Proyecto Final DE Control Automatico PDF

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GABRIEL RENE MORENOFACULTAD INTEGRAL DEL NORTECARRERA: INGENIERIA INDUSTRIALPROYECTO FINALENVASADORA DE MAIZ EN CONSERVAMATERIA : Control Automático SIGLA : IND - 240 DOCENTE : Ing. Jorge Fidel Calvo Lara INTEGRANTES : CAMILA MARIANA PAZ ORTIZ 215053672 EDGAR ABREGO PEREZ 212186...

Description

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GABRIEL RENE MORENO FACULTAD INTEGRAL DEL NORTE CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL

PROYECTO FINAL ENVASADORA DE MAIZ EN CONSERVA MATERIA

: Control Automático

SIGLA

: IND - 240

DOCENTE

: Ing. Jorge Fidel Calvo Lara

INTEGRANTES

: CAMILA MARIANA PAZ ORTIZ

215053672

EDGAR ABREGO PEREZ

212186760

IRIS NAYELY VACA PEÑARANDA

215100042

RAUL VILLARPANDO MIRANDA

212188522

ALEJANDRA ROCA JUSTINIANO

213139731

Julio – 2019 Montero – Santa Cruz

Resumen

El presente trabajo consiste en el diseño, modelamiento y construcción de una maquina prototipo de dosificación envasado y sellado automático de maíz dulce en conserva. El proceso de automatización se lleva a cabo mediante la implementación de un sistema electro neumático en línea, apoyado en la utilización de una cinta transportadora, sobre la cual el producto será desplazado hacia cada actividad del proceso. Cabe destacar que el sistema será comandado por un controlador lógico programable mejor conocido como “PLC” por sus siglas en inglés y una cinta transportadora. El envasado final del producto se efectuará en latas prefabricadas de material metálico, las cuales serán selladas con un proceso neumático de presión para facilitar la manipulación del producto terminado. Para lograr la característica de conservación del producto la maquina cuenta con el dosificado del líquido conservante el cual se realizará con la participación de un sistema de llenado por bombeo.

El proyecto contiene en primera instancia las bases teóricas sobre las cuales se establecen los parámetros para el diseño del sistema de dosificado, llenado, envasado y sellado, en el cual se contemplan las características del producto a manipular, en este caso maíz dulce mejor conocido como choclo en la zona oriental, así también como una breve descripción de los elementos utilizados dentro del proceso electro neumático, como ser el uso de actuadores, generadores, controladores y redes de distribución entre otros. Posteriormente se procede al planteamiento y simulación del circuito neumático sobre el cual se establece la secuencia correcta de actuación total del proceso. Se detallan también los cálculos estructurales y dimensionamiento de los componentes de la maquina en cuestión con un debido presupuesto de los gastos incurridos en la fabricación. Como último punto se presentan las conclusiones y recomendaciones pertinentes, respaldadas con una serie de anexos complementarios al trabajo.

Tabla de contenido CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.............................................................1 1.

INTRODUCCION...................................................................................................1

2.

ANTECEDENTES..................................................................................................2

3.

JUSTIFICACION....................................................................................................3

4.

ALCANCE DEL PROYECTO................................................................................4

5.

OBJETIVOS............................................................................................................5

CAPÍTULO II MARCO TEORICO....................................................................................6 CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO........................................................11 1.

IDENTIFICACION DE LAS VARIABLES DE CONTROL...............................11

a.

Variables de entrada: Velocidad de la cinta transportadora...................................11

c.

Variable de salida:..................................................................................................11

d.

Variable manipulada...............................................................................................11

2.

DESCRIPCION DEL PROCESO..........................................................................11

3.

CIRCUITO ELECTRO NEUMATICO CORRRESPONDIENTE.......................12

4.

DESCRIPCION DE LOS MATERIALES............................................................13

CAPITULO IV CALCULOS Y PRESUPUESTO............................................................18 CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................24 ANEXOS...........................................................................................................................27

Lista de tablas

Tabla 1. El título debe ser breve y descriptivo.........................................................3

Lista de figuras

Figura 1. Formas y descripción de las formas.........................................................4

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS. 1. INTRODUCCION En la industria, se llevan a cabo constantes innovaciones, debido al mercado cambiante y las necesidades del mismo; las empresas deben ser más competitivas, más productivas, tener mejores estándares de calidad, para no perder clientes y asegurar un desarrollo sostenible. Debido a que las empresas en nuestro país están comenzando a desarrollar automatización y mejoramiento de sus procesos, a todos los niveles. Se hace necesario desarrollar máquinas y dispositivos que mejoren los procesos industriales y generen productos más homogéneos, en un menor tiempo y a un costo más bajo. Un sector en especial es el de producción de alimentos primarios, donde los procesos de dosificación en pequeñas empresas son muy artesanales. Es en este punto específico donde el diseño, modelamiento y construcción de una maquina prototipo de dosificación envasado y sellado automático de maíz dulce en conserva se torna necesario, teniendo en cuenta como principio fundamental satisfacer la necesidad del requerimiento de la industria por una maquinaria eficiente y de bajo costo en relación con las actualmente disponibles en el mercado.

2. ANTECEDENTES Una de las grandes características de las culturas mesoamericanas continúa siendo, hasta nuestros días, el empleo predominante y variado del maíz como participe continuo de la industria alimenticia. El maíz es el único cereal proveniente del nuevo mundo. Actualmente se cultiva en la mayoría de los países del mundo siendo la tercera cosecha en el mundo después del trigo y el arroz. Bolivia carece de una cantidad abundante de empresas en cuanto a procesamiento secundario de granos se refiere. La implementación de procesos de automatización para la consolidación eficaz de industrias del sector secundario es un factor clave, ya que se concluiría con el ciclo ideal de producción, que va desde la obtención de la materia prima hasta la entrega del producto terminado listo para su comercialización y consumo inmediato. En el proceso de dosificado y envasado de granos es fundamental definir principalmente el nivel de automatización de la maquinaria a implementar, así también como tener en cuenta tanto el producto que se desea envasar como las necesidades de producción. Según el Segundo punto, se escogerá un tipo de equipamiento u otro. Gracias al desarrollo e innovación de nuevas tecnologías, la automatización de procesos industriales, a través del tiempo, ha dado lugar a avances significativos que le han permitido a las compañías implementar procesos de producción más eficientes, seguros y competitivos. En la Automatización Industrial podríamos decir que hoy en día los PLC ó Controladores Lógicos Programables son la joya principal. Los procesos en línea son los favoritos del sector ya que permiten una reducción considerable de la complejidad de los procesos, así como la posibilidad de realizar un gran número de unidades producidas con el mínimo esfuerzo humano.

3. JUSTIFICACION En Bolivia existe gran cantidad de microempresas de procesamiento alimenticio, los cuales se realizan a nivel artesanal; debido a los altos costos que les representa una alternativa de producción automática, los procesos son lentos, la productividad es baja y de mala calidad, causando que no estén preparados para competir con empresas que si cuentan con dichas tecnologías y consecuentemente tomen la decisión de cesar sus actividades provocando el estancamiento del desarrollo económico y productivo de la nación en sí. Al hacer una manipulación manual del material, se corre el riesgo de contaminar biológicamente o de agregar impurezas al producto, con lo cual su calidad baja y pone en riesgo su registro sanitario. Además, al ser una manipulación manual, se hace una dosificación muy lenta, como consecuencia la empresa pierde tiempo y dinero. Debido a esto, se ha pensado desarrollar el diseño y construcion de una máquina que brinde precision en la cantidad dosificada de material a envasar, y permita una intervencion casi nula del operario desde el inicio del proceso productivo hasta la disposicion final del producto terminado, dando como resultado a su vez una considerable reduccion del tiempo de envasado en relacion con el proceso manual convencional.

4. ALCANCE DEL PROYECTO Con el aprendizaje adquirido a lo largo del semestre, se va a diseñar una máquina para la dosificación, envasado y sellado de productos alimenticios granulados. En la parte mecánica se hacen los cálculos de materiales y estructura necesarios para un funcionamiento óptimo del mismo, en lo referente a la parte electrónica, el desarrollo del sistema de control, con sus interfaces de potencia, control y programación necesaria, para brindar la mayor seguridad al proceso y al operario. La dosificacion, envasado y sellado de las bolsas se realizará de forma automática, donde el operario solo intervendra en el retirado del producto terminado; esto se hace con el fin de evitar errores en la manipulación de las cantidades. El desarrollo del proyecto va dirigido también a fortalecer los conocimientos en cuanto a sistemas neumáticos, de los estudiantes de la Carrera de Ingenieria Industrial en la Facultad Integral del Norte “F.I.NOR” de la Universidad Autónoma Gabriel Rene Moreno, cursantes en la material de CONTROL AUTOMATICO.

5. OBJETIVOS 5.1.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar, modelar y construir una maquina prototipo que realice las tareas de dosificación, envasado y sellado de maíz en conserva. 5.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Establecer y definir los componentes necesarios para la construcción del sistema electro neumático, así como las variables de entrada y salida del proceso.  Diseñar y construir la estructura mecánica adecuada para el montaje, sujeción y actuación de los componentes del sistema.  Realizar el cálculo correspondiente a los cilindros, estructuras y equipos utilizados en la construcción de la máquina.  Programar el controlador lógico para que realice las tareas especificadas en el desarrollo del proceso.  Realizar el presupuesto de construcción del proyecto.

CAPÍTULO II

MARCO TEORICO.

Dentro del presente capitulo se sientan las bases teóricas fundamentales para el diseño del sistema neumático y construcción del prototipo, estableciendo las características de cada material o elemento a utilizar dentro del proceso y la actuación de sus equipos. -

Automatización. – La automatización industrial (automatización: del griego antiguo auto, ‘guiado

por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para fines industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. -

Neumática. – La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de

transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales. -

Envasado y conserva de productos alimenticios. El envasado es un método para conserva de alimentos consiste en calentarlos a

una temperatura que destruya los posibles microorganismos presentes y sellarlos en tarros, latas o bolsas herméticas. Se llama conserva al resultado del proceso de la manipulación de los alimentos de tal forma que se evite o ralentice su deterioro (pérdida de calidad, comestibilidad o valores nutricionales).

-

Maíz dulce o choclo. El maíz dulce (Zea mays L. var. rugosa1) es una variedad de maíz con elevado

contenido en azúcar. El grano del maíz dulce es el resultado de una mutación en los genes que controlan la conversión del azúcar en almidón en el endosperma (tejido de reserva). Las mazorcas de maíz dulce son cosechadas en una etapa precoz de su crecimiento (estadio lechoso). -

Maquinaria de envasado. Se conoce como maquinaria de envasado a las líneas de producción destinadas a

la introducción del producto dentro de su envase y a la introducción de los envases en sus embalajes. A la hora de seleccionar la maquinaria es fundamental tener en cuenta tanto el producto que se desea envasar como las necesidades de producción. -

Cilindro. El cilindro es el dispositivo más comúnmente utilizado para conversión de la

energía antes mencionada en energía mecánica. La presión del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro, el caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de desplazamiento del mismo. La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un determinado tiempo produce potencia. Ocasionalmente a los cilindros se los llama "motores lineales". -

Tipos de cilindros. a. El cilindro de doble efecto: Constituye la conformación más corriente de los cilindros hidráulicos y neumáticos, sin embargo, para aplicaciones especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es idéntico al que hemos descrito. b. Un cilindro de doble vástago: Esta configuración es deseable cuando se necesita que el desplazamiento volumétrico o la fuerza sean iguales en ambos

sentidos. Cada estación puede realizar el mismo trabajo, o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva, por ejemplo, diferentes operaciones en una misma pieza. Uno de los vástagos puede ser empleado para actuar sobre micro contactos o micro válvulas para establecer una secuencia. c. Cilindros de Simple efecto: Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas (máximas 100mm.) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construcción del cilindro, lo que hace que estos sean más largos que uno de doble efecto para la misma carrera. En estos elementos, el fluido desplaza al vástago que este empaquetado por la guarnición existente en el cabezal delantero. -

Válvulas Las válvulas neumáticas tienen como función principal dirigir y distribuir el aire

comprimido dentro de un circuito neumático. Regulan el paso o lo frenan. Arman el camino que debe recorrer el fluido. Pero, al momento de comandarlas, las variables son muchas y es necesario conocerlas con más profundidad para obtener buenos resultados en el proceso. Para clasificarlas, podemos nombrar 4 tipos diferentes de válvulas: las direccionales, las de bloqueo, las reguladoras y las secuenciales. Cada una tiene un funcionamiento particular que las diferencia entre sí. En este caso vamos a hablar de las válvulas direccionales o también llamadas distribuidoras, justamente porque su objetivo principal es ese, distribuir.

-

Controlador lógico programable (PLC). – Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller), se trata de una computadora, utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. “El PLC es instrumento electrónico, que utiliza memoria programable para guardar instrucciones sobre la implementación de determinadas funciones, como operaciones lógicas, secuencias de acciones, especificaciones temporales, contadores y cálculos para el control mediante módulos de E/S analógicos o digitales sobre diferentes tipos de máquinas y de procesos”.1 Un PLC recibe y transfiere señales eléctricas, expresando así variables físicas

finitas (temperatura, presión etc.). De este modo es necesario incluir en el SM un convertidor de señal para recibir y cambiar los valores a variables físicas. Existen tres tipos de señales en un PLC: señales binarias, digitales y analógicas. Principio de funcionamiento: Un PLC funciona cíclicamente.  Cada ciclo comienza con un trabajo interno de mantenimiento del PLC.

1 M. A. Laughton, D. J. Warne (ed), Electrical Engineer's Reference book, 16th edition,Newnes, 2003 Chapter 16 Programmable Controller

como el control de memoria, diagnostico etc. Esta parte del ciclo se ejecuta muy rápidamente de modo que el usuario no lo perciba.  El siguiente paso es la actualización de las entradas. Las condiciones de la entrada de los SMs se leen y convierten en señales binarias o digitales. Estas señales se envían a la CPU y se guardan en los datos de la memoria.  Después, la CPU ejecute el programa del usuario, el cual ha sido cargado secuencialmente en la memoria (cada instrucción individualmente). Durante la ejecución del programa se generan nuevas señales de salida.  El último paso es la actualización de las salidas. Tras la ejecución de la última parte del programa, las señales de salida (binaria, digital o analógica) se envían a la SM desde los datos de la memoria. Estas señales son entonces convertidas en las señales apropiadas para las señales de los actuadores. Al final de cada ciclo el PLC comienza un ciclo nuevo.

CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO El proyecto fue realizado con la finalidad de automatizar el proceso de envasado de choclo, gracias a la automatización podemos trabajar de manera más eficiente y con mejores resultados ya que gracias a ellos el proceso es más exacto y de esta manera las pérdidas al momento del dosificado son menores y las cantidades más exactas, además de ahorrar tiempo en el proceso de tapado. 1. IDENTIFICACION DE LAS VARIABLES DE CONTROL a. Variables de entrada: Velocidad de la cinta transportadora. b. Variable de control: La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del pistón (émbolo), de la presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento. c. Variable de salida: d. Variable manipulada. El tiempo para controlar la producción. Presión en la fase del tapado. 2. DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso se inicia al pulsar el botón, luego C1 desplaza la lata del dispensador de latas a la cinta transportadora, luego la lata es detectada por el sensor capacitivo, y manda la señal para que C2 realice el dosificado de granos, luego la lata es detectada por otro sensor y manda la señal para realizar el dosificado de líquido, luego la lata pasa por el final de carrera y pasa a ser sujetado por C3, C4 desplaza la tapa, para que finalmente C5 realice el tapado.

3. CIRCUITO ELECTRO NEUMATICO CORRRESPONDIENTE

4. DESCRIPCION DE LOS MATERIALES A continuación, se detallan los materiales y equipos utilizados dentro de la elaboración de la maquina prototipo como sus principales características y dimensiones. El

contrachapado,

tambié...