UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS 1

"DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNCONTROL PARA LA CALIBRACIÓN

SEMIAUTOMÁTICA DE EQUIPOS MEDIDORESDE FUERZA" LABORATORIO DE

CALIBRACIÓN AVIANCAManuel Fernando Grisales Medina,

Resumen—En la actualidad algunos de los trabajos recurrentesen el laboratorio de calibración de la empresa es la realización dela calibración de los equipos encargados de medir fuerza no solopara Avianca si no para una serie de clientes externos, dichossensores son generalmente celdas de carga o dinamómetros. Estascalibraciones se realizan mediante el uso de dos equipos uno quese encarga de hacer las veces de patrón e indicarnos cual es elvalor de la fuerza aplicada en la prueba y otro es la prensahidráulica en H la cual la cual fue adquirida para generarlos valores de presión o tensión necesarios para las respectivaspruebas.

El problema radica en que la maquina es operada de maneramanual, pese a contar con una bomba hidráulica capaz de llevarla prensa a niveles de presión altos, el control del cual dispone espoco preciso y hace imposible realizar un trabajo de calibraciónmediante su uso, lo cual obliga al operario a hacer uso deldispositivo manual con el que cuenta el equipo, este viene provistode una manivela con la cual logra llevar el equipo a puntos defuerza exactos. Además de esto la captura de los valores arrojadospor las pruebas es realizada de forma manual en un softwareofimático básico los cuales son llevados posteriormente para supaso al MET-CAL® programa que se encarga de almacenar losdatos en sus respectivas bases de información y de generar loscertificados pertinentes.

Index Terms—Calibración, Prensa hidráulica en H, Bombahidráulica, MET-CAL®

I. INTRODUCCIÓN

LOS distintos tipos de sensores encargados de la me-dición de variables físicas, para nuestro caso como

lo es la fuerza es frecuentemente usada en diversos camposde la industria para la medición generalmente del peso desus materias primas o como parte de un proceso productivo,dichos sensores deben cumplir una serie de requerimientostécnicos entre los cuales lo fundamental esta determinado porla exactitud y precisión a la hora de realizar la medida, de ahíla necesidad apremiante de mantener un control permanentede este tipo de sistemas. Con esta finalidad existen laboratoriosdedicados específicamente a la prueba y calibración disponien-do de unas condiciones completamente reglamentadas como loson ISO7500-1 y la ASTM E 4 que brindan plena seguridadde que la medición a realizar va a ser la correcta, una vez

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realizadas las pruebas y ajustes necesarios el laboratorio decalibración esta en la capacidad de emitir un certificado quele brinda tanto a la empresa como a sus clientes una plenaseguridad en la realización de sus medidas sea cual sea elfin.

I-A. Problemática presentada:

En pos de mantener un estándar de calidad alto, el labo-ratorio decide adquirir un equipo destinado a la calibraciónde equipos medidores de fuerza tanto en pruebas de presióncomo de tensión, dicho equipo fue la prensa hidráulica en HEnerpac IPE 5060.

es un equipo capaz de ejercer fuerzas cercanas a las 50toneladas, la prensa es funcional tanto para pruebas de presióncomo de tensión, puesto que su parte superior esta dotada deun cilindro de doble efecto que le da dicha propiedad.

la bomba eléctrica, encarga de generar la fuerza hidráulicasobre la el cilindro cuenta con un mando manual el cualpermite llevar la prensa en un sentido u otro.

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Hasta ese momento la prensa representaba un equipo idealhasta el momento en que se percataron que la prensa original-mente fue diseñada para pruebas especificas sobre resistenciade materiales, razón por la cual a la hora de realizar pruebas decalibración resultaba ineficiente debido a que la precisión y laexactitud de la maquina eran cercanas pero no eran aceptablesa la hora de trabajar sobre un procedimiento de calibración,el cual requiere una precisión y exactitud bastante alta a lahora de hacer las veces de patrón de medida. Este sucedosobre el funcionamiento de la maquina forzó al persona de laempresa a hacer uso de una bomba de ajuste manual, la cualefectivamente les permitía generar los valores de presión deuna forma adecuada para los distintos tipos de pruebas.

Es evidente que el equipo se encuentra completamentesub-utilizado, se realiza un proceso completamente manualcuando la idea principal de la adquisición de la maquina eraprecisamente tecnificar, controlar y realizar un proceso muchomas eficiente a la hora de realizar las pruebas de calibraciónrespectivas.

Ademas de esto cabe resaltar que los datos arrojados porlas pruebas de calibración de cualquier tipo de equipo debenser almacenadas y procesadas en un software específicamentededicado a este fin, dicho software es el MET-CAL® , propie-tario de FLUKE®, el paso de los datos arrojados son tomadosde forma manual en su totalidad y traspasados al software dela misma manera lo cual representa otra problemática a la horade realizar un trabajo rápido, seguro y eficiente.

I-B. Solución propuesta

Haciendo uso de los recursos disponibles en el laboratorio,como lo es el software ya mencionado MET-CAL® y el siste-ma de medición patrón que esta compuesto por un transductorde fuerza y el MGCplus que consiste en un amplificadortransmisor que nos da como datos los valores de la mediciónrealizada por nuestro transductor que hace las veces de nuestropatrón de medida frente al elemento a ser calibrado.

un diagrama del sistema actual de la prueba seria el siguien-te:

la idea seria implementar un sistema semi-automático quesea en primera instancia capaz de guiar al operario en laprueba de calibración y hacer la recolección de los datos, dichosoftware seria implementado sobre la plataforma directamentede MET-CAL® de ser posible la comunicación con el sistemade control deseado o en su defecto con un aplicativo en unsoftware libre que contaría con un paso interno de los datosde la calibración a MET-CAL®.

La segunda parte, la mas importante, consiste en el sistemaque encargara de controlar la prensa hidráulica en H haciendouso de la bomba eléctrica de la cual viene dotada, dichosistema de control tendría el siguiente esquema:

se puede observar claramente como seria el lazo de control,el sistema central, el software indicaría el valor de la fuerzadeseada haciendo las veces de nuestra entrada o set-point,sistema de control sera el encargado de tomar esa referencia,compararla frente a la salida y generar la acción pertinentesobre la prensa para que nuestro sistema de medición patrónindique el valor deseado. Al tiempo que se hace esto elsoftware tomara dicho dato y solo requerirá de entrada manualel dato arrojado por el equipo sometido a la prueba.

Al operario tener un equipo que se manipula automáti-camente, al no tener que hacer una adquisición de datosengorrosa se estaría solucionando el problema presentado enla empresa, se le daría a la maquina el uso y la finalidaddeseada desde un principio, se haría uso de la bomba eléctrica

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que genera la fuerza hidráulica, por lo cual se brindaríauna solución optima al laboratorio, mejorando su procesoproductivo ademas de darle un visión mucho mas tecnificadasobre el proceso de calibración de equipos de fuerza.

II. ESTADO DEL ARTE

En el país han sido poco los desarrollos de este tipo, sehan encontrado tesis similares a nivel latinoamericano lascuales han sido tomadas como referente, no se han encontradodesarrollos para el mismo. A nivel internacional existen variosfabricantes de equipos para calibración, donde relacionaremosalgunos con maquinas similares especificas para calibraciónde fuerza, que cuentan con partes similares pero que dierenen la parte de software y automatización de la nuestra.

II-A. Relación de proyectos, investigaciones y desarrollos

II-A1. DISEÑO DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN Y DEADMINISTRACIÓN DE UNA MÁQUINA PARA REALIZA-CIÓN DE ESFUERZOS MECÁNICOS CON BASE EN NOR-MAS INTERNACIONALES DE LA PONTIFICIA UNIVERSI-DAD JAVERIANA CALI: Este trabajo presenta el diseño yla construcción del sistema de instrumentaci ón y medidade un equipo electromecánico que permite determinar lascaracter ísticas mecánicas de los materiales. El diseño permitela administración de datos mediante medidas indirectas consensores de corriente para medir el esfuerzo y sensores ópticosde gran resolución que garantizan el cumplimiento de lasnormas ASTM para medir la deformación de los materiales.El sistema esta en la capacidad de medir en un solo equipocuatro tipos de prueba que las máquinas existentes no poseen,tracción, compresión, exión y torsión.

II-A2. Diseño y simulación de la instrumentación de unaprensa hidráulica Strojexport tipo CDM 80-1 (LD 80) (Univer-sidad Tecnológica de Pereira): El diseño de la instrumentaciónde la prensa hidráulica del taller de máquinas herramientasde la Universidad Tecnológica de Pereira, está basado enla electro-hidráulica y la electrónica. Con el re-diseño dela prensa hidráulica tipo CDM 80-1 (LD 80) del taller demáquinas herramientas de la Universidad Tecnol ógica dePereira, se busca una alternativa para satisfacer las necesidadesque se requieren en el taller de máquinas herramientas dela Universidad Tecnológica de Pereira, ya que en este sedesarrollan pruebas de doblez en piezas soldadas sin teneralgún control de las variables. En el primer paso se tomaronlos catálogos y especificaciones de placa para tener un conoci-miento más detallado del funcionamiento y de cada uno de suscomponentes. A partir de este punto se adquirieron documen-tos relacionados con la hidráulica básica, electro-hidráulica yelectrónica, ya que en estos documentos se encuentran todoslos conceptos necesarios para el desarrollo del trabajo. Unavez conocida toda la información referente al nuevo diseño,se hizo una breve descripción de la prensa hidráulica en suestado actual, realizando el levantamiento del plano hidráulico.En la segunda etapa del diseño se hicieron las innovacionestecnológicas que permiten un manejo más seguro, cómodoy preciso, haciendo uso de los conceptos adquiridos durantela primera fase. Para que este proyecto pueda tener alguna

viabilidad, se mostró un funcionamiento previo usando unsoftware de ingeniería y llevando a cabo en los laboratoriosde mecatrónica del SENA una demostración del mismo conresultados óptimos para una posterior implementación de estere-diseño.

II-A3. Actualización de tecnología a la estación hidráulicaHYD 2800 del CIM 2000 a la plataforma Compactlogix deAllen Bradley (Escuela politecnica de ejercito - SangolquíEcuador): La estación Hidráulica HYD-2800 es un sistema deentrenamiento para que los estudiantes perciban una aplicaciónreal, dentro de los laboratorios del departamento, ya quela estación HYD-2800 cuenta con un robot hidráulico paraaplicaciones industriales, dotado de un brazo fácilmente pro-gramable, para poder realizar diversas operaciones de acuerdoa la programación con la que se lo requiera para el trabajo y sepueda substituir al ser humano en tareas repetitivas, peligrosasy de gran precisión. El sistema de impulsión hidráulica el cualutiliza el robot es uno de los más usados ya que utiliza unuido, generalmente aceite, para que el robot pueda movilizarsus mecanismos. El sistema de impulsión hidráulica constade un circuito de regeneración compuesto por una bomba, unactuador hidráulico y un divisor de ujo rotatorio que funcionaconjuntamente la válvula proporcional, la misma que regulael ujo de la regeneración para la impulsión hidráulica. Estesistema se asocia a los robots con altos índices entre potenciay carga, mayor exactitud, rango amplio de velocidad.

II-B. Fabricantes de tecnología dedicada a la cali- bración.

II-B1. INSTRION Serie 5900: sistemas de ensayo me-cánicos avanzados: Los sistemas de ensayo de suelo 5900están diseñados para tener precisión, ser duraderos y ofrecerla exibilidad necesaria para los cambiantes requisitos. Estándiseñados con características estándar y opcionales que au-mentan la ecacia de los ensayos y mejoran la experiencia deloperador. Los modelos de suelo 5980 son bastidores sólidosy con mucho uso que se utilizan en sectores para ensayos demetales y aleaciones de alta resistencia, materiales compuestosavanzados, estructuras aeroespaciales y de automoción, pernos,pasadores y placas de acero. Los bastidores están disponiblescon capacidades de carga de 100, 150, 250, 400 y 600 kN;hay diversas variaciones para adaptarse a los requisitos derecorrido ampliado o un espacio de ensayo con anchura extra.

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II-B2. Equipos de ensayo universales: modelos DX de laserie SATEC.: Diseñados para ensayos de tracción, compre-sión, exión y cizalladura de alta capacidad, los modelos DXse accionan mediante un sistema de bombeo hidráulico quemueve el conjunto del pistón para proporcionar las fuerzasnecesarias para el ensayo. Características El diseño con unasola zona de recepción que combina el bastidor, la fuente dealimentación hidráulica, los elementos electrónicos y el panelde control en un solo paquete reduce los requisitos de espacioen el suelo en más de un 60 %. El versátil diseño del bastidorproporciona dos espacios de ensayo para que los usuariospuedan cambiar rápidamente entre ensayos de tracción y decompresión sin tener que quitar pesados útiles de ensayo.

II-B3. Mecmesin multitest-50-i-50kn: El MultiTest 50-iofrece ensayos completos y potentes de alta capacidad demedición de fuerza con sistema de doble columna hasta 50kN.Con completa capacidad de programación y una gran selecciónde opciones de análisis, por medio del software Emperor

software, el MultiTest 50-i ofrece una versatilidad de ensayosin precedentes. El sistema se combina con las células decarga de alta capacidad de Mecmesin (ILC) asegurándole unaexcelente resolución y una excepcional exactitud.

III. METODOLOGÍA

Inicialmente para el desarrollo del proyecto se realizará lainvestigación y documentación necesaria sobre el comporta-miento, diferentes variables manejadas, sensores y actuadoresque se determinen como los mas adecuados para la implemen-tación del sistema que se encargara de realizar el control sobrela planta. Una vez adquirido este sistema, sera implementadosobre la planta y puesto a punto para realizar el control de lafuerza aplicada.

Seguidamente se realizara el diseño del software, que se-guirá los parámetros dados por el laboratorio para las distintaspruebas, según el tipo de equipo correspondiente, este softwarese encargara de guiar al operario durante todo el proceso, hastala generación del certificado o de los resultados obtenidos. Estesoftware estará en la capacidad de comunicarse con el sistemade control y la planta física para terminar todo el enlace delsistema.

Una vez acoplados tanto el software como el sistema decontrol, se realizaran las pruebas necesarias para generar ladocumentación requerida por el laboratorio, generando losmanuales, catálogos y tablas de datos especificas del nuevodiseño.

IV. RESULTADOS ESPERADOS

Dar un uso apropiado a un equipo sub-utilizado en ellaboratorio de calibración de Avianca.Crear un proceso semi-automático enfocado directamentea la calibración de equipos de fuerza.Diseñar un software capaz de manipular el sistema me-cánico y crear el enlace de los datos arrojados por laspruebas.Mantener y mejorar el estándar de calidad del laboratorio.

V. CONCLUSIONES

Las necesidades del laboratorio son especificas, perodan una gran posibilidad respecto al tipo de sistema decontrol que se vaya a implementar lo cual nos llevara a la

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búsqueda del sistema que nos brinde la mejor eficiencia,así como el aseguramiento de la vida útil del equipo.El hecho de encontrar una maquina con un potencialenorme sub-utilizada en una empresa de este nivel,representa una gran oportunidad para hacer un desarrollocompletamente basado sobre las bases de la carrera,haciendo aplicación no solo de la teoría de control, sino del modelamiento matemático, la programación dedispositivos y softwareLas reglamentaciones para la calibración de equipos, lasdirectrices de calidad y las normas especificas deben serseguidas puntualmente, ya que esto es lo único que nospermite alcanzar los niveles de calidad y productividadmas altos dentro del estándar tanto nacional como inter-nacional, de ahí la necesidad puntual de acatar y seguirestar normatividad lo mas fielmente que nos sea posible.En todo proceso productivo existirá la posibilidad demejorar en incrementar tanto la eficiencia como la pro-ductividad, es ahí donde resulta importante nuestro papelen la sociedad, como Ingenieros en Control nuestrodeber es ofrecer soluciones de optima calidad, que esténenfocadas a brindar un mejor nivel de vida no solamentea las personas que hacen parte del proceso productivo sino de la sociedad en general.

APÉNDICE AREFERENCIAS

[1] F. Avellán y A. Mendoza, «Actualización de tecnología ala estación hidráulica HYD 2800 del CIM 2000 a la plataformaCompactlogix de Allen Bradley», 2010.

[2] J. D. Valencia García y J. D. Vélez Sánchez, «Diseñoy simulación de la instrumentación de una prensa hidráulicaStrojexport tipo CDM 80-1 (LD 80)», 2007. [Online]. Availa-ble: http://repositorio.utp.edu.co/xml/handle/123456789/1114.[Accessed: 06-jun-2012].

[3] I. A. Casco Núñez y J. F. Culqui Tipán, «Reconstruccióny automatización del sistema mecánico, hidráulico y eléctricode una prensa Shiridan para la empresa INDUCE del Ecua-dor.», dic. 2010.

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MANUEL FERNANDO GRISALES MEDINAEstudiante Ingeniería en Control - Universidad Dis-trital Francisco José de Caldas