Post on 08-Oct-2015
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ContenidoNombre:2Descripcin2Objetivo:5Antecedentes de proyectos similares:5Duracin y fase de las tareas previstas (diagrama de Gantt):5Metodologia8Inversin estimada:9Avances del prototipo11
Nombre:Embotelladora de lquidos semi-automatizada.Descripcin:El proyecto tiene la finalidad de contribuir a una de las mayores necesidades de las pequeas microempresas dedicadas al embotellamiento de lquidos (agua, jugos, detergentes, etc.). La idea de este proyecto es elaborar el prototipo de una mquina de llenado y tapado de botellas (pet), con la finalidad de aumentar la productividad de dichas microempresas; ya que por lo regular estas utilizan un mtodo muy rstico para llevar a cabo este proceso, que se ve reflejado en mayor tiempo y esfuerzo empleados al momento de realizar el trabajo (llenado y tapado), un ejemplo de ello es la embotelladora de la Universidad Autnoma de Sinaloa, cuyo proceso de produccin es totalmente manual. La embotelladora mejorar la productividad de la empresa garantizando la calidad en el proceso y aumentando la higiene. En la fabricacin del prototipo se utilizaran herramientas y conocimientos adquiridos durante el semestre en curso, incluyendo componentes, electrnicos de potencia y de control, dispositivos neumticos, logstica y manufactura. Para la realizacin del prototipo lo primero que se tom en cuenta fue la identificacin del proceso, para estar totalmente seguros de cul ser el funcionamiento que tendr nuestra mquina.El prototipo consta de una banda transportadora, un sistema de llenado y un sistema de tapado, el sistema sigue el siguiente esquema:
El operario coloca la botella en la posicin inicial, es transportada a travs de una banda al sistema de llenado, una vez llena se dirige al sistema de tapado, en el transcurso un segundo operario posiciona la tapa, de modo que cuando la botella llega al rea de tapado ya lleva colocada la tapa y esta solo es enroscada en el sistema de tapado.
Una vez conocido el proceso se realiz una investigacin acerca de los sistemas ya existentes que tienen la misma finalidad, se investigaron prototipos, mquinas de alta, media y baja productividad, a fin de encontrar el diseo ptimo para el prototipo que buscamos realizar. Lo primordial fue el sistema mecnico ya que una vez realizndolo la automatizacin sera ms fcil.Se realizaron los primeros diseos del sistema mecnico y se identific el material, herramientas y dispositivos necesarios para la realizacin del mismo; en la siguiente imagen se puede apreciar el primer diseo realizado.
A medida que se fue trabajando en el diseo mecnico, se encontraron mejores opciones de diseo, que permitiran que el sistema fuese ms verstil, y de fcil ensamblaje, dando un pequeo cambio en el sistema mecnico quedando de la siguiente manera:
En resumen el sistema mecnico consta de una base de 1.5 m de longitud y 0.4 m de ancho, con una banda transportadora al centro, la estructura del sistema de llenado es robusta, pero manejable, mientras que la del sistema de tapado es un poco ms verstil.
Despus del sistema mecnico se continu con el sistema neumtico, nuestro prototipo cuenta con 4 cilindros de doble efecto y un desarmador neumtico, la presin de trabajo mxima de todos ellos oscilas entre los 80 psi y 250 psi. En la imagen siguiente se observa el diagrama neumtico.
Una vez terminada la parte mecnica y neumtica lo siguiente fue la parte, elctrica, electrnica y de control.El sistema es controlado por un Controlador Lgico Programable (PLC por sus siglas en ingles), se encarga de controlar todos los dispositivos que intervienen en el proceso, que estarn conectados a sus entradas o a sus salidas.El sistema neumtico requiere de 2 electrovlvulas de doble bobina, la banda necesita un motor y el sistema de llenado utiliza una bombaPara la activacin del sistema (entradas) se utilizan sensores fotoelctricos de alcance regulable, que funcionan con corriente directa, por lo que se requiere de un circuito especial para le acople de estos con el PLC.
Objetivo:Desarrollar el prototipo de una mquina semi-automatizada capaz de llenar y tapar botellas de pet.Antecedentes de proyectos similares:Actualmente ya existen proyectos similares a este, incluso con la capacidad de llenar tres botellas o ms, en nuestro caso solo llenaremos una botella por cuestiones de tiempo y recursos. En el caso del tapado se encontr informacin acerca de dos sistemas el primero y el que emplearemos nosotros es lineal y el tapado se realiza por medio de una taponadora neumtica cuando la botella an est en la banda; el otro proceso es circular, es decir utiliza un motor a pasos para posicionar la botella en un carrusel sacando la botella de la banda permitiendo un embotellamiento el cual no afecta el proceso y despus regresa la botella a la banda.Duracin y fase de las tareas previstas (diagrama de Gantt):Ayudados del software OpenProj, se realiz un calendario donde se indic la duracin de cada tarea y cada fase del proceso, ah mismo se registra el avance que se ha tenido en cada una de las fases y tareas del proyecto. Al mismo tiempo se genera un diagrama de Gantt donde se puede observar de modo grafico la realizacin de cada una de las actividades, as como el responsable de cada una de ellas.
MetodologaLa metodologa aplicada en la elaboracin del proyecto puede calificarse como cuantitativa experimental ya que se refiere a elementos tangibles y que pueden ser medidos, para comprobar los resultados una vez se haya terminado el proyecto comparando con producciones investigadas anteriormente.El mtodo que se sigui para la realizacin del prototipo fue la siguiente:1. Investigacin 2. Planeacin3. Diseo4. Realizacin5. Mejoras6. Funcionamiento esperado
Inversin estimada:Se estima que se realizar un gasto de $15,000.00, en la siguiente tabla se registran los gastos realizados hasta el momento:Cant.MaterialPrecio UnitarioTotalEdo.
4Chumaceras75.00300,00s
1Banda350.00350,00s
1Lamina300.00300,00s
4PTR90.00360,00s
2Solera19.0038,00s
1Soldadura45.0045,00s
2cilindro neumtico 1-1/16594.761.189,52s
1cilindro neumtico 1-1/4695.00695,00s
1cilindro neumtico grande880.00880,00s
1Desarmador Neumtico1,350.001.350,00s
1Chuck500.00500,00s
10Modelo del envase1.7017,00s
4Tuercas 3/80.803,20s
tuercas y guasas variadasvariado18s
1Vlvula800.00800,00s
1Bomba300.00300,00s
3Mangueras para el llenado6.8120,43s
2electrovlvulas603.501.207,00s
1PLC1,950.001.950,00s
6Cable calibre 18"8.0048,00s
2Sensores fotoelctricos130.00260,00s
conexiones neumticas varias1,493.000,00s
1Compresor0.000,00s
2Botones33.0066,00s
1Deposito0.000,00s
1caja metlica210.00210,00s
1Tubo60.8360,83s
4Tornillos maquina2.399,56s
4rondanas de presin0.401,60s
4Tuercas 1/21.084,32s
5reguladores codo128.00640,00s
2relevadores 5V17.0034,00s
1manguera poliuretano38.2838,28s
4tornillos 1/28.0032,00s
1Puente rectificador de diodos28.0028,00s
1Porta fusible5.005,00s
1fusible2.002,00s
4capacitores cermicos3.0012,00s
1transistor13.0013,00s
1cautn125.00125,00s
2Pintura120.00240,00s
1thinner28.0028,00s
4abrazaderas2.8211,28s
Total12.192,02
Cruz Navarrete, C. W. (2010). Diseo e implementacin de una mquina flexible para envasado de lquido. Ecuador.
Avances del prototipo
A. Descripcin del Proceso:El proceso inicia cuando el operador presiona el botn de arranque (verde), encendiendo la mquina y arrancando la banda, se coloca una botella manualmente sobre la banda transportadora que es la encargada de llevarla a la etapa de llenado, en esta etapa la botella es detectada por un sensor el cual manda una seal al PLC, ste controla una electrovlvula que activa dos pistones simultneamente los cuales tienen la funcin de detener la botella y de bajar el mecanismo de llenado, dos segundos despus se activa una bomba que se encarga de suministrar el lquido, despus de unos segundos esta es apagada y los pistones son desactivados, para dejar pasar la botella a la siguiente etapa.Poco antes de llegar a la etapa de tapado el operador coloca manualmente la tapa sobre la botella. Al momento de llegar a esta etapa la botella es detectada por otro sensor que manda una seal al PLC el cual controla una segunda electrovlvula provocando la activacin dos pistones encargados de detener la botella y el otro de bajar el desarmador neumtico el cual se encarga de enroscar la tapa y unos segundos despus son desactivados para volver a su estado inicial finalizando el proceso.En el siguiente diagrama se muestra la simbologa del sistema que representa a nuestro proceso usando la simbologa ISA.
Se pueden identificar diferentes instrumentos, actuadores y pre-accionadores en el sistema, en la siguiente tabla se identifica cada uno de ellos:InstrumentosPreaccionadoresActuadores
ZIElectrovlvulaCilindros neumticos
PTMotor Neumtico
PLCMotor elctrico
Bomba
ZI representa los sensores (indicadores de Presin) PT representa el compresor (Transmisor de Presin) PLC es el instrumento de control 2 electrovlvulas 4 cilindros neumticos 1 motor neumtico Un motor elctrico Una bomba
B. Tabla de variablesEntradasSalidasDescripcin
I1Interruptor de marcha
I2Interruptor de paro
S1Sensor de deteccin 1
S2Sensor de deteccin 2
QAPrimera bobina de la electrovlvula del sistema de llenado
Q9Segunda bobina de la electrovlvula del sistema de llenado
Q8Primera bobina de la electrovlvula del sistema de tapado
Q7segunda bobina de la electrovlvula del sistema de tapado
Q6Bomba
Q5Motor
C. Condiciones:
1. El motor (Q5) se pone en marcha cuando el interruptor (I1) es accionado.2. La primera bobina de la electrovlvula del sistema de llenado (QA) accionara la salida de los pistones del sistema al activarse el sensor (S1) siempre y cuando el motor (Q5) se encuentre activado.3. La bomba (Q6) se activar 2 segundos despus de haberse extendido el vstago de los pistones y permanecer encendida durante 5s para el llenado de la botella.4. 2 segundos despus de apagarse la bomba (Q6), se activar la segunda bobina de la electrovlvula de llenado (Q9) retrayndose el vstago de los pistones.5. La primera bobina de la electrovlvula del sistema de tapado (Q8) accionara la salida de los pistones del sistema al activarse es sensor (S2) siempre y cuando el motor (Q5) se encuentre activado.6. Al tocar la botella se activa el desarmador neumtico (independiente del PLC)7. 2 segundos despus se activa la segunda bobina de la electrovlvula del sistema de tapado, contrayendo el vstago de los pistones.8. Ambos sistemas pueden funcionar simultneamente.
D. Tablas de verdad
I. II. Motor de la banda (Q5)CondicionesSalida
I1I2Q5
000
010
100
111
III. Bomba (Q6)CondicionesSalida
Q5QAS1Q6
0000
0010
0100
0110
1000
1010
1100
1111
IV. V. Primera bobina de la electrovlvula del sistema de llenado (QA)CondicionesSalida
Q5Q9S1QA
0100
0110
0000
0010
1100
1110
1000
1011
VI. Segunda bobina de la electrovlvula del sistema de llenado (Q9)CondicionesSalida
Q5QAS1Q9
0100
0110
0000
0010
1100
1110
1000
1011
VII. Primera bobina de la electrovlvula del sistema de tapado (Q8) de tapado (Q8)CondicionesSalida
Q5Q7S2Q8
0100
0110
0000
0010
1100
1110
1000
1011
VIII. Segunda bobina de la electrovlvula del sistema de tapado (Q7)CondicionesSalida
Q5Q8S2Q7
0100
0110
0000
0010
1100
1110
1000
1011
E. Programa
1. Paro y arranque
2. Sistema de llenado
3. Sistema de tapado
F. Cableado sistema de control
G. Evidencias