERALIDADES

3

1.1 ESTADO DEL ARTE

En realidad existen una gran cantidad de maquinarias capaces de realizar el proceso de

pesar y embolsar azúcar con diversas características que las hacen más adecuadas para

determinadas empresas o excedidas para la mayor parte de los pequeños empresarios.

En particular existen, en UPIITA, máquinas similares en ciertos aspectos, a la que se

realizó en este proyecto, puesto que empaquetan o embolsan diferentes productos. A

continuación se muestra los trabajos que tienen mayor similitud realizados en UPIITA:

Empaquetadora de paletas de hielo y congeladas

Máquina embolsadora de envases plásticos

Existen dos diferencias primordiales de estas máquinas con respecto a la que se presenta en

este trabajo que radican en:

1. El producto que se embolsa es azúcar.

2. Realizar el pesado del producto.

En la industria nacional existen máquinas con la capacidad de realizar la tarea que se

solucionará en este trabajo, sin embargo, los precios exceden la capacidad de pequeñas

empresas para poder adquirirlas. A continuación se presentan algunas de estas máquinas:

1.1.1 Megapack

Embolsadora V-9 Pesadora Automática. Esta máquina es de acción mecánica y neumática y

está diseñada para embolsar y pesar cualquier tipo de producto como: líquidos, semisólidos,

polvos impalpables, granulados en diferentes unidades como: piezas y gramos. 1

La embolsadora V-9 (Figura 1) con pesadora automática puede manejar: polietileno,

polipropileno, celofán, laminados y cualquier otro que sea termosellable. Los costos de

dicha embolsadora se presentan a continuación.

Costo de la máquina es de: $13,250.00 dólares.

Costo del sistema de básculas es de $15,416.00 dólares.

Costo total de la máquina es: 28,666 dólares.

1 http://www.megapack-mx.com/index.html

4

Esta empresa está ubicada en: Calzada Club Atlas 535, Club de Golf Atlas. Tlaquepaque,

Jalisco.

Figura 1. Embolsadora V-9

1.1.2 Gusther

Embolsadora Gusther Modelo TA1, diseñada para envasar granos y productos similares en

presentaciones de un peso de 25 a 200 gramos (Figura 2). 2

,

Figura 2. Embolsadora TA1

El costo de este modelo de embolsadora oscila entre $20,000 y $28,000 dólares.

Esta empresa se ubica en diferentes países de América latina.

En la industrial extranjera también existen empresas que se dedican a la manufactura de

máquinas que realizan la tarea de pesar y embolsar producto granulado, se presenta un

ejemplo de este tipo de empresas:

2 http://www.gustherpack.com/envasadogranulados.htm

5

1.1.3 Sima

ALM-250-V Embolsadora Volumétrica para Productos Granulados. Este modelo está

construido sobre una sólida estructura de acero al carbono y los puntos en contacto con el

producto son construidos en acero inoxidable. 3

Todos los accionamientos son realizados por la óptima combinación de sistemas mecánicos

y electrónicos excluyendo de este modo el uso de aire comprimido. Pensado para productos

secos de caída libre.

Figura 3. Embolsadora ALM-250-V

El costo de esta embolsadora se encuentra entre $22,000 y $27,000 dólares.

Esta empresa se localiza en calle Picuiba # 124 Zona. Germán Jordán La Paz – Bolivia4

3 http://simasrl.com/envasadoras-de-granos.html

4 thtp://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20304.pdf

6

1.2 MARCO DE REFERENCIA

En México las micro, pequeñas y medianas empresas asociadas al nombre de PyMES

constituyen la columna vertebral de la economía Mexicana debido a su impactante

responsabilidad en la generación de empleos y producción de bienes y servicios en el país.

De acuerdo con datos del Instituto Nacional de Estadística y Geografía, en México existen

alrededor de 4 millones 15 mil unidades empresariales, de las cuales 99.8% son PyMES

responsables del 52% del Producto Interno Bruto (PIB) y 72% del empleo en el país.

De acuerdo al párrafo anterior observamos que las PyMES son muy importantes para el

desarrollo de nuestro país, sin embargo, en la actualidad la solvencia económicas de una

gran cantidad de ellas no es idónea para poder adquirir maquinaria que ayude a elevar la

producción de sus producto, este es un obstáculo que trae como consecuencia el

estancamiento de su desarrollo en el ámbito industrial.

Por la importancia de las PyMES, es primordial apoyar este sector para fomentar el

desarrollo económico y productivo del país. Una de las principales actividades realizadas

por las PyMES es la mercantil, refiriéndonos específicamente a compra, venta y

distribución de productos alimenticios y de materia prima, como lo son diversos productos

de tipo granulado, en este caso centrándonos específicamente en el azúcar.

Los productos de tipo granulado son distribuidos por un sector importante perteneciente a

las PyMES, es adquirido en grandes cantidades, para el amortiguamiento de su precio de

adquisición, posteriormente empaquetado y pesado, para finalmente distribuirlo al cliente

final. Este proceso es necesario para la efectiva distribución del producto de estas empresas,

pero a su vez implica tiempos perdidos, fatiga y consiste en una labor tediosa para el

trabajador de estas células económicas.

Esto es realizado ya por maquinaria industrial, pero es utilizado solo para grandes procesos,

con grandes volúmenes de producción, tiempos estrictamente cortos, sistemas complejos,

comúnmente de gran tamaño y ciertamente muy costoso e inaccesible para la mayor parte

de las PyMES.

Es por esto que se propone una solución al problema, con el diseño de un prototipo de

máquina de producción de menor complejidad, sin una gran velocidad de empaquetado,

pero un costo accesible además de una velocidad y exactitud aceptable para las necesidades

del empresario dueño de una PyME. El sistema propuesto es un prototipo de embolsadora

simple pero eficiente de acuerdo a los requerimientos de los pequeños productores y

especialmente distribuidores de productos específicamente granulados en México. La cual

podrá embolsar azúcar y pesarla para mantener la cantidad que será embolsada

automáticamente.

7

Capítulo 2

DISEÑO Y SELECCIÓN DE SUBSISTEMAS

8

2.1 DOSIFICACIÓN DE AZÚCAR

En este apartado se analiza lo referente al módulo de dosificación para el cual se hizo la

siguiente investigación.

Propiedades físicas del azúcar

Medios granulares

Ángulo de reposo

Tipos de dosificadores

Tipos de alimentadores

Con los temas antes mencionados podremos tener una idea general de las posibles

soluciones para el sistema de dosificado.

2.1.1 Propiedades físicas del azúcar

Estado de agregación: sólido

Apariencia: cristales blancos

Densidad: 1587 kg/m3, 1.587 g/cm

3

Punto de fusión: 459ºK (185.85°C) 5

Para estudiar la dinámica del azúcar es necesario conocer su densidad. También

necesitamos conocer el punto de fusión, para estar seguros de que el producto no se

derretirá en la máquina debido al calor generado por roces, pistones, etc.

2.1.2 Medios granulares

Un “medio granular” es un conjunto de partículas de similares características, cuya

dinámica está gobernada por las leyes de la mecánica clásica. Para que se manifiesten las

propiedades colectivas que les son propias del medio, es necesario tener un número elevado

de partículas.

La característica más notable de los medios granulares es que son fuertemente disipativos,

aunque el material del que estén constituidos sea elástico en muy buena aproximación. Ello

es debido a que el número de choques por unidad de tiempo puede tender a infinito, si los

medio granulares son densos (por lo tanto el tiempo entre colisiones tiende a cero).6

La materia granular, en ocasiones, puede parecerse en su comportamiento a un sólido, a un

líquido o a un gas. Sin embargo, el parecido nunca es exacto. Al igual que los líquidos, los

5 http://es.wikipedia.org/wiki/Sacarosa

6 Hernández Cruz Oscar, Lugay Alvarado Henry, Villalobos Maldonado Luis Alberto. ”Sistema automático dosificador

de granos”, Trabajo terminal, Instituto Politécnico Nacional, México D.F. 2006.

9

medios granulares adoptan la forma cuando no están encerrados. Del mismo modo, es

posible hacer fluir un medio granular por una tubería como si de un líquido se tratara, pero

la presión en un medio granular no puede explicarse recurriendo al concepto de la presión

hidrostática propia de los fluidos. El motivo es que los arcos que se forman entre las

partículas distribuyen parte de las fuerzas hacia las paredes del recipiente. Cuando la

concentración de granos es baja y éstos tienen elevada energía cinética, el medio granular

se puede asemejar a un gas. Pero existen grandes diferencias en la dinámica de ambos,

porque un gas granular es fuertemente disipativo. Debido a la definición el conjunto de

azúcar se considera un medio granular, es por eso que trabajaremos con el comportamiento

de los granos.

2.1.3 Tipos de dosificadores de uso más común

Los equipos de envasado, no manuales, utilizan distintos tipos de dosificadores

dependiendo del producto que se trabaje.7 La función del dosificador es fraccionar de forma

precisa y autónoma el producto a envasar.

Aquí se describirán los dosificadores de uso más común, pero puede existir, el uso

combinado de éstos o alguno diseñado específicamente para un requerimiento en particular.

Dosificador volumétrico.

Consiste de una tolva que acumula el producto a envasar y un número determinado de

vasos que contendrán la cantidad de producto que se ubicará en un envase. La tolva puede

ser alimentada por una persona o por un elevador que es manejado de forma automática por

la envasadora (Figura 4).

La cantidad de vasos depende directamente del producto a envasar y las dimensiones de la

bolsa que la máquina realizará.

Figura 4. Dosificador volumétrico.

7 http://www.vescovoweb.com/tiposDosificadores.html.

http://www.vescovoweb.com/tiposDosificadores.html

10

Este dosificador está diseñado para productos sólidos homogéneos tales como azúcar,

garbanzos, porotos, maíz, lentejas, confites, pan rallado, arroz, café en granos, sal, etc.

Dosificador con tornillo sin fin.

A igual que el dosificador volumétrico éste consiste de una tolva que también puede ser

alimentada de forma manual o automática. Dentro de la tolva se encuentra un tornillo sin

fin que es controlado por la envasadora (Figura 5). Dependiendo del tipo de producto a

dosificar y el peso del envase se ajusta la cantidad de vueltas que el tornillo girará.

Dependiendo la cantidad de envases o el ancho del mismo se puede requerir más de un

tornillo dentro de la tolva. Está diseñado para productos en polvo como pimienta, pimentón,

colorantes, orégano, etc.

Figura 5 Dosificador con tornillo sin fin.

Dosificador con pistón.

Se utiliza para productos líquidos y semilíquidos. Este consiste en uno o más recipientes

herméticos donde se ubica el líquido y mediante uno o más pistones el producto es

desalojado del recipiente y llevado hacia un pico que se ubica en el interior de la bolsa ya

confeccionada por la envasadora (Figura 6). Este dosificador es ideal para productos líquidos

densos o viscosos como shampoo, yogurth, grasa, tomate triturado, jaleas, dulce de

membrillo, etc. También se puede utilizar para líquidos como agua, jugos, vinos, etc.

Figura 6. Dosificador con pistón.

11

Dosificador por gravedad.

Consiste en un tanque donde se ubica el líquido que normalmente es alimentado por un

tanque principal y mediante un flotador que tiene en el interior, se habilita o deshabilita la

alimentación del mismo. En la parte inferior posee una llave de paso que es controlada por

la envasadora, la cual permite el paso del líquido en el momento preciso (Figura 7). Se utiliza

únicamente para productos líquidos como agua, jugos, salmuera, vinos, etc.

Figura 7. Dosificador por gravedad.

Dosificador con canales vibratorios.

Este dosificador se utiliza con productos de fácil caída, como pasta, caramelos, productos

deshidratados, partículas no homogéneas, etc. así como con otros productos que no pueden

ser dosificados con un dosificador convencional. El dosificador vibratorio está compuesto

por una tolva vibratoria de acero inoxidable y canales vibratorios grandes y chicos que va

dosificando el producto continuamente a una balanza, sincronizados automáticamente con

cada ciclo de máquina (Figura 8). La intensidad de la vibración se adecua a las características

de cada producto. La cantidad de conjuntos canales y balanzas depende del producto y la

producción buscada.

Figura 8. Dosificador con canales vibratorios.

12

2.1.4 Tipos de alimentadores

Son dispositivos que pueden ser utilizados en diferentes tipos de máquinas de llenado y

tolvas. Proveen la mejor solución para separar o transferir algún material a lo largo de la

linea de producción sin poner en riesgo al operador ni causarle fatiga innecesaria 8

Existen diferentes tipos de alimentadores, que son el siguente paso despues del doisficador

y son los que estarán regulando la proporción de material requerida y que posteriormente

caerá en el sistema de pesao.

Alimentador por banda.

Figura 9. Alimentador por banda

Alimentador de tornillo.

Figura 10. Alimentador de tornillo

8 Enrique Ortega-Rivas, “Manejo y procesamiento de polvos y granulados alimenticios”, Posgrado en ciencia y

tecnología de alimentos, universidad autónoma de Chihuahua, México, Chihuahua 2006.

13

Alimentador vibratorio.

Figura 11. Alimentador vibratorio

Alimentador de estrella.

Figura 12. Alimentador de estrella

14

2.1.5 Selección de diseño

Para realizar la selección del diseño más adecuado se comienza con un análisis morfológico

para el cual es necesario definir cuáles son las características (Tabla 1) de diseño que se

tomaran en cuenta para cada uno de los elementos y materiales así como la forma que

tendrá el módulo para pesar, estas características se explican más a detalle en los anexos.

Tabla 1 Análisis morfológico.

Características

Tipo de

dosificadorVolumétrico

A tornillo

sin fin

Por

gravedad

Por medio de

balanza

multicabezal

Con canales

vibratorios

Forma del

dosificadorCuadrada Cilíndrica

Triangular/c

uadrada

Tipo de

alimentadorDe banda De tornillo Vibratorio De estrella

Sujeción de

actuadoresTornillos Sinchos

Bases

manufactur

adas

MaterialesAcero

inoxidable

Nylamid

grado

alimenticio

Actuadores BandasTornillo sin

finVibradores

motores

electricos

Motores

neumáticos

Alimentación CA CC

Posibles soluciones

2.1.6 Posibles configuraciones del dispositivo

Después se prosigue a realizar los diferentes diseños conceptuales conforme a la elección

de las características y la posible solución de acuerdo la tabla 1, para poder visualizar de

forma clara las posibles configuraciones del dispositivo.

15

Diseño conceptual 1.

Tabla 2. Características del diseño conceptual 1

Características Solución

Tipo de

dosificadorCanales v ibratorios

Forma del

dosificadorCuadrada

Tipo de

alimentadorVibratorio

Sujeción de

actuadoresBases manufacturadas

Materiales Acero inoxidable

Actuadores Vibradores

Alimentación CC

Diseño conceptual 2



Tipo de dosificador Tornillo sin fin

Forma del

dosificadorCilíndrica

Tipo de alimentador De banda

Sujeción de

actuadoresSinchos

Materiales Nylamid

Actuadores Bandas

Alimentación CC

16

Diseño conceptual 3



Tipo de

dosificadorMulticabezal

Forma del

dosificadorCuadrada

Tipo de

alimentadorTornillos

Sujeción de

actuadores

Bases

manufacturadas


Actuadores Tornillo sin fin

Alimentación CC

2.1.7 Selección de diseño conceptual

Se procede a mostrar las ponderaciones para los criterios de selección.

Tabla 5. Ponderaciones para criterios de selección

Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%

Para realizar la selección del diseño conceptual es necesario conocer criterios de selección,

los cuales son características que harán que el diseño conceptual realice su tarea en tiempo

y forma. (La descripción de estas características se muestran en el apéndice A)

17

Criterios de selección

Tabla 6. Criterios de selección

A. Costo de materiales

B. Costo de manufactura

C. Cantidad de piezas a ensamblar

D. Tiempo de manufactura

E. Estética

F. Consumo energítico

G. Acoplamiento

Se realiza la tabla de pertenencia de cada uno de los criterios de selección (Tabla 7).

Tabla 7. Tabla de pertenencia de los criterios de selección

Criterios de selección A B C D E F G Total Pertenencia

A. Costo de materiales 1 0 0 1 1 1 4 0.1905

B. Costo de

manufactura0 1 0 1 1 1 4 0.1905

C. Cantidad de piezas

a ensamblar1 0 1 0 1 1 4 0.1905

D. Tiempo de

manufactura1 1 0 0 1 0 3 0.1429

E. Estética 0 0 1 1 1 0 3 0.1429

F. Consumo energético 0 0 0 0 0 0 0 0.0000

G. Acoplamiento 0 0 0 1 1 1 3 0.1429

21 1Total

Una vez realizado la comparación de los criterios de selección, se continúa realizando la

ponderación de los diseños conceptuales con respecto a los porcentajes dados (Tabla 8).

18

Tabla 8. Ponderación de los diseños conceptuales

Criterios de selección DC1 DC2 DC3 Pertenecia

0.85 0.65 0.45

0.1619 0.1238 0.0857

0.85 0.65 0.45

0.1619 0.1238 0.0857

0.85 0.45 0.45

0.1619 0.0857 0.0857

0.65 0.45 0.45

0.0929 0.0643 0.0643

0.65 0.65 0.85

0.0929 0.0929 0.1214

0.65 0.65 0.65

0.0000 0.0000 0.0000

0.85 0.65 0.45

0.1214 0.0929 0.0643

79.286% 58.333% 50.714%

G. Acoplamiento

0.1905

0.1905

0.1905

0.1429

0.1429

0.0000

0.1429

A. Costo de

materialesB. Costo de

manufacturaC. Cantidad de piezas

a ensamblarD. Tiempo de

manufactura

E. Estética

F. Consumo

energético

Diseño conceptual 1 79.286%

Finalmente se observa que el diseño conceptual 1 es el que cumple los requerimientos y

características para desempeñar de forma óptima la tarea de dosificación.

2.1.8 Virtualización de diseño seleccionado

Diseño conceptual seleccionado.

Figura 13. Diseño conceptual del dispositivo de dosificación

19

Se presenta las vistas en sistema americano del diseño conceptual seleccionado. (Figura 14)

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 14. Sistema americano del diseño conceptual de la tova de dosificación

Rampas de dosificación.

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 15. Sistema americano del diseño conceptual de las rampas de dosificación

20

2.1.9 Selección de componentes

Se realiza la selección del componente funcional que conforma el módulo de dosificación,

esta es efectuada a partir de las características requeridas por las especificaciones.

La selección es justificada mediante métodos de selección como lo son diagramas de rutas

y tablas de decisión, conjuntamente con los requerimientos de los elementos que son

utilizados en este módulo.

En la selección de componentes del módulo de dosificación sólo existe un componente

funcional:

Motores vibratorios

El propósito del componente es realizar un movimiento oscilante de manera constante en

las rampas de dosificación para poder transportar el azúcar. La selección del motor se

realiza a partir de la potencia útil deseada en la salida del motor.

La potencia útil del motor debe ser superior o igual a la potencia útil necesaria. Esta

selección se realiza comprobando que el punto de funcionamiento (par y velocidad de

salida del motor) esté por debajo de la curva de par/velocidad nominal del motor. El par

deseado en la salida del reductor debe ser compatible con el par máximo recomendado para

el funcionamiento continuo. En este caso comparamos 2 motores de marca Crouzet los

cuales tienen las características más parecidas a las deseadas para el dispositivo.

Los motores Crouzet a corriente continua están concebidos y realizados para ser integrados

en aparatos o máquinas que respondan, por ejemplo, a las prescripciones de la norma

máquina:

EN 60335-1 (CEI 335-1, «Seguridad de los aparatos electrodomésticos»). La integración de

los motores Crouzet a corriente continua en aparatos o máquinas, en general, deberá tener

en cuenta las características de seguridad contenidas en la norma.9 Las características

nominales de los motores verificados son los siguientes (Tabla 7):

Tabla 7. Características de los motores.

Potencia

Útil (W)

Par Nominal

(Nm)

Velocidad

Nominal

(rpm)

Tensión de

Alimentación

(V)

Dimensiones

del Motor

(mm)

Matricula del

Motor

32.5 100 3100 12 42 82 850 0

95 270 3360 48 63 82 890 0

9 www.crouzet.com/olc

21

Se aprecian las ponderaciones para los criterios de selección. (Tabla 8)

Tabla 8. Ponderaciones.

Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%

Para realizar la selección del material es necesario conocer criterios de selección, los cuales

son características indispensables para el uso del material.


Tabla 9. Criterios de selección.

Norma

Costo

Eficiencia

Facilidad de acople

Se realiza la pertenencia de cada uno de los criterios de selección. (Tabla 10)

Tabla 10. Pertenencia criterios de selección.

Criterios de selección A B C Total Pertenencia

A.Costo 0 1 1 0.2500

B.Eficiencia 1 1 2 0.5000

C.Facilidad de acople 0 1 1 0.2500

Total 4 1

Tabla 11. Selección del proveedor.

Criterios de selección Acero Inox. Nylamid M Pertenecia

Norma 0,85 0,65 0,5

0,4250 0,3250

Costo 0,65 0,35 0,25

0,1625 0,0875

Eficiencia 0,65 0,35 0,5

0,3250 0,1750

Facilidad de acople 0,35 0,65 0,25

0,0875 0,1625

Total 0,9125 0,5875

22

Finalmente se observa que motor (Figura 16) idóneo y que cumple las características es el

siguiente:

Motor Crouzet 828500

Figura 16. Motor de CC marca Crouzet 82 850 0

Con lo anterior se finaliza el diseño a detalle del módulo de dosificación.

2.1.10 Selección de materiales

A continuación se realiza la selección del material que se utilizará para los dosificadores

(Tabla 12).

Tabla 12. Características del dosificador.

Función Contener azúcar

Restricciones Material de grado alimenticio.

Sufrir deformaciones mínimas.

Objetivo Evitar la contaminación del azúcar.

Variables libres Material

Para poder realizar la selección del material es necesario conocer algunos que cumplan

NORMAS o ESTANDARES, en los cuales se indique que pueden entrar en contacto

directo con alimentos de consumo humano.

Los materiales más conocidos para el manejo de alimentos son:

1. Acero inoxidable

2. Nylamid M

El acero inoxidable a norma internacional NSF/ANSI 51 establece que el acero inoxidable

usado debe ser de los tipos AISI 200, 300 ó 400, incluyendo aleaciones de estas series o sus

anteriores.

De acuerdo a esta norma, el Acero Inoxidable que debe utilizarse en las zonas que entran en

contacto directo o accidental con los alimentos, debe tener un contenido mínimo de cromo

del 16%, lo que constituye el GRADO ALIMENTICIO.

23

El cromo en la aleación evita la descomposición química del acero con las variaciones de

temperatura, ya que esta descomposición podría contaminar los alimentos con sustancias no

aptas para su consumo.

El Nylamid M (M = Mecánico) es de color hueso y está aprobado para trabajar en contacto

directo con alimentos de consumo humano, por la SECOFI (NMX-E-202-1993-SCFI).

Este Nylamid es producido por la polimerización directa de monómeros para formar

polímeros de nylon 6/12, al ser vaciados a presión atmosférica. Este proceso ofrece la

ventaja de poder fabricar piezas de mucho mayor volumen que con la inyección y

extrusión.

Teniendo el conocimiento de los materiales más utilizados en la industria alimenticia

procedemos a realizar la selección de uno de ellos, mediante tablas de decisión.

La siguiente tabla contiene los criterios de selección. (Tabla 13)


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%





Norma

Costo

Facilidad de manufactura

Facilidad de ensamble



Criterios de selección A B C D Total Pertenencia

A.Norma 1 1 1 3 0,5000

B.Costo 0 1 0 1 0,1667

C.Facilidad manufactura 0 0 1 1 0,1667

D.Facilidad ensamble 0 1 0 1 0,1667

Total 6 1

24

Una vez realizado la comparación de los criterios de selección, procedemos a realizar la

ponderación de los proveedores con respecto a las calificaciones propuestas. (Tabla 16)


Criterios de selección Acero Inox. Nylamid M Pertenecia

Norma 0.85 0.65 0.5

0.4250 0.3250

Costo 0.65 0.85 0.1667

0.1084 0.1417

Facilidad manufactura 0.65 0.85 0.1667

0.1084 0.1417

Facilidad ensamble 0.85 0.65 0.1667

0.1417 0.1084

Total 0.6417 0.6084

Finalmente se observa que el material (Figura 17) idóneo y que cumple las características es

el siguiente:

Acero inoxidable con 68.50%

Figura 17. Acero inoxidable 304 AISI

25

2.2 MÓDULO PARA PESAR

En este apartado se analiza lo referente al módulo de pesado, refiriéndose a él como un

dispositivo Mecatrónico, por ello se tiene que ejecutar una investigación de los siguientes

temas:

Forma de pesar (tipo de sensores).

Material utilizado para la construcción de los dosificadores.

Tipos de actuadores.

Con los temas mencionados se podrá tener una idea general de las posibles soluciones

existentes para el adecuado funcionamiento del dispositivo de pesado.

2.2.1 Formas de pesar.

Antes de comenzar a mencionar los dispositivos que se utilizaran para realizar esta función,

es necesario definir los siguientes puntos:

Pesar: Determinar la cantidad de masa de una persona o cosa por medio de ciertos

aparatos.

Sensor: Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas

variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.

Generalmente la forma de pesar es mediante una báscula, que es un aparato que sirve para

determinar la masa de los cuerpos. En el mercado existen dos tipos de básculas las cuales

son:

Básculas mecánicas: Estas actúan por medio de relación de palancas (Figura 18).

Figura 18. Báscula Mecánica

Básculas electrónicas: Utilizan un sensor conocido como celda de carga que varía su

resistencia si aumenta o disminuye el peso (Figura 19).

26

Figura 19. Báscula electrónica

Para este caso el estudio será referente a la báscula electrónica debido que se maneja

mediante un sensor del tipo celda de carga.

Para la construcción de este módulo es necesario contar con sensores que puedan hacer la

conversión de una fuerza ejercida en un área determinada y señales eléctricas para poder

pesar la cantidad de azúcar que se está agregando en el dosificador. Se mencionan algunos

sensores que cumplen esta característica (Tabla 17)

Tabla 17. Sensores para pesar.

Sensor Características

Galga extensométrica

Sensor basado en el efecto piezorresistivo.

Un esfuerzo que deforma a la galga producirá una variación en su

resistencia eléctrica.

Consiste en un estampado de una lámina metálica fijada a una

base flexible y aislante.

Los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son

aleaciones metálicas, como: Constantán, nicrom o elementos

semiconductores como el silicio y el germanio.

Sensor piezoeléctrico

Consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un

material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo. Es un efecto

reversible.

Naturales más comunes: El cuarzo y la turmalina.

Sintéticos: cerámicas.

Detección de magnitudes mecánicas.

Alta sensibilidad y bajo coste, con alta rigidez mecánica apta para

medir variables esfuerzo (fuerza presión).

Celda de carga

Dispositivos electrónicos desarrollados con la finalidad de detectar

cambios eléctricos provocados por una variante en la intensidad de

un peso aplicado sobre la báscula o balanza.

Forma compacta.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_piezorresistivo

http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Constant%C3%A1n

http://es.wikipedia.org/wiki/Nicrom

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductores

http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

http://es.wikipedia.org/wiki/Germanio

27

2.2.2 Materiales para los contenedores de pesado.

Hoy en día existen miles de materiales cada uno con diferentes características debido a los

tratamientos industriales que estos han recibido para mejorar sus propiedades según su

campo de aplicación.

Existen muchas formas de clasificar a los materiales una de ellas es la siguiente:

Metales.

Cerámicos.

Polímeros.

Materiales compuestos.

A continuación se muestran algunos materiales que más se utilizan en la industria.

Acero inoxidable

Figura 20. Acero inoxidable 304.

Nylamid grado alimenticio

Figura 21. Nylamid grado alimenticio.

28

2.2.3 Tipos de actuadores

Los actuadores se definen como dispositivos mecánicos cuya función es proporcionar

fuerza para mover otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene

de tres fuentes posibles:

Eléctrica.

Neumática.

Hidráulica.

Eléctricos.

Ventajas

Simple en comparación con los otros dos sistemas.

Ideal cuando es necesario generar fuerza rápidamente.

Posicionamiento preciso.

Genera movimientos rotatorios para diferentes aplicaciones.

Bajo costo

Desventajas:

Complicado sistema de control.

Baja potencia.

Neumática

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire. Los sistemas

neumáticos proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y motores

neumáticos y se aplica en herramientas, robots, vibradores, etc.

Ventajas:

Bajo costo en sus componentes.

Facilidad de diseño e implementación.

El bajo par constituye un factor de seguridad.

Riesgo nulo de explosión.

Transmisión de energía a grandes distancias.

Construcción y mantenimiento fácil.

Desventajas:

Imposibilidad de tener velocidades estables.

Alto costo en la energía neumática.

Las fugas reducen el rendimiento.

29

Hidráulicos

La hidráulica utiliza básicamente los fluidos (aceite), como medio de presión para mover

actuadores. Los sistemas hidráulicos se usan típicamente en dispositivos móviles tales

como maquinaria de construcción, excavadoras, plataformas elevadores y sistemas donde

se requiera una gran potencia.

Ventajas:

Gran potencia.

Buen control y regulación.

Disipación favorable de temperatura.

Desventajas:

Riesgo de incendio.

Peligro a las excesivas presiones.

Dependencia de la temperatura por cambios en la viscosidad.


Para realizar el análisis morfológico es necesario definir cuáles son las características (Tabla

18) de diseño que se toman en cuenta para cada uno de los elementos y materiales así como

la forma que tendrá el módulo para pesar.

Tabla 18. Análisis morfológico

Característica Posibles soluciones

Forma de

dosificador

Cuadrada Cilíndrica Triangular/cuadrada

Sensor para pesar Celda de carga Galga

extensométrica

Sensor piezoeléctrico

Sujeción de sensores

y actuadores

Tornillos Sinchos Bases manufacturadas

Materiales Acero

inoxidable

Acrílico grado

alimenticio

Acople de

actuadores al

dosificador

Acoplamiento

directo

Engranes Bandas

Actuadores Neumático Eléctrico Hidráulico

Alimentación CA CC

Localización del

sensor

Parte inferior Parte lateral

Localización de

actuadores

Enfrente Parte trasera Parte lateral

Apertura/cierre

dosificador

Mecanismo

móvil

Mecanismo

rígido

30

2.2.5 Posibles configuraciones del sistema

Se visualizan en las siguientes tablas las configuraciones del dispositivo.



Característica Solución

Forma de dosificador Cuadrada

Sensor para pesar Sensor piezoeléctrico

Sujeción de sensores y

actuadores

Tornillería


Acople de actuadores al

dosificador

Mecanismo rígido

Actuadores Neumático

Alimentación CC

Localización del sensor Parte inferior del dosificador

Localización de actuadores Enfrente del dosificador

Apertura/cierre dosificador Mecanismo móvil




Forma de dosificador Cilíndrica

Sensor para pesar Galga extensométrica

Sujeción de sensores y actuadores Bases manufacturadas


Acople de actuadores al

dosificador

Piñón-cremallera

Actuadores Eléctrico

Alimentación CC




31




Forma de dosificador Cuadrada/triangular

Sensor para pesar Celda de carga

Sujeción de sensores y actuadores Bases manufacturadas


Acople de actuadores al dosificador Acople directo

Actuadores Neumático

Alimentación CC





Procedemos a dar las ponderaciones para los criterios de selección.


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%

Los criterios de selección son características que harán que el diseño conceptual realice su

tarea en tiempo y forma, a continuación se presenta la descripción de cada criterio:



Precisión

Velocidad de pesado

Costo de elementos

Procesos de manufactura

Cableado

Acoplamiento

Desgaste mecánico

Consumo energético

Costo de manufactura

32

La tabla 24 presenta la pertenencia de cada uno de los criterios de selección.


Criterios de selección A B C D E F G H I Total Pertenencia

A.Precisión 1 1 1 1 1 1 1 1 8 0,2222

B.Velocidad de pesado 0 1 1 1 1 1 1 1 7 0,1944

C.Costo de elementos 0 0 1 1 0 1 1 0 4 0,1111

D.Procesos de manufactura 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0,0556

E.Cableado 0 0 0 0 0 1 1 0 2 0,0556

F.Acoplamiento 0 0 1 1 1 1 1 0 5 0,1389

G.Desgaste mecánico 0 0 0 1 0 0 1 1 3 0,0833

H.Consumo energético 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0,0278

I.Costo de manufactura 0 0 1 1 1 1 0 0 4 0,1111

36 1Total

Una vez realizado la comparación de los criterios de selección, se realiza la ponderación de

los diseños conceptuales con respecto a las calificaciones propuestas. (Tabla 25)


Diseño 1 Diseño 2 Diseño 3 Pertenencia

Precisión 0.45 0.65 0.85 0.2222

0.09999 0.14443 0.18887

Velocidad de pesado 0.65 0.65 0.85 0.1944

0.12636 0.12636 0.16524

Costo de elemento 0.45 0.45 0.45 0.1111

0.049995 0.049995 0.049995

Proceso de manufactura 0.85 0.45 0.65 0.0555

0.047175 0.024975 0.036075

Cableado 0.45 0.65 0.85 0.0555

0.024975 0.036075 0.047175

Acoplamiento 0.45 0.45 0.85 0.1388

0.06246 0.06246 0.11798

Desgaste mecànico 0.45 0.45 0.85 0.0833

0.037485 0.037485 0.070805

Consumo energético 0.65 0.65 0.65 0.0277

0.018005 0.018005 0.018005

Costo de manufactura 0.65 0.65 0.65 0.1111

0.072215 0.072215 0.072215

Total 0.53866 0.572 0.76636

Finalmente se observa que el diseño conceptual 3 es el que mejor cumple los

requerimientos y características para poder desarrollar de forma óptima la tarea que realiza

el módulo de para pesar.


33

2.2.7 Virtualización del diseño conceptual

Figura 22. Diseño conceptual del dispositivo de pesado

Se presentan las vistas en sistema americano del diseño conceptual seleccionado. (Figura 23)

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 23. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de pesado

34

2.2.8 Selección de componentes

Se realiza la selección de los componentes que forman el dispositivo para pesar, esta es

efectuada a partir de las características requeridas por cada uno de los componentes y sus

propiedades, ya sean mecánicas o electrónicas.

La selección es justificada mediante diversos métodos como lo son diagrama de rutas y

tablas de decisión conjuntamente con los requerimientos de los componentes que son

utilizados en todo el dispositivo.

Celda de carga.

El propósito del componente es realizar la conversión de la cantidad de azúcar que se

encuentre en el dosificador en señales eléctricas para poder cuantificarla.

Factores que influyen en la selección de la celda de carga:

Disponibilidad.

Dimensiones.

Velocidad de sensado

Resolución.

Limites funcionales para la celda de carga (Tabla 26):

Tabla 26. Características de la celda de carga.

CARACTERISTICA VALOR REQUERIDO

Rango de pesado 1-5 kg

Impedancia 500 Ohm

Alimentación 12 V

Material Aluminio

En la actualidad existe una gran cantidad de fabricantes de celdas de carga, pero en este

caso solo se tomaran un par de ellas para lograr la selección de la monocelda (Tabla 27).

Braunker.

Futek.

Tabla 27. Proveedores de cilindros neumáticos.

Proveedor Modelo Rango

pesado

[Kg]

Alimentación

[V]

Material Impedancia

[Ohm]

BRAUNKER TDA:1042 5 12 Aluminio 350

FUTEK LBB200 3 12 Aluminio 1000

35

A continuación se procede a realizar la elección de la celda de carga mediante tablas de

decisión.

Se aprecian las ponderaciones para los criterios de selección (Tabla 28).


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%

Para realizar la selección del cilindro neumático es necesario conocer criterios de selección,

los cuales son características de trabajo de acuerdo a las especificaciones del fabricante.



Rango para pesar

Costo

Disponibilidad

Se realiza la pertenencia de cada uno de los criterios de selección (Tabla 30).



A.Rango para pesar 1 0 1 0,3333

B.Costo 0 1 1 0,3333

C.Disponibilidad 1 0 1 0,3333

Total 3 1


ponderación de los proveedores con respecto a las calificaciones propuestas (Tabla 31).


Criterios de selección BRAUNKER FUTEK Pertenecia

Rango para pesar 0.85 0.65 0.3333

0.2833 0.2166

Costo 0.65 0.65 0.3333

0.2166 0.2166

Disponibilidad 0.85 0.65 0.3333

0.2833 0.2166

Total 0.7833 0.6499

36

Una vez que se realizó la selección del proveedor, y siguiendo el diagrama de rutas tenemos

que la cela de carga (Figura 24) que se ajusta a nuestros requerimientos es:

Figura 24. Celda de Carga tipo TDA: 1042 BRAUNKER

Se presentan las características de la celda de carga TDA: 1024

Tabla 32. Datos técnicos TDA: 1024

Característica TDA: 1024

Capacidad 5 Kg

Código de colores 8

Salido m V/V 2

Impedancia 350

Material Aluminio

Con lo anterior se finaliza el diseño del módulo para pesar.

Actuador neumático

Proporciona el movimiento de apertura y cierre de la puerta del dosificador, además de

tener la fuerza para poder moverla cuando contenga la cantidad máxima de azúcar.

Factores que influyen en la selección de cilindro neumático:

Disponibilidad.

Dimensiones.

Fuerza de avance y retroceso.

facilidad de sujeción.

Carrera.

Para poder elegir de manera correcta el cilindro neumático que se utilizara es necesario

conocer cuál es la fuerza que ejerce el azúcar en la puerta de apertura, para ello se realiza el

siguiente análisis:

Conocemos que la cantidad máxima de azúcar que puede contener el dosificador en la parte

inferior que es de .

El valor estándar de la gravedad (g) es de

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_del_campo_gravitatorio

37

De acuerdo con la Segunda Ley de Newton:

De modo que 1 kilogramo-fuerza o kilopondio equivale a .

Para el caso del dosificador la fuerza ejercida en la parte inferior es de:

Sin embargo la compuerta se encuentra en la parte frontal, esto nos indica que la fuerza en

ella es menor a la que se calculó.

Además debemos considerar cual es el peso que la compuerta, el cual es de:

Partiendo de lo anterior podemos conjeturar que la fuerza de retorno del pistón debe ser

mayor a la suma de la fuerza ejercida en la puerta de apertura y el peso de la misma, para

poder realizar la apertura y cierre.

Finalmente tenemos que la fuerza de retroceso debe de ser mayor a 18.23 N, al momento de

realizar la selección del cilindro neumático.

Los límites funcionales para el actuador neumático se muestran a continuación. (Tabla 33)

Tabla 33. Características del cilindro neumático.

CARACTERISTICA VALOR REQUERIDO

Presión nominal 6 bar

Fuerza de retorno 23 N

Carrera 100 mm

Peso 0.063 kg

En la actualidad existe una gran cantidad de fabricantes de cilindros neumáticos, pero en

este caso solo se tomaran tres de ellos para lograr la selección del componente. (Tabla 34)

Festo.

Parker.

Metal Work Neumatics.

http://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)

38

Tabla 34. Proveedores de cilindros neumáticos.

Proveedor Modelo Presión

[bar]

Fuerza de

retorno [N]

Carrera

[mm]

Peso

[kg]

FESTO DSNU-8-100-P-A 6 23 100 0.063

PARKER P1A Series 10 30 100 0.063

METAL

WORK

Mini-cylinders 10 35 100 0.070

A continuación se procede a realizar la elección del cilindro neumático mediante tablas de

decisión.

Damos las ponderaciones para los criterios de selección. (Tabla 35)


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%



Se presenta la descripción de cada criterio de selección:



Fuerza de retorno

Presión

Disponibilidad




A.Fuerza de retorno 1 0 1 0,3333

B.Presion 0 1 1 0,3333

C.Disponibilidad 1 0 1 0,3333

Total 3 1


los proveedores con respecto a las calificaciones propuestas. (Tabla 38)

39


Criterios de selección FESTO PARKER METAL WOK Pertenecia

Fuerza de retorno 0,85 0,65 0,65 0,3333

0,2833 0,2166 0,2166

Presión 0,85 0,45 0,45 0,3333

0,2833 0,1500 0,1500

Disponibilidad 0,85 0,85 0,45 0,3333

0,2833 0,2833 0,1500

Total 0,8499 0,6499 0,5166

Una vez que se realizó la selección del proveedor, y siguiendo el diagrama de rutas se tiene

que el cilindro neumático (Figura 25) que se ajusta a nuestros requerimientos es:

DSNU-8-100-P-A FESTO

Figura 25. DSNU-8-100-P-A

Una vez que se tiene el cilindro seleccionado se presentan sus características:

Cilindro Neumático FESTO DSNU-8-100-P-A. (Tabla 39)

Tabla 39. Características del cilindro neumático seleccionado.

Característica

Tipo DSNU-8-100-P-A

Diámetro de embolo [mm] 8

Carrera [mm] 100

Fuerza de avance [N] 23

Fuerza de retorno [N] 30

Peso [Kg] 0.063

Diámetro vástago [mm] 4

Se obtienen los parámetros completos del cilindro10

:

10

Neumática e Hidráulica. Antonie Creuse Solé Alfaomega

40

Dónde:

P = Presión del aire [bar]

D = Diámetro del embolo [mm]

d = Diámetro del vástago [mm]

De la ecuación 1 tenemos:


El rozamiento del cilindro en su movimiento equivale a un valor comprendido entre 3% y

el 10% la fuerza calculada.

Fuerza de carga del cilindro

La carga depende básicamente de la forma de montaje del cilindro para el caso del módulo

para pesar la forma de montaje es la siguiente. (Figura 26)

Figura 26. Forma de montaje.

El montaje no absorbe la fuerza del cilindro en la línea central y el plano de las superficies

de montaje no coincide con dicha línea por lo que, al aplicar la fuerza, se produce un

momento de giro que tiende a hacer girar el cilindro alrededor de los pernos de montaje.

Consumo de aire

41

El consumo de aire del cilindro es una función de la relación de compresión, del área del

pistón y de la carrera, según la fórmula:

Dónde:

d = diámetro del embolo o vástago (mm)

h = carrera (cm)

P = Presión de trabajo (bar)

Conociendo los parámetros procedemos a obtener el consumo de aire del cilindro

seleccionado:

d = 8 mm

h = 10 cm

P = 6 bar

Consumo de aire para el avance:

Consumo de aire en el retroceso:

d = 4 mm (vástago)

Finalmente se tiene un consumo de aire total:

42

Se considera que el cilindro neumático tendrá:

Entonces se tiene que:

Finalmente:

Se concluye la selección y caracterización del cilindro neumático.

2.3 SISTEMA DE EMBOLSADO

En esta sección se analiza lo referente al módulo de embolsado para el cual se hizo la


Tipos de embolsado.

Tipos de plásticos para embolsado.

Tipos de embolsado automatizado.

Con los temas antes mencionados podremos tener una idea general de las posibles

soluciones para el sistema de embolsado.

2.3.1 Tipos de embolsado

El embolsado es aquel proceso mecánico mediante el cual aplicamos diferentes tipos de

plástico en forma de funda y termosellado a un producto, ya sea granular, en polvo, en

estado líquido, solido, en una o en varias piezas. El principal objetivo del embolsado es

proteger el producto de los agentes externos que le pudieran ejercer algún daño. Así el

cliente recibirá el producto final en perfectas condiciones.11

Un producto retractilado se refiere a un objeto que se ha envuelto en una película plástica

sellada. La película plástica utilizada suele ser de un grosor muy delgado y no es necesario

que vaya al vacío, de hecho, comúnmente no suele estarlo.

11 http://www.gupostonline.com/servicios-mailing/embolsados.aspx

43

Los embolsados se usan mucho en producción de impresos para proteger revistas o libros.

También para facilitar la entrega de paquetes con varios objetos por ejemplo una revista,

una promoción publicitaria u otros diversos objetos.

En ocasiones, los embolsados también permiten ver el contenido del mismo en caso de que

el plástico sea neutro, utilizando esta característica como impacto publicitario directo e

indirecto, que ayuda en la creación de notoriedad y percepción del producto.

Existen multitud de tipos de plástico para embolsados con diferentes objetivos. Las

principales diferencias entre los diversos plásticos para el embolsado se pueden diferenciar

mediante las siguientes propiedades:

Galga: Grosor del plástico.

Densidad: Baja o alta, dependiendo de la transparencia que se desee aportar.

Impreso o neutro: Con algún tipo de impresión o totalmente transparente

De compuestos especiales: Plástico para embolsados en contacto con alimentos,

biodegradables, fotodegradables, etc.

Los plásticos más comúnmente utilizados para el embolsado son:

Polipropileno: Son plásticos brillantes para embolsado automático. Estos pueden ser suministrados en diferentes anchuras y espesores.

Polietileno: Son plásticos de embalaje general empleados en aplicaciones de

enfajado retráctil y embolsado. Es un plástico menos vistoso, pero tiene un coste

inferior que se repercute al cliente final.

2.3.2 Tipos de plásticos para embolsado.

Hay múltiples tipos y sistemas de embolsado y cada uno de ellos utiliza una gama de

plásticos específica en función del tipo de resistencia, presentación y producto a embolsar.12

Los más importantes de estos tipos de plásticos son los que se describen a continuación:

Polipropileno Retráctil: Plásticos de gran brillo y transparencia, empleados en

promociones de productos con muy buen nivel de acabado.

Poliolefina Retráctil: Plásticos de alta resistencia, brillo y transparencia, ideales para presentaciones de producto o promociones.

Complejo: Plásticos compuestos por dos o más componentes laminados o co-extruidos para aplicaciones de alto nivel de acabado.

Polietileno: Plásticos para embalaje general empleados en aplicaciones de enfajado retráctil, embolsado y con máquinas llenadoras verticales.

Polietileno Postal: Plásticos especialmente indicados para la envoltura con

máquinas horizontales de productos publicitarios comúnmente.

12 http://www.belca.com.mx/producto.php?id=21&lang=1

44

Estirable: Plásticos de envoltura aplicables en máquinas de envoltura de tipo

específico con espesores de 17 a 50 micras.

PVC: Plásticos de embalaje general tanto en retráctil como para envoltura o estirable. es económico y de sencilla adaptación.

Polipropileno Biorientado: Plásticos brillantes para embolsado automático no retráctil con máquinas horizontales o verticales.

2.3.3 Tipos de embolsado automatizado

Para el embolsado automatizado existen dos formas de realizarse, estos dependen del tipo

de producto a embolsar y presentan diferentes características especialmente de posición y

orientación de los componentes, sin embargo, la función a realizar en cualquiera de los dos

tipos sigue siendo la misma.13

Embolsado horizontal.

En este tipo de embolsado la maquina realiza el proceso en una banda trasportadora y es

utilizado para empezar comúnmente productos formados por una sola pieza. (Figura 27)

Figura 27. Máquina para embolsado horizontal.

Embolsado vertical.

En este tipo de embolsado la maquina realiza el proceso utilizando de por medio

comúnmente una tolva o en el caso de líquidos un eyector para realizar el llenado de la

bolsa. Es comúnmente utilizado para empacar granos, polvos y líquidos ya que aprovecha

la caída del producto para el llenado de las bolsas. (Figura 28)

13 http://www.belca-web.com/producto.php?id=2&lang=1.

45

Figura 28. Máquina para embolsado vertical.



Característica Posibles Soluciones

Material de Embolsadora Aluminio Acero Inoxidable Hierro Plástico

Tipo de Dobladores De Rodillos 2 Láminas de

Forma Redondeada

2 Láminas de

Forma Cuadrada

Tipo de Embolsado Vertical Horizontal Inclinado

Posición del Abastecedor

Plástico

Vertical Horizontal Inclinado

Material del Abastecedor

Plástico

Aluminio Acero Inoxidable Hierro Plástico


Después se procede a realizar los diferentes diseños conceptuales14

conforme a la elección

de las características y la posible solución de acuerdo la tabla 42, para poder visualizar de

forma clara las posibles configuraciones del dispositivo.

14

Clifford M., Case Studies in Engineering Design, London: John Wiley & Sons, Inc, 1998.

46




Material de

Embolsadora

Aluminio

Tipo de Dobladores De Rodillos

Tipo de Embolsado Inclinado


Plástico

Inclinado


Plástico

Aluminio




Material de Embolsadora Hierro

Tipo de Dobladores 2 Láminas de Forma

Cuadrada

Tipo de Embolsado Inclinado


Plástico

Vertical


Plástico

Hierro




Material de Embolsadora Plástico


Cuadrada

Tipo de Embolsado Horizontal


Plástico

Horizontal


Plástico

Acero Inoxidable




Material de Embolsadora Acero Inoxidable


Redondeada

Tipo de Embolsado Vertical


Plástico

Horizontal


Plástico

Plástico

47


Se procede a dar las ponderaciones para los criterios de selección.


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%


Tabla 46 Criterios de selección

A. Facilidad de maquinado

B. Facilidad de mantenimiento

C. Agilización del proceso

D. Costo

E. Simplicidad del proceso


Criterios de selección A B C D E Total Pertenencia

A. Facilidad de maquinado 1 0 1 0 2 0.2

B. Facilidad de mantenimiento 0 0 0 1 1 0.1

C. Agilización del proceso 1 1 0 1 3 0.3

D. Costo 0 1 1 1 3 0.3

E. Simplicidad del proceso 1 0 0 0 1 0.1

10 1Total

Una vez realizada la comparación de los criterios de selección, se procede a realizar la

ponderación de los diseños con respecto a las calificaciones propuestas. (Tabla 48)


Criterios de selección DC1 DC2 DC3 DC4 Pertenecia

0.45 0.65 0.65 0.65

0.0900 0.1300 0.1300 0.1300

0.45 0.65 0.65 0.85

0.0450 0.0650 0.0650 0.0850

0.45 0.65 0.45 0.85

0.1350 0.1950 0.1350 0.2550

0.65 0.85 0.65 0.65

0.1950 0.2550 0.1950 0.1950

0.45 0.65 0.65 0.85

0.0450 0.0650 0.0650 0.0850

51.000% 71.000% 59.000% 75.000%

0.2

0.1

0.3

0.3

0.1


B. Facilidad de

mantenimiento


D. Costo



48


características para poder desarrollar de forma óptima la tarea que debe de realizar el

módulo para embolsar.

Figura 29. Diseño conceptual del dispositivo de embolsado

Se presenta las vistas en sistema americano del diseño conceptual seleccionado, para el

dispositivo de embolsado.

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 30. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de embolsado

49

Figura 31. Diseño conceptual del abastecedor


abastecedor.

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 32. Sistema americano del diseño conceptual del abastecedor

Con esto se finaliza el diseño del módulo de embolsado.

50

2.4 SISTEMA DE SELLADO

En este apartado se analiza lo referente al módulo de sellado para el cual se hizo la


Técnicas de sellado plástico.

Tipos de plásticos para embolsado.

Características de las diferentes técnicas de sellado.

2.4.1 Técnicas de sellado plástico

Las máquinas selladoras de bolsas, permiten el cierre hermético de bolsas plásticas. Existe

una gran variedad de máquinas selladoras de bolsas que se ajustan perfectamente a cada

necesidad del producto, tanto en ancho de la bolsa a sellar, capacidad de sellado frente al

espesor del plástico o producción.

Las uniones de cierre de un embolsado deben de tener la misma solidez e impermeabilidad

que el propio material de embolsado. En la elección del procedimiento (entre métodos de

contacto térmico, impulso térmico y alta frecuencia) se debe tomar en consideración las

peculiaridades del tipo de embolsado. Normalmente, la utilización de adhesivos se limita a

las bolsas con pliegues que recubren bolsas interiores soldadas o selladas en caliente.15

La solides de la unión y el hermetismo que puede conseguirse por soldadura o sellado en

caliente depende de la clase y espesor del material o del recubrimiento termoplástico y del

propio proceso de cierre. La solides de las uniones producidas por el sellado en caliente es

pequeña en los papeles parafinados; por el contrario, es comparable a la del propio material

en materiales como el polipropileno o el polietileno.

Para la obtención de uniones selladas óptimas se requiere la utilización de instrumentos

adecuados, de las temperaturas y tiempos óptimos para cada material, así como el empleo

de prensas. (Figura 36)

Figura 33.Sellado de polipropileno con prensa.

15 Rudolf Plank, Empleo del Frio en la Industria de la Alimentación, (Die Anwendungn der Kalte in der

Lebensmittelindustrie).

51

Sellado térmico

Esta forma de sellado consiste en unir dos láminas de un polímero especifico superpuestas,

utilizando energía calorífica generada mediante una resistencia térmica, que hace llegar al

punto de fusión durante un breve periodo de tiempo una sección de cada polímero para

unirlas entre sí. Esta técnica necesita de un alto gasto de energético debido a que las

resistencias térmicas implican un elevado gasto de potencia disipado en el calor generado y

una baja eficiencia energética.

Este método sin embargo, es útil para cualquier clase de producto, incluidos los productos

alimenticios como es el caso del prototipo, expuesto en este trabajo, debido a que no

requiere del uso de sustancias adhesivas, resinas o pegamentos que pudieran resultar

toxicas o causar daños a la salud.

Aun cuando el sellado térmico tiene una baja eficiencia en el aprovechamiento energético

es la técnica más fácil de aplicar, ya que no necesita de equipo especial, de costo elevado,

ni es necesario mantenimiento, repuestos ni representa mayores inconvenientes.

Figura 34. Sellador térmico

Sellado ultrasónico

Esta técnica es una de las maneras más modernas e innovadoras en cuanto a formas de

sellado y polímeros que utilizan altas frecuencias de sonido para unir los materiales

plásticos por medio de su estructura molecular.

Una de las ventajas que presenta esta metodología es que su eficiencia energética es muy

elevada, por lo que es una técnica muy amigable con el ambiente.

Aquí las piezas no son unidas mediante la aplicación de una fuerza mecánica y la

aplicación de vibraciones mecánicas de alta frecuencia, sin hacer llegar al material a su

punto de fusión como en el caso del sellado térmico.

52

Las frecuencias utilizadas para el procesamiento de plástico en los campos industriales con

de entre 2Khz y 1000Khz, mientras que para las aplicaciones de sellado de polímeros

laminados es de entre 25Khz y 30Khz16

.

Las vibraciones ultrasónicas aplicadas producen un reacomodo en las moléculas de ambos

materiales, provocando la fusión de ambos, sin embargo los parámetros de frecuencia

deben de ser calibrados para cada tipo de polímero laminado, dependiendo de su espesor.

Figura 35.Sellador ultrasónico.

Sellado adhesivo

Esta técnica necesita de la aplicación de sustancias adherentes o pegamentos para ser

aplicados a los materiales plásticos y conseguir la unión de estos mismos.

Este método no es utilizado para el embolsado de productos alimenticios o de consumo

tanto humano como animal, debido a la probabilidad de contaminar el contenido del

embolsado con sustancias toxicas o dañinas a la salud.

Esta forma de sellado no requiere de alta tecnología y muy fácil de implementar si uso de

equipo especializado para su utilización y mantenimiento.

16 www.sonotronic.de/technologies/ultrasonic/ultrasonic-welding.

53

2.4.3 Tipos de plásticos para embolsado.

Hay múltiples tipos y sistemas de embolsado y cada uno de ellos utiliza una gama de

plásticos especificados en función del tipo de resistencia, presentación y producto a

embolsar17

.

Los más importantes de estos tipos de plásticos son los siguientes:

Polietileno

Plásticos para embalaje general empleados en aplicaciones de enfajado retráctil, embolsado

y con máquinas llenadoras verticales. (Figura 37)

Figura 37. Ejemplo del plástico polietileno.

Polietileno Postal

Plásticos especialmente indicados para la envoltura con máquinas horizontales de productos

publicitarios comúnmente. (Figura 38)

Figura 38. Ejemplo del plástico polipropileno postal.

Polipropileno Biorientado

Plásticos brillantes para embolsado automático no retráctil con máquinas horizontales o

verticales. (Figura 39)

Figura 39. Ejemplo del plástico polipropileno biorientado.

17 Julio Ernesto Ospina Machado. Características físico mecánicas y análisis de calidad de granos.

54



Característica Posibles Soluciones

Tipo de sellado Térmico Ultrasónico Adhesivo

Actuadores para

sellado

Pistones y barras con

bujes

Motores y tornillos sin

fin

Marco exterior y un

pistón

Disposición de los

procesos

Juntos Separados

Actuador para

deslizamiento vertical

Actuador lineal

neumático

Tornillo sin fin Piñón cremallera


Después procedemos a realizar los diferentes diseños conceptuales18

conforme a la

elección de las características y la posible solución de acuerdo la tabla 49, para poder

visualizar de forma clara las posibles configuraciones del dispositivo.




Tipo de Sellado Térmico

Actuadores para sellado Marco exterior con un

pistón

Disposición de procesos Juntos

Actuador para


Actuador lineal

neumático




Tipo de Sellado Ultrasónico

Actuadores para sellado Motores y tornillo son

fin

Disposición de procesos Juntos

Actuador para


Piñón cremallera

18 Kenneth Hurst. Engineering Design Principles. New York: Elselvier, 2004.

55




Tipo de Sellado Térmico

Actuadores para sellado Pistones y barras con

bujes

Disposición de procesos Separados

Actuador para


Tornillo sin fin


A continuación se presentan las ponderaciones para los criterios de selección.


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%




B. Facilidad de mantenimiento


D. Costo



Criterios de selección A B C D E Total Pertenencia

A. Facilidad de

maquinado1 0 1 1 3 0.3

B. Facilidad de

mantenimiento0 0 0 1 1 0.1

C. Agilización del

proceso0 0 1 1 2 0.2

D. Costo 0 1 1 0 2 0.2

E. Simplicidad del

proceso1 0 1 0 2 0.2

10 1Total

56


ponderación de los diseños conceptuales con respecto a las calificaciones propuestas (Tabla

56).


Criterios de selección DC1 DC2 DC3 Pertenecia

0.85 0.45 0.65

0.2550 0.1350 0.1950

0.65 0.65 0.85

0.0650 0.0650 0.0850

0.85 0.65 0.45

0.1700 0.1300 0.0900

0.45 0.65 0.45

0.0900 0.1300 0.0900

0.85 0.45 0.65

0.1700 0.0900 0.1300

75.000% 55.000% 59.000%

A. Facilidad de

maquinadoB. Facilidad de

mantenimientoC. Agilización del

proceso

D. Costo

E. Simplicidad del

proceso

0.3

0.1

0.2

0.2

0.2



características para poder desarrollar de forma óptima la tarea que debe de realizar el

módulo de para sellado.

2.4.7 Virtualización del diseño conceptual

Figura 40. Diseño conceptual del dispositivo de sellado

57


sellado vertical (Figura 41), sellado horizontal (Figura 42).

a)

Vista superior

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 41. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de sellado horizontal

a)

Vista superior

58

b)

Vista frontal

c)

Vista lateral

Figura 42. Sistema americano del diseño conceptual del dispositivo de sellado vertical

2.4.8 Actuador neumático

Cilindro neumático de doble efecto.

El propósito de actuador consta en proporcionar el movimiento de apertura y cierre al

sellado vertical y horizontal.


Disponibilidad.

Facilidad de sujeción.

Carrera.

En este caso no se realiza el análisis de fuerza, debido a que estos cilindros neumáticos no

estarán sometidos a carga. Para seleccionar el cilindro neumático de este módulo se

considera la característica de carrera.

Anteriormente se seleccionó a FESTO, como el proveedor de los cilindros neumáticos. De

acuerdo a su catálogo se encuentra el siguiente cilindro neumático (Figura 43) que cumple la

restricción que se desea.

DSNU-12-125-P-A FESTO


59

Una vez que se tiene el cilindro seleccionado se presentan sus características:

Cilindro Neumático FESTO DSNU-8-100-P-A. (Tabla 57)

Tabla 57. Características del cilindro neumático seleccionado.

Característica

Tipo DSNU-12-1025-P-A


Carrera [mm] 125

Fuerza de avance [N] 68

Fuerza de retorno [N] 51

Peso [Kg] 0.131

Diámetro vástago [mm] 6

Procedemos a obtener los parámetros completos del cilindro:

Dónde:

P = Presión del aire [bar]

D = Diámetro del embolo [mm]

d = Diámetro del vástago [mm]



Consumo de aire

El consumo de aire del cilindro es una función de la relación de compresión, del área del

pistón y de la carrera, según la fórmula:

60

Dónde:

d = diámetro del embolo o vástago (mm)

h = carrera (cm)

P = Presión de trabajo (bar)

Conociendo los parámetros procedemos a obtener el consumo de aire del cilindro

seleccionado:

d = 12 mm

h = 12.5 cm

P = 6 bar

Consumo de aire para el avance:

Consumo de aire en el retroceso:

d = 6 mm (vástago)

Finalmente tenemos un consumo de aire total:

Con esto se finaliza la selección y caracterización del cilindro neumático.

61

Actuador lineal

El propósito del componente consta en proporcionar el movimiento del carro de sellado

vertical.


Disponibilidad.

Dimensiones.

facilidad de sujeción.

Carrera.

Para seleccionar el actuador lineal neumático de este módulo, tomaremos una característica

a considerar, y que nos acotara la selección del mismo la cual es la carrera.

Anteriormente se seleccionó a FESTO, como el proveedor de los cilindros neumáticos. De

acuerdo a su catálogo se encuentra el siguiente cilindro neumático (Figura 44) que cumple la

restricción que se desea.

DGP-40-400-PPV-A-B FESTO

Figura 44. DGP-40-400-PPV-A-B

Una vez que se tiene el actuador lineal seleccionado se presentan sus características:

Cilindro Neumático FESTO DGP-40-400-PPV-A-B. (Tabla 58)

Tabla 58. Características del actuador lineal seleccionado.

Característica

Tipo DGP-40-400-PPV-A-B


Carrera [mm] 400

Peso [Kg] 4.075

62

Consumo de aire

Se considera que el actuador neumático lineal tendrá:

Entonces tenemos que:

Finalmente:

2.4.9 Control de temperatura

El controlador de temperatura es un dispositivo con el cual se establece la temperatura que

se desea de un medio, con este dispositivo se monitorea la temperatura, y se produce una

orden de cambio para regular la misma, que se hace mediante un control especifico y en

cual se observa en todo momento la temperatura actual.

En el caso de este dispositivo contamos con dos diferentes opciones para utilizar dentro del

prototipo, ambos son controladores de tipo PID con un consumo menor a los 2 W, ambos

son de la tienda AG electronics y tienen características similares las cuales se muestran a

continuación. (Tabla 59)

Tabla 59 Características de Controladores de Temperatura

Tensión de

Alimentación (V)

Tensión mínima

de Activación (V)

Dimensiones

(mm)

Rango

Negativo

Matricula

AC 18-265

DC 18-360

10 48x24x75 No TET - 7100

AC 20-265

DC 20-360

8 48x48x82 Si TET - 612

63

Una vez observadas las características de los controladores propuestos procedemos a

realizar la selección del más adecuado en función de sus características. Se muestran las

ponderaciones para los criterios de selección.


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%



A. Costo

B. Facilidad de acople

C. Facilidad de uso



A. Costo 1 0 1 0.33333333

B. Facilidad de acople 0 1 1 0.33333333

C. Facilidad de uso 1 0 1 0.33333333

3 1Total


los diseños conceptuales con respecto a las calificaciones propuestas (Tabla 64).


Criterios de selección TET 7100 TET 612 Pertenecia

0.35 0.85

0.1167 0.2833

0.85 0.65

0.2833 0.2166

0.65 0.65

0.2166 0.2166

61.661% 71.660%

A. Costo

B. Facilidad de acople

C. Facilidad de uso

0.3333

0.3333

0.3333

Controlador TET 612 71.66%

64

Finalmente se observa que el controlador TET 612 (Figura 45) es el que cumple los

requerimientos y características más adecuadas para el control de temperatura de los

dispositivos de sellado térmico.

Figura 45. Controlador de Temperatura Inteligente TET-612

2.5 ESTRUCTURA

2.5.1 Selección de materiales para la estructura

A continuación se realiza la selección del material que se utiliza para la estructura (Tabla 64).

Tabla 64. Características del dosificador.

Función Funcionar como base para el prototipo

Restricciones Material poco costoso.

Sufrir deformaciones mínimas.

Objetivo Soportar todos los dispositivos.

Variables libres Material

De acuerdo a la clasificación que se mencionó anteriormente, se procede a investigar cual

serán los posibles materiales que cumplan con las características adecuadas para poder

realizar el estructura que soportará el módulo de pesado.

Algunos materiales que se pueden utilizar son los siguientes:

PTR: es uno de los productos más comerciales en su ramo por su gran versatilidad. El

material es acero grado ASTM A 36. Parte de calibre 14. (Figura 46)

Figura 46. PTR

65

Perfiles de aluminio: anodizados en Blanco y anodizados especiales para estructuras

rectangulares. (Figura 47)

Figura 47. Perfil de aluminio

Más adelante se seleccionará el material adecuado que cumpla con las características para

la tarea que se desea, de acuerdo a criterios de diseño. Teniendo el conocimiento de los

materiales más utilizados como bases para estructura comunes procedemos a realizar la

selección de uno de ellos, mediante tablas de decisión. Las ponderaciones para los criterios

de selección se muestran a continuación. (Tabla 65)


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%





Disponibilidad

Costo

Facilidad de manufactura

Facilidad de ensamble



Criterios de selección A B C D Total Pertenencia

A.Disponibilidad 1 1 1 3 0.5000

B.Costo 0 1 0 1 0.1667

C.Facilidad

manufactura 0 0 1 1 0.1667

D.Facilidad ensamble 0 1 0 1 0.1667

Total 6 1

66




Criterios de selección PTR Aluminio Pertenecia

A. Disponibilidad 0.85 0.35 0.5

0.4250 0.1750

B. Costo 0.85 0.35 0.1667

0.1417 0.0583

C. Facilidad manufactura 0.85 0.65 0.1667

0.1417 0.1084

D. Facilidad ensamble 0.85 0.65 0.1667

0.1417 0.1084

Total 0.7084 0.3417

Finalmente se observa que el PTR es el material (Figura 48) idóneo y que cumple las

características es el siguiente:

PTR con 70.84%

Figura 48. Acero inoxidable 304 AISI

Con lo anterior terminamos el diseño de la estructura.

67

Capítulo 3

DISEÑO DE SISTEMA DE CONTROL

ELECRONICO Y NEUMATICO

68

3.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN NEUMÁTICA

Para analizar es sistema de alimentación neumática es necesario conocer diferentes

aspectos para la generación de este, tal como son:

Aire comprimido.

Proceso de preparación del aire.

Alimentación directa de los dispositivos neumáticos.

Unidad de mantenimiento.

3.1.1 Aire comprimido

El aire comprimido, por el hecho de comprimirse, comprime también todas las impurezas

que contiene, tales como el polvo, suciedad, hidrocarburos, gérmenes y vapor de agua. A

estas impurezas se suman las partículas que provienen del propio compresor y residuos que

pueden producirse durante el montaje de las tuberías y accesorios.

Estas impurezas pueden crear partículas más grandes (polvo + aceite) por lo que dan origen

muchas veces a averías y pueden conducir a la destrucción de elementos neumáticos.

Es vital eliminarlas en los procesos de producción de aire comprimido y en la preparación

para la alimentación directa de los dispositivos neumáticos.

La norma DIN ISO 8573-1 indica las clases de calidad del aire, las aplicaciones y las clases

de calidad recomendadas para cada aplicación neumática. (Tabla 69)

Tabla 69. Aplicaciones y Calidad del aire para aplicaciones neumáticas.

69

3.1.2 Proceso de preparación de aire

El proceso se puede clasificar en tres fases.

1. La eliminación de partículas gruesas.

2. El secado.

3. La preparación final de aire.

En el compresor, el aire se calienta, por lo que es necesario montar un equipo de

refrigeración del aire inmediatamente detrás del compresor. El aumento de la temperatura

del aire viene dado por la siguiente fórmula:

Siendo:

T1= Temperatura del aire de entrada al compresor en grados Kelvin.

T2 = Temperatura del aire a la salida del compresor en grados Kelvin.

P1 = Presión del aire a la entrada del compresor en bar.

P2 = Presión del aire a la salida del compresor en bar.

K = 1,38 a 1,4.

A continuación, el aire debe secarse para conseguir que su punto de roció (temperatura a la

cual el exceso de agua se condensa) sea bastante inferior a la temperatura mínima que se va

a tener en el ambiente de trabajo donde están los equipos neumáticos.

Existen diferentes tipos de secado como son:

Secado en frio.

Secado por absorción.

Secado por membrana.

Secado por adsorción.

3.1.3 Alimentación de los dispositivos neumáticos

Una vez generado en aire comprimido en el compresor y secadores, debe ser preparado

para que alimente en óptimas condiciones a los dispositivos neumáticos. La unidad de

alimentación está compuesta por un filtro, un regulador de presión y un lubricador de aire.

El aire debe ser filtrado para que las partículas remanentes que no han sido eliminadas o

70

generadas en el depósito acumulador, el filtro secador y el separador de agua no ejerzan una

acción de abrasión sobre los elementos neumáticos.

Además los dispositivos neumáticos deben de alimentarse con el aire comprimido a una

presión determinada (normalmente de 6 bares) independientemente de los consumos

variables de la instalación, misión que realiza el regulador de presión. Por otro lado, las

partes móviles de los sistemas neumáticos necesitan lubricación, función que realizada por

el lubricador19

.

El filtro libera las impurezas (aceite, contaminantes) y la humedad contenida en las tuberías

de aire comprimido impartiendo un movimiento en ciclón al aire con lo que las impurezas

se separan por la fuerza centrífuga.

Dispone de cartuchos filtrantes porosos de 5 a 100 micras de deben limpiarse y cambiarse

periódicamente.

El regulador de presión mantiene constate el consumo de aire y la presión de trabajo con

independencia de la presión variable de la red. La presión de salida viene indicada por un

manómetro. Existen dos tipos de reguladores de presión, con oricio de escape y sin orificio

de escape.

El lubricador aporta a los dispositivos neumáticos (cilindros, motores, válvulas, etc.) el

lubricante necesario para su funcionamiento correcto. Funciona con el principio de Venturi,

aspirando una pequeña cantidad de aceite contenido en el depósito de alimentación, que va

a la cámara de goteo, mediante la caída de presión (depresión) que se produce al pasar el

aire comprimido de alimentación por una tobera Venturi, y pulverizándolo en forma de

aerosol el entrar en contacto con las corriente de aire a presión. La cantidad de aceite

nebulizado es proporcional al caudal de aire de presión.

Una Unidad de Mantenimiento (Figura 49) se la combinación filtro-regulador-lubricador. El

conjunto de debe de estar a más de 5 m. del dispositivo neumático de utilización para evitar

la precipitación de las partículas de aceite en una tubería.

Figura 49. Unidad de Mantenimiento.

19 Antonio Creus Solé, Neumática e hidráulica, Edit. Alfaomega.

71

3.1.4 Unidad de mantenimiento

El propósito del componente es adecuar las condiciones del aire necesarias para el buen

funcionamiento de los componentes neumáticos además de ofrecer un control a la

velocidad y fuerza de los elementos del sistema neumático.

Factores que influyen en la selección:

Fuerza de avance y retroceso de los cilindros.

Facilidad de sujeción.

Presión Neumática.

Después de haber obtenido el consumo de aire de los elementos neumáticos, procedemos a

realizar la selección de la unidad de mantenimiento.

El consumo total del aire de los elementos neumáticos es:

Con la condición anterior, la Unidad de Mantenimiento que cumple es:

FRC-1/4-D-MINI FESTO

Tabla 70. Datos técnicos de la unidad de mantenimiento Neumático

Datos técnicos

Tamaño MINI

Conexión G1/4

Tipo de fijación Instalación en la tubería

Posición montaje Vertical

Caudal nominal (l/min) 1000

Presión inicial (bar) 1….16

Presión de funcionamiento (bar) 0.5….12

Peso (Kg) 0.460

En la imagen siguiente (Figura 50) se puede apreciar la unidad de mantenimiento a utilizar.

Figura 50 Unidad de Mantenimiento.

72

3.1.5 Válvula

Su propósito es ofrecer el control de apertura y cierre de flujo de aire para todos los

componentes y actuadores neumáticos activos en el sistema de control neumático.


Facilidad de Acople.

Tamaño.

Potencia.

Las válvulas neumáticos son el apoyo que se tiene con el sistema de control neumático con

respecto a los actuadores también neumáticos, estas deben de presidir en lo mayor posible

del mantenimiento tanto preventivo como correctivo, cumpliendo con las instrucciones de

funcionamiento adecuadamente.

A continuación se muestra la selección de 2 válvulas neumáticas de marca Festo las cuales

cuentan con características adecuadas para el sistema neumático.

Tabla 71. Características de las electroválvulas propuestas

Modelo Tamaño Tipo de Fijación Conexiones Diámetro

nominal (mm)

Racor

CPE 10-M1BH-

5L-QS-6

10 3 taladros M7 4 incluido

CPE 24-M1H-5L-

3/8

24 3 taladros G3/8 11 Sin incluir

Damos las ponderaciones para los criterios de selección. (Tabla 72)


Excelente 85%

Bueno 65%

Pésimo 45%





Facilidad de Acople

Tamaño

Potencia

73




A.Facilidad de Acople 1 0 1 0,3333

B.Tamaño 0 1 1 0,3333

C.Potencia 1 0 1 0,3333

Total 3 1



Tabla 75. Selección de componente.


CPE 10-

M1BH-

5L-QS-6

CPE 24-

M1H-5L-

3/8 Pertenecia

Facilidad de Acople 0,85 0,35 0,3333

0,2833 0,1167

Tamaño 0,85 0,45 0,3333

0,2833 0,1500

Potencia 0,65 0,35 0,3333

0,2166 0,1167

Total 0,7833 0,3833

Válvula CPE 10-M1BH-5L-QS-6 75.00%

De acuerdo a la tabla 76 de selección de componente se obtiene la siguiente válvula

CPE 10-M1BH-5L-QS-6.


74

3.2 SISTEMA DE CONTROL

Para el sistema de control se procede a realizar un diagrama de flujo correspondiente al

funcionamiento de la máquina, esto es mediante la visualización de los procesos que

realizara el prototipo en el orden que deberán ser ejecutados.

El diagrama de flujo obtenido a partir del análisis del sistema se muestra a continuación en

la ilustración (Figura 52).

Figura 52. Diagrama de Flujo.

75

A partir de este diagrama procedemos a la realización del programa para el control del

sistema.

Sin embargo debido a las características del sistema, podemos aproximarlos valores de

tiempos a utilizar durante la programación del control propuesto pero dando por supuesto

que estos valores no están exentos a cambios durante el funcionamiento y las prueba real

del sistema.

El programa a utilizar para la programación del PLC es MICRILOGIC es cual trabaja con

el lenguaje ladder o lenguaje de escalera, el clásico lenguaje de programación con el que el

PLC es programado.

3.2.1 Lenguaje de escalera

El lenguaje de escalera, también denominado lenguaje de contactos o ladder, es un lenguaje

totalmente grafico muy utilizado debido a su similitud con los diagramas electromagnéticos

básicos de los sistemas electromecánicos. Por lo que con esta característica, a todo aquel

que posea conocimientos técnicos sobre electricidad, le resulta un lenguaje fácil de

comprender y de aprender a programar.

Elementos de programación

Para poder realizar la programación de un PLC en el lenguaje de escalera no es solamente

necesario tener los suficientes conocimientos técnicos sobre conexiones eléctricas sino que

también es indispensable conocer la simbología utilizada por el lenguaje de programación y

los elementos que utiliza este sistema, en la tabla 76 se muestra una breve descripción de

los símbolos utilizados en el lenguaje de escalera, para programar PLC’s.

Tabla 76. Simbologia del diagrama de escalera.

Símbolo Nombre Descripción

Contacto

NA

Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa,

esto es, una entrada (para captar información del proceso a

controlar), una variable interna o un bit de sistema.

Bobina

NC

Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda)

da un cero lógico. Su activación equivale a decir que tiene un cero

lógico. Su comportamiento es complementario al de la bobina NA.

Bobina

SET

Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si

no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para

memorizar bits y usada junto con la bobina RESET dan una

enorme potencia en la programación.

Bobina

JUMP

Permite saltarse instrucciones del programa e ir directamente a la

etiqueta que se desee. Sirve para realizar subprogramas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Capacitor_symbol.svg

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:BobinaNC.PNG

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:BobinaSet.svg

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:BobinaJump.svg

76

Estos símbolos son utilizados para indicar tanto bobinas como contactos en el lenguaje de

escalera y su número de identificación suele oscilar, entre 0 y 255. Su utilidad fundamental

es la de almacenar información intermedia para simplificar esquemas y programación.

El funcionamiento del PLC se ve reflejado en las conexiones realizadas con los contactos y

las bobinas simbólicas en el lenguaje de escalera y las salidas y las entradas responderán al

funcionamiento del diagrama eléctrico y los componentes relacionados con el nombre o el

código de las entradas y salidas del PLC.

Temporizadores

Este elemento es el que nos permite dar pausas de tiempo y sincronización al sistema a

controlar, estos pueden ser temporizadores activados a la conexión o la desconexión.

Cuando son temporizadores activados a la conexión (tipo TON) su tiempo comienza a

partir de que son energizados simbólicamente en el diagrama de escalera y cambian de

estado todos aquellos contactos relacionados a este al finalizar el tiempo establecido por el

programador.

Los temporizadores activados a la desconexión (tipo TOFF) son aquellos cuyo tiempo a

contar comienza en el momento en el que la simbología del diagrama de escalera les

desenergiza y al finalizar su tiempo de cuanta, todos los contactos relacionados con este

cambian su estado al estado opuesto.

Programación del lenguaje de escalera

Una vez conocidos los elementos principales a utilizar dentro del sistema de control del

prototipo para pesar y embolsar azúcar podemos observar un ejemplo (Figura 53) de la

programación en escalera de un PLC para tener una idea más clara de su forma de

programación.

Figura 53.Ejemplo de programación en lenguaje de escalera.

77

3.2.2 Sistema de control propuesto

El sistema de control propuesto es el equivalente al mostrado en la Figura 54, debido a que

el mismo dispositivo trabaja de manera modular el mismo sistema de control debe de ser

repartido en el control de los diferentes subsistemas para el adecuado funcionamiento del

mismo, por lo que a continuación se muestra el sistema propuesto obtenido.

Figura 54.Sistema de control propuesto para el PLC.

78

3.2.3 Contactor

El contactor o relevador se puede definir como un actuador electromagnético conformado

por una bobina y unos contactos, cuyo funcionamiento es como el de un interruptor

electromecánico.

Figura 55. Diagrama a detalle de un relevador.

Estos son muy utilizados sobre todo como actuadores de potencia para los PLC, sobre todo

en los casos en que las corrientes utilizadas pudieran sobrepasar el límite aceptado por las

salidas del mismo PLC.

En este caso utilizaremos un contactor de la marca ABB con las siguientes características:

Tabla 77. Características del contactor elegido.

Modelo Corriente Máxima

(Amperes)

Tensión

Nominal (V)

Peso (Kg)

MS116 - 4 4 24 0.268

Debido a la baja corriente exigida por el sistema de control se elige un contactor con

características adecuadas, con bajas exigencias de corriente máxima y tensión nominal,

para así reducir costos. Se muestra la imagen del dispositivo seleccionado. (Figura 56)

Figura 56. Contactor seleccionado.

79

3.2.4 PLC

El PLC seleccionado fue un dispositivo marca Allen Bradley micrologics 1000 debido a la

disponibilidad del este mismo con el patrocinador, este PLC cuenta con las siguientes

características técnicas:

Tabla 78. Caracterización de PLC

Modelo 1761-L14AWB5A

Tensión Nominal 120 V CA

Entradas 9

Salidas 5

Fuente de

Alimentación

24 V CD

Tipo de Salidas Relé

Estas características son perfectamente adecuadas a las necesidades del proyecto dado la

simplicidad del sistema de control y las características de corriente y tensión a las que

trabaja el sistema en su totalidad.

Figura 57. PLC Allen Bradley Micrologics 1000

80

3.2.5 Simulación del sistema neumático

Después de haber elegido los elementos neumáticos y conocer sus características de

funcionamiento de todos los módulos, procedemos a realizar la simulación de sistema

neumático mediante el software FLUID SIM de FESTO.

Esto ayudara a comprender cuál será el comportamiento real de los elementos neumáticos.

Se presenta el diagrama de conexión de los elementos neumáticos (Figura 58).

Figura 58. Conexión neumática.

81

Se presenta la explicación de la forma en la que trabajará el sistema neumático:

1. El compresor debe de suministrar una presión de 10 bar, puesto que todos los

elementos trabajan a una presión de 6 bares.

2. Se observa después que del suministro de aire, existe la unidad de mantenimiento la

cual como se mencionó con anterioridad, realiza las funciones de filtrar, regular y

lubricar.

3. A continuación se colocan los cilindros neumáticos del módulo para pesar, estos

deben de trabajar a la mitad de la velocidad de los cilindros del módulo de sellado y

corte. Además al iniciarse el proceso es necesario que estos estén al máximo de su

carrera.

4. Después se presentan los cilindros y el actuador lineal neumáticos del módulo de

sellado y corte, en el párrafo anterior se menciona cual es la velocidad de operación,

además deben de estar en sincronía con el módulo de embolsado ya que este

proporcionará la el rollo de bolsa.

5. Todos los elementos neumáticos estarán bajo el mando de electroválvulas, las

cuales estarán regidas por un sistema de control mediante el PLC.

6. Las electroválvulas, permiten el paso del aire de acuerdo a la conFiguración que

tienen, en este caso se cuenta con válvulas de 5/2 vías.

7. También se cuentan con válvulas estranguladoras-antiretorno, las cuales tiene la

función de regular la velocidad y permitir el paso el aire en una sola dirección

dependiendo de la dirección que lleve este.

8. Finalmente se colocan los elemento demando, emulando las señales eléctricas que

recibirá el sistema de control, y este a su vez envié órdenes a las válvulas para que

realicen su tarea.

Los tiempos y la velocidad de lo actuadores neumáticos aún no se establecen debido a que

esto dependerán de la velocidad de embolsado que se desea, además de que se tiene que

tener de forma física sistema para observar el comportamiento de los elementos

funcionales.

82

Capítulo 4

VALIDACIÓN DE SUBSISTEMAS

83

4.1 VALIDACIÓN

Finalmente se realiza la validación de piezas críticas de la máquina automática para pesar y

embolsar azúcar, para observar el comportamiento físico de estas.

En esta sección se analizará la resistencia de los materiales seleccionados para la

manufactura del sistema (Figura 59).

Figura 59. División de la mecánica.

Entonces la resistencia de materiales determina lo siguiente:

1. Establece la relación entre cargas y esfuerzos.

2. Establece la relación entre cargas y deformaciones.

3. Determina propiedades mecánicas.

Consideraciones de la Resistencia de materiales:

1. Cuerpo elástico.

2. Cuerpo homogéneo.

3. Cuerpo isotrópico.

4. Masa constante.

Mecánica

Mecánica del cuerpo rígido

Estática

Dinámica

Mecanismos

Mecánica del cuerpo deformable

Resistencia de materiales

Mecánica de fluidos

Mecánica de fluidos

Trenf. de calor

Termodinámica

se calsifica en

84

Una vez entendido cual es la importancia de la resistencia de materiales procedemos a

realizar la validación de los elementos críticos:

Dosificador.

Dosificadores para pesar.

Barra de alojamiento de bolsa.

Estructura.

Para todos los elementos antes mencionados realizaremos un análisis de elemento finito

(FEM), médiate el software CATIA V5R19. Para observar los esfuerzos y deformaciones,

así como el desplazamiento que sufren estos elementos.

4.1.1 Dosificador

Para este elemento el material seleccionado fue ACERO INOXIDABLE 304 el cual tienes

las siguientes propiedades mecánicas (Tabla 79).

Tabla 79. Propiedades mecánicas

PROPIEDADES MECÁNICAS

Módulo de Young 200 GPa

Resistencia máxima 620 Mpa

Resistencia a la fluencia 310 MPa

Elongación (30%) 50 mm

Dentro de la propiedades mecánicas del acero el esfuerzo a la fluencia es muy importante

debido que es el esfuerzo máximo al que se puede someter sin que causar una deformación

plástica.

Para los elementos se está diseñando bajo el criterio de resistencia, por ello debemos

conocer el esfuerzo de trabajo.

Donde el coeficiente de seguridad (C.S), en de forma emperica. Para nuestro estudio lo

tomaremos C.S=1.6.

Procedemos al obtener el esfuerzo de trabajo:

Con lo anterior llegamos a la conclusión que el esfuerzo que se debe presentar en las

paredes del dosificador debe ser menor a 193 MPa.

85

Procedemos a realizar el estudio de FEM, es necesario conocer cuál es la presión que se

ejercerá en las paredes del dosificador:

De la segunda ley de Newton:

Tenemos:

En el dosificador se ejercerá presión por parte de la azúcar, a continuación se realiza el

cálculo de esta:

El área del dosificador es: 1.025 m2, entonces:

Con los datos obtenidos procedemos a realizar el análisis de FEM que se muestra.

Figura 60. Análisis estático del dosificador

86

Haciendo uso de la herramienta Von Mises Stress, podemos apreciar la representación del

elemento sometido a esfuerzos y deformaciones, producido por cargas aplicadas al

elemento y las condiciones a las que se encuentra sometido.

Se presenta la información sobre el estudio (Figura 61).

Figura 61. Representación de resultado.

Observamos que el esfuerzo máximo es de

, con esto validamos que este

esfuerzo no sobrepasa el esfuerzo de trabajo, concluyendo que el material no sufrirá fallas

al momento de ser sometido a la presión del azúcar.

También se presenta las deformaciones que sufre el material.

Figura 62. Deformaciones en el acero inoxidable.

87

Figura 63. Representación de resultados.

4.1.2 Dosificadores para pesar

Este elemento también estará hecho de acero inoxidable debe de cumplir con el esfuerzo de

trabajo.

Calculando la presión en el elemento tenemos:


Tenemos:

En el dosificador se ejercerá presión por parte de la azúcar, a continuación se realiza el

cálculo de esta:

88

El área del dosificador es: 0.9 m2, entonces:

Con los datos obtenidos procedemos a realizar el análisis de FEM que se muestra mediante

Von Mises Stress.

Figura 64. Análisis estático del dosificador para pesar.



89

Se observa que el esfuerzo máximo es de

, lo que indica que el material no

sufrirá fallas, ya que no sobrepasa el esfuerzo de trabajo.




90

4.1.3 Barra de alojamiento de bolsa

Este elemento también estará hecho de acero debe de cumplir con el esfuerzo de trabajo.

Calculando la presión en el elemento tenemos:


Tenemos:

Con los datos obtenidos procedemos a realizar el análisis de FEM que se muestra mediante

Von Mises Stress.

Figura 68. Análisis estático de la barra de bolsa.



91







4.1.4 Estructura

Para el caso de la estructura se analizará por tramos debido a que el software solo contiene

el modulo GPS. Para la parte de la estructura donde se tiene sujeto la barra para el

dispensador de bolsa es necesario conocer las reacciones que se generan, el cálculo de estas

se obtiene mediante MDSOLID (Figura 72).

92

Figura 72. Reacciones en el abastecedor de bolsa.

Las reacciones son:

Las propiedades mecánicas del PTR son:

Tabla 80. Propiedades mecánicas PTR

PROPIEDADES MECÁNICAS

Módulo de Young 200 GPa

Resistencia a la fluencia 196 MPa

Se obtiene le esfuerzo de trabajo:

Con lo anterior procedemos a obtener el FEM.

Para la barra en la posición A.

Figura 73. Soporte de la barra para bolsa (A)


93





Para la barra en la posición B.

Figura 75. Soporte de la barra para bolsa (B)



94




Analizaremos a la estructura que soportara el módulo de dosificación.

La fuerza en esa parte de la estructura es:

Con lo anterior procedemos a obtener el FEM.

Figura 77. Soporte de la barra para bolsa (A)





sufrirá fallas, ya que no sobrepasa el esfuerzo de trabajo. También se presentan las

deformaciones.

95


Representación de resultados.


Con esto validamos que toda la estructura no presentara fallas el momento en el que esté

trabajando.

96

PARTE II

“MANUFACTURA Y ARMADO DE

LA MAQUINA”

97

Capítulo 5

Estructura Mecánica

98

5.1 ESTRUCTURA BASE

5.1.1 Herramienta utilizada

Para la manufactura de la maquina embolsadora y pesadora primeramente se adquirió la

herramienta necesaria para el trabajo de la estructura mecánica, como lo es:

Planta para soldar

Equipo de seguridad

Electrodos para soldar

Laminas de acero inoxidable

Barras de PTR

Cortadora

Taladro

Herramienta complementaria, como pinzas, llaves de turcas, tornillos, escuadras,

brocas, etc.

Inicialmente la planta para soldar (Figura 81) es una de las herramientas más importantes,

necesaria para la manufactura y la unión de las piezas metálicas por las cuales va a

componerse la totalidad de la estructura mecánica.

Figura 81. Planta para soldar y guates de seguridad

Así como la cortadora (Figura 82) la cual proporciona los cortes y las medidas adecuadas

para la composición de cada pieza.

Figura 82. Cortadora, casco para soldar y lentes de seguridad

99

5.1.2 Componentes de Acero Inoxidable

Lo primero es realizar los cortes necesarios a las láminas de acero inoxidable para dar

forma a las piezas iniciales del proyecto, para este caso la tolva de dosificación de azúcar.

Como se observa en la Figura 83.

Figura 83. Calibración de la cortadora para ángulos rectos

Se realizo el corte de las láminas de acero inoxidable para la construcción de las tolvas, esto

a partir de láminas de un calibre 20 y la herramienta prestada por la empresa patrocinadora

(Figura 84).

Figura 84. Corte de PTR.

El primer componente fabricado fue la tolva de almacenamiento contenedora de los

200Kg. de azúcar utilizados como insumo para el embolsado y sellado de las porciones

dosificadas de 1Kg. Como se muestra en las siguientes figuras.

Figura 85. Tolva de dosificación, vista lateral.

100

Figura 86. Tolva de dosificación, vista inferior

Figura 87. Tolva de dosificación, vista superior

De igual manera y posterior a la tolva de almacenamiento se procedió a la manufactura de

las rampas vibratorias cuya función consta en el traslado del azúcar a la sección de

pesado, como se puede apreciar en la Figura 88.

Figura 88. Rampas vibratorias.

Siguiendo con el desarrollo de la manufactura de los dispositivos el prototipo, se realiza la

tolva principal, diseñada con el ángulo especifico para la adecuada caída del azúcar y su

debido trasporte desde la sección de pesado al área de sellado.

Este componente es el que recibe el azúcar de los contenedores de pesado que trabajan

síncronamente y poder direccionar el azúcar íntegramente a área de embolsado platico. A

continuación se muestra la tolva obtenida.

101

Figura 89. Tolva principal, vista lateral

Figura 90. Tolva principal, vista superior

Figura 91. Tolva principal, vista inferior

Una vez finalizada la tolva principal se continua con la fabricación de los dispositivos de

pesado, diseñados para recibir el azúcar y realizar la medición de 1Kg. de azúcar mediante

celdas de carga. A continuación se muestran los dispositivos de almacenamiento del área

de pesado.

Figura 92. Dispositivos de pesado.

102

5.1.3 Estructura de PTR

Una vez obtenidas las principales piezas del prototipo se procede a la manufactura de la

estructura principal para el soporte de la totalidad del prototipo esto, realizado con barras

de PTR (Figura 93) para soportar adecuadamente la totalidad del peso del prototipo y del

azúcar.

Figura 93. PTR utilizado

Una vez que se han realizado las mediciones respectivas, se continua con el corte de las

piezas (Figura 94) para posteriormente soldarlas (Figura 95) formando de esta forma la

estructura básica de la máquina (Figura 96).

Figura 94. PTR cortado

Figura 95. Soldado de PTR

Figura 96. Estructura básica de PTR

103

5.1.4 Acople de estructura base

Una vez terminada la construcción de la estructura se procede a realizar el acople de los

primeros dispositivos con la estructura, para la verificación de las medidas diseñadas y su

debido ajuste.

Esto para asegurar la adecuada forma y medidas del PTR, debido a que la pieza de acero

inoxidable no va soldada al PTR y debe ir sostenido solo por el ajuste con el PTR y el

soporte del mismo.

Figura 97. Prueba de ajuste de la estructura.

Ya establecida la pieza de abastecimiento y dosificación de azúcar, se prosigue con el

acople de las rampas vibratorias, esto mediante la fabricación de los soportes de PTR

(Figura 98) que son añadidos posteriormente a la estructura base.

Figura 98. Estructura de soportes de las rampas vibratorias.

Una vez obtenidos los soportes de PTR que se añadirán a la estructura base, estos se

ajustan a sus respectivas rampas vibratorias para asegurar su ajuste y su adecuada

manufactura.

Figura 99. Rampas vibratorias unidas a la estructura de los soportes.

104

Ya acopladas las piezas de las rampas vibratorias estas se añaden a la estructura base

(Figura 100) con un ángulo de 25º esto para que la fricción del azúcar la mantenga estática

mientras que los vibradores están detenidos, y a su funcionamiento, el azúcar comience a

deslizarse hacia los pesadores.

Figura 100. Rampas vibratorias añadidas a la estructura base

Después de realizar las añadiduras de las rampas, se continúa con la tolva general, por lo

que se manufactura su estructura de soporte y se añade de igual manera a la estructura

general. Dejando el espacio necesario para el posterior acople de los dispositivos de

pesado y sus celdas de carga.

Figura 101. Tolva principal añadida a la estructura general.

105

Capítulo 6

Control electrónico y neumático

106

6.1 CONTROL ELECTRÓNICO

6.1.1 Sensores para pesado

Los dispositivos de pesado no cuentan con una estructura de soporte como tal, realizada

de PTR, como es en el caso del resto de los contenedores, tolvas y rampa, si no que es

acoplado por medio de la unión que tiene con la celda de carga y esta a su vez atornillada

a la estructura (Figura 103), por lo que los contenedores de pesado se mantienen

adheridos a la estructura solo por la unión que tiene con las celdas de carga (Figura 102).

Figura 102. Contenedores de pesado unidos a la estructura base

Figura 103. Celdas de carga unidas a la estructura

También se aprecian algunos de los productos adquiridos para el posterior desarrollo del

proyecto como son el controlador de temperatura tipo PID junto con su cable de conexión

(Figura 104), además del PLC (Figura 105) y las guías que se utilizaran en el mecanismo de

desplazamiento del dispositivo de sellado y corte (Figura 106).

Figura 104. Controlador de temperatura tipo PID y cable utilizado.

107

Figura 105. PLC Micrologics utilizado.

Figura 106. Guías para el deslizamiento de selladores térmicos horizontales

A su vez también fueron maquinados algunos de los productos obtenidos para el

consecuente seguimiento de la maquina en su totalidad como se puede apreciar en la

Figura 107, en su totalidad piezas complementarias para el armado del dispositivo de

sellado y corte.

Figura 107. Piezas complementarias maquinadas.

108

6.1.2 Control del subsistema de embolsado

A su vez se puede observar la adquisición del primer insumo básico para las pruebas

iniciales del funcionamiento de la maquina, este es el Polipropileno Biorientado, destinado

a formar las bolsas que contendrán el azúcar dosificada por el proyecto, como se puede

apreciar en la Figura 108.

Figura 108. Polipropileno Biorientado.

Durante el desarrollo del proyecto al observar la dificultad de adquisición del actuador

lineal, se opto por sustituir este por un mecanismo de engranes, motores (Figura 109) y

tornillo sin fin (Figura 110), que se muestran a continuación.

Figura 109 Motores para el mecanismo de sellado

Figura 110. Tornillo sin fin

Se muestran en la Figura 111 las bases de nylamid diseñadas para sostener los ejes sobre los

que se llevara el movimiento vertical del dispositivo de sellado y corte.

109

Debido a las modificaciones realizadas se añaden los cálculos de los dispositivos

implementados como sustitutos del actuador lineal reemplazado.

Abastecedor

2

1

1

2

N

N

W

W

W1=250 RPM

W2=150 RPM

Proponemos un engrane 51025

4

''31 E

11 b

N1=25

Pd=10

2

25

250

150

N

0.6N2=25 N2=42 dientes

Engrane 1

4

''31 E

''11 b

N1=25 dientes

Pd=10

Engrane 2

16

''512 E

12 b

N2=42 dientes

Pd=10

Distancia entre centros

Pd

NNc

2

21

c=3.35’’

Interferencia Para E1

375.08

3

2

43ar

363.02

))5.14)(cos(43(br

))5.14(()35.3()363.0(375.0 222 sen

0.375<=0.9139 No hay interferencias

Para E2

6562.02

16

51

ar

6353.02

))5.14)(cos(3125.1(br

))5.14(()35.3()6353.0(6562.0 222 sen

0.6562<=1.05 No hay interferencia

110

Tornillo sin fin

Tornillo s/fin

2

1

1

2

N

N

W

W

W1=250 RPM

W2=1000 RPM

Proponemos un engrane 51254

4

''31 E

4

''31 b

N1=54 dientes

Pd=12

5.14

2

1

1

2

N

N

W

W

2

54

250

1000

N 5.13

4

542 N

N2=14 dientes

Engrane 1

4

''31 E

4

''31 b

N1=54 -51214

Pd=12

Engrane 2

2

''12 E

4

''32 b

N2=14 -51214

Pd=12

)12(2

1454 c c=2.833’’

Interferencia par E1

375.02

''43ar

363.02

))5.14)(cos(43(br

No hay interferencia 0.375<=0.9139

Para E2

25.04

1

2

21ar

242.02

))5.14)(cos(21(br

))5.14(()83.2()242.0(25.0 222 sen

0.25<=1.43 No hay interferencia

111

Figura 111. Bases de nylamid para soporte de ejes.

Prosiguiendo el desarrollo del control electrónico destinado a funcionar como interfaz de

usuario –maquina, se observan las pruebas y arreglo del circuito utilizado.

Figura 112. Control electrónico.

También se muestra la fuente de alimentación destinada energizar el PLC, el control

electrónico y la interfaz de usuario de la totalidad de la maquina.

Figura 113. Fuente de alimentación.

Una vez adquiridos la mayor parte de los elementos complementarios, se continúa con el

armado de la estructura base, a la cual le es soldada la estructura de soporte para el

doblador y el tubo por el cual correrá el azúcar para ser embolsada.

112

Figura 114 Estructura de soporte para sección de sellado y corte.

Continuando con la parte de termosellado y corte, se muestra el diagrama de conexión

(Figura 115) de los elementos térmicos utilizados para realizar el termosellado plástico de

las bolsas fabricadas.

Figura 115. Diagrama de conexión para elementos térmicos.

Posteriormente se realizaron las placas de cobre PCB (Figura 116) para el adecuado

funcionamiento y estabilidad del control electrónico además de sus debidas pruebas de

continuidad y funcionamiento para asegurar el control de la interfaz.

Figura 116. Control electrónico.

113

6.2 CONTROL NEUMÁTICO

6.2.1 Componentes del control neumático

A la par que se realizan la manufactura y la unión de los dispositivos principales formados

por PTR y acero inoxidable también se adquieren las piezas de nylamid necesarias para el

acople de diversas piezas y actuadores neumáticos que posteriormente darán el

funcionamiento dinámico a la totalidad del proyecto.

Figura 117. Pistones, soportes de sensores y soportes de pistones.

En las siguientes figuras se muestran también algunos de los componentes variados que

fueron utilizados durante el desarrollo de las siguientes etapas, como la unidad de

mantenimiento neumático, algunas piezas de tornillería y de acople mecánico, como

baleros y tuercas.

Figura 118. Unidad de mantenimiento neumático.

Figura 119. Tornillería, bujes y baleros.

114

6.2.2 Subsistema de sellado y corte

A continuación se muestra el mecanismo de sellado implementado junto con los

actuadoras neumáticos en funcionamiento durante las primeras pruebas de ajuste y

control neumático.

Figura 120. Apertura y cierre de sistema de sellado térmico.

Se maquino también una caja de engranes implementada para contener el mecanismo de

reducción de velocidad en el dispositivo de desplazamiento vertical del sellador plástico.

Figura 121. Caja de engranes.

Se puede apreciar también el acople de los cilindros neumáticos y su funcionamiento más

de cerca en el dispositivo de sellado y corte en la siguiente Figura.

Figura 122. Funcionamiento de los cilindros neumáticos en el dispositivo de sellado.

115

CONCLUSIONES.

Durante el desarrollo del análisis y el diseño de los módulos del sistema mecatrónico se

tuvo que enfrentar a varias problemáticas no contempladas previamente, como la selección

de algunos actuadores después de la elección de determinado dispositivo mecatrónico.

Entre algunas de las principales modificaciones realizadas esta la implementación de un

tornillo sin fin, debió a la poca disponibilidad que se observo para la adquisición del

actuador lineal previamente seleccionado y calculado.

Al añadir el tornillo sin fin, se presentaron algunos inconvenientes en el acople y diseño de

los componentes mecánicos añadidos como los engranes, los bujes y la caja de engranaje.

A su vez existieron también algunos detalles con la implementación de las electroválvulas

debido a que estas funcionan como es debido, solo después de realizar adecuadamente las

conexiones con el compresor y este entregue a las conexiones neumáticas la presión

nominal de las mismas electroválvulas.

Posteriormente se añadirán al proyecto algunos otros elementos complementarios como una

escalera para la facilidad de llenado de azúcar de la maquina y el laminado de exterior, esto

solo para fines estéticos y de conservación de los componentes internos del proyecto.

116

ANEXOS

B

COSTOS

Se presenta un costo estimado de los componentes del sistema.

Costo estimado

Tabla 1-A Costos del proyecto.

Material Cantidad Costo unitario Importe

Lámina de acero inoxidable 8 455$ 3,640$

PTR 9 226$ 2,034$

Compresor 1 2,000$ 2,000$

Unidad de mantenimiento 1 780$ 780$

Relevadores 6 120$ 720$

Pistones 5 700$ 3,500$

Actuador lineal 1 3,000$ 3,000$

Tubo felxible 1 500$ 500$

Resistencias térmicas 3 40$ 120$

PLC 1 5,200$ 5,200$

Interfaz 1 300$ 300$

Celdas de carga 2 900$ 1,800$

Motor vibrador 2 900$ 1,800$

Motor abastecedor 1 1,200$ 1,200$

Control de temperatura 1 522$ 522$

Válvula de distribución 1 400$ 400$

Electroválvula 6 300$ 1,800$

Nyalmid 1 600$ 600$

Aluminio 1 500$ 500$

Bronce 1 150$ 150$

Acero 1 400$ 400$

Guías rectificadas 1 400$ 400$

Procesos de Manufactura 8 1,200$ 9,600$

Mano de obra 3 10,000$ 30,000$

Otros 1 400$ 400$

Total 71,366$

Costo estimado

La empresa “GRUPO COMERCIAL JUANES” patrocinará el gasto total de la presente máquina.

C

ACERCA DEL DISEÑO

Este apartado está dedicado a mencionar el tipo de diseño ocupado en este trabajo, además

de explicar cada uno de los pasos realizados.

“El diseño de Ingeniería es toda actividad necesaria para definir soluciones a problemas

específicos que no se han podido resolver con anterioridad, o nuevas soluciones a

problemas resueltos de forma diferente”20

.

Existen dos formas por las cuales se puede llevar a cabo el diseño de productos o sistemas

que son:

Diseño secuencial21

.

Diseño concurrente 22

El diseño concurrente tiene ventajas sobre el diseño secuencial debido a lo que se observa a

continuación (Figura 1-A).

Figura 1-A. Esquema del diseño secuencial y del diseño concurrente.

20 The Institution of Engineering Design.

21 Salvador Capuz Rizo. Ingeniería concurrente para el diseño de producto. Universidad Politécnica de Valencia.

22 Carles Riba Romeva. Diseño concurrente. ed. UPC, 2002.

D

A sabiendas de que el modulo que se explica en este apartado es un dispositivo

Mecatrónico debemos basarnos en el diseño concurrente, puesto que abarca los pasos

necesarios para un correcto desarrollo del dispositivo.

El diseño Mecatrónico23

se considera un diseño concurrente puesto que ambos relacionan

de forma paralela el desarrollo de las áreas implicadas en la realización de la tarea

especificada.

Diseño Mecatrónico: es toda actividad necesaria para definir y generar soluciones a

problemas específicos existentes que no se ha podido resolver con anterioridad, o nuevas

soluciones a problemas ya resueltos; considerando de manera concurrente y sinérgica el

alcance y la aplicación de cada una de las disciplinas elementales en la Mecatrónica

(mecánica-electrónica-control) involucradas para la solución desde la etapas iniciales del

proceso de diseño 14

.

Para iniciar con el Proceso de Diseño Mecatrónico es necesario realizar un estudio de

mercado el cual nos arrojara las necesidades generadas para la realización de una tarea

específica.

Teniendo una idea clara de la tarea que se desea realizar en necesario sugerir diferentes

tipos de dispositivos mecatrónicos que puedan resolver este problema, pero es importante

acotar los requerimientos y especificaciones que debe de cumplir dicho dispositivo, es

donde aparece el PSD (Product Design Specifications)24

.

El PDS debe cumplir dos tareas principales:

Definición del área del problema.

Formulación exacta del problema: definir todas las funciones, especificaciones y

restricciones.

23 Bradley & Russell. Mechatronics in Action: Case Studies in Mechatronics - Applications and Education. London:

Springer Series, 2010.


E

LLUVIA DE IDEAS

Basándonos en la técnica de innovación “Lluvia de ideas”25

, proponemos una serie de

palabras que tienen el propósito de generar posibles soluciones al problema que se está

abordando.

ANÁLISIS MORFOLÓGICO

El análisis morfológico26

(MA) se considera como un método de investigación de la

totalidad de las relaciones contenidas en multi-dimensional, los complejos problemas por lo

general no cuantificables. Fundamenta en la investigación de las condiciones de frontera y

virtualmente ayuda a los participantes a examinar conFiguraciones contrastantes y posibles

soluciones.

PROCEDIMIENTO:

El problema a resolver tiene que ser muy concisa formulada.

Todos los parámetros que podrían ser de importancia para la solución del problema

dado que debe ser localizado y analizado.

Se construye La caja morfológica o matriz multidimensional, que contiene todas las

posibles soluciones del problema dado.

Todas las soluciones contenidas en el cuadro morfológico son minuciosamente

analizadas y evaluadas con respecto a los propósitos que se quieren lograr.

La selección de la solución más adecuada se apoya de métodos que complementa al

estudio morfológico.

Después de haber realizado la lluvia de ideas procedemos a realizar el análisis

morfológico, lo que nos ayudara a crear diferentes diseños conceptuales.

Después procedemos a realizar los diferentes diseños conceptuales [8] conforme a

la elección de las características y la posible solución, para poder visualizar de

forma clara las posibles conFiguraciones del dispositivo.

25 Bernard Demory. Técnicas de creatividad.

26 Fritz Zwicky. General Morphological Analysis. Morphologie and Policy Analysis.

F

CARACTERÍSTICAS REQURIDAS PARA DISPOSITIVO DE

DOSIFICACIÓN.

1. Tipo del dosificador: Se debe elegir alguno de los dosificadores que se presentaron,

teniendo en cuenta cuales son las ventajas y desventajas que tiene cada uno de ellos

para elegir el que cumplas nuestras expectativas.

2. Forma del dosificador: Esta característica es muy importante debido a que de esta

dependerá el comportamiento azúcar y cuál será la forma en que se trasladara al

módulo de para pesar.

3. Tipo de alimentador: Se debe tener en cuenta cuál es la trayectoria que debe seguir

el azúcar, del módulo de almacenamiento al de pesado; con ello conoceremos cual

es la forma de realizar ese traslado.

4. Sujeción de actuadores: Son los elementos con los cuales se fijaran los actuadores

neumáticos o eléctricos.

5. Materiales: Debido a que se está trabajando con alimentos, es necesario tener en

cuenta que los materiales deben de regirse bajo normas que nos delimiten que deben

de ser grado alimenticio.

6. Actuadores: Se toma en cuenta cuales son los posible actuadores que utilizaremos

para que realicen el traslado del azúcar. Estos pueden ser eléctricos o neumáticos.

7. Alimentación: Existen principalmente dos tipos de alimentación CA y CD, debemos

de conocer cuál de ellas es la mejor opción para la mayoría de le elementos

elegidos.

G


PESADO.

1. Forma del dosificador: Esta característica es muy importante debido a que de esta

dependerá el comportamiento azúcar y como se pesara la misma, además como se

ejecutara el traslado al módulo de embolsado.

2. Sensor para pesar: Es necesario tomar en cuenta los elementos con los que se cuenta

para realizar la conversión de la masa de un cuerpo a señales eléctricas, las cuales se

cuantificarán para la lectura de la cantidad de azúcar añadida en cada dosificador.

3. Sujeción de sensores y actuadores: Esta característica se refriere a la forma en la

cual se fijarán los elementos de sensado y actuación neumática, de esta dependerá

que los elementos realicen de forma correcta su función y exista estética.

4. Materiales: Debido a que se está trabajando con alimentos, es necesario tener en

cuenta que los materiales deben de regirse bajo normas que nos delimiten que deben

de ser grado alimenticio.

5. Acople de actuadores a dosificador: De esta característica depende el cierre y la

apertura del dosificador, además de que no exista desperdicio de azúcar al momento

de trasladarla al siguiente módulo.

6. Actuadores: Se toma en cuenta cuales son los posible actuadores que utilizaremos

para que realicen la tarea de apertura/cierre. Estos pueden ser eléctricos, neumáticos

o hidráulicos.

7. Alimentación: Existen principalmente dos tipos de alimentación CA y CD, debemos

de conocer cuál de ellas es la mejor opción para la mayoría de le elementos

elegidos.

8. Localización de sensor: Es una característica primordial debido a que la correcta

localización del sensor ayudará a realizar la medición correcta del azúcar y poder

calibrarlo de forma sencilla, además de tener un fácil manejo de él al momento del

ensamble.

9. Apertura y cierre del dosificador: Se debe tomar en cuenta cuál será la forma en que

el dosificador debe abrir/cerrar para que no exista desperdicio de azúcar,

conjuntamente evitar el rozamiento o que exista algún choque que perjudique el

proceso.

H


EMBOLSADO.

1. Material de la embolsadora: Debido a que se está trabajando con alimentos y esta

parte de la máquina estará haciendo contacto directamente con ellos, es necesario

tener en cuenta que los materiales deben de regirse bajo normas que nos delimiten

que deben de ser de grado alimenticio.

2. Tipos de dobladores: Es una característica importante porque se debe de tomar en

cuenta la manera de doblar la película plástica y darle la forma de bolsa sin que se

presente algún atasco y posteriormente pueda sellarse.

3. Tipo de embolsado: Esta característica se refriere a la manera de introducir el

producto a la bolsa y la dirección por la que corre.

4. Posición del abastecedor plástico: Es importante saber la posición del abastecedor

para que la película no tenga dificultad de llegar al doblador y que llegue a este

ligeramente tenso, para que corra adecuadamente.

5. Material del abastecedor plástico: Esta sección es más flexible en cuanto materiales,

debido a que el abastecedor no hace contacto directo con la bolsa, sino que se monta

el rodillo en el que esta enrollada la película plástica.

I

CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA EL DISPOSITIVO DE

DOSIFICACIÓN

1. Costo de elementos: debe de importar desde el punto ingenieril, debido a que se

debe seleccionar elementos que cumplan con la función que se desea, pero debe de

ser accesible la adquisición de estos.

2. Costo de manufactura: se debe conocer el costo de cada proceso, y diferentes

procesos que realicen algo similar, con ello se realiza un estudio económico para

poder elegir el proceso idóneo.

3. Cantidad de piezas a ensamblar: se toma en cuenta DFA, es decir, a menor número

de piezas, el ensamble será fácil y con mayor rapidez.

4. Tiempo de manufactura: es necesario tener en cuenta cual es el lapso de tiempo que

transcurrirá al momento de manufacturar los elementos de este módulo.

5. Consumo energético: es muy importante puesto que nos predice, cuál será el

consumo de energía del módulo de dosificación.

6. Acoplamiento: es la forma en la cual se hará el ensamble de cada pieza y elemento

de forma sencilla, para que pueda ser ensamblado por cualquier persona.

J


PESADO

1. Precisión: Es muy importante debido a que se requiere un error del 2-5%, lo

cual representa que se está trabajando dentro del margen permitido. También

con este criterio se logrará que exista un ahorro en el azúcar, lo cual logrará que

exista un ahorro financiero al productor.

2. Velocidad de pesado: Depende de la velocidad de respuesta del sensor que se

utilice, es una parte medular de la velocidad de todo el proceso.

3. Costo de elementos: Muy importante desde el punto de vista ingenieril, debido a

que se debe seleccionar elementos que cumplan con la función que se desea,

pero debe de ser accesible el costo de estos.

4. Procesos de manufactura: Se debe tener en cuenta cual será la dificultad que se

presentará al momento de realizar la manufactura de cada elemento diseñado,

así como el tiempo que llevara.

5. Cableado: Es de vital importancia que no existan interferencias tantos de los

cables como de las tuberías de aire comprimido al momento de estar realizando

el proceso, ya que esto representa un riesgo al sistema.

6. Acoplamiento: Es la forma en la cual se hará el ensamble de cada pieza y

elemento de forma sencilla, para que pueda ser integrada por cualquier persona.

7. Desgaste mecánico: De esta característica podremos calcular y conocer el

periodo de vida de cada elemento funcional del módulo, además de conocer la

confiabilidad que tiene el mismo.

8. Consumo energético: Es muy importante puesto que nos predice, cuál será el

costo de cada sistema de alimentación para nuestro sistema.

9. Costo de manufactura: Se debe conocer el costo de cada proceso, para poder

tener una idea de cuál será el proceso que necesito y ellos es de costo accesible.

K


EMBOLSADO

1. Facilidad de maquinado: Es necesario tomar en cuenta cual será los procesos y

la dificultad para manufacturar los elementos del dispositivo, así como el tiempo

que llevara realizarlos.

2. Facilidad de mantenimiento: El mecanismo debe diseñarse de manera que las

piezas que deban cambiarse cada cierto tiempo, sean fácil de desmontar y volver

a colocar, además los repuestos deben ser accesibles.

3. Agilización del proceso: Se refiere a la velocidad a la que se realiza el proceso

de embolsado.

4. Costo: Se debe conocer el costo de cada proceso y de los materiales para poder

estimar un costo accesible.

5. Simplicidad del proceso: Es importante realizar mecanismos simples que

igualmente faciliten el proceso, que se traduce en menor cantidad de piezas,

menor cantidad de procesos, menor costo y mayor velocidad del proceso.

L

VIRTUALIZACIÓN DE DISEÑOS CONCEPTUALES

Después de tener las soluciones para cada característica que se indica, en cada uno de los

diseños conceptuales procedemos a virtualizar cada uno de ellos con la ayuda de software

CAD27

(Computer Aided Design).

SELECCIÓN DEL DISEÑO CONCEPTUAL

Procedemos a dar las ponderaciones para los criterios de selección28

.

Se enlistan los criterios de selección.

Después se realiza la tabla de pertenencia de cada uno de los criterios de selección.

Una vez realizado la comparación de los criterios de selección, se procede a realizar

la ponderación de los diseños conceptuales con respecto a las calificaciones

propuestas.

Finalmente se observa cuál de los diseños conceptuales cumple con la mejor calificación en

requerimientos y características para poder desarrollar de forma óptima la tarea que debe de

realizar el módulo correspondiente.

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE DOSIFICADO.

Requerimientos de rendimiento

Función: Dosificar azúcar.

Fiabilidad: El ciclo de operación será 4 horas/día.

Condiciones ambientales:

Temperatura ambiente 18 a 25°C.

Zona de trabajo cerrada.

Humedad 2%.

27 http://www.arquitectura.com/cad/artic/elcad.asp.


http://www.arquitectura.com/cad/artic/elcad.asp

M

Ergonomía: Con escalones para poder vaciar el azúcar al dosificador.

Calidad: Inexistencia de derrames.

Peso/Dimensiones: 25Kg. Con dimensiones calculadas para tener una capacidad de

almacenaje de 200Kg.

Requerimientos de Manufactura

Procesos: Montar y desmontar el dosificador.

Materiales:

Resistente a la corrosión.

Grado alimenticio.

Superficie lisa.

Resistencia a cargas continúas.

Deformaciones mínimas.

Ensambles:

Con la estructura general.

Con el sistema de pesado.

Con el sistema de embolsado.

Empaque/Envío: Desensamblado.

Producción: 1 pieza.

Tiempo de entrega: 9 meses.

N

Requerimientos de Operación

Modo de operación: Automático.

Instalación: Suelo de concreto.

Mantenimiento: Limpieza de la superficie, servicio al sistema vibratorio.

Equipo existente:

Laboratorios de electrónica.

Taller de manufactura.

Herramienta mecánica.

Equipo para soldar.

Nivel de automatización: Unidad que compone maquinaria.

Seguridad: gafas de seguridad, distancia de operación, paro de emergencia.

Riesgos:

Falla en el sistema vibratorio.

Mala sujeción del dosificador o alimentador.

Requerimientos Normas y estándares

Pruebas: Llenado del dosificador y verificación de que el flujo es un flujo másico; control

de apertura y cierre de compuertas con y sin producto.

Estándares: NORMA NSF/ANSI 51, NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-251-SSA1-

2009.

Patentes: no existe.

O

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE PESADO.


Función: Realizar el pesado del azúcar con un margen de error 2-5%.

Apariencia:

Compacto.

Fácil armado.

Visualización de la mayoría del proceso.

Fiabilidad: El ciclo de operación será 4 horas/día

Condiciones Ambientales:

Temperatura ambiente 18 a 25 º C.

Zona de trabajo cerrado.

Humedad 2%.

Calidad:

Cumplir con el margen de error establecido.

La velocidad para pesar sea al menos cada 2 segundos.

Peso y Dimensiones: Por estimarse.

Requerimientos de Manufactura

Procesos:

Recibir el azúcar del módulo de dosificado.

Trasladar el azúcar que se pesó al módulo de embolsado.

Materiales:

P

Deformaciones mínimas.

Resistente a la corrosión.

Superficie lisa.

Ensambles:

Fácil ensamble.

Sujeción por tornillos y bases manufacturadas.

Empaque/envió: no aplica

Producción: 1 prototipo

Tiempo de entrega: 9 meses

Requerimiento de Operación

Modo de operación: Automático

Tipo de operación: Intermitente

Instalación:

Estructura fija.

Sujeción por tornillería.

No debe de existir vibraciones.

Forma sencilla para colocar actuadores y sensores.

Operación: Se requiere de 1 operador con conocimientos básicos del prototipo.

Mantenimiento:

Calibración de la celda de carga.

Limpieza en los dosificadores.

Lubricación (sin aceite) de apertura /cierre de dosificadores.

Q

Equipo existente:



Herramienta mecánica.

Taller de neumática.

Nivel de Automatización: Nivel de Dispositivo.

Seguridad:

Operador: uso de ropa adecuada (botas, no ropa holgada, etc.)

Dispositivo:

No existir vibraciones en él.

Colocar de forma correcta los dosificadores.

Producto:

Llegada del producto a granel.

Colocación adecuada de la tolva.

Riesgos:

Operador:

Exista la posibilidad de que se le caiga el dispositivo al no existir un manejo

adecuado del mismo.

Dispositivo:

Mal calibrado.

Lugar inadecuado para el trabajo.

R

Producto:

Exceda el margen de error establecido.

Requerimientos Normas y Estándares

Pruebas: el margen de error al pesar tienda a 0.

Requerimientos Normas y Estándares


2009

Patentes: no existe.

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE EMBOLSADO


Función: Abastecer regular y posicionar adecuadamente el plástico para su posterior

sellado y utilización en la fabricación de la bolsa.

Apariencia:

Visible en su totalidad

Limpio.

De tipo metálico

Atractivo a la vista.

Fiabilidad: el ciclo de operación será 4 horas/día




Humedad 2%.

S

Calidad:

Buen desempeño de su función

Perfecta sincronía con el resto de los procesos

Fácil deslizamiento del plástico debido a la ausencia de rugosidades o

imperfecciones que pudieran dañar la hoja plástica.

Peso/Dimensiones: Por estimarse.

Requerimientos de manufactura

Procesos: Doblado de lámina, soldadura, perforado.

Materiales:

Para las láminas dobladoras:

Acero inoxidable de baja dureza

Alta maleabilidad.

Para el abastecedor:

Hierro de dureza media

Baja maleabilidad

Alta resistencia.

Ensambles:

Ajuste a las dimensiones específicas de la tolva

Sincronización con el sistema de sellado.

Empaque/Envío: No aplica.

Producción: 1 Prototipo.

Tiempo de entrega: 30 días.

T

Requerimientos de operación

Modo de Operación: Automático.

Tipo de Operación: Continua.

Instalación: Acorde al tipo de bolsa a utilizar y las dimensiones de los rollos de plástico, la

laminas dobladoras acopladas a la tolva y el abastecedor oculto dentro del sistema.

Operación: Supervisión de una sola persona.

Mantenimiento:

Procurar que el abastecimiento plástico este siempre lleno

No exista alguna anomalía en el camino del plástico.

Especificar el tamaño de bolsa que se requiere y el tamaño del plástico que es

utilizado.

Equipo existente:



Herramientas mecánicas.

Nivel de Automatización: Proceso de embolsado totalmente automatizado.

Seguridad:

Para el operador: No acercarse con demasía al proceso realizado por el sistema.

Para el dispositivo: Mantenerse en supervisión en caso de falla o anomalía dentro

del proceso.

Riesgos: El dispositivo pudiera fallar si el plástico utilizado se atascara en un componente.

U

Requerimientos Normas y Estándares.

Pruebas: Observación de un buen formado de la bola y un adecuado desplazamiento del

plástico.


2009.

Patentes: No existen.

CRITERIOS PDS DEL SISTEMA DE SELLADO


Función: Realizar la unión de los extremos del polímero utilizado para la generación de la

bolsa destinada a contener el azúcar dosificada.

Apariencia:

Visible en su totalidad

Limpio.

Atractivo a la vista.

Compacto

Fiabilidad: el ciclo de operación será 4 horas/día




Humedad 2%.

Calidad:

Buen desempeño de su función

V

Perfecta sincronía con el resto de los procesos

Rápido deslizamiento del plástico después del sellado.

Requerimientos de manufactura

Procesos: Armado, soldadura, perforado, afilado.

Materiales:

Para los selladores:

Acero inoxidable de baja dureza

Alta maleabilidad.

Para la cuchilla:

Hierro de dureza media

Alta maleabilidad

Alta resistencia.

Ensambles:

Ajuste a las dimensiones específicas de la bolsa.

Sincronización con el sistema de pesado.

Producción: 1 Prototipo.

Tiempo de entrega: 30 días.

Requerimientos de operación

Modo de Operación: Automático.

Tipo de Operación: Continua.

Instalación: Acorde al tamaño de la bolsa, acoplado a la salida de la tolva y sincronizado

con la dosificación y el pesado.

W

Operación: Supervisión de una sola persona.

Mantenimiento:

Procurar que los selladores se mantengan en buen estado.

Mantener la cuchilla afilada.

Mantener lubricados y en buen estado los actuadores neumáticos.

Equipo existente:

Laboratorios de Neumática.


Herramientas mecánicas.

Laboratorio de Electrónica.

Nivel de Automatización: Proceso de sellado y corte totalmente automatizado.

Seguridad:

Para el operador: No acercarse con demasía al proceso realizado por el sistema.

Para el dispositivo: Mantenerse en supervisión en caso de falla o anomalía dentro

del proceso.

Riesgos: El dispositivo pudiera fallar si el plástico utilizado se atascara en un componente.

Requerimientos Normas y Estándares.

Pruebas: Observación de un buen formado sellado de la bolsa y un adecuado corte y

desplazamiento del plástico.


2009.

Patentes: No existen.

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Trabajo Terminal Prototipo de una máquina automática para ......Peña Montes Benjamín Ruiz Orozco Sergio Jesús Sánchez Martínez Juan Carlos Asesores: Campos Vázquez Alfonso