INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · Instituto Politécnico Nacional ÍNDICE [Escribir texto] INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Instituto Politécnico Nacional ÍNDICE

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PROPUESTA DE UN SISTEMA DE PALETIZADO

CONTINUO DE ALTA VELOCIDAD

T E S I S

PARA OBTENER EL GRADO DE: INGENIERO EN CONTROL Y

AUTOMATIZACIÓN

QUE PRESENTAN

MARTÍNEZ URBIOLA GONZALO ANTONIO

PICHARDO SAAVEDRA JUAN CARLOS

RIVÓN SANTIAGO EDGAR MARTÍN

ASESOR

ING. HUMBERTO SOTO RAMIREZ

M. en C.JOEL JUAREZ BETANCOURT

MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE, 2012



Índice

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................................... VII

OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... VIIVIII

OBJETIVOS PARTICULARES .............................................................................................. VIIVIII

JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... VIIVIII

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ IIX

CAPITULO I. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 1

1.1 MANIPULACIÓN MANUAL DE CARGAS .......................................................................... 1

1.1.1 Aspectos fisiológicos .......................................................................................................... 2

1.1.2 Efectos dañinos si realizamos operaciones de manipulación de cargas de forma

inadecuada .................................................................................................................................. 3

1.1.3 Tipos de riesgo ................................................................................................................... 3

1.1.4 Origen y causa del riesgo ................................................................................................... 4

1.2 PALETIZADO .......................................................................................................................... 8

1.2.1 Las fases del proceso de paletización ................................................................................ 9

1.2.2 Transportadores ............................................................................................................... 14

1.3 AUTOMATIZACIÓN ............................................................................................................ 18

1.3.1 El autómata programable o Controlador Lógico Programable (PLC) ........................... 22

1.3.2 Sistemas electro hidráulicos de control de movimiento ................................................... 27

1.3.3 Neumática e hidráulica .................................................................................................... 28

1.3.4 Sensores ............................................................................................................................ 49

1.3.5 Motor eléctrico trifásico de inducción tipo Jaula de Ardilla ........................................... 54

1.3.6 Variador de velocidad ...................................................................................................... 60

CAPITULO II. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL Y PLANTEAMIENTO DE LA

SOLUCIÓN ....................................................................................................................................... 65

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL .......................................................................... 65

2.1.1 Funciones de trabajadores en cada área. ........................................................................ 71

2.2 PROPUESTA DE LA SOLUCIÓN ........................................................................................ 73

2.2.1 Estudio de tiempos y movimientos .................................................................................... 76

CAPITULO III. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN DE INGENIERÍA .............................. 79


3.1 ETAPA 1 – EXPULSIÓN DE CAJAS EN LA BANDA FINAL. .......................................... 82

3.2 ETAPA 2 – ROTACIÓN DE CAJAS. .................................................................................... 84

3.3 ETAPA 3 – BANDA TRANSPORTADORA ESPECIAL DE POSICIONAMIENTO. ........ 88

3.4 ETAPA 4 – COLOCACIÓN DE ESTRATOS SOBRE EL PALLET. ................................... 95

3.5 ETAPA 5 – SISTEMA HIDRÁULICO DE ELEVACIÓN. ................................................. 101

3.6 REJA DE SEGURIDAD Y COLOCACION DEL PANEL DE CONTROL ....................... 104

CAPITULO IV. CONFIGURACIÓN DE DISPOSITIVOS Y PROGRAMACIÓN DEL

CONTROLADOR MICROLOGIX 1100 ....................................................................................... 109

4.1 CONFIGURACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS ................................................................... 109

4.1.1 Configuración del PLC .................................................................................................. 109

4.1.2 Configuración de los circuitos de 24 VDC y 120 VAC .................................................. 110

4.1.3 Configuración de las entradas y salidas ........................................................................ 111

4.1.4 Configuración de los variadores de velocidad ............................................................... 114

4.2 PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR....................................................................... 118

4.2.1 Configuración del Controlador ...................................................................................... 118

4.2.2 Archivos de programa .................................................................................................... 121

4.2.3 Simulaciones en Automation Studio ................................................................................... 140

CAPITULO V. COSTO DE LA PROPUESTA DEL PALETIZADO CONTINUO DE ALTA

VELOCIDAD ................................................................................................................................. 155

5.1 COSTOS POR ETAPAS ....................................................................................................... 155

5.2 COSTOS DE INVESTIGACIÓN E INGENIERÍA .............................................................. 160

RESULTADOS Y CONCLUSIONES ............................................................................................ 161

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................. 163

GLOSARIO DE TÉRMINOS ......................................................................................................... 166

ANEXO A ....................................................................................................................................... 170

FIGURA A: ETAPA 2 – BANDA ROTACIÓN DE CAJAS .......................................................... 171

FIGURA B: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA ................................................................. 172

FIGURA C: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA ................................................................ 173

FIGURA D: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA ................................................................ 174

FIGURA E: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA ................................................................. 175

FIGURA F: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA ................................................................. 176

FIGURA G: ETAPA 3 – ESLABON ............................................................................................ 177


FIGURA H: ETAPA 3 – CORREDERA ...................................................................................... 178

FIGURA I: ETAPA 4 – CAMA DE RODILLOS .......................................................................... 179

FIGURA J: ETAPA 4 – CAMA DE RODILLOS ......................................................................... 180

FIGURA K: ETAPA 4 – BARRERA NEUMÁTICA ..................................................................... 181

FIGURA L: ETAPA 4 – ACOMODO DEL ESTRATO ................................................................ 182

FIGURA M: ETAPA 4 – SOPORTE ........................................................................................... 183

FIGURA N: ETAPA 4 – PLACA PARA EL ACOMODO DEL ESTRATO .................................. 184

FIGURA O: ETAPA 4 – LÁMINA METÁLICA ........................................................................... 185

FIGURA P: ETAPA 4 – MESA DE RETIRO DE PLACA ........................................................... 186

Índice de figuras

Figura 1. 1 Características de la carga ................................................................................................. 4

Figura 1. 2 Esfuerzo físico requerido .................................................................................................. 5

Figura 1. 3 Condiciones del medio de trabajo ..................................................................................... 5

Figura 1. 4 Organización de la actividad ............................................................................................. 6

Figura 1. 5 Factores individuales ........................................................................................................ 6

Figura 1. 6 Los transportadores de rodillo ........................................................................................ 16

Figura 1. 7 Relación de la automatización fija, automatización programable y automatización

flexible como una función del volumen de producción y de la diversidad el producto. ................... 21

Figura 1. 8 Estructura del PLC compacto ......................................................................................... 24

Figura 1. 9 Estructura del PLC modular ........................................................................................... 25

Figura 1. 10 Preparación del aire. ..................................................................................................... 29

Figura 1. 11 Diagrama Espacio-Fase ................................................................................................ 30

Figura 1. 12 Circuito típico de un pistón dentro del cilindro en un sistema hidráulico .................... 32

Figura 1. 13 Cilindro de doble efecto ................................................................................................ 36

Figura 1. 14 Cilindro con amortiguación delantera ........................................................................... 37

Figura 1. 15 Cilindro de cuerpo básico ............................................................................................. 38

Figura 1. 16 Fijación por placa trasera .............................................................................................. 39

Figura 1. 17 Fijación por placa delantera .......................................................................................... 39

Figura 1. 18 Fijación por escuadras ................................................................................................... 39

Figura 1. 19 Fijación por articulación ............................................................................................... 40

Figura 1. 20 Horquilla hembra .......................................................................................................... 40

Figura 1. 21 Fijación por rótula ......................................................................................................... 40

Figura 1. 22 Representación de las posiciones de una válvula.......................................................... 41

Figura 1. 23 Vías y tipos de conexión ............................................................................................... 42

Figura 1. 24 Representación de las líneas de flujo ............................................................................ 42

Figura 1. 25 Localización de los distintos orificios........................................................................... 43


Figura 1. 26 Gobierno de un cilindro ................................................................................................ 44

Figura 1. 27 Válvulas con distintas funciones ................................................................................... 45

Figura 1. 28 Diferentes tipos de accionamiento manual ................................................................... 46

Figura 1. 29 Diferentes formas de mando mecánico ......................................................................... 47

Figura 1. 30 Electroválvula de accionamiento directo. ..................................................................... 49

Figura 1. 31 Motor trifásico de jaula de ardilla de última generación .............................................. 55

Figura 1. 32 Tipos de bobinados de rotor de jaula de ardilla. ........................................................... 57

Figura 1. 33 La tensión rotórica UR es proporcional al deslizamiento s. Una tensión del rotor del

10% corresponde a un deslizamiento del 10%. ................................................................................. 57

Figura 1. 34 Potencia de salida y pérdidas en un motor de inducción trifásico ................................ 60

Figura 1. 35 Comportamiento del motor a tensión y frecuencia de placa ......................................... 61

Figura 1. 36 Diagrama electrónico típico .......................................................................................... 62

Figura 1. 37 Gráfica de Velocidad-Par .............................................................................................. 63

Figura 2. 1 Distribución de planta (Vista superior). .......................................................................... 65

Figura 2. 2 Fabricación de pasta (Vista superior). ............................................................................ 66

Figura 2. 3 Área de horneado (Vista superior). ................................................................................. 67

Figura 2. 4 Área de empacado de galletas (Vista superior). ............................................................. 68

Figura 2. 5 Área de encajado (Vista superior)................................................................................... 68

Figura 2. 6 Área paletizado (Vista superior). .................................................................................... 69

Figura 3. 1 Sistema de paletizado continuo de alta velocidad. .......................................................... 79

Figura 3. 2 Modificaciones en banda final de proceso ...................................................................... 82

Figura 3. 3 Etapa 1. ........................................................................................................................... 83

Figura 3. 4 Dispositivos de la etapa 1. .............................................................................................. 84

Figura 3. 5 Etapa 2. ........................................................................................................................... 85

Figura 3. 6 Posición de las cajas en la cinta transportadora. ............................................................. 85

Figura 3. 7 Cilindro neumático FESTO de doble efecto modelo DNC-50-100-PPV. ...................... 86

Figura 3. 8 Montaje del cilindro neumático 2. .................................................................................. 86

Figura 3. 9 Rotación de cajas. ........................................................................................................... 87

Figura 3. 10 Etapa 3. ......................................................................................................................... 88

Figura 3. 11 Actuador lineal neumático FESTO. .............................................................................. 89

Figura 3. 12 Válvula FESTO biestable de 5 vías 3 posiciones. ........................................................ 89

Figura 3. 13 Cilindro neumático sin vástago. .................................................................................... 90

Figura 3. 14 Eslabón de banda posicionadora. .................................................................................. 90

Figura 3. 15 Corredera. ..................................................................................................................... 91

Figura 3. 16 Mecanismo de guías. ..................................................................................................... 91

Figura 3. 17 Vista inferior del mecanismo de guías. ......................................................................... 92

Figura 3. 18 Fin de banda de posicionamiento. ................................................................................. 92

Figura 3. 19 Guías de retorno. ........................................................................................................... 93


Figura 3. 20 Vista inferior, retorno de correderas. ............................................................................ 93

Figura 3. 21 Bases para sensor fotoeléctrico de barrera. ................................................................... 94

Figura 3. 22 Bases para sensor fotoeléctrico de barrera al final de la banda..................................... 94

Figura 3. 23 Etapa 4 (formación del estrato) ..................................................................................... 95

Figura 3. 24 Cama de rodillos ........................................................................................................... 96

Figura 3. 25 Llegada de cajas ............................................................................................................ 96

Figura 3. 26 Barrera neumática ......................................................................................................... 97

Figura 3. 27 Sistema de barrera neumático. ...................................................................................... 97

Figura 3. 28 Acomodo del estrato ..................................................................................................... 99

Figura 3. 29 Vista superior ................................................................................................................ 99

Figura 3. 30 Retiro de lámina metálica dirigida por cilindro neumático. ........................................ 100

Figura 3. 31 Vista lateral ................................................................................................................. 101

Figura 3. 32 Dispositivos de la etapa 5 ........................................................................................... 102

Figura 3. 33 Esquema general de funcionamiento del sistema hidráulico de elevación ................. 102

Figura 3. 34 Posición inicial del sistema hidráulico ........................................................................ 103

Figura 3. 35 Retiro del pallet completo. .......................................................................................... 104

Figura 3. 36 Enrejado de seguridad. ................................................................................................ 105

Figura 3. 37 Ubicación de panel de control..................................................................................... 106

Figura 3. 38 Distribución del panel de control. ............................................................................... 107

Figura 4. 1 LAYOUT del PLC ........................................................................................................ 109

Figura 4. 2 Módulos de expansión de E/S conectados al PLC sobre el riel .................................... 110

Figura 4. 3 Diagrama de habilitación/inhabilitación del sistema .................................................... 111

Figura 4. 4 Configuración de los módulos de entradas 1762-IQ16 ................................................. 113

Figura 4. 5 Configuración del módulo de salidas 1762-OW16 ....................................................... 113

Figura 4. 6 Disposición de los variadores (LAYOUT) ................................................................... 114

Figura 4. 7 Configuración del Variador 1, que se encontrará en la ETAPA 2 del proceso. ............ 115



Figura 4. 10 Configuración del controlador. ................................................................................... 119

Figura 4. 11 Configuración de las tarjetas de entradas y salidas digitales. ..................................... 119

Figura 4. 12 Creación de los archivos de programa. ....................................................................... 120

Figura 4. 13 Líneas 0 y 1 del archivo de programa arranque y paro. .............................................. 121

Figura 4. 14 Líneas 2, 3 y 4 del archivo de programa arranque y paro. .......................................... 122

Figura 4. 15 Líneas 5-10 del archivo de programa arranque y paro. ............................................... 123

Figura 4. 16 Líneas 11-14 del archivo de programa arranque y paro. ............................................. 124

Figura 4. 17 Diagrama espacio-fase de la etapa 3. .......................................................................... 125

Figura 4. 18 Líneas 0 - 3 del archivo de programa etapa 3. ............................................................ 127

Figura 4. 19 Líneas 4 - 10 del archivo de programa etapa 3. .......................................................... 128


Figura 4. 21 Líneas 0 y 1 del archivo de programa etapa 4............................................................. 132


Figura 4. 22 Líneas 2 - 6 del archivo de programa etapa 4 ............................................................. 133

Figura 4. 23 Líneas 7 - 10 del archivo de programa etapa 4 ........................................................... 134


Figura 4. 25 Línea 0 del archivo de programa etapa 5 .................................................................... 137

Figura 4. 26 Líneas 1 - 6 del archivo de programa etapa 5 ............................................................. 138

Figura 4. 27 Líneas 7 - 11 del archivo de programa etapa 5 ........................................................... 139

Figura 4. 28 Líneas 12 - 16 del archivo de programa etapa ............................................................ 140

Figura 4. 29 Simulación Etapa 3 – estado inicial ............................................................................ 141

Figura 4. 30 Simulación Etapa 3 – segundo estado ......................................................................... 142

Figura 4. 31 Simulación Etapa 3 – tercer estado ............................................................................. 143

Figura 4. 32 Simulación Etapa 3 – cuarto estado ............................................................................ 144

Figura 4. 33 Simulación Etapa 3 – regreso a estado inicial ............................................................ 145


Figura 4. 35 Simulación Etapa 4 – primer estado ........................................................................... 146




Figura 4. 39 Simulación Etapa 5 – primer estado ........................................................................... 149


Figura 4. 41 Simulación Etapa 5 – tercer estado ............................................................................. 151

Figura 4. 42 Simulación Etapa 5 – cuarto estado ............................................................................ 152

Figura 4. 43 Simulación Etapa 5 – quinto estado ............................................................................ 153


Índice de tablas

Tabla 1. 1 Características comparativas de los sistemas neumático e hidráulico.............................. 34

Tabla 1. 2 Características comparativas de los sistemas neumático/hidráulico y eléctrico/electrónico.

........................................................................................................................................................... 35

Tabla 1. 3 Código para válvulas neumáticas ..................................................................................... 43

Tabla 1. 4 Velocidades sincrónicas típicas de un circuito de 50 Hz ................................................. 55

Tabla 2. 1 Velocidad/Frecuencia de operación de cada uno de los motores. .................................... 78

Tabla 3. 1 Equipo a utilizar en cada etapa de la propuesta de solución. ........................................... 81

Tabla 4. 1 Asignación de entradas y salidas por etapa .................................................................... 111

Tabla 4. 2 Selección de fuente de frecuencia preseleccionada ........................................................ 117

Tabla 5. 1 Costos por etapas............................................................................................................ 156

Tabla 5. 2 Análisis por Honorarios ................................................................................................. 160

Instituto Politécnico Nacional

VII

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad se buscan alternativas para el paletizado de alta velocidad, debido a que las

líneas de producción son cada vez más automatizadas con lo que se produce un mayor

número de bienes, exigiendo que los procesos que integran la línea total del producto

desempeñen su tarea a la misma velocidad o mayor que el proceso de producción para

acortar el tiempo en la línea total del producto, desde su producción, empacado, hasta el

embalado, con la automatización de los procesos cómo medio para lograr lo anterior.

En la mediana empresa de producción de galletas, el proceso de paletizado se lleva a cabo

por medio de personas, por lo que es un proceso que puede mermar la calidad, así como

dañar los productos empacados debido al cansancio y al estrés acumulados durante las

largas jornadas de trabajo generando pérdidas para le empresa, además es un proceso lento,

con lo que causa un efecto de cuello de botella en la línea total del producto, ya que las

cajas se van acumulando en la línea del proceso de paletizado, teniendo que forzar la

reducción de la velocidad en la línea de producción.

La industria de automatización nacional no ofrece sistemas de paletizado de alta velocidad,

por lo cual las industrias nacionales se ven en la necesidad de implementar sistemas de

paletizado desarrollados por la industria de automatización extranjera, lo que conlleva a una

serie de gastos adicionales, por ejemplo, la importación, contratación de operadores,

capacitaciones o actualizaciones y mantenimientos de las empresas extranjeras que los

desarrollan.


VIII

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar una propuesta de automatización que sea una alternativa para paletizado

continuo de alta velocidad mediante el uso de cintas transportadoras, camas de rodillos y

actuadores neumáticos, controladas a través de un Controlador Lógico Programable y

Variadores de Velocidad.

OBJETIVOS PARTICULARES

Integrar de manera eficiente la línea de producción de una mediana empresa de

producción de galletas con el proceso de paletizado automático.

Reducir el tiempo en la línea total del producto, es decir, desde la producción hasta

el embalado.

Asegurar la calidad del producto.

Reducir las pérdidas ocasionadas por el maltrato de productos en el proceso de

paletizado.

JUSTIFICACIÓN

El proceso actual de paletizado en la mediana empresa de producción de galletas es

realizado de forma manual, por lo cual es lento, disminuye la calidad de los productos así

como su presentación, además dando la posibilidad de que se dañen siendo esto una pérdida

para la empresa.

Las soluciones existentes para la automatización de este proceso son costosas ya que son

desarrolladas por firmas de ingeniería extranjera, por la importación, el mantenimiento,

entre otros.


IX

En base a lo anterior surge la propuesta de desarrollo de la automatización del proceso de

paletizado continuo de alta velocidad con ingeniería nacional, para hacer menos costosa su

adquisición por las empresas, además, de hacer que este sea eficiente, asegurando la calidad

de los productos, disminuyendo las pérdidas por daños, además de lograr la correcta

integración de los mismos a la línea de paletizado, evitando los efectos de cuello de botella,

con lo que se reduce el tiempo en la línea total del producto.

Sin el desarrollo de este trabajo no se tendría una alternativa para solventar la problemática

existente dentro del área de paletizado de la mediana empresa productora de galletas, para

la cual se está desarrollando esta propuesta.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se plantea una propuesta de paletización de alta velocidad para

solventar los problemas o requerimientos actuales, como lo es el tiempo en el que se

desarrollan e integran los procesos de paletización al final de la línea de producción de una

mediana empresa de producción de galletas.

La propuesta se desarrolló por el interés que tiene la empresa por incrementar su

productividad integrando de una manera adecuada la etapa de encajado a la etapa de

paletizado, mediante un sistema de alta velocidad.

Para hacer frente a los problemas mencionados, se desarrolla un análisis basado en; la

comparación de tiempos del proceso actual con el proceso automatizado, la comparación de

la calidad en el proceso de paletizado.

A continuación se presentan y describen los capítulos que contiene el presente trabajo.


X

CAPITULO I. MARCO TEÓRICO, esté capítulo contiene la información general del

proceso de paletizado, las distintas formas en que se puede presentar y las herramientas que

se utilizan para ello. La definición de automatización, sus tipos y las características de cada

uno de ellos, los bloques que la constituyen y la tecnología que se utiliza para desarrollarla

e implementarla en distintos procesos.

CAPITULO II. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL PROCESO Y

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN, en éste capítulo se describe cómo se llevan a cabo

actualmente todos los procesos de la empresa, haciendo énfasis en el proceso de paletizado.

Se presenta un diagnóstico en el cual se califica la gravedad de los problemas que se

generan por el proceso de paletizado actualmente presente en la empresa. Por último se

describe la solución propuesta para el proceso de paletizado mediante un sistema de alta

velocidad.

CAPITULO III. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN DE INGENIERÍA, a lo largo

de éste capítulo se muestra el diseño de la máquina propuesta y los diversos componentes

que formarán parte de la misma, en donde se indican sus características, formas de

operación, el montaje y su orientación.

CAPITULO IV. CONFIGURACIÓN DE DISPOSITIVOS Y PROGRAMACIÓN DEL

CONTROLADOR, en este capítulo se presenta el controlador lógico programable a

utilizar, la programación desarrollada para el control del sistema propuesto, así como la

configuración de los variadores de velocidad y las conexiones eléctricas de todo el sistema.

CAPITULO V. COSTO DE LA PROPUESTA, durante este capítulo se muestra una tabla

general con el costo de todos los equipos y el costo de desarrollo de ingeniería.

Instituto Politécnico Nacional CAPÍTULO I

1

CAPITULO I. MARCO TEÓRICO

A medida que las pequeñas empresas de fabricación que recién inician sus operaciones

crecen y aumentan la producción, inevitablemente buscarán formas de mejorar su

funcionamiento. La mano de obra tiene ventajas de flexibilidad, perspectiva humana y un

costo inicial relativamente bajo. La automatización mecánica también tiene ventajas:

ergonomía, repetitividad y resistencia, por nombrar algunas. Cada empresa debe sopesar las

ventajas y desventajas entre las operaciones manuales y las automáticas.

Muchas industrias principales: minerales, alimentos, productos químicos, alimentos para

mascotas, alimentación, semillas, agricultura y otras, usan cajas como un medio de

almacenamiento y transporte de productos. La mayoría de las operaciones comienzan con

el apilamiento manual de las cajas y, luego, eventualmente terminan con alguna forma de

paletizado automático [1].

En este capítulo se presenta toda la información pertinente a lo que es automatización,

sensores, controladores y actuadores, manipulación de cargas manuales, el proceso de

paletizado, neumática e hidráulica así como sus ventajas, desventajas y aplicaciones. Que

nos servirá como punto de partida para efectuar la propuesta de automatización mencionada

con anterioridad.

1.1 MANIPULACIÓN MANUAL DE CARGAS

Se considera que la manipulación manual de toda carga que pese más de 3 kg puede

entrañar un potencial riesgo dorso-lumbar, si se manipula en condiciones ergonómicas

desfavorables (alejada del cuerpo, con posturas inadecuadas, muy frecuentemente, en


2

condiciones ambientales desfavorables, con suelos inestables, etc.). Por lo que es necesario

definir algunos aspectos importantes sobre la realización de este trabajo manualmente.

1.1.1 Aspectos fisiológicos

Uno de los principales motivos de que exista un riesgo asociado a la manipulación manual

de cargas es la limitación anatómica y fisiológica que presenta el cuerpo humano para

realizar esta actividad.

Interpretando de forma simplificada la capacidad del cuerpo humano para actuar como

elemento de elevación y transporte se pueden considerar tres sistemas fundamentales:

✓ Estructura portante: huesos, articulaciones, ligamentos.

✓ Sistema motor: músculos, tendones.

✓ Sistemas de control: cerebro y sistema nervioso.

El cuerpo humano es una máquina casi perfecta, pero con limitaciones:

✓ Limitaciones de la Estructura portante: limitaciones anatómicas de

articulación de la columna vertebral por la propia estructura ósea de las vértebras

que limita los movimientos de flexión hacia atrás, los laterales, y los de rotación.

Además debemos tener en cuenta que la presión ejercida sobre la

columna al levantar una carga aumenta considerablemente al separar el objeto

del cuerpo.


3

✓ Limitaciones del Sistema Motor: limitaciones de la resistencia de los músculos ante

esfuerzos dinámicos bruscos, trabajos estáticos mantenidos o trabajos dinámicos

continuados.

✓ Limitaciones del Sistema de Control: el cerebro humano como

controlador de la actividad muscular durante el manejo manual de cargas no tiene

restricciones para evitar que se superen las limitaciones de los sistemas

anteriores, incluso el carácter de las personas tiende en ocasiones a superarlas.

1.1.2 Efectos dañinos si realizamos operaciones de manipulación de cargas de forma

inadecuada

✗ Lesiones dorso lumbares.

✗ Distensión o roturas musculares o de ligamentos.

1.1.3 Tipos de riesgo

✓ Sobreesfuerzos: esfuerzos que sobrepasan la capacidad de funcionamiento normal de

nuestro organismo al manipular cargas de peso/volumen excesivo o de forma incorrecta.

✓ Caída de objetos en manipulación: circunstancia imprevista y no deseada que se origina

al perder la estabilidad de los objetos durante su manipulación.

✓ Fatiga física: situación de desgaste físico ocasionado por esfuerzos realizados durante la

manipulación por reiteración de la operación o por prolongación del tiempo en que se

sostiene la carga.


4

✓ Caídas al mismo o distinto nivel: por dificultades de paso o impedimento de visión,

irregularidades del piso, etc.

✓ Golpes / cortes por objetos o herramientas.

1.1.4 Origen y causa del riesgo

El riesgo de la manipulación manual de carga dependerá de las operaciones y de las

circunstancias en que dichas operaciones se realizan. Estas constituyen los factores de

riesgo.

En la siguiente imagen (Figura 1.1) se muestran algunas características de la carga que

pueden representar un riesgo.

Figura 1. 1 Características de la carga

En la siguiente imagen (Figura 1.2) se muestran algunos esfuerzos físicos necesarios que



5

Figura 1. 2 Esfuerzo físico requerido

En la siguiente figura 1.3 se muestran algunas condiciones del medio de trabajo que pueden

representar un riesgo.

Figura 1. 3 Condiciones del medio de trabajo


6

En la siguiente figura 1.4 se muestran algunas formas de organización del trabajo que


Figura 1. 4 Organización de la actividad

En la siguiente figura 1.5 se muestran algunos factores individuales del trabajador que


Figura 1. 5 Factores individuales


7

Existen otros factores de carácter personal que condicionan las aptitudes para llevar a cabo

trabajos que implican manejo manual de cargas, como puede ser: obesidad, falta de fuerza

física, tabaquismo, factores psicológicos, entre otros.

En resumen:

- La manipulación manual de cargas origina diferentes situaciones de riesgo que debemos

conocer. Muchas de las situaciones de riesgo suelen dar lugar a problemas

generalmente de tipo dorso lumbar.

- Los factores de riesgo van a depender de las operaciones que se realicen y en qué

circunstancias se hacen, englobándolos en cinco grupos diferentes: características de la

carga, esfuerzo físico, características del medio, exigencia de la actividad y factores

individuales.

- Para evitar los efectos debemos de aplicar medidas de control teniendo en cuenta: la

forma en la que vamos a levantar la carga y cómo vamos a realizar el transporte y sujeción

de la misma [2].

En base a todo lo anterior se comprender, que la manipulación manual de cargas puede

provocar consecuencias en la calidad de vida del operador, de tal modo que muchas de las

medianas empresas en crecimiento deben considerar la carga manual como una desventaja

alarmante para su desarrollo, de este modo es viable pensar en un proceso automatizado, el

cual estará enfocado en un sistema de paletizado. Esto nos lleva a conocer el siguiente

concepto para ir creando una visión más amplia de lo que significa esta palabra y su

finalidad.


8

1.2 PALETIZADO

Paletizar consiste en acomodar cajas de productos sobre un soporte de madera (sistema

típico) conocido como pallet o tarima, para facilitar la manipulación y el transporte

contemporáneo de una gran cantidad de artículos sin someterles a manejos excesivos.

Con el transcurso del tiempo, los pallets han sufrido una importante evolución desde su rol

original de simple unidad logística, adaptándose continuamente al mundo de la distribución

moderna. Estética, funcionalidad y dimensiones reducidas de los embalajes son sólo

algunos aspectos que inciden en el desarrollo de los nuevos paletizadores y de sus sistemas

auxiliares.

Al comparar un paletizador actual con uno de sólo 10 años atrás resultan evidentes las

diferencias de relevancia que de un modo u otro reflejan el cambio que han sufrido también

las costumbres de los consumidores al momento de realizar sus compras, lo que ha

determinado a su vez una revolución en la organización de los puntos de venta de los

diversos distribuidores.

Asimismo, la macro tendencia del respeto del ambiente parece indicar cómo el peso y la

cantidad de los materiales de embalaje estén destinados a reducirse en el futuro, a favor

incluso de un interesante ahorro en términos económicos para los operadores del sector de

embalajes. Es así que nos enfrentaremos al problema de la fragilidad y la inestabilidad de

los contenedores primarios en primer lugar, y de ciertos tipos de embalajes múltiples, que

resultarán siempre más difíciles de manipular.


9

No olvidemos además que algunos protagonistas del mundo de la distribución como los

supermercados y los mayoristas, entre otros, suelen exponer los productos directamente

dispuestos sobre pallets en sus almacenes, lo que conlleva la necesidad de una estética

determinada, en especial en lo que se refiere a la orientación de las presentaciones frontales

de los productos en los laterales de cada pallet.

Los paletizadores actuales contemplan todos estos aspectos, son capaces de tratar mejor los

productos difíciles y garantizan una gran flexibilidad operativa en términos del formato de

paletización y de cambio de formato. Hoy más que nunca, los puntos finales de las líneas y

los paletizadores deben considerarse instrumentos estratégicos capaces de garantizar a las

empresas la posibilidad de manipular los productos que el mercado exigirá en el futuro, y

que en muchos casos demanda ya. Lo que nos lleva a conocer las diferentes tecnologías que

se han desarrollado a lo largo de la historia y como ya se mencionó a la demanda del

mercado.

1.2.1 Las fases del proceso de paletización

El proceso de paletización consta de varias fases, cada una de las cuales resulta

indispensable para obtener un pallet en el que el producto se disponga de modo tal de

responder a las exigencias relativas a:

• Dosificación del producto.

• Rotación del producto.

• Formación del estrato.

• Compactación.


10

• Recolección y el depósito.

Dosificación de los paquetes

El objetivo de la dosificación consiste en distanciar y contar los productos a paletizar

(cajas, fardos, artículos sueltos, etc.). Los productos destinados a la paletización se

trasladan desde una zona de acumulación hasta el paletizador a través de un sistema de

cintas transportadoras que permite distanciar convenientemente un producto de otro y

facilitar así su posterior recuento. Los productos pueden gestionarse individualmente (un

producto por vez) o en lotes: esta última solución contribuye a un significativo incremento

de la productividad y a una reducción de la velocidad de avance del producto. Su

desventaja: trabajar con filas de productos no permite garantizar una disposición específica

de cada artículo.

Rotación de paquetes

La fase de rotación de los paquetes permite disponer los productos según la configuración

necesaria. Las exigencias básicas que determinan la necesidad de rotar los productos son:

• Optimización de la estabilidad.

• Optimización del número de productos por estrato.

• Optimización de la visualización de los embalajes (visibilidad del nombre del producto en

el pallet), particularmente importante cuando el mismo pallet es el medio expositor del

producto (supermercados “descuentos altos”). El mecanismo más simple que permite rotar

un producto funciona por impacto contra una referencia fija. Se trata de un sistema


11

altamente funcional cuando las velocidades no son excesivamente elevadas y los productos

no son frágiles.

En las aplicaciones con altas velocidades y productos frágiles, la fase de rotación requerirá

soluciones tecnológicas superiores. La elección de uno u otro sistema, o incluso de una

solución combinada, dependerá de las variables en juego durante el proyecto y/o de las

solicitudes particulares de cada cliente. Los sistemas de rotación más empleados son:

Rotación inferior para entrada de rodillos

o Contra-placa con revestimiento de goma y sistema amortiguador neumático para

absorción de impactos.

o Acelerador rotativo estándar (útil para paquetes de grandes dimensiones).

Rotación inferior para entrada de cinta

o "Dedo" con revestimiento de goma y sistema amortiguador neumático para absorción

de impactos.

o Guía de alineación para completar la rotación y mantener el paquete en su posición

correcta.

Formación del estrato

Tras orientar los paquetes o los lotes en función de la configuración de paletización

adoptada, deben alinearse y predisponerse para formar el estrato.

La formación del estrato puede realizarse:

• En línea.

• A 90º respecto del sentido de avance de los productos.


12

En virtud de sus características técnico-constructivas, los sistemas en línea se adoptan

mayormente cuando se requieren altas velocidades de proceso, mientras que los sistemas a

90º resultan adecuados en los casos de velocidades medio-bajas.

Formación del estrato con sistema de rodillos

El sistema más tradicional consiste en utilizar separadores (o divisores) contra los que el

producto se detiene posicionándose en función de la configuración seleccionada.

Accionados por cilindros neumáticos, estos divisores suben desde la parte inferior del

mecanismo de rodillos sobre los que deslizan los productos. A menor diámetro de los

rodillos, mayor es el número de separadores que podrán instalarse, y mayor será la

posibilidad de posicionar el producto correctamente.

Al incrementarse las configuraciones de paletización y/o ante configuraciones de gran

complejidad, el aumento del número de separadores necesarios (y por consiguiente de los

espacios necesarios para su subida) redunda en una mayor dimensión total del estrato no

compactado aún.

Este estrato no compactado puede descomponerse durante la transferencia, requiriéndose

entonces una corrección manual externa.

La adopción de configuraciones de paletización no previstas durante la fase de proyecto

frecuentemente requiere nuevos componentes mecánicos y la presencia de un técnico

especializado para su instalación.


13

Cualquiera sea el caso, este tipo de paletizadores con separadores sigue cumpliendo un rol

importante cuando no se requieren altas velocidades ni un gran número de configuraciones,

resultando una solución económica y eficaz.

Formación del estrato sobre cinta paso

El uso de una cinta paso-paso sin separadores es una solución reciente, altamente eficaz

cuando aumentan las exigencias de prestación debido al número de las configuraciones de

paletización y a la velocidad del proceso. Un sistema de cintas accionadas por motores sin

escobillas permite alinear los productos para formar un estrato sin necesidad de utilizar

separadores (basta el simple movimiento de las cintas para obtener el resultado buscado).

Esta solución permite eliminar los impactos entre los productos y entre éstos y los

separadores.

Además, basta adaptar una serie de parámetros para poder definir una nueva configuración

de paletización sin necesidad de instalar componentes mecánicos y/o eléctricos adicionales.

Ventajas adicionales de este sistema:

• Fácil y mínimo mantenimiento.

• Consumo neumático reducido (los separadores implican un consumo mayor debido a los

cilindros).

• Creación de nuevas configuraciones de paletización sin necesidad de instalar

componentes adicionales.

• El cliente puede crear sus propias configuraciones tras un breve período de capacitación.


14

Compactación, recogida y/o depósito de estratos

El estrato apenas formado debe compactarse antes de ser recogido y depositado sobre el

pallet. Las características de esta operación varían en función del paletizador utilizado.

Paletizadores tradicionales

En el caso de los paletizadores tradicionales, el sistema de compactación está constituido

por 3 perfiles con accionamiento individual a motor que garantizan una gran flexibilidad

del proceso cuando se emplean pallets de dimensiones diferentes, sin que se requieran así

regulaciones manuales [3].

Los transportadores son indispensables en los procesos de paletizado razón por la cual a

continuación se presenta lo que es un transportador y los tipos de transportadores que

existen.

1.2.2 Transportadores

Los transportadores son máquinas de diseño en horizontal, en vertical o en pendiente

que se usan para el transporte continuado de materiales en una trayectoria determinada,

hasta el punto final o de descarga. Se componen de una cinta de superficie que circula

en unos rodillos y poleas, por un motor de propulsión, y todo ello dispuesto en una

estructura o soporte.

Hay transportadoras que son accionadas por gravedad, y otras por fuerza motriz como

los transportadores de banda, tablillas, arrastre, neumáticos, vibratorios, rodillos,

tornillos y elevadores de cubos.


15

Los transportadores de arrastre y los elevadores de cubos se emplean para transportar

materiales en dirección vertical o para transportar formando un ángulo grande con

respecto a la horizontal, este tipo de transportadores realizan una transportación

continua en las cuales el desplazamiento se lo realiza para cargas en polvo, en granos y

en pedazos pequeños. Este tipo de transportadores no es apto por la razón de que el

ángulo que necesitamos con respecto a la horizontal es pequeño y la carga a transportar

son pedazos grandes.

En el caso del transportador de tornillo se emplea para el transporte de materiales

movedizos, así como materiales húmedos en dirección horizontal y la vía de

transportación es cerrada. Por este motivo este tipo de transportador no reúne los requisitos

ya que este no transporta pedazos grandes y se necesita una vía de transporte abierta en

caso de cualquier eventualidad.

Los transportadores vibratorios pertenecen a la clase de transportadores movedizos, la

carga se desplaza mediante las oscilaciones del elemento portador de carga este

desplazamiento inclinado únicamente se lo realiza bajo un ángulo en dirección de las

oscilaciones, las cargas que se transportan son de polvo, tóxicos, químicamente

agresivas, calientes. En razón esta transportadora no cuenta con la capacidad de

transportar pedazos grandes porque el dimensionamiento de estos transportadores son muy

pequeños para el transporte de las pacas de papel, este tipo de transportador no realiza la

elevación de cargas por tramos inclinados por lo que solo realiza el transporte por

desplazamiento por las oscilaciones y gravedad.


16

El transportador neumático se utiliza para el transporte de materiales movedizos, el

traslado de las partículas de material se efectúa mediante una corriente de aire, este tipo

de transportador se lo utiliza en las empresas de construcción como para el transporte de

cemento.

Transportadores de rodillo

Los transportadores de rodillo Figura 1.6 (caminos de rodillos), se emplean para

transportar diversas cargas envasadas y por piezas, es decir, conjuntos y piezas de las

máquinas y mecanismos, moldes de fundición, cajas, vigas laminadas, maderas, tubos,

planchas metálicas, cargas a granel en envases de saco, etc. Los transportadores de este

tipo se emplean ampliamente en los talleres de preparación y mecánicos de las fábricas

de construcción de maquinaria, en los talleres de laminado de las fábricas metalúrgicas,

en las empresas de industria ligera, alimentaría, en los almacenes de transporte y de

mercancía.

Figura 1. 6 Los transportadores de rodillo

Los transportadores de rodillo por sus particularidades constructivas se dividen en dos

tipos principales independientes: a) transportadores sin transmisión, gravitacionales, en


17

los cuales el movimiento de la carga se produce bajo la acción del propio peso, como

consecuencia de una pequeña inclinación de la superficie del transportador hacia el lado

del movimiento; b) transportadores de transmisión, en los cuales los rodillos rotan

directamente desde un motor eléctrico o a través de transmisiones dentadas, por cadena, por

bandas y por cables desde una transmisión general.

Datos económicos

Los transportadores de rodillos sin transmisión son las máquinas de transporte continuo

más baratas. Los gastos de trabajo en la fabricación del conjunto masivo del

transportador de rodillo en la producción en cadena no son muy grandes, y los trabajos en

el ensamblaje del transportador no son complejos y son poco considerables

atendiendo al volumen.

Los transportadores de rodillos con transmisión, por sus índices de costo, se aproximan

a los transportadores de banda en cuanto a su construcción y, a veces, son superiores a

éstos; sin embargo, en cuanto a los consumos de explotación tienen una ventaja

evidente, ya que cualquier órgano de tracción del transportador de rodillo, incluyendo el

órgano en forma de la banda encauchada, sirve más tiempo que en el transportador de

banda [4].

Con anterioridad se hizo mención de automatización, tema que en este punto es importante

retomar y definir después de haber comprendido lo que es un sistema de paletizado, para

ahora saber cómo automatizar un sistema de paletizado.


18

1.3 AUTOMATIZACIÓN

En la concepción del progreso dominante en nuestra sociedad, la automatización se

presenta como uno de sus principios fundamentales. De este modo, automatizar no es

solamente un medio de aumentar la productividad y el control sobre la fuerza de trabajo,

sino también una manera de extender la ideología del progreso tecnológico como si se trata

de una ineludible necesidad histórica. Con ello, la automatización se ha asumido como

algo natural e inevitable, como si fuera hecho natural e incluso racional, en consonancia

con la idea de la evolución darwinista [5].

La automatización de los procesos industriales constituye uno de los objetivos más

importantes de las empresas en la siempre incesante tarea de la búsqueda de la

competitividad en un entorno cambiante y agresivo. La automatización de un proceso

industrial, (máquina, conjunto o equipo industrial) consiste en la incorporación al mismo,

de un conjunto de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguren su control y buen

comportamiento. Dicho automatismo, en general ha de ser capaz de reaccionar frente a las

situaciones previstas de antemano y además frente a imponderables, tener como objetivo

situar al proceso y a los recursos humanos que lo asisten en la situación más favorable.

Históricamente, los objetivos de la automatización han sido el procurar la reducción de

costes de fabricación, una calidad constante en los medios de producción, y liberar al ser

humano de las tareas tediosas, peligrosas e insalubres.

Desde los años 60 debido a la alta competitividad empresarial y a la internacionalización

creciente de los mercados, estos objetivos han sido ampliamente incrementados. Téngase

en cuenta que como resultado del entorno competitivo, cualquier empresa se ve sometida a


19

grandes y rápidos procesos de cambio en búsqueda de su adecuación a las demandas de

mercado, neutralización de los avances de su competencia, o simplemente como maniobra

de cambio de estrategia al verse acortado el ciclo de vida de alguno de sus productos. Ello

obliga a mantener, medios de producción adecuados que posean una gran flexibilidad y

puedan modificar oportunamente la estrategia de producción.

La aparición de la microelectrónica y el computador, ha tenido como consecuencia el que

sea posible un mayor nivel de integración entre el sistema productivo y los centros de

decisión de política empresarial.

La tecnología de la automatización se centra en el conocimiento de los dispositivos

tecnológicos utilizados en la implementación de los automatismos, tales como

transductores, pre-accionadores, dispositivos funcionales de aplicación específica

(temporizadores, contadores, módulos secuenciadores etc.) y los dispositivos lógicos de

control (autómatas programables industriales).

Por otra parte el diseñador y el equipo de mantenimiento de los procesos automatizados,

deben contar con una serie de procedimientos metodológicos que le permitan abordar de

una manera sistematizada y potente el estudio preliminar, diseño análisis y mantenimiento

de estos sistemas automatizados [5].

Hay tres clases amplias de automatización industrial: automatización fija, automatización

programable y automatización flexible. La automatización fija se utiliza cuando el volumen

de producción es muy alto, y por tanto es adecuada para diseñar equipos especializados

para procesar el producto (o un componente de producto) con alto rendimiento y con

elevadas tasas de producción, un buen ejemplo de la automatización fija puede


20

concentrarse en la industria del automóvil, en donde las líneas de transferencia muy

integradas constituidas por varias decenas de estaciones de trabajo se utilizan para

operaciones de mecanizado en componentes de motores y transmisiones.

La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es

relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En éste caso el equipo de

producción está diseñado para ser adaptable a variaciones en la configuración del producto.

Ésta característica de adaptabilidad se realiza haciendo funcionar el equipo bajo el control

de un programa de instrucciones que se preparó especialmente para el producto dado. El

programa se introduce por lectura en el equipo de producción y éste último realiza la

secuencia particular de operaciones de procesamiento (o montaje) para obtener el producto.

Gracias a la característica de programación y a la adaptabilidad resultante del equipo,

muchos productos diferentes y únicos en su género pueden obtenerse económicamente en

pequeños lotes.

Existe una tercera categoría entre automatización fija y automatización programable que se

denomina automatización flexible. La experiencia adquirida hasta ahora con éste tipo de

automatización indica que es más adecuada para el rango de producción de volumen medio.

La Figura 1.7 muestra en una gráfica los 3 tipos de automatización.


21

Figura 1. 7 Relación de la automatización fija, automatización programable y

automatización flexible como una función del volumen de producción y de la

diversidad el producto.

Los sistemas automatizados flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones

de trabajo que están interconectadas por un sistema de almacenamiento y manipulación de

materiales.

Una de las características que distingue a la automatización programable de la

automatización flexible es que con la automatización programable los productos se

obtienen en lotes. Con la automatización flexible, diferentes productos pueden obtenerse al

mismo tiempo en el mismo sistema de fabricación. Esto significa que pueden obtenerse

productos en un sistema flexible en lotes si ello fuera deseable, o varios estilos de productos

diferentes pueden mezclarse en el sistema [6].

Dentro de un sistema automatizado se requiere la intervención de instrumentos (sensores,

actuadores neumáticos, válvulas, PLC, etc.), que son herramientas necesarias para llevar a


22

cabo todo un proceso automático, así como la necesidad de comprender conceptos básicos

de neumática, hidráulica, etc. para poder comprender con mayor facilidad el proceso de

automatización.

1.3.1 El autómata programable o Controlador Lógico Programable (PLC)

Desde el punto de vista de su papel dentro del sistema de control, se ha dicho que el

autómata programable es la unidad de control, incluyendo total o parcialmente las

interfaces con las señales de proceso. Por otro lado, se trata de un sistema con un hardware

estándar, con capacidad de conexión directa a las señales de campo (niveles de tensión y

corriente industriales, transductores y periféricos electrónicos) y programable por el

usuario.

Al conjunto de señales de consigna y de retroalimentación que entran en el autómata se les

denomina genéricamente entradas y al conjunto de señales de control obtenidas salidas,

pudiendo ser ambas analógicas o digitales.

El concepto de hardware estándar que venimos indicando para el autómata se complementa

con el de modularidad, entendiendo como tal el hecho de que este hardware está

fragmentado en partes interconectables que permiten configurar un sistema a la medida de

las necesidades.

Así pues, encontramos autómatas compactos que incluyen una unidad de control y un

mínimo de entradas y salidas y luego tienen previstas una serie de unidades de expansión

que les permiten llegar hasta 128 o 256 entradas/salidas. Para aplicaciones más complejas


23

se dispone de autómatas montados en rack con posibilidad hasta unas 2000 entradas/salidas

controladas por una única unidad central (CPU).

Existe también la posibilidad, en autómatas grandes, de elección entre varios tipos de CPU,

adaptados a la tarea que deba realizarse o incluso de múltiples CPU trabajando en paralelo

en tareas distintas.

Así, las posibilidades de elección, tanto en capacidad de proceso como en número de

entradas/salidas, son muy amplias y esto permite afirmar que se dispone siempre de un

hardware estándar adaptado a cualquier necesidad.

Esta adaptabilidad ha progresado últimamente hacia el concepto de inteligencia distribuida,

gracias a las comunicaciones entre autómatas y a las redes autómata-ordenador. Esta

técnica sustituye al gran autómata, con muchas entradas/salidas controladas por una única

CPU, por varios autómatas, con un número menor de E/S, conectados en red y controlando

cada punto o sección de una planta bajo el control de una CPU central [7].

Clasificación del PLC

Compactos

Es decir, en un solo bloque se encuentran la CPU, la fuente de alimentación, la

sección de entradas y salidas, y el puerto de comunicación, este tipo de PLC se

utiliza cuando nuestro proceso a controlar no es demasiado complejo y no

requerimos de un gran número de entradas y/o salidas ó de algún módulo especial.

Modular

Se divide en:


24

Estructura Americana.- En la cual se separan los módulos de entrada/salida

del resto del PLC.

Estructura Europea.- Cada módulo realiza una función específica; es decir,

un módulo es el CPU, otro la fuente de alimentación, etc.

En ambos casos, tenemos la posibilidad de fijar los distintos módulos

(Estructura Modular) o el PLC (Estructura Compacta) en rieles

normalizados.

En las figuras 1.8 y 1.9 se muestra la estructura del PLC Compacto y Modular

respectivamente.

Figura 1. 8 Estructura del PLC compacto


25

1. Rack.

2. Barra de compensación de

potencial.

3. Tarjetas de entradas y salidas.

4. Tarjetas de comunicación.

5. C.P.U.

6. Tarjeta de memoria.

7. Tarjeta de fuente de

alimentación.

Figura 1. 9 Estructura del PLC modular

Aplicaciones

Donde instalar un PLC:

Actuadores distintos en un mismo proceso industrial.

Verificación de las distintas partes del proceso de forma centralizada.

Cuando el lugar donde se tiene que instalar el sistema de control dentro de la

planta es reducido.

Procesos secuenciales.

Criterios para la selección del PLC

Capacidad de entradas y salidas.

Módulos funcionales (análogos, digitales, comunicación).

Cantidad de programas que puede ejecutar al mismo tiempo (multitarea).


26

Cantidad de contadores, temporizadores, banderas y registros.

Lenguajes de programación.

Capacidad de realizar conexión en red de varios PLC.

Respaldo de la compañía fabricante del PLC, servicio y repuestos.

Compatibilidad con equipos de otras gamas.

Ventajas y desventajas del PLC

Ventajas:

Control más preciso.

Mayor rapidez de respuesta.

Flexibilidad Control de procesos.

Seguridad en el proceso.

Mejor monitoreo del funcionamiento.

Menor mantenimiento.

Detección rápida de averías.

Posibilidad de modificaciones sin elevar costos.

Menor costo de instalación, operación y mantenimiento.

Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autómata.

Desventajas:

Mano de obra especializada.

Centraliza el proceso.

Condiciones ambientales apropiadas.

Mayor costo para controlar tareas muy pequeñas o sencillas [8].


27

1.3.2 Sistemas electro hidráulicos de control de movimiento

En sistemas hidráulicos, el medio de transmisión de potencia es un fluido hidráulico

presurizado. Si el control del flujo del fluido presurizado se hace por medios eléctricos,

entonces de denomina sistemas electrohidráulicos (EH). Si el control del fluido se hace por

una combinación de mecanismos mecánicos e hidráulicos, entonces se denominan sistemas

hidromecánicos.

Las aplicaciones de sistemas de control de movimiento hidráulico incluyen:

1. Equipo móvil como equipo de construcción que genera su potencia de un motor de

combustión interna y suministra potencia a herramientas de trabajo, por medio de

fluido hidráulico presurizado empleando una bomba, válvula y componentes del

cilindro/motor.

2. Aplicaciones de automatización en fábricas industriales:

a) Prensas (prensas punzonadoras, prensas de transferencia)

b) Máquinas de moldeo por inyección.

c) Accionamiento de control del espesor de láminas metálicas en fábricas

siderúrgicas [8].

Gracias a los sistemas electro hidráulicos, podemos mover cargas muy pesadas sin la

necesidad de la intervención humana, también encontramos otro tipo de transportes de

carga que nos permiten el traslado de cargas hacia otra zona y/o área donde se requiera

mover dicho objeto, como el que se menciona a continuación.


28

1.3.3 Neumática e hidráulica

Los sistemas de movimiento y control basados en fluidos pueden ser neumáticos,

hidráulicos, eléctricos y mecánicos.

Neumática

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire y así en sus

comienzos el hombre utilizó el viento en la navegación y en el uso de los molinos

para moler grano y bombear agua. En 1868 George Westinghouse fabricó un freno de

aire que revolucionó la seguridad en el transporte ferroviario. Es a partir de 1950 que

la neumática se desarrolla ampliamente en la industria con el desarrollo paralelo de

los sensores.

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de

cilindros y motores neumáticos y se aplican en herramientas, válvulas de control y

posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de

empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales,

vibradores, frenos neumáticos, etc.

Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo coste de sus componentes, su

facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar

a las bajas presiones con que trabaja (típico 6 bar) lo que constituye un factor de seguridad.

Otras características favorables son el riesgo nulo de explosión, su conversión fácil al

movimiento giratorio así como al lineal, la posibilidad de transmitir energía a grandes

distancias, una construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.


29

Entre las desventajas figura la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la

compresibilidad del aire, los altos costes de la energía neumática y las posibles fugas que

reducen el rendimiento.

La neumática precisa de una estación de generación y preparación del aire comprimido

formada por un compresor de aire, un depósito, un sistema de preparación del aire (filtro,

lubricador y regulador de presión), una red de tuberías para llegar al utilizador y un

conjunto de preparación del aire para cada dispositivo neumático individual (Figura 1.10).

Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos lo que les

permite obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas solenoide,

señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos

de final de carrera. El PLC (controlador lógico programable) les permite programar la

lógica de funcionamiento de un cilindro o de un conjunto de cilindros realizando una tarea

específica.

Figura 1. 10 Preparación del aire.


30

Una herramienta eficaz para programar circuitos electro-neumáticos es el método “paso a

paso”, para el cual es preciso desarrollar diagramas de espacio-fase con los que se obtienen

los permisivos de cada paso para realizar determinada secuencia. A continuación se

presenta dicho método, así como los diagramas de espacio-fase o diagramas de

movimientos.

Diagramas de movimientos

Es un diagrama donde se muestra cada una de las fases de trabajo para los circuitos

secuenciales para ciclos programados, estas y otras particularidades del esquema deben

quedar claras en el diagrama para analizar los movimientos, las posiciones de cada cilindro

en un determinado momento y los tiempos empleados en los distintos recorridos. En la

siguiente imagen (Figura1.11), se muestra un ejemplo de un diagrama espacio fase. [9]

Figura 1. 11 Diagrama Espacio-Fase


31

Método paso a paso

El método paso a paso, recibe este nombre porque una etapa es activada por la anterior y

desactivada por la siguiente. Se establece la secuencia o sucesión de movimientos a

realizar. Por ejemplo:

En la primera etapa un cilindro “A” se expulsa, en la segunda etapa un cilindro “B”

se expulsa y se contrae el cilindro “A”, en la tercera etapa el cilindro “B” es

retraído, en la cuarta etapa un cilindro “C” se expande, en la quinta etapa el cilindro

“A” y “B” vuelven a ser expulsados, en la sexta etapa el cilindro “A” es contraído y

en la última etapa el cilindro “B” y “C” son retraídos, como se observa a

continuación:

(A+, B+ A-, B- , C+, A+ B+, A-, B- C-)

Se divide la secuencia de movimientos en etapas, de tal modo, que en las etapas no haya

ninguna letra repetida y que el número de etapas sea el menor posible; cada etapa es

activada por la etapa anterior (último final de carrera de la etapa anterior) [10].

En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápido y

avance lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en la sujeción de piezas utilizada en

los cortes a alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos de

producción, se combinan la neumática y la hidráulica en un circuito oleo neumático,

utilizando parte neumática para accionamiento y control y parte hidráulica para el actuador.


32

Hidráulica

La hidráulica utiliza básicamente los fluidos hidráulicos como medios de presión para

mover los pistones de los cilindros. En la Figura 1.12 se representa el movimiento típico de

un pistón dentro del cilindro gracias a la energía proporcionada por un sistema hidráulico

formado por una bomba, un depósito y un conjunto de tuberías que llevan el fluido a

presión hasta los puntos de utilización. Dentro de estos sistemas se encuentran los motores

hidráulicos con velocidades que abarcan desde 0,5 rpm hasta 10.000 rpm y el par que

proporcionan va desde 1 Nm (baja velocidad) hasta 20.000 Nm (alta velocidad).

Figura 1. 12 Circuito típico de un pistón dentro del cilindro en un sistema hidráulico

Los sistemas hidráulicos se aplican típicamente en dispositivos móviles tales como

maquinaria de construcción, excavadoras, plataformas elevadoras, aparatos de elevación y

transporte, maquinaria para agricultura y simuladores de vuelo.

Sus aplicaciones en dispositivos fijos abarcan la fabricación y montaje de máquinas de todo

tipo, líneas transfer, aparatos de elevación y transporte, prensas, máquinas de inyección y

moldeo, máquinas de laminación, ascensores y montacargas.


33

Tienen las siguientes ventajas:

Gran potencia transmitida con pequeños componentes, posicionamiento preciso, arranque

con cargas pesadas, movimientos lineales independientes de la carga ya

que los líquidos son casi incompresibles y pueden emplearse válvulas de control,

operación suave e inversa, buen control y regulación y disipación favorable de calor.

Y entre sus desventajas figuran:

Polución del ambiente con riesgo de incendio y accidentes en el caso de fuga de aceite,

sensibilidad a la suciedad, peligro presente debido a las excesivas presiones, dependencia

de la temperatura por cambios en la viscosidad.

Análogamente a los sistemas neumáticos, los sistemas hidráulicos se complementan con los

eléctricos y electrónicos mediante dispositivos tales como válvulas solenoide, señales de

realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de

carrera. Es fácil, en particular en sistemas complejos, acoplarles un PLC (controlador

lógico programable) que les permite programar la lógica de funcionamiento de varios

cilindros.

Comparación entre neumática, hidráulica, eléctrica y electrónica

En la tabla 1.1 se muestran las características comparativas entre los sistemas neumático e

hidráulico y en la tabla 1.2 entre la neumática/hidráulica y la electricidad/electrónica [11].


34

Tabla 1. 1 Características comparativas de los sistemas neumático e hidráulico.

Neumática Hidráulica

Efecto de las

fugas

Solo pérdida de energía Contaminación

Influencia del

ambiente

A prueba de explosión. Insensible

a la temperatura

Riesgo de incendio en caso de fuga.

Sensible a cambios de la temperatura

Almacenaje de

energía

Fácil Limitada

Transmisión

de energía

Hasta 1.000 m. Caudal v = 20 - 40

m/s. Velocidad de la señal 20 - 40

m/s

Hasta 1.000 m. Caudal v = 2 - 6 m/s.

Velocidad de la señal hasta 1.000

m/s

Velocidad de

operación

V = 1,5 m/s V = 0,5 m/s

Coste de la

alimentación

Muy alto Alto

Movimiento

lineal

Simple con cilindros. Fuerzas

limitadas. Velocidad dependiente

de la carga

Simple con cilindros. Buen control

de velocidad. Fuerzas muy grandes

Movimiento

giratorio

Simple, ineficiente, alta velocidad Simple, par alto, baja velocidad

Exactitud de

posición

1/10 mm posible sin carga Puede conseguirse 1 mm

Estabilidad Baja, el aire es compresible Alta, ya que el aceite es casi

incompresible, además el nivel de

presión es más alto que en el

neumático.

Fuerzas Protegido contra sobrecargas.

Fuerzas limitadas por la presión

neumática y el diámetro del

cilindro (F = 30 kN a 6 bar)

Protegido contra sobrecargas, con

presiones que alcanzan los 600 bar y

pueden generarse grandes fuerzas

hasta 3.000 kN


35

Tabla 1. 2 Características comparativas de los sistemas neumático/hidráulico y

eléctrico/electrónico.

Neumático/Hidráulico Eléctrico/Electrónico

Elementos de trabajo Cilindros, Motores,

Componentes

Motores eléctricos, Válvulas

de solenoide, Motores

lineales

Elementos de control Válvulas distribuidoras

direccionales

Contactores de potencia,

Transistores, Tiristores

Elementos de proceso Válvulas distribuidoras

direccionales, Válvulas de

aislamiento, Válvulas de

presión

Contactores, Relés, Módulos

electrónicos

Elementos de entrada Interruptores, Pulsadores,

Interruptores final de

carrera, Módulos

programadores, Sensores

Interruptores, Pulsadores,

Interruptores final de

carrera, Módulos

programadores, Sensores,

Indicadores/generadores

Al tener conocimiento de los conceptos de neumática e hidráulica, es de mucha importancia

comprender dichos conceptos ya que son una herramienta base para comprender lo

siguiente.

Cilindros neumáticos

Los cilindros son componentes neumáticos que mediante el uso del aire comprimido,

generan un movimiento rectilíneo de avance y retroceso de un mecanismo. Son los

elementos de trabajo de más frecuente uso en neumática, muy por encima de los

accionadores rotativos, motores, pinzas y otros. Aunque existe en el mercado una gran

variedad de tipos, algunas veces fuman parte de un bloque mecánico y es preciso

fabricarlos como parte integrante del mismo.

Con la utilización del aire comprimido se consiguen en cilindros velocidades de hasta 1,5

m/s en los convencionales, y hasta 10 m/s, en los cilindros de impacto.


36

Cilindros de doble y simple efecto

En la Figura 1.13 se muestra un cilindro de doble efecto con las partes más esenciales.

Figura 1. 13 Cilindro de doble efecto

El funcionamiento del cilindro es el siguiente: para hacer avanzar el vástago, el aire a

presión penetra por el orificio de la cámara trasera, llenándola y haciendo avanzar el

vástago. Para que esto sea posible, el aire de la cámara delantera ha de ser desalojado al

exterior a través del orificio correspondiente. En el retroceso del vástago, se invierte el

proceso haciendo que el aire penetre por el orificio de la tapa delantera, y sea evacuado al

exterior a través del conducto unido a la tapa trasera.

Esencialmente un cilindro neumático se compone de tapa trasera (1), tubo o camisa (3),

pistón (6), vástago (7) y tapa delantera (9). Para conseguir la estanqueidad es preciso que

tanto las tapas, como el pistón y el vástago, posean las correspondientes juntas de cierre.

Así, en las tapas se montan juntas estáticas (2), en el pistón juntas estáticas (4) y dinámica

(5), y en el vástago la dinámica (8). La junta (10) es lo que se denomina anillo rascador, y

tiene por misión limpiar el vástago de impurezas de polvo y suciedad que pueden adherirse

a la superficie, cada vez que este avanza y se pone en contacto con el aire ambiente.


37

Cuando las velocidades de traslación de las masas que accionan los cilindros son elevadas,

conviene amortiguar la velocidad al final de la carrera para evitar choques bruscos, ruido

excesivo, y posible deterioro de algunas partes. La amortiguación se realiza en el mismo

cilindro, cuando se monta uno de ellos especialmente concebido para este efecto, y consiste

fundamentalmente en crear un colchón de aire con escape regulable al final de la carrera.

En la Figura 1.14 se presenta la parte delantera de un cilindro con amortiguación regulable.

Como puede observase, al penetrar el pequeño pistón de frenado (3) en la cámara

correspondiente, queda el aire retenido formando un cojín y es evacuando a la cámara

principal (1) que comunica con el aire exterior a través del tornillo (2) como puede verse.

Esta cámara de frenado existe también en la tapa trasera, con lo cual se amortigua también

el retroceso del vástago hasta su posición final trasera.

La amortiguación al término del recorrido, permite acelerar al máximo los tiempos de

aproximación y frenar gradualmente la carrera final, con lo que se aumenta la frecuencia de

trabajo en el cilindro.

Figura 1. 14 Cilindro con amortiguación delantera


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Fijación de los cilindros

Cuando se proyecta un mecanismo accionado neumáticamente, si éste utiliza cilindro,

normalmente es un elemento comercial elegido dentro de la amplia gama que se encuentra

en el mercado. Existen cilindros de muy diversas formas y tamaños estudiados para cada

uso en particular y con diferentes anclajes. Se han seleccionado aquí los más frecuentes que

son por rosca en el cuerpo, por placa base delantera y trasera, por patas o escuadras y por

articulación trasera. En todos ellos se parte de un cuerpo básico al cual se le adaptan las

distintas fijaciones.

En la Figura 1.15 se muestra un cilindro convencional de cuerpo básico dotado de rosca

delantera y trasera en el cuerpo, y de oscilación trasera. Aquí puede emplearse una de las

roscas para realizar el anclaje a un soporte roscado también.

En la Figura 1.16 se representa un anclaje por placa trasera. La fijación de esta placa

normalizada se realiza en la propia rosca del cuerpo mediante la correspondiente tuerca. Lo

mismo ocurre con la fijación por placa delantera que se muestra en la Figura 1.17. Ambas

fijaciones son rígidas impidiendo cualquier movimiento del cilindro.

Figura 1. 15 Cilindro de cuerpo básico


39

La Figura 1.18 indica una fijación por escuadras o patas, para lo cual se aprovechan

también las roscas del cuerpo para sujetarlas al cilindro mediante tuercas. Al igual que los

dos casos anteriores. Este tipo de fijación evita cualquier movimiento del cilindro.

Figura 1. 16 Fijación por placa trasera

Figura 1. 17 Fijación por placa delantera

Figura 1. 18 Fijación por escuadras

Para terminar con los tipos de fijación más representativos, se muestra en la Figura 1.19

una fijación por articulación trasera. Aquí se fija el soporte al cilindro mediante un bulón

que permite un giro del cilindro alrededor del eje de dicho bulón. Es una solución muy

empleada en casos de accionamiento de palancas o bielas que describen movimientos

rotativos alrededor de un punto.


40

Figura 1. 19 Fijación por articulación

También para los vástagos existen fijaciones normalizadas. La mayoría de los cilindros,

sean del tipo que sean, se comercializan con el vástago roscado en el extremo para unirlo al

mecanismo por accionar. La fijación por rosca es la más frecuente, pero existen otras

soluciones. En la Figura 1.20 se muestra una horquilla hembra empleada para articulaciones

delanteras. Se fija a la rosca del vástago, y con contratuerca, se asegura contra el giro. En la

Figura 1.21 se muestra una solución interesante por rótula que permite montajes cuando se

prevén ciertas desalineaciones entre el cilindro y la parte solidaria al vástago.

Figura 1. 20 Horquilla hembra

Figura 1. 21 Fijación por rótula

Válvulas distribuidoras y de mando

Las válvulas son elementos concebidos para controlar el arranque, parada, dirección y

sentido del flujo de aire en un circuito neumático. Cumplen la función de válvulas

distribuidores cuando se utilizan para gobernar todo tipo de actuadores, bien sean lineales

como los cilindros, rotativos como los motores neumáticos, o pinzas. Como válvulas de


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mando o pilotaje, se emplean en general para gobernar de forma directa o indirecta, las

válvulas distribuidoras anteriores. Estas válvulas de mando o pilotaje, se montan en los

circuitos en paneles de mando, para ser manipuladas voluntariamente por el operador de la

máquina, o bien se montan cerca de los actuadores, para ser pulsadas mecánicamente por

dichos elementos. Unas y otras válvulas funcionan bajo el mismo principio y con la misma

representación simbólica. Sólo se diferencian en los circuitos, por la función que cada una

de ellas cumple y también, a veces, por el tipo de mando.

Representación esquemática y función característica

Las válvulas distribuidoras y de mando pueden ser de dos o tres posiciones y de dos o más

vías. Las posiciones se representan por un cuadrado, así (Figura 1.22), dos cuadros pegados

el uno al otro representan una válvula de 2 posiciones, y tres cuadro representan una

válvula de 3 posiciones. En neumática, el caso más frecuente es el de las válvulas

distribuidoras y de mando de 2 posiciones.

Las vías de una válvula se representan por las entradas o salidas que están unidas a uno de

los cuadrados. Estas vías son orificios, roscados o no, que comunican con el exterior. Se

excluyen aquí los orificios empleados para el pilotaje, si es que la válvula lleva incorporado

este tipo de mando.

Figura 1. 22 Representación de las posiciones de una válvula


42

En la Figura 1.23 (a) se representa una válvula de 2 posiciones y de 4 orificios o conexiones

con el exterior. En (b) se representa una conexión general; en (c) conexión con toma de

presión; en (d) un escape con tubo conectable a la atmósfera, y en (e) el mismo escape pero

directo a la atmósfera o al exterior. Todas estas vías o conexiones con el exterior se

representan en el cuadro que representa la posición de reposo o inactiva del circuito. Dentro

de cada cuadro se representan las líneas de flujo del aire con el sentido de circulación, los

cierres de paso y la unión de algunos conductores. Así, en la Figura 1.24 se muestran

diferentes formas de sentido de flujo (a), cierre de paso (b) y unión de los conductores en

un punto (c). En (d) se indica la válvula de 2 posiciones y 3 vías, donde puede apreciarse la

toma de presión, el sentido del flujo y el escape a la atmósfera. En (e) se muestra el símbolo

de una válvula de 3 posiciones y 4 vías, con posición central cerrada en los 4 orificios.

Figura 1. 23 Vías y tipos de conexión

Figura 1. 24 Representación de las líneas de flujo

La localización de cada uno de los orificios del distribuidor se realiza según un código que

utiliza números o letras, según se indica a continuación en la tabla 1.3:


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Tabla 1. 3 Código para válvulas neumáticas

Función Números Letras

Alimentación de presión 1 P

Orificios de trabajo 2,4 A,B,…

Orificios de escape 3, 5 R, S,…

Orificios de pilotaje donde la presión en 1 se

comunica con la salida 2

12 x, y,…

Orificios de pilotaje donde la presión en 1 se

comunica con la salida 4

14 x, y,…

Así pues, siguiendo el criterio anterior, en la Figura 1.25 se muestra una válvula de 4 vías y

2 posiciones con la localización de los distintos orificios según las especificaciones

anteriores.

Figura 1. 25 Localización de los distintos orificios

Cada cuadrado o casilla de un distribuidor produce una determinada función. Para ello, y

aunque en los circuitos se dibujan en posición de reposo, se supone que bajo una acción

externa que puede ser fuerza manual, neumática, electromagnética, etc., la casilla se

desplaza sobre la toma exterior y ocupan una u otra posición. La mejor interpretación de lo

que se ha expuesto puede verse en la Figura 1.26, donde se ha representado el gobierno de

un cilindro de doble efecto, mediante la válvula de 4 vías mostrada en la figura anterior. En

(a) se aprecia lo que se transmite a la salida (4) y el vástago del cilindro permanece atrás en


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reposo. Mientras tanto, y para que esto ocurra, el aire de la cámara trasera del cilindro

deberá ser desalojado a la atmósfera a través de los orificios (2) y (3).

En la Figura 1.26 (b) se muestra la otra posible posición de la válvula donde, como puede

observarse, en este caso es la conexión (1) la que se comunica con (2) haciendo avanzar al

émbolo del cilindro. Para que esto sea posible, el aire de la cámara delantera debe ser

desalojado al exterior a través de la vía formada por los orificios (4) y (3),

Figura 1. 26 Gobierno de un cilindro

Tipos de válvulas

Los tipos de válvulas pueden dividirse según su forma constructiva, según la función que

cumplen pueden clasificarse en tres tipos: distribuidoras de flujo a los actuadores o

elementos de trabajo, de mando de otras válvulas por accionamiento manual, y captadoras o

detectoras de señal o posición. Estas funciones pueden apreciarse en el circuito elemental

mostrado en la Figura 1.27. La válvula principal (1), que distribuye el caudal a las dos

cámaras del cilindro. Las demando (2) de puesta en marcha del sistema y la válvula

captadora de posición (3).


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Figura 1. 27 Válvulas con distintas funciones

Otra clasificación que diferencia a las válvulas es el tipo de accionamiento, ya que

necesitan de alguna fuerza para mover la corredera, o el pistón de las de asiento.

Válvulas de accionamiento manual

Las válvulas de accionamiento manual son aquellas que para su funcionamiento requieren

la acción voluntaria del operador. En un circuito neumático puro, es decir, resuelto

solamente con la tecnología neumática, el número de válvulas de accionamiento manual

dependerá del grado de automatización del sistema.

Normalmente estas válvulas de accionamiento manual se instalan en pupitres de mandos,

donde se centralizan varias de ellas, o bien se sitúan en lugares aparte donde se puedan

manipularse con facilidad por el operador de la máquina.

En la Figura 1.28 se muestran los tipos de mandos más normales pertenecientes a

microválvulas o válvulas que habitualmente se montan en pupitres de mando o placas de

reducido espesos, con taladros normalizados, y sujetas por tuercas o tornillos en la parte

posterior al mando.


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Figura 1. 28 Diferentes tipos de accionamiento manual

En (a) se representa un pulsador rasante protegido, como puede apreciarse, por un anillo

metálico o de plástico, que impide el accionamiento accidental de la válvula cuando

represente peligro para el operador o para el propio proceso industrial.

El mando (b) es del tipo seta, diferenciado del anterior en que este no posee ningún tipo de

protección; el pulsado del mando es más fácil y puede realizarse con la mano extendida con

un simple golpe.

El tipo (c) es de seta también pero de mayores dimensiones; se emplea como elemento de

emergencia ante posibles anomalías o peligro en el funcionamiento del circuito.

Existen circuitos en los que es preciso proteger su funcionamiento ante personas ajenas a él.

Para ello se han creado las válvulas selectoras de llave mostradas en (d), a través de las

cuales se logra bloquear el sistema de forma voluntaria. Sólo el uso de la llave permite el

desbloqueo, y por tanto, puesta en marca de la máquina.

El mando mostrado en (e) es un selector de maneta de 2 ó 3 posiciones fijas, o bien de 2

posiciones externas y retorno por muelle a la posición central. Este tipo de mando es muy


47

utilizado, por ejemplo, en la selección manual o automática de un determinado ciclo de

trabajo.

Válvulas de accionamiento mecánico

Las válvulas de accionamiento mecánico son activadas por un mecanismo en movimiento o

por el vástago del propio cilindro. Al igual que las de accionamiento manual, la mayoría

son de pequeño tamaño y se emplean como válvulas detectoras de posición. Existen

también de mayor tamaño que gobiernan directamente los cilindros, pero usadas con menor

frecuencia. En general se usan las de pequeño tamaño para gobernar distribuidores de

cilindros de mando neumático.

En la Figura 1.29 se muestran tres de las formas más usadas en el mando de estas válvulas.

En (a) se muestra una válvula de pulsador de ataque frontal. Para que se produzca la

conmutación en la válvula es preciso un pequeño recorrido; después de éste, existe una

carrera de seguridad que, bajo ningún concepto debe ser sobrepasada por el mecanismo de

accionamiento. Es, por tanto, preciso un tope mecánico exterior que limite la carrera del

mecanismo.

Figura 1. 29 Diferentes formas de mando mecánico


48

El problema anterior de posible arrastre de la válvula por el mecanismo si uno u otro no

están perfectamente ajustados, queda resuelto con el uso de válvulas de ruleta como las

mostradas en (b) y (c). Ambos mandos se acciona por topes con rampa inclinada, como el

mostrado en (d).

Válvulas de pilotaje neumático

En el pilotaje neumático consiste en accionar una válvula a distancia aprovechando la

fuerza que produce el aire a presión. Esta fuerza se utiliza para desplazar el núcleo de la

válvula y producir la conmutación de las vías. La mayoría de las veces se aprovecha la

presión de la red para actuación, pero existen elementos en los cuales, la conmutación se

produce por una reducción de la presión en una de las cámaras; en la otra puede actuar un

resorte o una contrapresión de aire.

Las válvulas de pilotaje neumático se utilizan en circuitos como elementos de mando de los

distintos tipos de actuadores existentes: cilindros, actuadores rotativos, motores y otros.

Necesitas de otras válvulas de pequeño formato, capaces de direccionar el fluido hacia las

cámaras de pilotaje de los distribuidores principales.

Electroválvulas

El mando electromagnético de una válvula se utiliza cuando la señal procede de un final de

carrera eléctrico, de un reóstato o de un dispositivo eléctrico. A través de este tipo de

mando la señal eléctrica es transformada en una señal neumática destinada a accionar el

mecanismo de cierre o apertura de las distintas vías de las válvulas.


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Pueden ser de asiento o de corredera indistintamente y, también, de mando directo o

indirecto, o servo pilotadas.

Las de mando directo, (Figura 1.30), son válvulas de pequeño formato, son elementos que

constan esencialmente de un cuerpo de válvula (3), de la bobina electromagnética (1) y del

núcleo móvil (4), provisto de los asientos de cierre.

Como puede apreciarse en la Figura 1.28, al cerrar el contacto eléctrico (2) de alimentación

de la bobina (1), se crea un campo magnético con una fuerza axial suficiente como para

vencer la acción del resorte y atraer al núcleo (4). Se abre así el paso de (P) hacia (A) y se

cierra a la vez la salida (R). Al dejar de alimentar la bobina, el resorte hace volver el núcleo

a su posición de reposo y se cierra el paso de (P) a (A), comunicando este último orificio

con la salida a la atmósfera de (R).

Figura 1. 30 Electroválvula de accionamiento directo.

1.3.4 Sensores

Los sensores son el primer enlace entre el sistema automatizado típico y el proceso

convencional. Los sensores transportan información del equipo de proceso de manufactura,

la parte que está siendo manufacturada y el operador humano, si este existe [12].


50

La medición de variables es necesaria para fines de monitoreo y control. Las variables

comunes que se deben medir en un sistema de adquisición de datos y control son:

1. Posición, velocidad, aceleración.

2. Fuerza, par de torsión, deformación, presión.

3. Temperatura.

4. Gasto.

5. Humedad.

El dispositivo de medición se denomina sensor. Un sensor se coloca en el entorno donde se

debe medir una variable. El sensor está expuesto al efecto de la variable medida. Hay tres

fenómenos básicos en efecto en cualquier operación del sensor.

1. El cambio en la variable medida se traslada a una carga en la propiedad del sensor.

A esto se le denomina transducción. El cambio de la variable medida se convierte

en un cambio equivalente de la propiedad en el sensor.

2. El cambio en la propiedad del sensor se traslada en una señal eléctrica de caída de

tensión.

3. Esta señal del sensor de baja de potencia se amplifica, se acondiciona y se transmite

a un dispositivo inteligente para su procesamiento, es decir, se representa de manera

visual, o se emplea en un algoritmo de control de lazo cerrado.

Los tipos de sensores varían en la etapa de transducción al medir una variable física. En

respuesta a la variable física, un sensor se puede diseñar para cambiar sus resistencias,

capacitancia, inductancia, corriente inducida o voltaje inducido [13].


51

Interruptor manual

El sensor más familiar que existe es el interruptor manual. La mayor parte de la gente no

piensa que este sea un sensor, pero el interruptor es el enlace entre la lámpara y la persona

quien desea si está prendida o apagada. En el mismo concepto, en un sistema automatizado

se vincula al operador, quien decide si apagar, encender el sistema o hacer ajustes del ciclo

de automatizado. El estado normal de un interruptor puede ser en posición abierta o en

posición cerrada, lo que lleva al término normalmente abierto (NA) y normalmente cerrado

(NC).

Interruptor de límite

Tal como los interruptores manuales los interruptores de límite actúan mecánicamente, pero

los interruptores de límite son entradas automáticas del proceso de manufactura, material o

del mismo proceso automatizado, sin intervención de un operador.

Los sistemas robóticos emplean interruptores de límite tanto en la construcción del mismo,

como en el equipamiento periférico. Los interruptores de límite pueden ser usados para

limitar el viaje de un brazo robótico en cualquiera de sus ejes de movimiento. Cuando el

límite ha sido alcanzado un circuito es abierto o cerrado, lo que desconecta la energía de un

eje de movimiento, directamente o a través del controlador del robot.

Interruptores de proximidad

Algunos de los interruptores no requieren de contacto físico o de radiación de luz para

“sensar” un objeto. Estos interruptores son llamados interruptores de proximidad porque

ellos pueden sensar la presencia de un objeto cercano sin tocarlo. Dentro de este tipo de


52

interruptores, existen aquellos que pueden sensar la presencia de objetos metálicos, así

como no metálicos.

Otra ventaja de los interruptores de proximidad metálicos es que las barreras no metálicas

se vuelven transparentes, así que el interruptor “puede ver” a través de las barreras y actuar

sobre los objetos metálicos del otro lado de la barrera.

Existen bases físicas para los interruptores de proximidad que pueden responder a cualquier

objeto, metálico o no metálico. Un tipo usa una antena electromagnética (radio frecuencia)

especialmente diseñada y colocada para ajustarse a la aplicación. La antena recibe una señal

transmitida por otra antena colocada estratégicamente, pero la recepción de la señal es

distorsionad a por la intrusión de cualquier objeto dentro del campo. Esta distorsión es

detectada por la antena que cambia un interruptor cuando la perturbación alcanza un nivel

específico. Desafortunadamente para algunas aplicaciones (y afortunadamente para otras) la

sensibilidad de la antena está relacionada con las propiedades eléctricas del material del

objeto detectado. El tamaño del objeto también juega un papel importante. El sistema puede

ser ajustado para ser selectivo con algunos objetos específicos.

Otro tipo de interruptor de proximidad que funciona con objetos no metálicos es el tipo

sonar. Los sistemas de sonar transmiten y reciben reflejos de ondas al detectar la presencia

de un objeto. Estas ondas son llamadas comúnmente ondas de sonido cuando sus

frecuencias se encuentran dentro del rango audible.

Sensores fotoeléctricos

En mayor uso que los interruptores de proximidad están los sensores que son sensibles a la

radiación de la luz, los cuales son llamados sensores fotoeléctricos.


53

Existen básicamente 2 enfoques para la implementación de los sensores fotoeléctricos.

El primer enfoque básicamente utiliza una celda para detectar la presencia de radiación de

luz de forma natural por algunos objetos en el proceso.

El segundo enfoque utiliza un haz de luz emitido por una fuente artificial de luz. El

propósito principal de esto es detectar la presencia o ausencia de objetos dentro del camino

del haz. El emisor del haz puede ser una unidad separada o estar incorporado al sensor.

La variedad de combinaciones requiere algún tipo de reflector natural o artificial para

dirigir el haz de luz de vuelta al emisor/sensor.

Sensores infrarrojos

A veces es útil detectar radiación electromagnética fuera del rango visible. Los sensores

infrarrojos responden a radiación en el rango de longitud de onda más allá del espectro

visible. Objetos calientes emiten radiación infrarroja y así los sensores infrarrojos son útiles

para localizar fuentes de calor en procesos. Tales aplicaciones en las que se mide la

radiación infrarroja natural son útiles para detectar mal funcionamiento en los sistemas

monitoreados. Los sensores infrarrojos son de mucha ayuda cuando se usan haces

artificiales para detectar presencia o ausencia de objetos, aún más que los sistemas

fotoeléctricos [12].

Con esto se comprende que es un sensor, los tipos y algunas características importantes que

nos servirán de ayuda más adelante, ahora es turno de conocer otro concepto para comenzar

a dar una idea más clara de lo que se pretende dar a conocer.


54

1.3.5 Motor eléctrico trifásico de inducción tipo Jaula de Ardilla

El motor de inducción trifásico, también llamado motor asíncrono, es hoy día el motor

eléctrico que más se utiliza en las aplicaciones industriales, sobre todo el motor con rotor de

jaula de ardilla.

Principios de funcionamiento

La sección del motor de inducción trifásico, tal como se muestra en la Figura 1.31, se

compone de un bastidor o estator fijo, un bobinado trifásico alimentado por una red

eléctrica trifásica y un rotor giratorio. No hay ninguna conexión eléctrica entre el estator y

el rotor. Las corrientes del rotor se inducen desde el estator a través del entrehierro. Tanto

el estator como el rotor están fabricados de una lámina de núcleo altamente magnetizable

que proporciona pérdidas por corrientes de Foucault e histéresis bajas.

Estator

El bobinado del estator está formado por tres bobinados individuales que se superponen y

están decalados con un ángulo eléctrico de 120°. Cuando se conecta a la alimentación, la

corriente de entrada primero magnetiza el estator. Esta corriente de magnetización genera

un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo ns.

Velocidad de sincronismo

f = frecuencia s-1

(segundo)

p = número de pares de polos (número de polos/2)

Para el número de pares de polos más pequeño 2p = 2 en un circuito de 50 Hz, la velocidad

sincrónica más alta es ns = 3000/min-1

. Las velocidades sincrónicas de un circuito de 50 Hz

se indican en la Tabla 1.4.


55

Rotor

En los motores de inducción con rotor de jaula de ardilla, el rotor está formado por un

bloque laminar de núcleo de rotor cilíndrico y ranurado provisto de barras de aluminio

unidas por delante con anillas para formar una jaula cerrada. El rotor de los motores de

inducción trifásicos a veces se denomina rotor. Este nombre tiene su origen en la forma de

ancla que tenían los rotores de los primeros dispositivos eléctricos. En un equipo eléctrico,

el bobinado del rotor está inducido por el campo magnético, mientras que en los motores

trifásicos, este papel corresponde a los rotores.

Tabla 1. 4 Velocidades sincrónicas típicas de un circuito de 50 Hz

Las velocidades sincrónicas son un 20% más alta en un circuito de 60 Hz

Figura 1. 31 Motor trifásico de jaula de ardilla de última generación


56

El motor de inducción parado actúa como un transformador cortocircuitado en el

secundario. Por consiguiente, el bobinado del estator corresponde al bobinado principal y el

bobinado del rotor (bobinado de jaula), al bobinado secundario. Dado que está en

cortocircuito, la corriente interna del rotor depende de la tensión inducida y de su

resistencia. La interacción entre el flujo magnético y los conductores de corriente del rotor

genera un par de torsión que se corresponde con la rotación del campo rotativo. Las barras

de la jaula está dispuestas de forma excéntrica con respecto al eje de rotación para impedir

fluctuaciones en el par de torsión (véase la Figura 1.32). Esto se denomina "inclinación".

Cuando está en vacío, el rotor casi alcanza la velocidad sincrónica del campo rotativo, ya

que el par de torsión antagonista es reducido (ninguna pérdida sin carga). Si la rotación

fuera la de sincronismo, la tensión ya no se induciría, la corriente dejaría de fluir y ya no

habría par de torsión.

Durante el funcionamiento, la velocidad del rotor baja hasta la velocidad de carga n. La

diferencia entre la velocidad sincrónica y la de carga se denomina deslizamiento s. Basado

en este deslizamiento s, dependiente de la carga, la tensión inducida en el bobinado del

rotor cambia y éste, a su vez, cambia la corriente del rotor y el par de torsión M. Al

aumentar el deslizamiento, también lo hacen la corriente del rotor y el par de torsión. Dado

que el motor de inducción trifásico actúa como un transformador, la corriente del rotor se

transforma en la parte del estator (o secundario) y la corriente de alimentación del estator

cambia esencialmente de la misma manera. La potencia eléctrica del estator generada por la

corriente de alimentación se convierte, a través del entrehierro, en potencia mecánica en el

rotor. Por ello, la corriente del estator consta de dos componentes, la corriente de

magnetización y la corriente de carga en sí.


57

Figura 1. 32 Tipos de bobinados de rotor de jaula de ardilla.

Deslizamiento

La diferencia entre la velocidad sincrónica ns y la velocidad n de funcionamiento de

régimen se denomina deslizamiento s y suele expresarse en porcentaje. Dependiendo del

tamaño de la máquina, durante el funcionamiento de régimen esta diferencia es

aproximadamente del 10-3%. El deslizamiento es una de las características más importantes

de una máquina de inducción, tal como se observa en la Figura 1.33.

Deslizamiento

s = deslizamiento

= velocidad sincrónica

n = velocidad del rotor

Figura 1. 33 La tensión rotórica UR es proporcional al deslizamiento s. Una tensión

del rotor del 10% corresponde a un deslizamiento del 10%.


58

La tensión rotórica inducida UR, mostrada en la Figura 1.4.1, es proporcional al

deslizamiento s. En la posición de parada, la tensión alcanza su máximo con n = 1 y s = 1,

lo que también intensifica al máximo el flujo de corriente. En las aplicaciones reales, este

hecho lo confirma la elevada corriente de arranque (aflujo de corriente de arranque). El par

de torsión también alcanza su máximo durante el periodo de parada con una resistencia de

rotor determinada. Este comportamiento puede modificarse variando el diseño. Sin

embargo, la resistencia del rotor no suele utilizarse para este fin. La siguiente fórmula se

aplica para la velocidad del rotor:

Velocidad del motor

n = velocidad del motor

= velocidad sincrónica

s = deslizamiento

Disipación

Dado que la velocidad n del rotor es inferior a la velocidad sincrónica ns del campo rotativo

por el valor del deslizamiento s, la potencia mecánica P2 del rotor también es inferior a la

potencia del campo rotativo PD transmitida eléctricamente. La diferencia PVR se pierde en el

rotor en forma de calor. En consecuencia, estas pérdidas en el bobinado dependen

directamente del deslizamiento s. Desde el primer momento del proceso de arranque, toda

la potencia inducida en el rotor se convierte en calor.

Disipación en el rotor = pérdida óhmica en W

La ecuación muestra que el peligro térmico es mayor para un rotor estacionario con s = 1,

ya que toda la potencia de entrada eléctrica se convierte en disipación de calor en el motor.

Debido a la elevada intensidad del arranque de los motores de inducción, el calor disipado


59

es múltiplo de la potencia nominal del motor. Asimismo, los motores autoventilados

convencionales no proporcionan una refrigeración adecuada cuando se detienen.

Si analizamos todas las pérdidas de potencia Pv de un motor, como muestra la Figura 1.34,

encontramos las siguientes pérdidas individuales:

• PFe Pérdida en el núcleo del estator ⇒ más o menos constante durante el

funcionamiento

• PCuS Pérdida óhmica en el estator ⇒ función cuadrada de la corriente

• PCuR Pérdida óhmica en el rotor ⇒ función cuadrada de la corriente

• PLu Pérdida por resistencia aerodinámica ⇒ más o menos constante durante el

funcionamiento

• PLa Pérdidas por rozamiento mecánico ⇒ más o menos constantes durante el

funcionamiento

• Pzus Pérdidas por dispersión el funcionamiento ⇒ más o menos constantes durante el

funcionamiento

La pérdida en el núcleo del estator PFe se debe a las pérdidas por histéresis y por corrientes

parásitas que dependen de la tensión y la frecuencia. Por ello, durante el funcionamiento

son más o menos constantes. En el rotor, las pérdidas son insignificantes debido a la baja

frecuencia de la corriente del rotor durante el funcionamiento. Las pérdidas óhmicas se

originan en el estator PCuS y el rotor PCuR. Ambas son una función cuadrada de la carga. Las

pérdidas por resistencia aerodinámica PLu y por rozamiento mecánico PLa también son

constantes debido a la velocidad de funcionamiento prácticamente constante. Las pérdidas

por dispersión Pzus son originadas principalmente por las corrientes parásitas de los

componentes metálicos de la máquina [14].


60

Figura 1. 34 Potencia de salida y pérdidas en un motor de inducción trifásico

1.3.6 Variador de velocidad

Los variadores de velocidad son convertidores de energía encargados de modular la energía

que reciben los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de

frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.

Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean:

- Dominio de par y la velocidad

- Regulación sin golpes mecánicos

- Movimientos complejos

- Mecánica delicada

El motor

Los variadores de velocidad están preparados para trabajar con motores trifásicos

asincrónicos de rotor jaula. La tensión de alimentación del motor no podrá ser mayor que la

tensión de red. A tensión y frecuencia de placa del motor se comporta de acuerdo al gráfico

de la Figura 1.35 siguiente:


61

Figura 1. 35 Comportamiento del motor a tensión y frecuencia de placa

El dimensionamiento del motor debe ser tal que la cupla resistente de la carga no supere la

cupla nominal del motor, y que la diferencia entre una y otra provea la cupla acelerante y

desacelerante suficiente para cumplir los tiempos de arranque y parada.

El convertidor de frecuencia

Se denominan así a los variadores de velocidad que rectifican la tensión alterna de red

(monofásica o trifásica), y por medio de seis transitores trabajando en modulación de ancho

de pulso generan una corriente trifásica de frecuencia y tensión variable. Un transistor más,

llamado de frenado, permite direccionar la energía que devuelve el motor (durante el

frenado regenerativo) hacia una resistencia exterior. En la Figura 1.36 se muestra un

diagrama electrónico típico:


62

Figura 1. 36 Diagrama electrónico típico

La estrategia de disparo de los transistores del ondulador es realizada por un

microprocesador que, para lograr el máximo desempeño del motor dentro de todo el rango

de velocidad, utiliza un algoritmo de control vectorial de flujo. Este algoritmo por medio

del conocimiento de los parámetros del motor y las variables de funcionamiento (tensión,

corriente, frecuencia, etc.), realiza un control preciso del flujo magnético en el motor

manteniéndolo constante independientemente de la frecuencia de trabajo. Al ser el flujo

constante, el par provisto por el motor también lo será. En el gráfico de la Figura 1.37 se

observa que desde 1Hz hasta los 50 Hz el par nominal del motor está disponible para uso

permanente, el 170% del par nominal está disponible durante 60 segundos y el 200% del

par nominal está disponible durante 0,2 s.


63

Figura 1. 37 Gráfica de Velocidad-Par

Selección de un variador de velocidad

Para definir el equipo más adecuado para resolver una aplicación de variación de velocidad,

deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

Tipo de carga: Par constante, par variable, potencia constante, cargas por impulsos.

Tipo de motor: De inducción rotor jaula de ardilla o bobinado, corriente y potencia

nominal, factor de servicio, rango de voltaje.

Rangos de funcionamiento: Velocidades máximas y mínimas. Verificar necesidad

de ventilación forzada del motor.

Par en el arranque: Verificar que no supere los permitidos por el variador. Si supera

el 170% del par nominal es conveniente sobredimensionar al variador.


64

Frenado regenerativo: Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos

verticales requieren de resistencia de frenado exterior.

Condiciones ambientales: Temperatura ambiente, humedad, altura, tipo de gabinete

y ventilación.

Aplicación multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor. La

suma de las potencias de todos los motores será la nominal del variador.

Consideraciones de la red: Micro-interrupciones, fluctuaciones de tensión,

armónicas, factor de potencia, corriente de línea disponible, transformadores de

aislación.

Consideraciones de la aplicación: Protección del motor por sobretemperatura y/o

sobrecarga, contactor de aislación, bypass, rearranque automático, control

automático de la velocidad.

Aplicaciones especiales: Compatibilidad electromagnética, ruido audible del motor,

bombeo, ventiladores y sopladores, izaje, motores en paralelo, etc [15].

Hemos conocido dentro de este capítulo, las herramientas necesarias para poder

comprender los temas a tratar en los siguientes capítulos, ya que se explicó desde la

operación manual de cargas, lo que es la automatización y todos los recursos que se

implementan para lograrla, dichos conceptos son las bases para poder guiarnos en cada

explicación, procedimiento, etc.

Dando como conclusión de este capítulo que la integración de todo lo explicado nos lleva a

tener una visión más clara de lo que en un momento no se tenía conocimiento y/o reforzar

aquello de lo que existía como una vaga idea.

Instituto Politécnico Nacional CAPÍTULO II

65

CAPITULO II. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL Y PLANTEAMIENTO

DE LA SOLUCIÓN

En el siguiente capítulo se explicará el proceso actual de la producción de galletas de una

mediana empresa, así como los problemas que presentan los trabajadores en cada área de

producción. De igual forma, se indicara como se planea dar solución a la problemática que

se presenta.

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL

En la actualidad la mediana empresa de galletas tiene una línea de producción semi-

automatizada, que cuenta con una distribución de áreas (ver Figura 2.1), cada una se

explicará en forma más detallada más adelante, para la primer zona (a) se encuentra el área

de mezclado, en la segunda zona (b) se encuentra el área de horneado, para la tercer zona

(c) se encuentra el área de empaquetado/encajado, en la cuarta zona (d) se encuentra el área

de paletizado y en la última zona (e) se encuentra la bodega de almacenamiento.

Figura 2. 1 Distribución de planta (Vista superior).


66

El proceso de producción comienza en el área de mezclado, donde se lleva a cabo la

homogenización de la materia prima para generar la pasta de producción de galletas, en

dicha zona (ver Figura 2.2) se realizan las siguientes operaciones:

1. La materia prima se coloca previamente en la sección (h) que está dividida en

contenedores.

2. Los operadores (i) agregan la materia prima a las mezcladoras.

3. Las mezcladoras (a, b, c, d, e, f y g) tienen una capacidad de producción de pasta de

aproximadamente 500 kg por lote para las cuales se ocupan 5 trabajadores en cada

mezcladora (35 en total para la sección de mezclado).

4. El tiempo de mezclado de la pasta tiene un aproximado de 10 minutos por lote.

Figura 2. 2 Fabricación de pasta (Vista superior).


67

Transcurrido el tiempo de mezclado, 30 trabajadores colocan la pasta para galletas dentro

de recipientes para trasladarlos al área de horneado (Figura 2.3), en esta área se dedican los

mismos trabajadores (b) a vaciar la pasta dentro de los recipientes (a) hacia los moldes (e)

para posteriormente colocarlos en charolas sobre los carros (d), estos trabajadores se

dedican al manejo de los 10 hornos existentes en el proceso (c).

Figura 2. 3 Área de horneado (Vista superior).

Al terminar el tiempo de cocción los trabajadores se dedican a sacar las galletas de las

charolas para ser llevadas al área de empacado, como se muestra en la Figura 2.4, al llegar a

esta área los trabajadores (a) depositan las galletas en un embudo de acero inoxidable (c)

que las distribuye a modo que sobre la banda (d) caigan una por una, por medio de la banda

las traslada al empacado (e), el cual es un proceso automático que internamente realiza el


68

conteo de diez galletas que son introducidas en una bolsa de celofán, dentro del mismo

proceso se realiza el sellado por medio de calor para quedar selladas.

Figura 2. 4 Área de empacado de galletas (Vista superior).

Ya que se encuentran sellados los paquetes, siguen a través de la banda (f) donde se

incorporan al proceso de encajado (Figura 2.5). Este proceso se lleva a cabo por medio de

una máquina (c), la cual se alimenta por dos bandas que son: la banda (a) correspondiente a

los paquetes de galletas y la banda (b) correspondiente a las cajas vacías, internamente en la

maquina se realiza el conteo de 30 paquetes y son depositadas en la caja vacía para circular

sobre la banda (d).

Figura 2. 5 Área de encajado (Vista superior).


69

Cuando termina el proceso anterior las cajas son dirigidas a ser selladas, el proceso de

sellado es automático (ver Figura 2.6), en este proceso las cajas que circulan por la banda

(a) y entran al sellado automático (b) posterior a esto las cajas selladas pasan al área de

paletizado ubicado al final del proceso de producción por la banda final, lugar donde 8

trabajadores realizan dicha tarea, dos de ellos (d) se encargan de posicionar cajas en la

tarima y los 6 restantes (f) se dedican al embalado con los rollos de plástico strech (e) y

transporte de los pallets (c) a la bodega mediante el uso de traspaletas manuales (g).

Figura 2. 6 Área paletizado (Vista superior).

El área de paletizado es nuestra área de enfoque para realizar nuestra propuesta, por lo que

se necesita saber las dimensiones y la distribución del espacio, las cuales se muestran en la

figura 2.7.


70

Figura 2. 7 Distribución del área de paletizado (Vista superior).

Como se muestra en la figura 2.7 tenemos un ancho de 10 m y un largo de 15 m, dentro de

la distribución encontramos que la banda final de proceso (a) corre por el extremo derecho

para que los trabajadores (c) realicen el acomodo de las cajas en el pallet, para (b)

encontramos los pallets vacíos que los transporta otro trabajador con ayuda de una

traspaleta y los rollos de plástico strech para el embalado, también podemos visualizar los

trabajadores que se dedican a transportar los pallets completos y embalados a la bodega, de

modo que tienen suficiente espacio para maniobrar con las traspaletas.

Actualmente en la empresa se producen 4 pallets por hora, esto implica que se produzcan:

(

) (

) (

)

Tomando en cuenta que cada galleta pesa aproximadamente 35 gr., se calcula la materia

prima utilizada para producir los 4 pallets en una hora de la siguiente forma:


71

Si tomamos en cuenta que la capacidad total de los equipos de producción es de

aproximadamente 7000 kg en una hora, se deduce que actualmente la empresa se encuentra

operando al 48% de su capacidad. No obstante y considerando que la cantidad actual de

producción es pequeña, se presenta el efecto de cuello de botella en el área de paletizado.

2.1.1 Funciones de trabajadores en cada área.

A continuación se describe las funciones de cada trabajador en su respectiva área.

Área: fabricación de la materia prima

35 trabajadores se encargan de la operación de las mezcladoras así como la adición

de la materia prima a la máquina y la colocación de la masa en recipientes.

30 trabajadores rellenan los moldes y transportan los recipientes con las pasta de un

sección a otra.

Estos mismos trabajadores son los responsables de operar los hornos, así como del

acomodo de las galletas en las charolas sobre los carros que se llevan al

empaquetado.

Área de empaquetado

Los trabajadores del horneado se dedican a colocar las galletas sobre la banda

de empaquetado, estas galletas son introducidas en los paquetes de celofán que

se sellan mediante calor, estos paquetes posteriormente se insertan en las cajas

para ser selladas.


72

Área de paletizado

Dos trabajadores retiran las cajas de la banda y acomodan las mismas en la

tarima.

Seis trabajadores realizan el embalado de la tarima terminada usando como

material el plástico strech para embalaje, terminado el embalado se encargan de

llevar el pallet a la bodega con ayuda de la transpaleta manual, donde lo

acomodan.

Definiendo lo anterior se realizó un sondeo enfocándonos a los trabajadores del área de

paletizado para saber los principales inconvenientes que se presentan en dicha área, como

son:

o El acumulamiento de cajas en la línea de paletizado.

o Estrés debido al acumulamiento de cajas, que exige trabajar más rápido.

o Desgaste físico y mental en un periodo corto.

o Llegan a olvidar la posición adecuada de las cajas.

o Pueden ocasionar daños a las cajas al aventarlas.

o La paletización no es uniforme, es decir que los niveles no son correctamente

alineados.

o Prolongamiento de jornada laboral debido al incumplimiento de pedidos.

o Accidentes al colocar una nueva tarima y posicionar las cajas.

Debido a los inconvenientes, los trabajadores propusieron diferentes alternativas de

solución, como son:


73

o Incrementar el número de trabajadores en el área.

o Disminuir la velocidad de producción.

o Descanso entre periodos dentro de la jornada laboral.

o Tarimas con un número menor de cajas.

o Sustituir el embalado por flejes.

o Automatizar parte del proceso.

Con todos los inconvenientes ya expuestos gracias al sondeo, podemos afirmar que el

personal se encuentra en un continuo estado de estrés y desgaste físico, lo cual se refleja en

la calidad de su trabajo, provocando la posible disminución de la calidad del producto

considerando el mismo como regular; esto se debe en parte a que la empresa no cuenta con

un control de calidad en el proceso de paletizado.

Mientras no se automatice el proceso de paletizado la producción no se podrá aumentar, ya

que se presenta el efecto de cuello de botella junto con el desgaste físico y mental de los

trabajadores. Aunado a esto si no se establece un control de calidad en el área de paletizado

la calidad del producto seguirá siendo regular disminuyendo el potencial de crecimiento de

la empresa

2.2 PROPUESTA DE LA SOLUCIÓN

La propuesta de solución se integra de cinco etapas; en la primera, las cajas provenientes

de la línea de producción se integran a la línea de paletizado mediante la expulsión de un

cilindro neumático, aquí inicia la segunda etapa, en la cual sobre una banda se rotan las

cajas mediante un cilindro neumático que frena un extremo de la caja permitiendo el giro

deseado, este va a depender de la posición que se requiera en la matriz del pallet.


74

En la tercera etapa las cajas se incorporan a otra banda de alta velocidad que selecciona el

área a donde van a llegar en el pallet, para lograr esto es necesario implementar una banda

con un mecanismo posicionador para que las cajas se vayan direccionando y no terminen en

la posición en la que entraron.

En la cuarta etapa del proceso las cajas llegan a una lámina por medio de una cama de

rodillos en la que se formarán estratos mientras la lámina en donde se han acumulado las

cajas que forman la matriz de posiciones completa es retirada.

Una vez formada la matriz con las cajas de productos, existirán espacios entre ellas debido

a que la tercera etapa no es completamente exacta, para solventar este inconveniente, las

cajas serán ligeramente presionadas por guías laterales manipuladas por cilindros

neumáticos.

En la quinta y última etapa la plataforma de lámina sobre la cual descansan las cajas ya

acomodadas será removida mediante un mecanismo guiado, dando paso a que un sistema

hidráulico de elevación con una cama de rodillos posicione el pallet debajo de la lámina

cada ocasión que se forme un estrato; la altura con la que el pallet se posicionará dependerá

del número de niveles con el que éste cuente, así como el límite predeterminado que se

exige por cada uno.

Al cumplir el límite de niveles con el que debe contar cada pallet, el sistema hidráulico de

elevación se posicionará en su tope inferior, accionando la cama de rodillos que lo

transportará al área donde los trabajadores desarrollarán el embalado para posteriormente

llevarlo hacia la bodega.


75

Con esta propuesta que se observa en el diagrama de flujo (Figura 2.8), se pretende

incrementar la velocidad del proceso de paletizado de la empresa para resolver el efecto

cuello de botella que se presenta con el paletizado manual y así incrementar la producción.

Los trabajadores presentes en esa área, se verían beneficiados con la disminución o

eliminación de los inconvenientes que presentaron, ya que no estarían en contacto directo

con el proceso.

Esto no significa que los trabajadores sean desplazados de la fuerza productiva de la

empresa, ya que pueden ser reasignados en el área de embalado y almacenamiento, sector

que requerirá de más personal a causa del aumento de producción.

La empresa requiere la automatización de este y otros procesos para incrementar su

productividad, una de las principales causas de que aún no se haya logrado ese objetivo es

el alto costo que tienen los equipos provenientes del extranjero, con lo que está propuesta

busca ser una alternativa económicamente factible haciendo posible enfocarse en alguna

otra área que necesite más atención.

Figura 2. 8 Diagrama de bloques de la propuesta de solución.

Tomando en cuenta la propuesta de solución y para asegurar el buen funcionamiento del

área de paletizado se propone a la empresa implementar un sistema de control de calidad,

que lleve una relación y recaude datos continuamente sobre todos los inconvenientes en el

Alimentación

de las cajas

Paso a la

segunda

banda Giro de

las cajas

Estr

atif

icac

ión

Pal

etiz

ado


76

área, así como de los estratos generados, esto permitirá observar los posibles

inconvenientes que el sistema propuesto genere y así poder mejorar la calidad del producto

continuamente.

Para poder desarrollar el planteamiento de ingeniería es necesario hacer un estudio de

tiempos y movimientos del paletizado para solventar los problemas antes mencionados y

así determinar los valores con los cuales configuraremos y programaremos los dispositivos

a utilizar para la automatización.

2.2.1 Estudio de tiempos y movimientos

Para poder incrementar la producción y al mismo tiempo eliminar el efecto de cuello de

botella, se tendrían que paletizar 8 pallets en una hora, con los cuales se tendrían:

(

) (

) (

)

Con este dato, se puede calcular el tiempo en el cual se debe de llevar a cabo el proceso de

paletizado para cada caja, el cual es de:

Una vez que se obtiene el tiempo en el que debe llevarse a cabo el paletizado para cada

caja, se hace una distribución de tiempos para cada etapa del paletizado. Esto con el fin de

calcular la velocidad a la que operarán los motores que se usarán en el proceso de

paletizado y lograr así la correcta integración de las etapas del proceso.

La distribución del tiempo es el siguiente

- Rotación: 1.2 segundos


77

- Direccionamiento: 2 segundos

- Cama de rodillos 1.42 segundos

- Lámina: 1 segundo

Así, con la anterior distribución, se hacen los cálculos de la velocidad lineal de los motores,

tales motores son empleados en las etapas de “Rotación”, “Direccionamiento” y “Cama de

rodillos”, dichos cálculos se muestran a continuación.

Una vez que se tiene el cálculo de la velocidad lineal de cada motor, se hace el cálculo de la

velocidad angular de cada uno, y de acuerdo con las características de cada motor, se hace

el cálculo de la frecuencia a la que debe configurarse cada variador


78

Ahora que se conoce la velocidad angular a la que debe operar cada motor, se calcula la

frecuencia de operación de cada motor, estos valores pueden apreciarse en la tabla 2.1.

Tabla 2. 1 Velocidad/Frecuencia de operación de cada uno de los motores.

Etapa Velocidad angular

nominal/frecuencia Velocidad angular

requerida/frecuencia

Rotación 1365 RPM/50 Hz 777.77 RPM/28.48 Hz

Direccionamiento 920 RPM/50 Hz 666.66 RPM/36.23 Hz

Cama de rodillos 2660 RPM/50 Hz 1373.23 RPM/25.81 Hz

Con los valores que se muestra en la tabla 2.1 se pueden configurar los variadores de

velocidad para que al momento que el PLC envíe las señales mediante los relevadores, los

variadores se enciendan e inmediatamente los motores giren a la velocidad deseada.

En este capítulo se dio a conocer la distribución general de la empresa, así como las

actividades que se llevan a cabo en cada una de las áreas, haciendo énfasis en nuestra área

de interés que es la de paletizado, gracias al sondeo realizado con los trabajadores se

muestra toda la problemática que existe dentro de la misma, tomando dicha información se

propuso el planteamiento para la solución del problema.

En el siguiente capítulo se presenta el desarrollo de la solución de ingeniería, se observa y

describe el desarrollo de la máquina propuesta con los dispositivos de automatización que

se implementan, así como el funcionamiento del sistema completo.

Instituto Politécnico Nacional CAPÍTULO III

79

CAPITULO III. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN DE INGENIERÍA

En este capítulo se presenta la solución de ingeniería al problema de paletizado manual. La

solución consta en realizar el paletizado de forma automática y continua, esto se logra con

un proceso de cinco etapas, que se detallan a continuación.

Figura 3. 1 Sistema de paletizado continuo de alta velocidad.

La propuesta de la máquina paletizadora se hizo perpendicularmente a la banda final de

proceso, debido a las dimensiones y distribución del área destinada al paletizado que se

muestra en la Figura 2.8.

a) Etapa 1 - Expulsión

b) Etapa 2 - Rotación

c) Etapa 3 - Posicionamiento

d) Etapa 4 - Estratificación

e) Etapa 5 – sistema hidráulico de

elevación

Banda final de proceso (ya

existente en la planta)


80

En la Figura 3.1 se muestra el sistema de paletizado continuo de alta velocidad de forma

completa, en esta se observa la etapa (a), que es la banda final de proceso ya existente en la

cual se implementó un cilindro neumático simple efecto controlado mediante una válvula

de 3 vías 2 posiciones para mandar el producto final a la etapa (b), en esta etapa se lleva a

cabo la rotación del mismo dependiendo la posición que se requiera para el estrato

mediante un cilindro neumático de simple efecto controlado por una válvula de 3 vías 2

posiciones, terminando la etapa (b) el producto final pasa a la banda de posicionamiento

que corresponde a la etapa (c), donde se implementará un cilindro neumático sin vástago

controlado por una válvula de 5 vías 3 posiciones que funge como selector de posición

mediante un mecanismo de guías. Cuando el producto final está en la posición deseada este

pasa a una cama de rodillos y una lámina de acero inoxidable correspondiente a la etapa

(d), en la cual se completa el estrato y se accionan dos cilindros neumáticos de simple

efecto controlados por dos válvulas de 3 vías 2 posiciones para ajustar la posición del

estrato y sujetarlo mientras la lámina de acero es desplazada en la misma orientación de la

banda posicionadora, esto mediante un cilindro neumático de doble efecto controlado por

una válvula de 5 vías 2 posiciones, una vez que la lámina es retirada los dos cilindros que

sujetan el estrato se retraen para depositar el estrato en el pallet, en este momento se da

paso a la última etapa (e), su función únicamente es bajar el pallet mediante un sistema

hidráulico cada vez que se deposite un estrato en el pallet hasta cumplir con los estratos

necesarios. Cuando el pallet está completo el sistema hidráulico llega a su tope inferior para

activar la cama de rodillos que traslada el pallet hacia el área donde los montacargas

disponen de los mismos para llevarlos al almacén.


81

En la tabla 3.1 se observan los distintos equipos a implementar en cada etapa, como son

sensores, actuadores y salidas que controlan los actuadores.

Tabla 3. 1 Equipo a utilizar en cada etapa de la propuesta de solución.

ETAPA

SENSORES/

ENTRADAS SALIDAS ACTUADORES

1

1 Sensor

Capacitivo

2 Sensores

Magnéticos de

posición

1 Válvula monoestable de 3 vías 2

posiciones normalmente cerrada

con accionamiento por solenoide y

regreso por muelle.

1 Cilindro neumático de

doble efecto (carrera: 280

mm)

2

2 Sensores

Magnéticos de

posición

1 Válvula monoestable de 3 vías 2

posiciones normalmente cerrada

con accionamiento por solenoide y

regreso por muelle

1 Variador de velocidad

1 Motor trifásico de 0.33

Hp


doble efecto (carrera: 100

mm)

3

2 Sensores

Fotoeléctricos

de barrera

4 Sensores

Magnéticos de

posición

1 Válvula biestable de 5 vías 3

posiciones con accionamientos

por solenoide



Hp

1 Cilindro neumático sin

vástago (carrera: 620

mm)

4

1 Sensor

Fotoeléctrico de

barrera

8 Sensores

Magnéticos de

posición

3 Válvulas monoestable de 3

vías 2 posiciones normalmente

cerrada con accionamiento por

solenoide y regreso por muelle

1 Válvula monoestable de 3 vías

2 posiciones normalmente

abierta con accionamiento por

solenoide y regreso por muelle



Hp

3 Cilindros neumáticos

de doble efecto (carrera:

100 mm)


doble efecto (carrera:

1200 mm)

5 6 Sensores de

límite

1 Válvula monoestable de 5 vías

3 posiciones con accionamientos

por solenoide (incluida en el

sistema hidráulico de elevación)

1 Relevador contactor.

1 Cilindro Hidráulico de

doble efecto


Hp

(ambos incluidos en el

sistema hidráulico de

elevación)


82

A continuación se describen a profundidad cada una de las etapas antes mencionadas

incluyendo los detalles de los dispositivos que se implementarán.

3.1 ETAPA 1 – EXPULSIÓN DE CAJAS EN LA BANDA FINAL.

En esta etapa las cajas que provienen del empaquetado y encajado llegarán a través de una

banda transportadora, es preciso mencionar que esta banda ya se encuentra en la empresa y

es impulsada por un motor trifásico ABB que mantiene una velocidad constante, esta banda

funge como alimentación para la etapa 2. Ahora bien como primer paso se realizará la

modificación al final de la banda, esta modificación será añadir el barandal y los soportes

que nos permitirán colocar los dispositivos como se muestra en la Figura 3.2.

Figura 3. 2 Modificaciones en banda final de proceso

Barandal

modificado.

Soporte para el

cilindro neumático 1.

Guías para accesorio de

movimiento de cajas.

Soporte para

sensor.


83

Figura 3. 3 Etapa 1.

De acuerdo a la Figura 3.3 encontramos el cilindro 1(a), el cual es de la marca FESTO

modelo DSNU-40-320-PPV-A con una carrera de 320 mm (Figura 3.4 B) que nos ayudará a

hacer la transición de los productos de la banda de la etapa 1 hacia el comienzo de la etapa

2 con ayuda de un accesorio con guías que estará montado en el vástago del cilindro, para

que se pueda lograr el accionamiento del cilindro será necesario auxiliarnos de un sensor

capacitivo (b) de proximidad marca ALLEN-BRADLEY modelo 875CP 3-Wire DC

(Figura 3.4 C), que detectará las cajas cuando se aproximan al final de la banda a 20 mm de

distancia para evitar que lleguen al barandal, en el momento que se detecte la caja se

enviará la señal al PLC e inmediatamente se realizará el accionamiento de la electroválvula

5/2 monoestable marca FESTO modelo CPE18-M1H-5LS-1/4 (Figura 3.4 A), de forma

paralela se instalarán dos sensores magnetorresistivos de la marca FESTO modelo SMT-

8M-A-NS-24V-E-2,5-OE en el cilindro 1 (Figura 3.4 D), uno para detectar la expulsión del

vástago y otro para detectar la retracción del mismo.

(a)

(b)


84

Figura 3. 4 Dispositivos de la etapa 1.

3.2 ETAPA 2 – ROTACIÓN DE CAJAS.

Esta etapa es propiamente donde se realizará la rotación de las cajas de galletas y se

muestra en la Figura 3.5 como resultado de dicho proceso, las posiciones que presentaran

las cajas dentro de la cinta transportadora se describirán como posición 1 y posición 2 como

se observa en la Figura 3.6.

A B

C D


85


Figura 3. 6 Posición de las cajas en la cinta transportadora.

Todas las cajas provenientes de la etapa 1 se encuentran en la posición 1, de modo que solo

se llevará a cabo el proceso de rotación si la caja requiere llegar al pallet en la posición 2.

Esto dependerá totalmente del diseño de estrato que se desarrolle.

La etapa 2 consta de una cinta transportadora de rodillos con cama deslizante con un motor

ABB de alta eficiencia trifásico de 4 polos con una potencia de 0.33 HP (0.25kW) modelo

M2AB 71MB 3GAB 072212-BSB el cual va a ser manipulado con un variador de

velocidad ALLEN-BRADLEY modelo POWERFLEX 4 y un cilindro neumático FESTO

de doble efecto modelo DNC-50-100-PPV (Figura 3.7), controlado mediante una


86

electroválvula FESTO monoestable 5/2 modelo CPE18-M1H-5LS-1/4 utilizada también en

el control del cilindro 1. El montaje del cilindro se muestra en la Figura 3.8

Figura 3. 7 Cilindro neumático FESTO de doble efecto modelo DNC-50-100-PPV.

Figura 3. 8 Montaje del cilindro neumático 2.

Para verificar cuando el cilindro 2 este retraído o expulsado se utilizara un par de sensores

magnetorresistivos FESTO modelo SMT-8M-A-NS-24V-E-2,5-OE.

Cilindro Neumático 2


87

Cuando es necesario llevar a cabo el proceso de rotación, el cilindro 2 es expulsado

inmediatamente después de que el cilindro 1 llega a su final de carrera extendido, para que

cuando la caja llegue a hacer contacto con el cilindro 2, uno de sus extremos sea frenado y

el otro extremo circule libremente a la misma velocidad de la cinta transportadora, con lo

cual se presentará la rotación.

Para entender mejor el proceso de rotación, en la Figura 3.9 se observan dos cajas sobre la

cinta transportadora de la etapa en descripción, una de las cajas pasó el cilindro 2 en la

posición 1 ya que no necesita rotación alguna y otra caja se encuentra rotando gracias a la

expulsión del cilindro 2 con el cual está en contacto.

Figura 3. 9 Rotación de cajas.

Para verificar medidas de la banda de rotación de cajas, dirigirse al Anexo A, Figura A.


88

3.3 ETAPA 3 – BANDA TRANSPORTADORA ESPECIAL DE

POSICIONAMIENTO.

En esta etapa se hace el direccionamiento de las cajas hacia el lugar que estas requieran

dentro del estrato que se esté formando en el pallet (ver Figura 3.10).


Esta etapa consta de una banda transportadora especial de posicionamiento con un motor

ABB trifásico de alta eficiencia de 6 polos a 920 RPM modelo M2BA 80MB 3GBA 082

214-BSB, el motor será controlado por medio de un variador de velocidad ALLEN-

BRADLEY modelo POWERFLEX 4.

Dentro de la banda se utiliza un actuador lineal neumático FESTO (Figura 3.11) modelo

DGC-50-620-G-PPV-A con una carrera de 620mm controlado mediante una válvula

FESTO biestable de 5 vías 3 posiciones modelo CPE18-M1H-5/3G-QS-8 con pilotaje

interno y solenoides (Figura 3.12); para detectar la posición en la que se encuentra el

cilindro se usarán 4 sensores magnetorresistivos FESTO modelo SMT-8M-A-NS-24V-E-

2,5-OE montados en la ranura T a lo largo de la cara lateral de las guías del actuador lineal

neumático.


89

Para verificar las medidas de la banda posicionadora, dirigirse al Anexo A, Figuras B, E y

F.

Figura 3. 11 Actuador lineal neumático FESTO.

Figura 3. 12 Válvula FESTO biestable de 5 vías 3 posiciones.

En la Figura 3.13 se observa el lugar donde se encuentra el actuador lineal neumático.


90

Figura 3. 13 Cilindro neumático sin vástago.

Para verificar medidas del cilindro para el direccionamiento, dirigirse al Anexo A, Figura

D.

La banda de posicionamiento, está conformada por eslabones individuales (Figura 3.14)

sobre los que se desliza un mecanismo de corredera, el cual tiene forma de T (Figura 3.15)

para que el deslizamiento a través del eslabón sea regido por medio de guías instaladas por

debajo de los eslabones.

Figura 3. 14 Eslabón de banda posicionadora.

Eslabón

Corredera

Cilindro 3


91

Para verificar las medidas del eslabón, dirigirse al Anexo A, Figura G.

Figura 3. 15 Corredera.

Para verificar las medidas de la corredera, dirigirse al Anexo A, Figura H.

Para seleccionar el carril hacia el que se mandarán las cajas, se presenta un mecanismo de

guías, a través y entre de las cuales correrán las extremidades cilíndricas de las correderas,

accionado por el cilindro 3 como se muestra en las siguientes figuras 3.16 y 3.17.

Figura 3. 16 Mecanismo de guías.


92

Figura 3. 17 Vista inferior del mecanismo de guías.

Para verificar medidas del mecanismo de direccionamiento, dirigirse al Anexo A, Figura C.

Al final de la banda de posicionamiento, como se observa en la Figura 3.10, las correderas

de los eslabones llegan en diferentes posiciones, debido a que al salir las extremidades

cilíndricas de las correderas, de las guías de direccionamiento no hay algún otro elemento

que interfiera en la trayectoria de las mismas a lo largo de la banda, esto se muestra en la

Figura 3.18.

Figura 3. 18 Fin de banda de posicionamiento.


93

Para que las correderas lleguen en la posición central requerida para poder ser

direccionadas nuevamente, se diseñó un soporte guía de retorno, en forma de cuello de

botella, como se puede observar en la Figura 3.19.

Figura 3. 19 Guías de retorno.

En la Figura 3.20 se puede observar de mejor manera como es que las correderas regresan a

su posición inicial cuando los eslabones se desplazan sobre la parte inferior de la banda.

Figura 3. 20 Vista inferior, retorno de correderas.

Guías de

retorno


94

Para detectar el momento en el que tiene que ser accionado el mecanismo de guías de

posicionamiento mediante el cilindro 3, se tiene un sensor fotoeléctrico de barrera OMRON

modelo E3Z-T61A, en la Figura 3.21 se observan las bases sobre las cuales serán montados

el emisor y el receptor en los barandales laterales superiores de la banda.

Figura 3. 21 Bases para sensor fotoeléctrico de barrera.

Del mismo modo para llevar a cabo la detección de la salida de las cajas, así como el

conteo de las cajas que han pasado a través de esta etapa, se utilizan los mismos sensores

fotoeléctricos OMRON mencionados antes. Esto se observa en la Figura 3.22.

Figura 3. 22 Bases para sensor fotoeléctrico de barrera al final de la banda.

Bases para

sensor

Bases para

sensor


95

3.4 ETAPA 4 – COLOCACIÓN DE ESTRATOS SOBRE EL PALLET.

Como ya sabemos las cajas serán distribuidas por la etapa 3 en el área que se requiera, en

el estrato, de modo que terminando la etapa 3 las cajas pasarán ya con la posición a una

cama de rodillos es aquí donde comenzará la etapa 4 (Figura 3.23), esta etapa consta de 4

sub etapas la primera será la cama de rodillos (1) ya mencionada, la segunda será la barrera

neumática (2), como tercer etapa tendremos el acomodo del estrato (3) y para finalizar

encontraremos el retiro de la lámina (4) para depositar el estrato en el pallet.

Figura 3. 23 Etapa 4 (formación del estrato)

La cama de rodillos (Figura 3.24) se accionará mediante un motor ABB de alta eficiencia

modelo M2BA 71MB 3GBA 071 211-BSB controlado por un variador de la marca ALLEN-

BRADLEY modelo POWERFLEX 4, la implementación de todos los dispositivos tendrá

como función que las cajas sigan su trayecto sin perder su velocidad y generar un proceso

continuo.

(1)

(2) (3)

(4)


96

Figura 3. 24 Cama de rodillos

Figura 3. 25 Llegada de cajas

Con respecto a la Figura 3.25 se podrá visualizar como llegarán las cajas de la etapa

anterior, en las diferentes secciones a lo ancho de la cama de rodillos, esto permitirá que se

vaya formando el estrato. De este modo pasará a la lámina de retiro la cual se explicará su

funcionamiento más adelante.

Para verificar las medidas de la cama de rodillos, dirigirse al Anexo A, Figuras I y J.


97

En conjunto a esto estará trabajando la sub etapa dos que será la barrera neumática ver

Figura 3.26, la cual está fabricada de acrílico con un espesor de 10 mm y una altura de 100

mm, está será elevada o retraída con la ayuda de un cilindro neumático de la marca FESTO

modelo DSNU-10-P-A con una carrera de 100 mm, el control del cilindro se llevará a cabo

con la electroválvula 5/2 monoestable marca FESTO modelo CPE18-M1H-5LS-1/4.

Figura 3. 26 Barrera neumática

Figura 3. 27 Sistema de barrera neumático.


98

Para verificar las medidas de la barrera neumática, dirigirse al Anexo A, Figura K.

Con respecto a la Figura 3.27 se visualiza el sistema de barrera, el cilindro sostendrá a la

barrera de acrílico por medio de un prensa, y subirá o bajará, este barrera tendrá como

función bloquear el paso de las cajas, cuando ya se tenga un estrato completo en la sub

etapa de acomodo sobre la lámina metálica, ya que si se permite el paso de las cajas

provenientes de la cama de rodillos se generaría un cuello de botella, de modo que la

barrera actuara como límite para que las posteriores cajas se vayan acumulando en la caja

de rodillos para posteriormente ser colocadas ahora en la lámina donde estuvo el anterior

estrato, de tal forma que el accionamiento de la barrera será cíclico las veces que se

requieran hasta cumplir con los pallets necesarios en la producción.

Al tener un estrato completo en la lámina metálica, como antes se mencionó entrará en

acción la sub etapa de acomodo del estrato, como se ve en la Figura 3.28 dicha sub etapa,

contendrá dos cilindros neumáticos de la marca FESTO modelo DNC-50-100PPV con una

carrera de 100 mm distancia necesaria para el proceso, estos serán controlados cada uno por

la electroválvula 5/2 monoestable marca FESTO modelo CPE18-M1H-5LS-1/4.


99

Figura 3. 28 Acomodo del estrato

Figura 3. 29 Vista superior

De acuerdo a la Figura 3.29, se visualiza el desplazamiento de 100 mm que sostendrá y

acomodará las cajas de forma adecuada, las placas serán accesorios implementados en el

Desplazamiento

de 100 mm

Placa para el acomodo

del estrato

Lámina

metálica Cilindros

neumáticos


100

vástago del cilindro con una longitud de 1200 mm para su buen funcionamiento, cuando el

estrato son sostenidas por las placas entrará la última sub etapa que es el retiro de la lámina

metálica.

Para verificar las medidas de las bases para los elementos del sistema de acomodo del

estrato, dirigirse al Anexo A, Figuras L, M y N.

Para está ultima sub-etapa se conforma de una lámina metálica (ver Figura 3.30) que será

desplazada por un cilindro de marca FESTO modelo KDNG-40-PPV-A con un una carrera

de 2000 mm, que es la distancia que requerimos para retirar e introducir la lámina, dicho

cilindro será controlado por la electroválvula 5/2 monoestable marca FESTO modelo

CPE18-M1H-5LS-1/4.

Figura 3. 30 Retiro de lámina metálica dirigida por cilindro neumático.

Para verificar las medidas de la lámina metálica y sus guías, dirigirse al Anexo A, Figura O.


101

Figura 3. 31 Vista lateral

Para verificar las medidas de la mesa para retiro de la placa, dirigirse al Anexo A, Figura P.

Como se ve en la Figura 3.31, tanto la mesa como las guías de la lámina tendrán una

inclinación de 10 grados con respecto al suelo esto se realiza para que cuando se llene el

estrato proveniente de la cama de rodillos las cajas no pierdan su velocidad y lleguen a la

sección que le corresponde, esto evitará que se maltraten las cajas y se depositen de forma

adecuada en el pallet. Cuando se realice el retiro de la lámina las cajas caerán en el pallet

colocándolas en el sistema hidráulico de elevación, cuando se termine de depositar todo el

estrato en el pallet la lámina regresará a su posición inicial repitiendo este proceso hasta

que se a completen los estratos requeridos para el pallet.

3.5 ETAPA 5 – SISTEMA HIDRÁULICO DE ELEVACIÓN.

Durante esta última etapa del proceso de paletizado continuo de alta velocidad se lleva a

cabo el desplazamiento vertical del sistema hidráulico de elevación (Figura 3.32a), el cual


102

es de la marca Disset modelo MSA1300 y que se encargará de colocar el pallet a diferentes

alturas dependiendo el número de estratos que se requiera según la programación y el

número de estratos que ya se hayan colocado sobre el pallet, en la Figura 3.33 se muestra el

esquema general de su funcionamiento en nuestro proceso.

Figura 3. 32 Dispositivos de la etapa 5

Figura 3. 33 Esquema general de funcionamiento del sistema hidráulico de elevación

Cabe mencionar que este sistema ya viene con todos los componentes de abastecimiento y

control incluidos, como son bomba de aceite, conectores, mangueras, válvulas de control

a

b

Posicionamiento

a nivel de la

lámina

Posicionamiento

a 200 mm por

debajo del nivel

de la lámina

Posicionamiento

a 400 mm por

debajo del nivel

de la lámina

Posicionamiento

a 600 mm por

debajo del nivel

de la lámina

Posicionamiento

a 800 mm por

debajo del nivel

de la lámina

Posicionamiento

al nivel de la

cama de rodillos

para transición

del pallet a la

zona de

montacargas

Colocación

del primer

estrato

sobre el

pallet

Colocación

del segundo

estrato

sobre el

pallet

Colocación

del quinto

estrato

sobre el

pallet

Colocación

del cuarto

estrato

sobre el

pallet

Colocación del

tercer estrato

sobre el pallet

Expulsión del

pallet hacia los

montacargas


103

para el cilindro hidráulico, etc. Este sistema será controlado mediante el PLC (el cuál se

mencionó en la etapa 1), para lograr el control de este sistema será necesario detectar la

posición del mismo mediante 6 contactos de límite (limit switch) marca OMRON modelo

D4C-3532 (Figura 3.32b) los cuáles detectarán cuándo el sistema se coloque a determinada

altura y enviarán inmediatamente un señal al PLC para que este a su vez envíe una señal al

sistema hidráulico de elevación para que cambie de posición.

Tal como se ve en la Figura 3.34 en primer lugar el sistema se colocará a nivel de la lámina

de la etapa 4, para lograr esto se colocará uno de los contactos de límite a la altura de la

lámina para que cuándo el contacto se active por el sistema este se detenga, una vez que se

haya formado el primer estrato la lámina se retirará y el estrato quedará sobre el pallet, en

ese momento el sistema bajará y al activar el segundo contacto, el cual estará 200 mm por

debajo del primero, se detendrá para repetir el proceso de la lámina, así sucesivamente

hasta formar los 5 estratos.

Figura 3. 34 Posición inicial del sistema hidráulico


104

Una vez que estén formados los 5 estratos el sistema bajará una vez más hasta que se active

el sexto y último contacto, en ese momento el motor de la cama de rodillo se activará para

enviar el pallet con los 5 estratos hacia el área de los montacargas (Figura 3.35)

Figura 3. 35 Retiro del pallet completo.

3.6 REJA DE SEGURIDAD Y COLOCACION DEL PANEL DE CONTROL

Por motivos de seguridad de los operadores, se propone colocar una reja de seguridad

alrededor de las bandas transportadoras, la banda posicionadora, parte del sistema de

elevación hidráulico y la salida del pallet, para evitar que cualquier trabajador ingrese a la

zona de trabajo automático, disminuyendo los riesgos contra el operador y provocar algún

retraso en el proceso de paletizado. En la figura 3.36 se muestra el enrejado de seguridad.


105

Figura 3. 36 Enrejado de seguridad.

Como se observa en la figura 3.36 la reja de seguridad corre a lo largo de las bandas,

evitando que se tenga contacto con el proceso, sin embargo podemos apreciar que hay un

camino abierto al operador, esto es debido a que la colocación de los pallets se hará de

forma manual ya que la empresa no despedirá a ninguno de los operadores que estaban

trabajando en el proceso sino que los reubicara, esta es la razón por la cual la alimentación

de los pallets será de forma manual. A la salida del pallet con sus respectivos estratos no

habrá necesidad de continuar la reja de seguridad, ya que los operadores se encargaran de

mover el pallet con ayuda de traspaletas hacia el área de almacén, por tal motivo se

necesita tener el libre acceso a esta última sección del proceso.


106

Figura 3. 37 Ubicación de panel de control

En la figura 3.37 se puede observar más de cerca la ubicación del panel de control, el cual

se encuentra en paralelo a la cama de rodillos de la salida del pallet armado, se colocó en

esta parte del proceso de paletizado debido a que desde ese punto se puede supervisar como

se van formando los estratos, al igual que su caída en el pallet ingresado manualmente, otro

punto importante de su ubicación es para facilitar el paro de emergencia por los operadores

que estén trabajando en las áreas manuales anteriormente mencionadas.

A continuación se mostrara la distribución interna del panel de control en la figura 3.38,

que será ilustrada por medio de bloques para después hacer la explicación de su

distribución.


107

Figura 3. 38 Distribución del panel de control.

La figura 3.38 representa la distribución del panel de control donde encontramos diferentes

bloques, el número uno le corresponde al PLC, en el numero dos se montará el relevador

contactor, los bloques con el número tres son referentes a los variadores de velocidad

POWERFLEX 4, el bloque cuatro se usa para montar el circuito de habilitación del sistema

a 24 volts y el bloque cinco corresponde a el circuito de habilitación del sistema pero a

diferencia del bloque cuatro este es a 220 VCA, estos dos últimos bloques se separan ya

que no todo se alimenta con el mismo voltaje.


108

En este capítulo se dio a conocer el diseño de la propuesta de paletizado continuo de alta

velocidad, los dispositivos seleccionados para formar parte del sistema, así como la

disposición de los mismos.

En el siguiente capítulo se muestra el controlador lógico programable seleccionado, su

programación en base a las necesidades que demanda el proyecto, la metodología de

configuración de los variadores de velocidad y las conexiones eléctricas del sistema.

Instituto Politécnico Nacional CAPÍTULO IV

109

CAPITULO IV. CONFIGURACIÓN DE DISPOSITIVOS Y PROGRAMACIÓN

DEL CONTROLADOR MICROLOGIX 1100

En este capítulo se presentan las configuraciones de los dispositivos utilizados para la

solución de ingeniería, así como los diagramas eléctricos necesarios para la instalación de

los dispositivos y los diagramas de programación del controlador.

4.1 CONFIGURACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS

4.1.1 Configuración del PLC

El funcionamiento de los dispositivos de entrada y salida a utilizar es de tipo digital, y

tienen un rango de operación de 24VDC, debido a esto se seleccionó un PLC Micrologix

1100 de la marca Allen-Bradley modelo 1763-L16BWA, el cual opera con una

alimentación de 120/240 VAC, además cuenta con 6 entradas digitales de 24 VDC, 4

entradas digitales de alta velocidad de 24 VDC, 2 entradas analógicas de 0-10 VDC y 6

salidas a relevador. En la Figura 4.1 se presenta el LAYOUT del PLC.

Figura 4. 1 LAYOUT del PLC


110

Debido al número de entradas y salidas que se van a manejar en el proceso, adicionalmente

al PLC se seleccionaron 3 módulos de expansión, de los cuales; 2 son módulos de entradas

digitales de 16 puntos a 24 VDC modelo 1762-IQ16, y un módulo de salidas a relevador de

16 puntos a VAC/VDC modelo 1762-OW16. En la Figura 4.2 se observa cómo quedarán

instalados los módulos de expansión junto con el PLC sobre el riel.

Figura 4. 2 Módulos de expansión de E/S conectados al PLC sobre el riel

4.1.2 Configuración de los circuitos de 24 VDC y 120 VAC

Para el control del sistema se utilizarán 2 botones, uno de habilitación (NO) y otro de

inhabilitación (NC), el botón de arranque energizará una bobina, la cual cuenta con 3

contactos auxiliares, el primer contacto se utilizará en el enclave del arranque para

mantener el sistema funcionando, el segundo contacto auxiliar se usará para

habilitar/deshabilitar los circuitos de 24 VDC y el último para habilitar/deshabilitar los

circuitos de 120 VAC. El botón de paro será el que deshabilite todos los circuitos, en la

Figura 4.3 se puede observar el diagrama de conexión de esta parte del sistema.


111

Figura 4. 3 Diagrama de habilitación/inhabilitación del sistema

4.1.3 Configuración de las entradas y salidas

Para poder hacer la configuración de las entradas y salidas del proceso, se asignó una

dirección a cada una de estas, las cuales ayudarán a realizar la programación de forma más

sencilla.

Tabla 4. 1 Asignación de entradas y salidas por etapa

ENTRADAS SALIDAS

ETAPA 1

Sens1_cap1 I1:1.0/0 Solenoide1_1 O0:3.0/0

Sens1_mag1 I1:1.0/1

Sens1_mag2 I1:1.0/2

ETAPA 2

Sens2_mag1 I1:1.0/3 Solenoide2_1 O0:3.0/1

Sens2_mag2 I1:1.0/4 Act_var1 O0:3.0/2


112

Des_var1 O0:3.0/3

ETAPA 3

Sens3_fot1 I1:1.0/5 Solenoide3_1 O0:3.0/4



Sens3_mag2 I1:1.0/8 Des_var2 O0:3.0/7

Sens3_mag3 I1:1.0/9

Sens3_mag4 I1:1.0/10

ETAPA 4






Sens4_mag5 I1:2.0/0 Des_var3 O0:3.0/13

Sens4_mag6 I1:2.0/1

Sens4_mag7 I1:2.0/2

Sens4_mag8 I1:2.0/3

ETAPA 5

Sens5_lim1 I1:2.0/4 Solenoide5_1 O0:3.0/14

Sens5_lim2 I1:2.0/5 Solenoide5_2 O0:3.0/15

Sens5_lim3 I1:2.0/6 Rele_Contactor O0:0.0/0

Sens5_lim4 I1:2.0/7

Sens5_lim5 I1:2.0/8

Sens5_lim6 I1:2.0/9

ARRANQUE Y PARO TOTAL

Arranque I1:2.0/10

Paro total I1:2.0/11

Después de haber hecho la asignación de direcciones a cada una de las entradas y salidas

del proceso se realizan los diagramas de conexión que representan a cada uno de los

módulos y sus entradas/salidas.

En las figuras 4.4 y 4.5 se pueden observar la configuración de los módulos de expansión

de entradas/salidas.


113

Figura 4. 4 Configuración de los módulos de entradas 1762-IQ16

Figura 4. 5 Configuración del módulo de salidas 1762-OW16


114

4.1.4 Configuración de los variadores de velocidad

Cómo ya se mencionó anteriormente, para el control de los motores se utilizarán variadores

de velocidad de la marca Allen-Bradley modelo POWERFLEX 4, en la Figura 4.5 se

observa la disposición (LAYOUT) de los 3 variadores (alimentación de los variadores y de

los motores) a utilizar en el proceso, así mismo, en las figuras 4.6, 4.7 y 4.8 se muestra la

configuración para el control de cada uno de los variadores de velocidad.

Figura 4. 6 Disposición de los variadores (LAYOUT)


115

Figura 4. 7 Configuración del Variador 1, que se encontrará en la ETAPA 2 del

proceso.


proceso.


116


proceso.

Los variadores de velocidad serán configurados para que al momento en que el PLC envíe

la señal al variador, éste se encienda y llegue a una determinada velocidad, a continuación

se describe la forma en que se realiza esta configuración de los variadores:

1- Con el parámetro P031 se ingresa el voltaje de alimentación del motor a controlar

2- Con el parámetro P032 se ingresa la frecuencia de alimentación del motor a

controlar

3- Con el parámetro P033 se ingresa la máxima corriente permisible del motor

4- Con el parámetro P034 se ingresa la frecuencia mínima de salida del variador

5- Con el parámetro P035 se ingresa la frecuencia máxima de salida del variador


117

6- Con el parámetro P036 se selecciona el método de arranque del variador, en este

caso se seleccionará la opción “1”, que es “Tres hilos” y el retroceso quedará

inhabilitado por el parámetro A095 al colocarlo en la opción “1”

7- Con el parámetro P037 se selecciona el modo de paro del variador, en este caso se

selecciona la opción “0” que es “frenado en rampa borrando el fallo”

8- Con el parámetro P038 se establece la fuente de la velocidad de referencia para el

variador, en este caso se selecciona la opción “4”, la cual es “frecuencia

preseleccionada”, para operar con la “frecuencia preseleccionada 0” es necesario

configurar los parámetros A051 y A052 en la opción “4”, y en el parámetro A070 se

selecciona el valor de la “frecuencia preseleccionada 0”, tal como se muestra en la

tabla 4.2, al seleccionar los parámetros A051 y A052 en “4” y mantener el estado de

las entradas digitales en “0” el variador selecciona la fuente de frecuencia

“frecuencia preseleccionada 0”

Tabla 4. 2 Selección de fuente de frecuencia preseleccionada

9- Con el parámetro P039 se establece el tiempo de aceleración en segundos

10- Con el parámetro P040 se establece el tiempo de desaceleración en segundos


118

11- Con el parámetro P041 se restablecen los valores de todos los parámetros, en este

caso se inhabilita seleccionando la opción “0”

12- Con el parámetro P043 se habilita/inhabilita la función de retención de sobrecarga

del motor, en este caso se selecciona la opción “0”

Al seguir todos los pasos antes mencionados, se logra configurar cada variador para

controlar el arranque, paro y la velocidad de referencia de cada motor de acuerdo a las

necesidades del proceso.

Los valores a configurar, serán las frecuencias de funcionamiento de cada uno de los

motores, las cuales se obtienen a partir de las velocidades a las que deben operar, ya

mencionadas anteriormente en el tema 2.2.1.

4.2 PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR

4.2.1 Configuración del Controlador

Para realizar la programación del controlador primero se realizo la configuración del mismo

en el software RSLogix 500 del fabricante Allen-Bradley, seleccionando en archivo (file)

un nuevo proyecto e ingresando el tipo de procesador a utilizar, que en nuestro caso es el

1763 MICROLOGIX 1100 A, como se puede observar en la figura 4.10.


119

Figura 4. 10 Configuración del controlador.

Posteriormente se configuró el tipo de tarjetas de entradas y salidas a utilizar por modulo,

como se observa en la figura 4.11.

Figura 4. 11 Configuración de las tarjetas de entradas y salidas digitales.


120

Una vez configuradas las tarjetas de entradas y salidas digitales, creamos las rutinas y

subrutinas o archivos de programa en los cuales se establecerá: el arranque y paro (A/P), la

etapa 3, la etapa 4 y la etapa 5. Después de haber sido creados, aparecen en el árbol de

proyecto, como se puede observar en la figura 4.12.

.

Figura 4. 12 Creación de los archivos de programa.

Habiendo configurado el software RSLogix 500, se procede a realizar la programación de

cada archivo de programa; debido a la sencillez de funcionamiento de la etapa 1 y 2 no se

creo un archivo de programa individual como para las otras tres etapas restantes, por lo cual

las primeras dos etapas se encuentran contenidas en el archivo de programa de arranque y

paro (A/P).

Archivos de programa


121

4.2.2 Archivos de programa

A continuación se presenta cada archivo de programa, así como la descripción de cómo se

desarrolló cada uno de ellos.

Arranque y paro

El arranque y paro es la rutina principal del programa y se encuentra en la escalera 2 o

ladder 2, a lo largo de esta rutina existen diversas instrucciones permisivas que al cumplirse

llaman a los demás archivos de programas o subrutinas.

A continuación se presenta y se describe la rutina principal mediante las figuras 4.13, 4.14,

4.15 y 4.16.

Figura 4. 13 Líneas 0 y 1 del archivo de programa arranque y paro.


122

Figura 4. 14 Líneas 2, 3 y 4 del archivo de programa arranque y paro.


123

Figura 4. 15 Líneas 5-10 del archivo de programa arranque y paro.


124

Figura 4. 16 Líneas 11-14 del archivo de programa arranque y paro.

Ahora se explicará el desarrollo de las subrutinas o archivos de programa: etapa 3, etapa 4

y etapa 5.

Etapa 3

Debido a la complejidad de la secuencia de movimientos que requiere desempeñar el

cilindro neumático sin vástago de la etapa 3, fue necesario el desarrollo de un diagrama

espacio-fase (Figura 4.17), para poder visualizar de manera más clara la función que tiene

el ya mencionado actuador.


125

Figura 4. 17 Diagrama espacio-fase de la etapa 3.

Se puede observar que el cilindro 3 se mueve con respecto a 4 posiciones, las cuales están

representadas en el eje “y” del gráfico anterior, por medio del número 0 al 3. La secuencia

que realiza este actuador comprende 7 etapas, las cuales se encuentran representadas por

medio de E0 hasta E6.

La etapa cero es activada cuando el acumulador del contador C5:0 es igual a uno y el

sensor magnético 1 de la etapa 3 (Sens3_mag1) se encuentra detectando que el cilindro 3

está en la posición 0 (extremo derecho de su carrera), en esta etapa la solenoide 1 de la

etapa 3 (Solenoide3_1) es activada, provocando que el cilindro se desplace hacia la

izquierda.

La etapa cero es desactivada cuando el sensor magnético 2 de la etapa 3 (Sens3_mag2)

detecta que el cilindro 3 ha llegado a la segunda posición, de manera simultánea la etapa

uno es activada.

En la etapa uno el actuador neumático se mantiene en la posición 2, hasta que el

acumulador del contador C5:0 es igual a 2, en ese instante la etapa uno es desactivada y la

etapa dos activada.


126

En la etapa dos, la solenoide 1 de la etapa 1 (Solenoide3_1) es activada nuevamente,

haciendo que el cilindro se desplace hacia la izquierda, hasta que es detectado por el sensor

magnético 3 de la etapa 3 (Sens3_mag3), en ese momento se desactiva la etapa dos y se

procede a la etapa tres, en la cual el cilindro se mantiene en la misma posición.

Cuando el acumulador del contador C5:0 es igual a 3, la etapa tres es desactivada y se

activa la etapa cuatro, energizando de nuevo la solenoide 1 de la etapa 3 (Solenoide3_1)

para mover el cilindro hacia la izquierda. Cuando el cilindro es detectado por el sensor

magnético 4 de la etapa 3 (Sens3_mag4), la etapa cuatro es desactivada dando paso a la

activación de la quinta etapa en donde el cilindro se mantiene en la misma posición hasta

que el acumulado del contador es igual a 4, en ese instante la etapa cinco es activada

provocando que se energice la solenoide 2 de la etapa 3 (Solenoide3_2) la cual provoca que

el cilindro se desplace hacia la derecha, hasta la posición 0 en donde vuelve a comenzar la

secuencia.

Con la descripción anterior y utilizando el método paso a paso se desarrolló la

programación de la subrutina etapa3 que se presentará a continuación con las figuras 4.18 y

4.19.


127

Figura 4. 18 Líneas 0 - 3 del archivo de programa etapa 3.


128

Figura 4. 19 Líneas 4 - 10 del archivo de programa etapa 3.


129

Etapa 4

En ésta etapa también fue necesario el uso de un diagrama de espacio-fase (Figura 4.20)

para visualizar de un modo más sencillo la secuencia que tienen que seguir los cuatro

cilindros presentes en ésta etapa.


Se puede observar que los cilindros 4, 5, 6 y 7 se mueven únicamente en 2 posiciones, las

cuales están representadas por medio de los números 0 y 1. La secuencia que realizan estos

actuadores se comprende de 6 etapas, las cuales se encuentran representadas por medio de

E0 hasta E5.

La etapa cero es activada cuando el bit interno B3:0/9 está en estado alto, lo cual indica que

han pasado menos de 16 cajas de un estrato frente al sensor fotoeléctrico de barrera 1 de la

etapa 4 (Sens4_fot1), y simultáneamente los sensores magnéticos 2, 3, 5 y 8 de la etapa 4


130

(Sens4_mag2, Sens4_mag3, Sens4_mag5 y Sens4_mag8) están activos, lo cual indica que

el cilindro 4 (barrera de acrílico) está expulsado, los cilindros 5 y 6 (alineadores del estrato)

están retraídos y el cilindro 7 está expulsado manteniendo la lámina sobre el pallet, en esta

etapa las solenoides 1 y 4 de la etapa 4 (Solenoide4_1 y Solenoide4_4) son activadas,

provocando que los cilindros 4 y 7 sean expulsados, al mantener el cilindro 4 expulsado se

mantiene el tope de acrílico arriba y no permite el paso de las cajas, mientras que el

mantener expulsado el cilindro 7 la lámina se mantiene sobre el pallet.

La etapa cero es desactivada cuando el bit interno B3:0/9 se encuentra en estado bajo, lo

que indica que han pasado las 16 cajas de un estrato frente al sensor fotoeléctrico de

barrera 1 de la etapa 4 (Sens4_fot1), de manera simultánea la etapa uno es activada.

En la etapa uno la solenoide 4 de la etapa 4 (Solenoide4_4) se mantiene activa, lo cual

mantiene al cilindro 7 expulsado y a la lámina sobre el pallet, mientras que la solenoide 1

de la etapa 4 (Solenoide4_1) es desactivada y se retrae el cilindro 4, bajando la barrera de

acrílico y permitiendo el paso de un estrato de cajas hacia la lámina, cuando el sensor

magnético 1 de la etapa 4 (Sens4_mag1) se activa, el cual indica que el cilindro 4 (barrera

de acrílico) está retraído, se desactiva la etapa uno y se activa la etapa dos.

En la etapa dos, la solenoide 4 de la etapa 4 (Solenoide4_4) se mantiene activa, haciendo

que el cilindro 7 continúe expulsado manteniendo la lámina sobre el pallet, hasta que se

vuelve a activar el bit interno B3:0/9, lo cual indica que han pasado menos de 16 cajas de

otro estrato frente al sensor fotoeléctrico de barrera 1 de la etapa 4 (Sens4_fot1), en ese

momento se desactiva la etapa dos y se procede a la etapa tres.


131

En la etapa tres se activa la solenoide 1 de la etapa 4 (Solenoide4_1) la cual expulsa al

cilindro 4 (barrera de acrílico), al mismo tiempo se activan las solenoides 2 y 3 de la etapa

4 (Solenoide4_2 y Solenoide4_3) las cuales activan a los cilindros 5 y 6 respectivamente,

estos cilindros alinean las cajas del estrato mientras la lámina que está sobre el pallet es

retirada, esto se logra desactivando la solenoide 4 de la etapa 4 (Solenoide4_4). Cuando los

sensores magnéticos 2, 4 y 6 se activan, lo cual indica que el cilindro 4 (barrera de acrílico)

y los cilindros 5 y 6 (alineadores del estrato) están expulsados, la etapa tres es desactivada y

se activa la etapa cuatro, la cual mantiene activas las solenoides 1, 2 y 3 de la etapa 4

(Solenoide4_1, Solenoide4_2 y Solenoide4_3) hasta que el sensor magnético 7 de la etapa

4 (Sens4_mag7) es activado, lo que indica que la lámina que se encontraba sobre el pallet

ha sido retirada por completo y el estrato ha sido colocado sobre el pallet, en este momento

la etapa cuatro se desactiva y la etapa cinco procede a ser activada.

Durante la etapa cinco las solenoides 2 y 3 de la etapa 4 (Solenoide4_2 y Solenoide 4_3)

son desactivadas, esto hace que los cilindros 5 y 6 (alineadores del estrato) se retraigan, al

mismo tiempo la solenoide 1 de la etapa 4 (Solenoide4_1) se mantiene activa, manteniendo

así al cilindro 4 (barrera de acrílico) expulsado y también se activa la solenoide 4 de la

etapa 4 (Solenoide4_4), ésta expulsa al cilindro 7 colocando a la lámina sobre el pallet.

Cuando el bit interno B3:0/9 está en estado alto, lo cual indica que han pasado menos de 16

cajas de otro estrato frente al sensor fotoeléctrico de barrera 1 de la etapa 4 (Sens4_fot1) y

simultáneamente los sensores magnéticos 2, 3, 5 y 8 de la etapa 4 (Sens4_mag2,

Sens4_mag3, Sens4_mag5 y Sens4_mag8) están activos, lo cual indica que el cilindro 4

(barrera de acrílico) está expulsado, los cilindros 5 y 6 (alineadores del estrato) están


132

retraídos y el cilindro 7 está expulsado manteniendo la lámina sobre el pallet, la etapa 5

termina y en este momento es donde vuelve a comenzar la secuencia.


programación de la subrutina etapa4 que se presentará a continuación con las figuras 4.21,

4.22 y 4.23

Figura 4. 21 Líneas 0 y 1 del archivo de programa etapa 4


133

Figura 4. 22 Líneas 2 - 6 del archivo de programa etapa 4


134



135

Etapa 5

Ésta última etapa también requirió del uso de un diagrama de espacio-fase (Figura 4.24)

para visualizar de manera clara la secuencia que desarrollará el cilindro 8.


Se puede observar que el cilindro 8 se mueve a través de 6 posiciones, las cuales están

representadas por medio de los números del 0 al 5. La secuencia que realiza este actuador

se comprende de 11 etapas, las cuales se encuentran representadas por medio de E0 hasta

E10.

La etapa cero es activada cuando se detectan simultáneamente el sensor magnético 7 de la

etapa 4 (Sens4_mag7) y el final de carrera 1 de la etapa 5 (Sens5_lim1), lo cual indica que

el cilindro 7 está retraído y la lámina que se encontraba sobre el pallet se ha retirado y que

el cilindro 8 se encuentra en la primer posición de las 6 posibles. Ésta etapa activa la

solenoide 1 de la etapa 5 (Solenoide5_1), la cual hace que el cilindro 8 desplace el pallet

hacia abajo. Cuando el final de carrera 2 de la etapa 5 (Sens5_lim2) se activa, lo cual indica


136

que el cilindro 8 se encuentra en la segunda posición, se desactiva la etapa cero y se activa

la etapa uno.

En la etapa uno, la solenoide 1 de la etapa 5 (Solenoide5_1) se desactiva y el cilindro se

mantiene en esa segunda posición hasta que se detecta de nueva cuenta al sensor magnético

7 de la etapa 4 (Sens4_mag7), lo cual indica que el cilindro 7 se encuentra retraído y la

lámina que se encontraba sobre el pallet se ha retirado. En ese momento se desactiva la

etapa uno y se da paso a la etapa dos.

En las siguientes siete etapas (etapa dos – etapa ocho) se repite la analogía de las dos etapas

anteriores, donde ocurren cambios en los permisivos de las etapas tres, cinco y siete, donde

los permisivos serán la activación del final de carrera 3 de la etapa 5 (Sens5_lim3), el final

de carrera 4 de la etapa 5 (Sens5_lim4) y el final de carrera 5 de la etapa 5 (Sens5_lim5),

respectivamente, mientras que el permisivo para las etapas dos, cuatro y seis es el mismo,

siendo la activación del sensor magnético 7 de la etapa 4 (Sens4_mag7). Una vez que la

secuencia se encuentra en la etapa ocho, la condición para que esta sea desactivada y se

active la etapa nueve, será la activación del final de carrera 6 de la etapa 5 (Sens5_lim6), lo

que indica que el pallet con los estratos completos ya se encuentra sobre la cama de rodillos

del sistema de elevación.

Cuando la etapa nueve es activada, se activa la salida a relevador 0 del PLC

(Rele_Contactor), lo que acciona el motor de la cama de rodillos del sistema de elevación

sobre la cual se encuentra el pallet con los estratos completos, al mismo tiempo se activa un

temporizador al energizado con un “preset” de 1.42 segundos, una vez que el temporizador


137

al energizado llega al “preset”, se activa la bobina “Done” (DN), con la activación de esta

bobina se desactiva la etapa nueve y se activa la etapa diez.

En la etapa diez se acciona la solenoide 2 de la etapa 5 (Solenoide5_2), la cual hace que el

cilindro 8 desplace hacia arriba el pallet sin estratos, cuando se activan simultáneamente el

final de carrera 1 de la etapa 5 (Sens5_lim1) y el sensor magnético 7 de la etapa 4

(Sens4_mag7), la etapa diez termina y en este momento es donde vuelve a comenzar la

secuencia.


programación de la subrutina etapa5 que se presentará a continuación con las figuras 4.25,

4.26, 4.27 y 4.28.

Figura 4. 25 Línea 0 del archivo de programa etapa 5


138



139



140

Figura 4. 28 Líneas 12 - 16 del archivo de programa etapa

4.2.3 Simulaciones en Automation Studio

En esta parte del capítulo se ilustrará mediante una secuencia de imágenes los resultados

que se obtuvieron mediante una simulación en Automation Studio, dichos resultados son la

consecuencia del desarrollo de programación del controlador que se presentó en el punto

4.2.2, en el cual no sólo se mostraron las imágenes de la programación en RSLogix, sino

que también se explicó a detalle cómo funciona para cada una de las etapas del proceso de


141

paletizado. En esta sección sólo se hará mención de qué representa cada imagen en cada

etapa de la simulación.

Figura 4. 29 Simulación Etapa 3 – estado inicial


142

Figura 4. 30 Simulación Etapa 3 – segundo estado


143

Figura 4. 31 Simulación Etapa 3 – tercer estado


144

Figura 4. 32 Simulación Etapa 3 – cuarto estado


145

Figura 4. 33 Simulación Etapa 3 – regreso a estado inicial



146

Figura 4. 35 Simulación Etapa 4 – primer estado



147



148



149

Figura 4. 39 Simulación Etapa 5 – primer estado


150



151

Figura 4. 41 Simulación Etapa 5 – tercer estado


152

Figura 4. 42 Simulación Etapa 5 – cuarto estado


153

Figura 4. 43 Simulación Etapa 5 – quinto estado


154


Instituto Politécnico Nacional CAPÍTULO V

155

CAPITULO V. COSTO DE LA PROPUESTA DEL PALETIZADO CONTINUO DE

ALTA VELOCIDAD

Para poder concluir el trabajo de forma favorable, es necesario tomar en cuenta los costos

de cada equipo que se necesita como son: sensores, cilindros neumáticos, bandas,

transportadores, motores trifásicos, variadores de velocidad y el PLC. Esto con la finalidad

de que la empresa evalúe que tan viable es la propuesta de automatización y en un futuro

pueda ser aplicada para aumentar la eficiencia y la calidad de su producción.

5.1 COSTOS POR ETAPAS

En la tabla 5.1 se darán a conocer los costos de todos los equipos, instrumentos, bandas,

etc. que serán necesarios para llevar acabo la propuesta, de modo que se dividirá la tabla

por etapas, que son: ETAPA 1 – EXPULSIÓN DE CAJAS EN LA BANDA FINAL,

ETAPA 2 – ROTACIÓN DE CAJAS, ETAPA 3 – BANDA TRANSPORTADORA

ESPECIAL DE POSICIONAMIENTO, ETAPA 4 – COLOCACIÓN DE ESTRATOS

SOBRE EL PALLET y ETAPA 5 – SISTEMA HIDRÁULICO DE ELEVACIÓN.

Cada una con lo que el proceso demanda para su correcto funcionamiento, la tabla estará

caracterizada con los siguientes elementos: equipo, marca, modelo, número de unidades,

precio unitario, precio total de acuerdo al número de unidades y el total todo el proceso.


156

Tabla 5. 1 Costos por etapas

Equipo Marca Modelo Precio Cantidad Total

ETAPA 1

Sensor Capacitivo Allen-

Bradley

875CP 3-Wire

DC

$250.00 1 $250.00

Sensores Magnéticos

de Posición

FESTO SMT-8M-A-NS-

24V-E-2,5-OE

$270.00 2 $540.00

Válvula monoestable

de 5/2 NC

FESTO CPE18-M1H-

5LS-1/4

$500.00 1 $500.00

Cilindro neumático

de doble efecto

FESTO DSNU-40-320-

PPV-A

$750.00 1 $750.00

ETAPA 2


de Posición

FESTO SMT-8M-A-NS-

24V-E-2,5-OE

$270.00 2 $540.00


5/2 NC

FESTO CPE18-M1H-

5LS-1/4

$500.00 1 $500.00

Motor Trifásico de

0.33 Hp

ABB M2AB71MB3G

AB072212-BSB

$1400.00 1 $1400.00

Variador de velocidad

Para motor trifásico

Allen-

Bradley

POWERFLEX 4 $2800.00 1 $2800.00

Cilindro Neumático

de doble efecto

FESTO DNC-50-100-

PPV

$700.00 1 $700.00

Banda transportadora BTYS DE ACUERDO

A LAS

$20,000.00 1 $20,000.00


157

ESPECIFICACI

ONES

ETAPA 3

Sensores

fotoeléctricos de

barrera

OMRON E3Z-T61A $1000.00 2 $2000.00


de posición

FESTO SMT-8M-A-NS-

24V-E-2,5-OE

$270.00 4 $270.00

Válvula biestable 5/3 FESTO CPE18-M1H-

5/3G-QS-8

$600.00 1 $600.00

Motor Trifásico 0.74

Hp

ABB M2BA 80MB

3GBA 082 214-

BSB

$ 1500.00 1 $1500.00



Allen-

Bradley

POWERFLEX 4 $3000.00 1 $3000.00

Cilindro neumático

sin vástago

FESTO DGC-50-620-G-

PPV-A

$1100.00 1 $1100.00

Banda Paletizadora BTYS DE ACUERDO

A LAS

ESPECIFICACI

ONES

110,000.00 1 $110,000.00


158

ETAPA 4

Sensor Fotoeléctrico

de barrera

OMRON E3Z-T61A $1000.00 1 $1000.00

Sensor Magnético de

posición

FESTO SMT-8M-A-NS-

24V-E-2,5-OE

$270.00 8 $270.00

Válvulas monoestable

5/2 NC

FESTO CPE18-M1H-

5LS-14

$500.00 3 $1500.00


5/2 NA

FESTO CPE18-M1H-

5LS-14

$500.00 1 $500.00

Motor Trifásico de 0.5

Hp

ABB M2BA-

71MB3GBA071

211-BSB

$1900.00 1 $1500.00



Allen-

Bradley

POWERFLEX 4 $3000.00 1 $3000.00

Cilindro neumático de

doble efecto

FESTO DNC-50-

100PPV

$700.00 3 $2100.00

Cilindro neumático de

doble efecto

FESTO DNG-40-PPV-A $1800.00

1 $1800.00

Transportador de

Rodillos

BTYS DE ACUERDO

A LAS

ESPECIFICACI

ONES

$44,000.00 1 $44,000.00


159

ETAPA 5

Sensores de Limite OMRON D4C-3532 $200.00 6 $1200.00

Relevador contactor OMRON D4C-5892 $300.00 1 $300.00

Sistema hidráulico de

elevación

DISSET MSA1300 $45,000.00 1 $45,000.00

Transportador de

Rodillos

BTYS DE ACUERDO

A LAS

ESPECIFICACI

ONES

$30,000.00 1 30,000.00

PLC Allen-

Bradley

MICROLOGIX

1100 1763-

L16BWA

$4800.00 1 $4800.00

Módulo de

expansión de

entradas digitales

Allen-

Bradley

1762-IQ16 $1648.00 2 $3296.00

Módulo de

expansión de salidas

digitales

Allen-

Bradley

1762-OW16 $1720.00 1 $1720.00

COSTO TOTAL $ 288336.00

De acuerdo a la tabla 5.1 encontramos un total de $ 288,336.00 pesos mexicanos, todo se

maneja en moneda nacional, ya que las empresas que se contactaron cuentan con sucursales


160

y/o distribuidores dentro de la zona metropolitana lo que hace más fácil que se adquieran

los equipos.

5.2 COSTOS DE INVESTIGACIÓN E INGENIERÍA

Examinando la cuestión de investigación e ingeniería, no se puede desglosar de manera

detallada el costo de cada actividad que realizamos para su desarrollo, ya que esto está

ligado al desarrollo de la propuesta ya como un proyecto físico, de modo que se puede dar

un aproximado del trabajo realizado y horas que se invirtieron para llevar a cabo la

investigación, desarrollo y diseño de la propuesta de paletizado continuo de alta velocidad,

así tomando como criterio profesional proponemos cobrar por honorarios por horas hábiles

dedicadas a la investigación, la siguiente tabla muestra de manera clara la idea anterior.

Tabla 5. 2 Análisis por Honorarios

Costo de investigación e ingeniería

Costo por hora de

investigación

Costo por

investigación 8

horas por día

Costo de

investigación por

mes

Costo de

investigación del

proyecto

$ 400.00 $ 3 200.00 $ 64 000.00 $ 640 000.00

Se consideran 20 días hábiles para obtener el costo por mes.

El proyecto se realizó en un lapso de 10 meses

De este modo podemos ahora si hablar del costo total de la propuesta juntando el costo de

los equipo con el costo de investigación que nos dará un total de: $ 928 336.00 pesos

mexicanos, con esto podemos concluir dentro del análisis económico que el costo por la

implementación de la propuesta es viable ya que es un solución de innovación nacional,

con esto se cubre la intervención de empresas extranjeras lo que no genera costos extras y

un retraso por el manejo de información al extranjero.

Instituto Politécnico Nacional RESULTADOS Y CONCLUSIONES

161

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Como resultado del desarrollo de la propuesta de automatización del proceso de paletizado

continuo de alta velocidad para la mediana empresa productora de galletas, se consiguió lo

siguiente:

Se logró integrar de manera eficiente la línea de producción con el proceso de

paletizado continuo de alta velocidad, ya que este ultimo es capaz de hacer 8 pallets

por hora, lo cual representa que la empresa ocupe el 100% de su capacidad de

producción, sin que se genere mas el cuello de botella en la banda final de proceso.

Debido a la correcta integración de los procesos, la empresa incrementaría su

productividad, ya que por hora se generarían 4 pallets más de los que se hacen con

el proceso de paletizado manual, haciendo la empresa más eficiente, es decir, que

utilice de manera óptima los recursos disponibles para la obtención de los resultados

deseados.

Se logra mejorar la calidad del proceso de paletizado, ya que los estratos generados

con el sistema de paletizado continuo de alta velocidad son uniformes y ordenados,

lo que facilita también el proceso de embalado para los trabajadores que

desempeñan esta actividad.

Al mejorar la calidad del proceso de paletizado, se tienen menos pérdidas para la

empresa, ya que los productos provenientes del área de producción, no sufren

caídas, ni maltrato alguno a través del paletizado automático.

Debido a las dimensiones del producto terminado que se desarrolla actualmente en la

empresa, no fue necesario utilizar la etapa 2 del sistema propuesto, ya que en el único

Instituto Politécnico Nacional RESULTADOS Y CONCLUSIONES

162

diseño posible de estrato caben 16 cajas de producto sin necesidad de rotación, pero por

petición de la empresa se desarrolló esta etapa para hacer flexible el sistema, ya que en un

futuro se pretende sacar al mercado presentaciones de producto con dimensiones diferentes

la presentación actual y única que manejan.

Con base a todo el desarrollo de la propuesta y al sondeo que se realizó en el capítulo II,

podemos decir que la calidad del producto será “buena”, sin embargo el tener un sistema de

paletizado no garantiza que la calidad se mantenga, por lo que se propone como trabajo a

futuro desarrollar por parte de la empresa, un sistema de calidad de producción, donde se

vean involucrados todos los trabajadores que se encuentran en el área de paletizado, es

necesario y de suma importancia que se realice este sistema de calidad de producción, ya

que la empresa no cuenta con datos, gráficas, estadísticas, reportes, etc. dentro del área lo

que puede provocar una disminución en la calidad del producto y la calidad de vida del

operador aun teniendo el sistema de paletizado continuo de alta velocidad.

Dentro de la elaboración de la propuesta se generó un sistema de seguridad básico, lo

definimos básico ya que solo evita que los trabajadores tengan contacto directo con bandas,

sistemas neumáticos, motores eléctricos y manipular las cajas dentro del proceso afectando

su posición, de modo que también se propone como trabajo a futuro desarrollar un sistema

de seguridad completo, que incluya todos los equipos, dispositivos, conexiones,

señalamientos, etc. necesarios, para lograr la mayor eficiencia de producción.

Retomando los resultados que se lograron, se puede concluir que la empresa crecerá en su

producción, calidad, desarrollo y crecimiento.

Instituto Politécnico Nacional BIBLIOGRAFÍA

163

BIBLIOGRAFÍA

[1]¿Es ahora el momento de considerar un paletizador robotizado?

Escrito por Premier Tech Chronos.

Artículo que se puede consultar en la liga:

www.premiertechieg.com/media/718386/white_paper_palletizing_es.pdf

[2] Seguridad en mi trabajo: Manual de Prevención de Riesgos Laborales,

Manipulación manual de cargas.

Escrito por Fraternidad – Muprespa.

El cual se puede consultar en la liga:

http://www.fraternidad.com/descargas/previene/manuales/PR-MAN-13-0-

MANIPULACI%C3%93N%20MANUAL%20DE%20CARGAS.pdf

[3] Paletización y formación del estrato.

Escrito por Ocme.

Catalogo que se puede consultar en la liga:

http://www.ocme.it/adm/Media/gallery/paletizadores_es.pdf

[4] Diseño de maquinaria industrial.

Escrito por V, S, Shubin y C, Pedre., Cuba: Puebla y Educación, 1997.

http://www.premiertechieg.com/media/718386/white_paper_palletizing_es.pdf

http://www.fraternidad.com/descargas/previene/manuales/PR-MAN-13-0-MANIPULACI%C3%93N%20MANUAL%20DE%20CARGAS.pdf

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http://www.ocme.it/adm/Media/gallery/paletizadores_es.pdf


164

[5] La locura de la automatización.

Escrito por David F. Noble, Alikornio Ediciones, Barcelona (España), Octubre

2001.

[6] Robótica industrial: Tecnología, programación y aplicaciones.

Escrito por Mikell P. Groove, McGraw-Hill, 1990.

[7] Autómatas programables.

Escrito por Josep Balcells, José Luis Romeral, Barcelona (España), Marcombo,

1997.

[8] Información obtenida de páginas de fabricantes

Este información s epuede consultar en:

http://ab.rockwellautomation.com/Programmable-Controllers, 2012

http://products.schneider-electric.us/products-services/products/automation-

products/, 2012

[9] Neumática.

Escrito por Antonio Serrano Nicolás, 5ta. Edición, Paraninfo, 1996.

[10] Automatización de procesos industriales.

Escrito por Emilio García Moreno, CFP-CERES-Universidad Politécnica de

Valencia, España, 1999.

[11] Neumática e Hidráulica.

Escrito por Antonio Creus Solé, 2da. Edición, Marcombo, 2010.

http://ab.rockwellautomation.com/Programmable-Controllers

http://products.schneider-electric.us/products-services/products/automation-products/

http://products.schneider-electric.us/products-services/products/automation-products/


165

[12] Robots and manufacturing automation.

Escrito por C. Ray Asfahl, Universidad de Michigan, Wiley, 1992.

[13] Mecatrónica.

Escrito por Sabri Cetinkunt, Ediciones Larousse Sa. de Cv., 2007.

[14] Conceptos básicos sobre el uso de los motores de inducción trifásicos

Escrito por Rockwell Automation


http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/icg-

wp000_-es-p.pdf

[15] Variadores de velocidad, arrancadores electrónicos y motores

Escrito por Schneider Electric


http://www.schneider-

electric.com.ar/documents/recursos/myce/capitulo04_1907.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/icg-wp000_-es-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/icg-wp000_-es-p.pdf

http://www.schneider-electric.com.ar/documents/recursos/myce/capitulo04_1907.pdf

http://www.schneider-electric.com.ar/documents/recursos/myce/capitulo04_1907.pdf

Instituto Politécnico Nacional GLOSARIO

166

GLOSARIO DE TÉRMINOS

ACTUADOR: Un actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es

proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que

provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión

hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen

de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”.

AGUAS ARRIBA: 'aguas arriba' y 'aguas abajo' es una expresión de la industria para

referirse a productos y procesos al comienzo del proceso industrial y al final del mismo. O

bien al proceso/producto justo anterior y justo posterior al que en ese momento se trate.

Con un ejemplo: Si un proceso industrial tuviera los pasos/procesos 1-2-3-4-5-6, el 1 sería

aguas arriba y el 6 abajo. Pero si estuviésemos en el paso 4, también podría ser

aguas arriba el 3 y abajo el 5.

APTITUDES: Cualidades de algo o alguien de ser hábil o adecuado a un fin.

COMPETITIVIDAD: Entendemos por competitividad a la capacidad de una organización

pública o privada, lucrativa o no, de mantener sistemáticamente ventajas comparativas que

le permitan alcanzar, sostener y mejorar una determinada posición en el entorno

socioeconómico.

CONSONANCIA: Relación de acuerdo o de correspondencia entre varias personas o cosas.

CUELLO DE BOTELLA: En ingeniería, un cuello de botella es un fenómeno en donde el

rendimiento o capacidad de un sistema completo es severamente limitado por un único

componente. El componente es generalmente llamado punto del cuello de botella. El


167

término es una derivación metafórica que hace referencia al cuello de una botella, donde la

velocidad del flujo de un líquido es limitado por este cuello angosto.

DESGASTE: En ciencia de materiales, el desgaste es la erosión de material sufrida por una

superficie sólida por acción de otra superficie. Está relacionado con las interacciones entre

superficies y más específicamente con la eliminación de material de una superficie como

resultado de una acción mecánica

DISTENSIÓN: Es el cambio en el tamaño o forma de un tejido u órgano tras aplicar una

tensión externa.

EFICAZ: Que logra hacer efectivo un intento o propósito.

EMBALADO: Colocar convenientemente dentro de cajas, cubiertas o cualquier otro

envoltorio los objetos que han de transportarse.

ENCODER: Un encoder es un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición

angular de un eje a un código digital, lo que lo convierte en una clase de transductor.

ERGONOMÍA: La ergonomía es la disciplina tecnológica que trata del diseño de lugares

de trabajo, herramientas y tareas que coinciden con las características fisiológicas,

anatómicas, psicológicas sistema (humano-máquina-ambiente), para lo cual elabora

métodos de estudio de la persona, de la técnica y de la organización.

FARDOS: Paquetes o bultos grandes muy apretados.

FUNCIONALIDAD: Conjunto de características que hacen que algo sea práctico y

utilitario.


168

IMPONDERABLE: Que no puede pesarse o medirse.

LOTE: La producción por lotes o producción discontinua es una técnica, o forma de

fabricación que crea un componente determinado antes de continuar con el siguiente paso

en el proceso de producción.

MECANIZADO: El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto

de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por

arranque de viruta o por abrasión.

OPTIMIZAR: La optimización es la búsqueda y el hecho de mejorar el rendimiento de un

sistema operativo, programa o dispositivo.

PALLET: Un pallet, es una estructura de agrupación de carga, fabricada generalmente con

madera. La funcionalidad del pallet, es el transportar carga.

PLANTA: Se llama planta de proceso al lugar en el que se desarrollan diversas operaciones

industriales, entre ellas operaciones unitarias, con el fin de transformar, adecuar o tratar

alguna materia prima en particular a fin de obtener productos de mayor valor agregado.

PRODUCTIVIDAD: La productividad es la relación entre la cantidad de productos

obtenida por un sistema productivo y los recursos utilizados para obtener dicha producción.

RENDIMIENTO: La idea rendimiento refiere a la proporción que surge entre los medios

empleados para obtener algo y el resultado que se consigue. El beneficio o el provecho que

brinda algo o alguien también se conoce como rendimiento.

RIESGO: El riesgo es la probabilidad de que una amenaza se convierta en un desastre.


169

SOPESAR: Examinar con atención las ventajas e inconvenientes de un asunto.

TRANSDUCTOR: Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un

determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida, de valores de energía

muy pequeños en términos relativos con los de un generador.

Instituto Politécnico Nacional ANEXOS

170

ANEXO A

Dimensiones de la

propuesta


171

FIGURA A: ETAPA 2 – BANDA ROTACIÓN DE CAJAS


172

FIGURA B: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA


173

FIGURA C: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA


174

FIGURA D: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA


175

FIGURA E: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA


176

FIGURA F: ETAPA 3 – BANDA POSICIONADORA


177

FIGURA G: ETAPA 3 – ESLABON


178

FIGURA H: ETAPA 3 – CORREDERA


179

FIGURA I: ETAPA 4 – CAMA DE RODILLOS


180

FIGURA J: ETAPA 4 – CAMA DE RODILLOS


181

FIGURA K: ETAPA 4 – BARRERA NEUMÁTICA


182

FIGURA L: ETAPA 4 – ACOMODO DEL ESTRATO


183

FIGURA M: ETAPA 4 – SOPORTE


184

FIGURA N: ETAPA 4 – PLACA PARA EL ACOMODO DEL ESTRATO


185

FIGURA O: ETAPA 4 – LÁMINA METÁLICA


186

FIGURA P: ETAPA 4 – MESA DE RETIRO DE PLACA

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