ITCA Fepade

Ingeniería en Mecatrónica

Materia: Ingeniería de Circuitos

Docente: Ing. Ever Sigfredo

Tema: Maquina selladora de colchones

Alumnos:

Josué Alberto Pérez Zavala

Rene David Romero Vásquez

Roberto Alexander Palma Ortiz

Leonel Eduardo López Guevara

Anner Obed Chávez Rodríguez

Fecha: 24.04.2015

MAQUINA SELLADORA

DE COLCHONETAS

Antecedentes:

En la empresa Espumar S.A de C.V. se realizan desde ya largo tiempo empaques en plástico para colchonetas de diversas medidas, dichos empaques han sido elaborados a mano desde siempre, por 1 o 2 operadores, esto dependiendo del tamaño de la colchoneta; el proceso de empacado con plástico dura al menos 8 min por colchoneta, y la demanda de estos requiere no menos de 60 colchonetas empacadas diariamente para la empresa. Tomando en cuenta que la jornada de trabajo en esta empresa es de 8 horas, se entiende que cada día se entrega la cantidad mínima de colchonetas para mantener las ventas estándar; ahora bien sabiendo los diferentes percances que suelen ocurrir día a día en el área laboral, como cuando se agota el plástico (hay que refilar), se debe esperar que las planchas térmicas que sellan el plástico calienten lo suficiente cada vez que se desconectan y cuando se vuelven a conectar (en el caso de los recesos), utilizar más de la medida de plástico que se necesita debido al cálculo visual (el plástico tiende por acabarse tiempo antes del previsto), etc.

A pesar de estos inconvenientes el o los operarios realizan su esfuerzo máximo para obtener día a día la cuota de colchonetas selladas que se requiere, aun cuando esto implique perdida innecesaria de plástico, uso excesivo de las planchas térmicas al no desconectarlas y por consiguiente gasto de electricidad, que después repercuten sobre la misma empresa y en lugar de convertirse en ganancia resultan ser pérdidas para la misma.

Definición del problema:

Al inicio del presente año en la empresa comenzó a laborar un nuevo Gerente de producción, este tiene como fin mejorar las ganancias de los siguientes 2 años, por lo mismo toma la decisión de reunirse con el personal y verificar los procesos de cada uno de los productos. Estando en el departamento de empaquetado durante uno de los recesos, se topa con el proceso de sellado de colchones, y observa:

- Plástico desperdiciado.- Las planchas siempre conectadas.- Un desorden de colchonetas sin empacar.

Entonces decide quedarse a observar luego del receso como es el proceso que se realiza para empaquetar. Y se da cuenta que debido a que hay mucha demanda de este producto no se considera la pérdida que hay en otros aspectos, además el sellado tiene un acabado con poca o sin nada de estética.

Entonces el gerente de producción toma la decisión de denunciar esta situación, especificando que:

El problema principal es la demanda del producto, debido a que apenas se puede cumplir con el mínimo de producción diario. Por lo que se necesita acelerar la producción de tal manera que esta también mejore el sellado y utilice el plástico suficiente pero sin desperdiciar en exceso.

Objetivos:

General

Automatizar un proceso obsoleto de producción de sellado de colchones para ahorrar tiempo, materia prima y así lograr cubrir la demanda establecida y generar mayores ingresos económicos.

Específico

Sustituir el proceso de sellado de colchones manual por un proceso semiautomático para acelerar la producción.

Proporcionar mejor estética al sellado de colchones para que aumenten sus ventar en base a la calidad.

Justificación:

La razón principal por la que se decidió realizar este proyecto para obtener beneficios en muchos aspectos, como:

Ahorro de plástico que es utilizado como materia prima en el empaquetado de colchones ya que al hacerlo manualmente no se tiene una medida exacta o un instrumento que ayude a calcular y así evitar desperdiciar plástico y con la maquina se facilitara ya que tendrá lugares precisos de corte donde se utilizara solo la cantidad necesaria.

disminución en el consumo de energía eléctrica utilizando resistencias que calientan en poco tiempo solo el tiempo necesario para realizar el sellado, evitando que la plancha de sellado pase las 8 horas laborales energizada.

reducir el desorden, como se harán cortes precisos de plástico, no habrá plástico tirado, lo cual dará mayor orden al área de trabajo y mayor seguridad industrial.

aumentar la producción de empacado como mínimo en un 33.33% aproximadamente, ya que se produce como mínimo 1 sellado cada 6 minutos con la maquina podremos producir 10 sellados por hora, 2.5 sellados más por hora que lo normal en total 33.33% y con practica se puede aumentar más la producción.

mejorar la estética del acabado y así lograr hacer crecer los ingresos, al darle una mejor presentación al producto se puede hacer el estudio para aumentar un poco los costos y así aumentar los ingresos económicos.

INDICE

RESUMEN 3

Antecedentes 3

Definición del problema 4

Hipótesis………………………………………….………………………………………….5

Objetivos…………………………………………………………………………………….6

Justificación………………………………………………………………….……………..7

INDICE 8

INTRODUCCIÓN9

MARCO TEÓRICO 10

Descripción del Proceso…………….……………………………………..…11-12

Diagramas de Secuencia………………………….………………………..…13-14

Circuitos Eléctricos………………..…….………………………………………15-16

Circuito de fuerza………………………………………………………………….….17

CONCLUSIÓN……………………………………………………………………………….18

ANEXOS……………………………………………………………………………………….19

Introducción

El contenido del presente trabajo contiene información acerca del ante

proyecto propuesto en la clase de ingeniería de circuitos el cual se titula

¨Maquina Selladora de Colchonetas”. En este se dan detalles del proceso a

mejorar, como surge la idea, como mejorarlo, ventajas de llevarlo a cabo,

materiales a utilizar, entre otros factores muy importantes. Además se brinda

información de los diferentes diagramas necesarios para la maquina como:

Diagramas eléctricos, Diagrama de fuerza y Diagramas secuenciales del

proceso.

Descripción del proceso:

El proyecto está pensado para mejorar en muchos aspectos, la maquina se diseñara de una forma estética y sencilla, para evitar gastos innecesarios y se logre obtener el mejor resultado.

Descripción del Funcionamiento por etapas:

Etapa Neumática

La máquina selladora de colchones consiste en una mesa de formica con base y armazón de tubo estructural, la cual cuenta con 4 cilindros neumáticos, estos se dividen 2 a cada extremo y son los que se encargan de hacerle presión al plástico al momento de sellar, estos cilindros están distribuidos uniformemente para que el sellado sea estético, cada pareja de cilindros sostiene una barra de metal con una goma especial térmica, que es la que hace el contacto directo con el plástico sobre la resistencia.

Etapa Eléctrica

En los extremos de donde se coloca el colchón o la colchoneta situados bajo la barra que sostienen los cilindros, se encuentran las resistencias que se encargan del sellado, se calientan mediante una conexión especial en un transformador. Además, se puede regular el tiempo de trabajo de estas mediante un circuito timer instalado en el tablero de control.

Etapa Mecánica

La parte posterior de la maquina es movible porque esta se utiliza para sellar diferentes medidas de colchones, por lo tanto dicha sección se puede ajustar con tan solo presionar un botón que activa un motor el cual por medio de un juego de engranes, desliza la parte posterior con los 2 cilindros y la resistencia hacia la medida que se necesita para el sellado.

Descripción del Funcionamiento de la maquina durante proceso:

Al momento de trabajar, lo primero que se debe hacer es energizar la maquina mediante el tablero de control, en esa sección está ubicado el accionamiento eléctrico.

Luego se procede a configurar la máquina para la medida de colchones a sellar esto se realiza con un switch que se encuentra en el tablero de control y que nos permite posicionar la parte trasera o posterior de la maquina en la medida que necesitemos de las 3 existentes, esto es mover la parte posterior hacia adelante o hacia atrás dependiendo de la necesidad. De la misma manera en el tablero de control también configuramos el tiempo durante en el cual las resistencia se energizaran para sellar el plástico, entonces procedemos a darle un valor entre 5 y 10 segundos.

El siguiente paso es cerciorarnos de que el plástico este posicionado, para esto montamos una bobina de plástico en el soporte de la parte posterior de la máquina, y procedemos a halar este plástico hacia el otro extremo y lo colocamos extendido sobre los soportes de plástico.

Ahora tomamos el colcho o colchoneta y lo colocamos dentro del plástico sobre la mesa, es decir introducimos el colchón por medio de la parte de enfrente cerca de los soportes de plástico, y debemos percatarnos de que el colchón este colocado correctamente dentro del plástico.

En este momento cuando ya estamos seguros de poder sellar el colchón, presionamos el botón de seguridad que se encuentra en el extremo derecho con la mano derecha, el cual energiza el accionamiento electro neumático en el extremo izquierdo, presionamos el interruptor con nuestra mano izquierda y los cilindros comienzan a bajar los cuales presionan el plástico sobre la resistencia; cuando los cilindros están extendidos las resistencias son energizadas durante el tiempo establecido y luego se desconectan y los pistones se retraen. Cuando los pistones retornan a su posición inicial ya podemos retirar el colchón sellado para luego transportarlo a la bodega de producto terminado.

Diagrama Secuencial

A Que la maquina se energice C1 Presionar pulsador de seguridadB Verificar medidas adecuadas Ac Accionar electroválvulasC Tiempo configurado F1 Accionar juego de sensores 1D Materia prima colocada T1 Tiempo de desconexión (timer)E Colchoneta posicionada F2 Accionar juego se sensores 2

Diagrama Secuencia de Accionamiento Neumático

S1 Accionador de Sellado 2S2 Sensor óptico 4 piston 21S1 Sensor óptico 1 piston 1 3S2 Sensor óptico 6 piston 32S1 Sensor óptico 3 piston 2 4S2 Sensor óptico 8 piston 43S1 Sensor óptico 5 piston 3 1V1 Electro válvula 14S1 Sensor óptico 7 piston 4 2V1 Electro válvula 21S2 Sensor óptico 2 piston 1 T1 Timer de la Resistencia

Diagramas (Control de motor)

QM Breaker KM Contactor X Líneas de tención eléctrica Q5 Indicador (Over Load)S Pulsadores 5S Sensores electromagnéticos Q1 Indicador de medida (Grande)FR Over Load Q3 Indicador de medida (Pequeño) Q2 Indicador de medida (Mediano)

Diagramas (Electro Neumático)

S1 Stop General #S# Sensores ópticos T1 Timer #M# Solenoide #A# Actuador NeumáticoS2 Marcha K Relés K13 Relé para resistencia #Z Compresor #V# Válvulas

Etapa 1

(Energizar)

Agresión: NingunaProtección: Ninguna

Etapa 2

(Configuraci

ón)

Agresión: Atrapante; esto debido a que en esta etapa, se utiliza un motor con un juego de engranes para ajustar la medida.Protección: Colocar rejiilla metalica, para aislar el peligro.

Etapa 3

(Refilado)

Agresión: Prensante; esto debido a que sin querer pueden accionar los sensores que activan los pistones.Protección: Realizar en la conexion de los sensores y los pulsadores un sistema de seguridad que necesite mas de una condicion para accionarse.

Etapa 4

(colchon)

Agresión: Prensante; esto debido a que sin querer pueden accionar los sensores que activan los pistones.Protección: Realizar en la conexion de los sensores y los pulsadores un sistema de seguridad que necesite mas de una condicion para accionarse.

Etapa 5

(Sellado)

Agresión: Prensante y Lacerante, debido a que al momento de accionar la etapa neumatica pueden tener una mano al alcance de los pistones o las resistencias.Protección: Se realiza una conexion especial en la activacion para que ambas manos del operario sean necesarias al momento de sellar.

Etapa 6

(Retirar)

Agresión: NingunaProtección: Ninuguna

ANEXOS

Diagramas de funcionamiento

Etapa, Agresión y tipo de protección

Hojas técnicas de sensores a utilizar

Sensor Óptico

Product Information for Cutler Hammer, Div of Eaton Corp E53KAL18T111

Cutler Hammer, Div of Eaton CorpCapacitive Proximity Sensors, E53 SeriesItem# E53KAL18T111 - PROX, CAP, 18mm, 8mm RANGE, DC, 3-W N/O PNP OUTPUT, SHIELDED, 10-35VDC 2M CABLE CONNECTIONE53 Series Information

8~30 mm Sensing Range 2 or 3 Wire 20~250 VAC or 10~30 VDC NPN or PNP Output Shielded or Unshielded Sensing

Cutler-Hammer's Threaded Body capacitive proximity sensors are ideally suited for the detection of liquids, powders, or other metallic or non-metallic targets. 18 and 30mm models are available, all featuring a plastic, corrosion resistant body, output indicator LED, and sensitivity adjustment.

Available with 2-Meter Cable or 4-pin Micro Connector NEMA 1, 2, 3, 3S, 4, 12, and 13; IP65 Enclosure Rating Specifications for Cutler Hammer, Div of Eaton Corp E53KAL18T111

Item Number: E53KAL18T111Brand: Cutler Hammer, Div of Eaton CorpItem Category: SensorsSubcategory: Capacitive ProximitySeries: E53  Diameter: 18 MilliMeters  Sensing Range: 8 MilliMeters  Operating Voltage: 10~30 VDC  Number of Wires: 3-Wire  Output Type: PNP  Output Circuit: NO  Connection Type: Wire Leads  Status Ind.: Yes  Body Composition: Nonmetallic  Shielding: Shielded [show info]

  Enclosure: IP65;NEMA 1,2,3,3S,4,12,13  Picture No.: CHGP_SENS_E53T18W  H x W x D (in.): 1.75 x 6 x 6  Net Weight: 8 OZ  Gross Weight: 8 OZ

Sensor magnético

Product Information for Dynapar - Danaher Specialty Products 0714300-001

Dynapar - Danaher Specialty ProductsMagnetic, 7143 SeriesItem# 0714300-001 - Magnetic Sensor w/Mounting Bracket,

7143 Series Information

Supplied with all necessary mounting hardware and cable High output design for superior low velocity performance Two-wire, self generating output requires no power connection Economy plastic or heavy-duty noncorrosive stainless steel models

Well suited for industrial machinery as well as test stand and laboratory installations. Series 7143 is available in a plastic tube model, supplied with mounting bracket, or in threaded stainless-steel model. Both include a 10-foot shielded cable with mating connector. Series 7143 features an extra strength permanent magnet pole-piece and high inductance coil.

Specifications for Dynapar - Danaher Specialty Products 0714300-001

Item Number: 0714300-001Brand: Dynapar - Danaher Specialty ProductsItem Category: SensorsSubcategory: MagneticSeries: 7143  Output Voltage: 25 VDC  DC Resistance: 1200 Ohms  Inductance: 400 mH  Material: Plastic  Mounting: Bracket  Operating Temperature: -100~225 F  H x W x D (in.): .17 x .17 x 120  Net Weight: 7.68 OZ  Gross Weight: 7.68 OZ

Listado de materiales

TipoNombre Cantida

d

E L Cable de control, AWG THHN #18 20 mts

EC

TR

ICO

Cable vulcam de 4 hilos AWG THHN #12 6 mts

Electroválvulas de 5/2 con retorno por muelle 2 unidades

Pulsadores NO 1 unidad

STOP de emergencia 2 unidades

Luces indicadores de 120v 1 torre

Resistencias de calor 840w Laina 6 mts

Tablero eléctrico 30 x 40 cm 1 unidad

Autómata de 10 A 2 unidades

Timer Retardo de conexión 1 unidad

Switch de 2 posiciones 1 unidad

Sensor magnético 1 unidad

Sensor óptico 4 unidades

Motor monofásico 110V 1 unidad

Guardamotor de 7 – 10 A 1 unidad

Contactor 120v 1 unidad

NE

UM

AT

ICO

Manguera poliflow de 3/8¨ 10 mts

Racores de 3/8 x ¼ 8 unidades

Unidad de mantenimiento 1 unidad

Pistón de doble efecto 4 unidades

Uniones en T de 3/8 4 unidades

Válvulas reguladoras de presión 8 unidades

ME

CA

NIC

O

Imanes circulares de ¼ 3 unidades

Cinchos plásticos 50 unidades

Tubo 2¨estructural 24 mts

Madera de pino ¾¨ 2 vara

Formica 2 pliegos

Pintura negra en aerosol 5 unidades

Pintura blanca en aerosol 4 unidades

Pernos de 2x1/4 con arandela y tuerca 30 unidades

Pega para madera ¼ galón

Cotizaciones de material

Material parte eléctrica

MATERIALES EMPRESASCOMPRESS INTEK SIEMENS

ITEM Unidad Total Unidad Total Unidad Total

Cable #18 (mt) 20 $0.5 $10 $0.65 $13 $0.45 $9Cable vulcam #12 (mt) 6 $1.5 $9 $1.35 $8.1 $1.60 $9.6

Electrovalvulas 5/2 retorno por muelle

2 $60 $120 $71 $142 $68 $136

Pulsadores NO 1 $15 $15 $14 $14 $17 $17STOP de emergencia 2 $17.5 $35 $16 $32 $18 $36Luces indicadoras de 120v

1 $38 $38 $41 $41 $39 $39

Resistencias de calor 840W (mt)

6 $7 $42 $6.5 $39 $5.99 $35.94

Tablero eléctrico 30 x 40 cm

1 $42 $42 $49 $49 $51 $51

Automata de 10 A 2 $23 $46 $21 $41 $25 $25

Timer TON 1 $57 $57 $49.99 $49.99 $54.99 $54.99

Maneta de 2 posiciones 1 $17 $17 $18 $18 $16.99 $16.99Sensor magnetico 1 $68 $68 $65 $65 $67.99 $67.99Sensor Optico 4 $58 $232 $54 $216 $50 $200Motor monofásico 120v / 60hz

1 $145 $145 $130 $130 $120 $120

Guardamotor de 7 – 10 A 1 $70 $70 $69 $69 $65 $65Contator 120 V 1 $60 $60 $59 $59 $58 $58TOTAL $1006 $986.09 $941.51

Material parte neumática

MATERIALES EMPRESASSIASA COMPRESS GRUPO DELPIN

ITEM Unidad Total Unidad Total Unidad TotalManguera polyflow de 3/8´´ (mt)

10 $1.45 $14.5 $1.30 $13 $1.57 $15.7

Racores de 3/8 x ¼ 8 $2.30 $18.4 $2.40 $19.2 $2.25 $18Unidad de mantenimiento 1 $99 $99 $110 $110 $112 $112Piston de doble efeco 4 $75 $300 $70 $280 $71.99 $287.96Uniones tipo T de 3/8 4 $0.45 $1.8 $0.60 $2.4 $0.55 $2.2Valvulas reguladoras de presión

8 $3.35 $26.8 $3.25 $26 $3.10 $24.8

TOTAL $460.5 $450.6 $460.66

Materiales parte mecánica

MATERIALES EMPRESASFREUND VIDRI EPA

ITEM Unidad Total Unidad Total Unidad TotalImanes circulares de ¼ 3 $1.3 $3.9 $1.25 $3.75 $1.15 $3.45Cinchos plásticos 50 $5.35 $5.35 $5.75 $5.75 $5.8 $5.8Tubo 2¨estructural (tubo de 6mts)

4 $9 $36 $9.35 $37.4 $9.15 $36.6

Madera de pino ¾¨ (vara)

6 $3.5 $21 $3.45 $20.7 $3.55 $21.3

Formica (Pieglo) 2 $12 $24 $11.99 $23.98 $11.5 $23Pintura negra en aerosol

5 $3 $15 $2.99 $14.95 $3.1 $15.5

Pintura blanca en aerosol

4 $3.5 $14 $3.6 $14.4 $3.45 $13.8

Pernos de 2x1/4 con arandela y tuerca

30 $0.4 $12 $0.45 $13.5 $0.5 $15

Pega para madera (galon)

1/4 $4.65 $4.65 $4.75 $4.75 $4.8 $4.8

TOTAL $135.9 $139.18 $139.25

Diseño del Tablero

Marcha “Amarillo” C4

Paro “Paro” C2

Lista para trabajar “Verde” C5

Trabajando “Blanco” C9

Sobrecarga “Azul” C6

Cuadro de evaluación de riesgos

Etapas 2, 3 y 4

Etapa del proceso

riesgo Gravedad Probabilidad

Tipo de incapacidad

EPP a utilizar

Conclusiones de prevención

Configuración

Aprisionamiento, atrapamiento, golpes

Esto puede causar atrapamiento de extremidades por juego de engranes de motor, golpes en extremidades por activación de pistones o aprisionamiento por alguna parte de la maquina cuando esta reinicie su ciclo

85 % Incapacidad permanente parcial o incapacidad totales temporales

Guantes protectores y lentes

Colocar un sistemas de stop de emergencia tanto alrededor de la maquina como en su respectivo tablero, así el operario está seguro en esta etapa.

Refilado Aprisionamiento o golpes

Esto puede causar debido a que en el acto el operario puede activar algún sensor y dar inicio al ciclo provocando atrapamiento por pistones o por alguna parte móvil de la máquina.

60 % Incapacidad total temporal

Guantes, camisa con mangas protectoras, lentes de seguridad

Colocar un sistema de protección que indique que las rejillas de protección se encuentran abiertas, activar el sistema de stop de emergencia.

Refilado Lesiones Puede causar golpes en extremidades o lesiones en la columna debido a fuerzas indebidas o posturas indebidas a la mala manipulación de las bobinas de platico.

90% Incapacidad permanente o parcial

Cinturón de seguridad, guantes protectores

Aplicar buenas prácticas de ergonomía laboral

Colchón Aprisionamiento o golpes

Esto puede causar debido a que en el acto el operario puede activar algún sensor y dar inicio al ciclo provocando atrapamiento por pistones o por alguna parte móvil de la máquina.

70 % Incapacidad permanente parcial

Camisa con mangas protectoras, guantes de seguridad y

Cerrar todas las rejillas de seguridad ya que esto activaría el sistema de seguridad, instalar pulsadores de stop

lentes alrededor de la máquina.

Etapa del proceso

riesgo Gravedad Probabilidad Tipo de incapacidad

EPP a utilizar Conclusiones de prevención

Colchón Lesiones Puede causar golpes en extremidades o lesiones a otros compañeros, así como también lesiones en la columna debido a fuerzas indebidas o posturas indebidas a la mala manipulación de los colchones de platico.

85 % Incapacidad permanente parcial

Cinturón de seguridad, guantes protectores

Aplicar buenas prácticas de ergonomía laboral

Sellado Quemaduras, aprisionamiento, atrapamiento

Puede causar lesiones en manos y brazos asi como quemaduras o laceraciones en ambas extremidades, esto debido a al momento de accionar la etapa neumática el operario pueda tener alguna extremidad al alcance de los pistones o de las resistencias

60 % Incapacidad permanente parcial o incapacidad totales temporales

Guantes, camisa con mangas protectoras, lentes de seguridad

Realizar un sistema de dos pulsadores asi al momento de que el operario realice el sellado este pueda mantener ocupada sus dos manos. Colocar rejillas de seguridad en parte neumática de la maquina

Etapas 4 y 5

Datos del Motor

Norma nema del Motor

Motor 1Datos del

MotorIn=(Tabla 430-150)

Icon Cable a utilizar ISC Protección Bimetálica

Motor 1HP, 240v,

Trifásico4.2A 5.25

THHN#14 y #12 de cobre 15A/3 Polos 2.8-4A

Motor 1Datos del

MotorIn=(Tabla 430-150)

Conductor de prueba #12 Thhn

de cobre

Método de Resistencia

% permisible

para uso del conductor

Conductor a utilizar

Motor 1HP, 240v,

Trifásico4.2A Resistencia según

tabla 5.530E=√3xIxRL

E=5.20V2.36% #10 THHN de 7

hilos de cobre

Categoría de contactor a utilizar

Utilización Cierre AperturaAplicaciones

Características

Categoría AC4

Un 6In 0.35 Un 6In 0.35

Arranque de motores de jaula. Marcha a

intermitentes.Inversión de marcha.

en servicio intermitente para grúas, ascensores