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FACULTAD DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA
MECNICA ELCTRICA.
DISEO DE UN DISPOSITIVO DE PERFORADO Y
ESTAMPADO ELECTRONEUMTICO PARA
APLICACIONES EDUCATIVAS EN
AUTOMATIZACIN Y CONTROL
Autor:
RIOS RUIDIAS, Ishinho Giancarlho
Pimentel, Enero del 2015
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DISEO DE UN DISPOSITIVO DE PERFORADO Y
ESTAMPADO ELECTRONEUMTICO PARA APLICACIONES
EDUCATIVAS EN AUTOMATIZACIN Y CONTROL
Aprobacin del proyecto
ROS RUIDIAS, Ishinho Giancarlho
Autor
Mg. LINARES PURISACA, Geovana Elizabeth
Asesor Metodolgico
Ing. SERREPE RANNO, Miriam Marcela
Asesor Especialista
Ing. ROJAS CORONEL, Angel Marcelo
Presidente de Jurado
Ing. REYES VASQUEZ, Wilson Dennis
Secretario(a) de Jurado
Ing. SERREPE RANNO, Miriam Marcela
Vocal/Asesor de Jurado
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ndice DISEO DE UN DISPOSITIVO DE PERFORADO Y ESTAMPADO ELECTRONEUMTICO PARA
APLICACIONES EDUCATIVAS EN AUTOMATIZACIN Y CONTROL ................................................ 1
Aprobacin del proyecto ................................................................................................................................. 2
I. INFORMACIN GENERAL ........................................................................................................................... 3
1.1 Ttulo del proyecto de investigacin. ............................................................................................ 3
1.2 Lnea de Investigacin. ................................................................................................................... 3
1.3 Autor: ................................................................................................................................................. 3
1.4 Asesor metodlogo: ........................................................................................................................ 3
1.5 Asesor especialista: ..................................................................................................................... 3
1.6 Tipo y diseo de investigacin:................................................................................................. 3
1.7 Facultad y Escuela Acadmico Profesional: ......................................................................... 3
1.8 Perodo que durar la investigacin en meses. .................................................................... 3
1.9 Fecha de inicio y trmino del proyecto: .................................................................................. 3
1.10 Presentado por: ............................................................................................................................. 3
1.11 Aprobado: ........................................................................................................................................ 3
1.12 Fecha de presentacin: ............................................................................................................... 3
II. PLAN DE INVESTIGACIN .......................................................................................................................... 4
2.1 Planteamiento del problema: ......................................................................................................... 4
2.1.1 Situacin problemtica ............................................................................................................ 4
2.1.2 Formulacin del problema ...................................................................................................... 6
2.1.3 Justificacin e importancia ..................................................................................................... 7
2.1.4 Objetivos ................................................................................................................................... 8
2.2 Marco terico .................................................................................................................................... 9
2.2.1 Antecedentes de la investigacin .......................................................................................... 9
2.2.2 Estado del arte ....................................................................................................................... 12
2.2.3 Bases terico cientficas ....................................................................................................... 14
2.2.4 Definicin de trminos bsicos ............................................................................................ 47
2.3 Marco metodolgico ...................................................................................................................... 51
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2.3.1 Tipo y diseo de la investigacin ........................................................................................ 51
2.3.2 Poblacin y muestra: ............................................................................................................. 52
2.3.3 Hiptesis.................................................................................................................................. 52
2.3.4 Variables ................................................................................................................................. 52
2.3.5 Operacionalizacin ................................................................................................................ 53
2.3.6 Mtodos, tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos ........................................... 54
2.3.7 Procedimiento para la recoleccin de datos ..................................................................... 55
2.3.8 Plan de anlisis estadstico de datos ................................................................................. 57
2.3.9 Criterios ticos ........................................................................................................................ 59
2.3.10 Criterios de rigor cientfico .................................................................................................... 60
III. MARCO ADMINISTRATIVO ...................................................................................................................... 61
3.1 Cronograma de Actividades: ........................................................................................................ 61
3.2 Presupuesto: .................................................................................................................................. 62
3.3 Financiamiento: .............................................................................................................................. 63
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I. INFORMACIN GENERAL
1.1 Ttulo del proyecto de investigacin. Diseo de un dispositivo de perforado y estampado electroneumtico para aplicaciones educativas en automatizacin y control.
1.2 Lnea de Investigacin. Diseo y Automatizacin
1.3 Autor: RIOS RUIDIAS, Ishinho Giancarlho
1.4 Asesor metodlogo: Mg. LINARES PURISACA, Geovana Elizabeth
1.5 Asesor especialista: Ing. SERREPE RANNO, Miriam Marcela
1.6 Tipo y diseo de investigacin: Tipo Cuantitativa y diseo propositivo
1.7 Facultad y Escuela Acadmico Profesional: Facultad de Ingeniera, Arquitectura y Urbanismo. Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Mecnica Elctrica.
1.8 Perodo que durar la investigacin en meses. Febrero-Julio
1.9 Fecha de inicio y trmino del proyecto: Febrero
1.10 Presentado por:
Firma del autor(es) del proyecto ROS RUIDIAS, Ishinho Giancarlho
1.11 Aprobado:
Firma Asesor metodlogo Mg. LINARES PURISACA, Geovana Elizabeth
Firma Asesor especialista Ing. SERREPE RANNO, Miriam Marcela
1.12 Fecha de presentacin:
Julio
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II. PLAN DE INVESTIGACIN
2.1 Planteamiento del problema:
2.1.1 Situacin problemtica
2.1.1.1 En el contexto internacional
En los E.E.U.U, uno de los pases con mayor desarrollo industrial,
aproximadamente el 100% de Universidades en el rea de Laboratorio
para Ingeniera los mdulos didcticos de neumtica cumplen la funcin
de generar en el estudiante de universidades e institutos un crecimiento
de en las habilidades prcticas, en las mayoras de los institutos de que
en su Bases de enseanza aplican el modo didctico con mdulos que
ensean al estudiante el proceso y su estructura.
En Colombia se incitan el diseo de estos mdulos para el aprendizaje
por ejemplo; El laboratorio de Electro neumtica de la Facultad de
Educacin Tcnica para el Desarrollo de la Universidad Catlica de
Santiago de Guayaquil (UCSG) tiene equipamiento de tecnologa
FESTO, industria Alemana, que es lder en aplicaciones control y
mandos industriales con aire comprimido.
En Mxico se incitan la creacin de sistemas neumticos para el
aprendizaje del estudiante y en segn el plan de trabajo de su
asignatura de Automatizacin, se le da las facilidades de disear un
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sistema neumtico en escala y as crean un mdulo didctico que ser
calificado por el docente a cargo.
2.1.1.2 En el contexto Nacional
En la Universidad Mayor de San Marcos aplica estos proyectos de
automatizacin al promover su desarrollo, difundiendo en su revista
como en el caso del proyecto de Implementacin de un prototipo de
una dispensadora y envasadora de chocolates.
La industria Peruana est en el camino de la automatizacin, en la cual
los indicios son la implementacin de sistemas neumticos,
electroneumtico, que permitan el mejoramiento del bien o servicio que
se producen, como en la automatizacin de una planta recuperadora de
arena, y en otros sectores.
2.1.1.3 En el contexto Local
En el caso del departamento de Lambayeque la industria se muestra un
crecimiento paso a paso, en el desarrollo y se adaptacin al siglo XXI
de la industria, aplicando el Controlador Lgico Programable (PLC) y
otras herramientas, aproximadamente se estima que el crecimiento en
el campo de los sistemas neumticos complejos que mejoren en la
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produccin y se necesitarn de especialistas que diseen y conozcan
estos sistemas.
En la Elctrica de la Universidad de Seor de Sipn se obtiene
conocimiento terico y prctico que ayuda a la formacin profesional,
en la experiencia curricular denominado Automatizacin se tiene un
silabo en el cual se podr desarrollar habilidades, pero si se
implementara el dispositivo de perforado y estampado se lograra un
aumento en la habilidades en resolver problemas que se genera con la
prctica, los temas como neumtica e hidrulica aplicados en la
industria se encontrara en el camino del futuro profesional, se podr
encontrar que en la industria los sistemas con estas ramas se aplicarn
y por lo cual se notar una cierta carencia de la habilidad; el correcto
montaje y utilizacin de elementos del sistema neumtico, el
conocimiento de los tipos de elementos que puedan utilizar en cada
proceso, que posibles soluciones se le den a problemas reales que
surgen en estos procesos.
2.1.2 Formulacin del problema
Cmo Disear un dispositivo de perforado y estampado electroneumtico
para aplicaciones educativas en automatizacin y control?
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2.1.3 Justificacin e importancia
Los procesos industriales estn en constante evolucin y renovacin, para
eso los conocimientos tericos prcticos son necesario en el profesional y asi
lograr se competitivo y capaz de resolver problemas. Al disear un dispositivo
se facilitar el desarrollo del estudiante universitario de Ingeniera Mecnica
Elctrica en sistemas neumticos que permitir que entre al mundo
competitivo de la industria automatizada.
El proyecto a realizar se convertir en modelo de innovacin, empeo y
muestra de colaboracin; obteniendo como valor agregado el
posicionamiento de los profesionales en el campo de la automatizacin,
ganando de este modo un buen desempeo de sus egresados. Generando
una visin de industrial en la aplicacin de estas tecnologas actuales, as
aportara:
A la sociedad se le otorga un mejor servicio en el futuro empresarial y un
atractivo desarrollo de la industria en el entorno, expandiendo el mercado
tecnolgico que se observara en el futuro industrial en la funcin de demanda
de elementos tecnolgicos
En lo profesional al ser uno competitivo y con mayores habilidades en el
campo de la neumtica, beneficiando a los dems compaeros que desean
desarrollar habilidades y actitudes en esta rama de la Profesin de Ingeniero
Mecnico Elctrico.
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En lo tecnolgico se enfoca en difundir el desarrollo de la automatizacin y
para as mejorar con la utilizacin, descubriendo nuevas formas de emplear
esta tecnologa.
2.1.4 Objetivos
2.1.4.1 Objetivo general
Disear un dispositivo de perforado y estampado electroneumtico
para aplicaciones educativas en automatizacin y control
2.1.4.2 Objetivos especficos
Disear las dimensiones de la estructura del dispositivo de
perforado y estampado electroneumtico.
Calcular de los elementos electroneumticos y neumticos del
dispositivo de perforado y estampado electroneumtico.
Seleccionar los elementos del dispositivo de perforado y
estampado electroneumtico.
Elaborar la lgica de programacin, utilizando el software Labview.
Programar el PLC en Leguaje Ladder
Demostrar con el software de Solidwork el diseo del dispositivo
de perforado y estampado electroneumtico.
Efectuar el plan de Mantenimiento
Elaborar el presupuesto del proyecto del dispositivo de perforado
y estampado electroneumtico.
Realizar los planos del diseo.
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2.2 Marco terico
2.2.1 Antecedentes de la investigacin
En contexto encontramos;
Casignia,B y Gavilnez,H (2011) en su Tesis Titulado; Diseo,
Implementacin de un mdulo didctico para la simulacin de procesos
industriales en una banda transportadora, por medio de PLC. RIOBAMBA
- ECUADOR, concluye que:
La implementacin de un mdulo didctico para la simulacin de
procesos industriales en una banda trasportadora por medio de PLC
fortalecer los conocimientos de los estudiantes de la Escuela de
Electrnica Control y Redes Industriales en las reas de neumtica,
automatizacin, sensores y mecatrnica.
Es necesaria la creacin de un servidor OPC para lograr la
comunicacin entre LabVIEW y el PLC.
La banda soporta directamente el material a transportar y lo desplaza
hacia cualquier etapa de clasificacin.
La banda puede transportar y clasificar hasta 4320 latas diarias
trabajando 24 horas continuas.
Es necesario la normalizacin de cada pixel examinado en las imgenes
para determinar correctamente el color de la lata.
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El aluminio perfilado es muy adecuado para la construccin de este tipo
de estructuras pues es liviano, resistente y ms fcil de manipular que
otros materiales.
Murillo,G y Montaluisa,S (2011) en sus Tesis Titulado; Control E Inspeccin
De Llenado Botellas Aplicando Herramientas De Visin Artificial Para El
Laboratorio De Neumtica E Hidrnica De La Espe Sede Latacunga,
concluye que:
El proyecto realizado cumple con los objetivos propuestos inicialmente
que son, el diseo y construccin de un prototipo para control e
inspeccin del nivel de llenado de botellas. Su operacin es sencilla y
fcil de entender, de manera que los estudiantes puedan realizar la
prctica del control de nivel de lquidos de una manera provechosa.
La Web Cam Delux DLV-B522 utilizada para este prototipo brinda las
caractersticas necesarias bsicas, permitiendo una fcil captacin a
tiempo real y mayor resolucin de las imgenes que se desea obtener
para la simulacin del programa.
El PLC Twido brinda la facilidad de trabajar con lenguaje de
programacin Ladder que es una de las programaciones con menos
complejidad.
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Mediante las funciones de IMAQ-Visin se logra procesar y tratar la
imagen de una manera simplificada y sin necesidad de una compleja
programacin.
Lookout es una herramienta que sirve para establecer comunicacin
entre el PC-PLC y tiene caractersticas similares al OPC.
El llenado del lquido, se realiza a una velocidad reducida, optima que
el sensor permite captar la posicin de la botella y posicionarla para
llenado.
Las lmparas permiten mejorar la adquisicin de la imagen, ya que
eliminan posibles ruidos, sombras que se presenten en el momento de
capturar la imagen del llenado.
Mediante el software y hardware de Visin Artificial se puede
inspeccionar cada pieza en lugar de muestrear en forma aleatoria, en
este caso puede detectar la botella a ser llenada.
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2.2.2 Estado del arte
En este apartado se comentaran de algunas las marcas dedicadas al
desarrollo de mdulos didcticos para su aplicacin en materias de
ingeniera.
Algunas de las empresas ms comerciales en la elaboracin de mdulos
didcticos son Siemens, Festo, SMC, gunt HAMBURG entre otras, cabe
mencionar que son empresas de nivel internacional. Estas empresas a travs
de su equipo didctico se dedican a la capacitacin de personal y tambin a
exposiciones con las que pretenden promocionar su equipo y con ello elevar
sus ventas. Los mdulos completos sirven para dar una breve introduccin
experimental a los fundamentos de la neumtica y la electro-neumtica con
PLC.
Festo
Festo Didactic es una empresa con ms de 40 aos de experiencia en el
desarrollo de soluciones para un aprendizaje rpido y consolidado de
todo el espectro de la tecnologa de automatizacin.
Los conocimientos y experiencia sitan a Festo en una posicin clave en
el mercado. La demanda de formacin seguir creciendo rpidamente. Y
esta es la razn por la que ha fijado la meta de hacer el aprendizaje an
ms eficiente y didctico.
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El Sistema para la Enseanza de Automatizacin es ms amplio y
actualizado que nunca e incluye todos los temas actuales de
automatizacin en su gama de productos: neumtica, electroneumtica,
hidrulica, electrohidrulica, electrnica, electrotecnia, sensores,
robtica, tecnologa CNC, tecnologa de PLC y bus de campo, tecnologa
de fabricacin e ingeniera de procesos, as como mecatrnica. Los
equipos de formacin para ingeniera con los que cuenta Festo pueden
ser bsicos y cursos especficos de tecnologa, hasta los sistemas de
planificacin, control y manipulacin de complejas redes CIM y centros
de aprendizaje completamente equipados.
Actualmente, Festo ha logrado tambin desarrollar software para el uso
de sus componentes, cuenta con los siguientes:
Fluid Sim: En Fluid SIM se puede utilizar el nuevo lenguaje descriptivo
grafico GRAFCET que describe el comportamiento lgico y la secuencia
de un sistema de control o de un proceso, independientemente de la
conversin tcnica de software o hardware
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2.2.3 Bases terico cientficas
2.2.3.1 Automatizacin Industrial
Automatizacin industrial es el uso de sistemas o elementos
computarizados y para controlar mquinas y/o procesos industriales
sustituyendo a operadores humanos.
La automatizacin abarca mucho ms que un Sistema de Control,
est conformada por:
Instrumentacin industrial.
Sensores y transmisores de campo.
Sistemas de control y supervisin.
Sistemas de transmisin y recoleccin de datos.
Aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y
controlar operaciones de plantas o procesos industriales.
(Cardenal, L et al., Automatizacin industrial. (s.f.))
La automatizacin ha pasado de ser una herramienta de trabajo
deseable a una herramienta indispensable para competir en el
mercado globalizado. Ningn empresario toma a la ligera la
automatizacin de sus procesos para aumentar la calidad de sus
productos, reducir los tiempos de produccin, realizar tareas
complejas, reducir los desperdicios o las piezas mal fabricadas y
sobre todo Aumentar La Rentabilidad.
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(Ruedas. C, Automatizacin Industrial: reas De Aplicacin Para
Ingeniera, p. 4)
2.2.3.2 LABVIEW
El LabView (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)
es un ambiente para el desarrollo en programacin, como otros
softwares, pero presenta una caracterstica que lo hace diferente:
Los otros programas utilizan lenguajes basados en texto para crear
lneas de cdigo, mientras que LabView utiliza un lenguaje grfico
de programacin, para crear cdigo con el uso de diagramas de
bloques.
LabView, es un ambiente de desarrollo de programas de propsito
general, que contiene libreras y funciones para desarrollar tareas.
LabView incluye adems libreras para adquisicin, presentacin,
anlisis y almacenamiento de datos; incluye tambin herramientas
para la correccin de errores y optimizacin del desempeo.
Presenta tambin herramientas para depuracin similar a los
editores de lenguajes convencionales, como fijar puntos de corte,
animar la ejecucin para observar cmo cambian los datos dentro
del programa y realizar pasos simples (uno a la vez).
(Guillermo, P et al., LadView. (s.f))
El LabView tiene las siguientes ventajas con respecto a los otros:
Es ms fcil dibujar una idea que se tiene de un programa, que
describirla en un cdigo determinado.
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Facilidad en la interface con instrumentos externos, esto sobre
todo en la lnea construida por National Instruments
Facilidad en la creacin de ayudas para los usuarios y
programadores
Recibe cdigo de otros lenguajes como C++ y Basic (software)
Fue especficamente hecho para control, por lo que presenta
ventajas en este respecto como libreras especializadas en
automatizacin y el procesamiento digital.
Manejo implcito de los lmites en la operacin de datos, por
ejemplo no permite manejar ndices superiores a los definidos
en un arreglo, permite el manejo de ms y menos infinito, etc.
Permite el manejo automtico de unidades de medicin.
No presenta polimorfismo sobre VIs creados, por ejemplo no
podra tenerse un mdulo que por una misma entrada permita
algunas veces entrar un nmero y otras un arreglo.
No permite programacin orientada a objetos.
No permite recursividad
a. Ambiente De Programacin
a.1 La ventana de inicio
Para iniciar el trabajo en LabView presione doble click sobre el
cono National Instrument LabView, con lo que aparecer la
ventana de inicio:
Las diferentes opciones se enuncian a continuacin:
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Blank VI Permite crear un Instrumento Virtual (VI) en blanco.
Open VI Permite abrir un Instrumento Virtual (VI) construido
con anterioridad.
VI from Template Permite crear un Instrumento Virtual (VI)
a partir de una plantilla.
Exit Termina la ejecucin del LabView
a.2 El Panel
El panel permite realizar la presentacin que el usuario final ver,
en l se colocan todos los diferentes elementos que permiten el
intercambio de informacin entre el programa y la persona que
ejecutar la aplicacin.
a.3 El diagrama
El diagrama contiene el cdigo del programa. Por medio del
lenguaje grfico se dibuja el algoritmo que procesa la
informacin que se adquiere por medio del panel.
a.4 La paleta de controles
Todas los elementos que pueden ser colocados en el panel se
encuentran en la paleta de controles, sta aparece al ubicarse en
el rea de trabajo del panel y presionar el botn derecho del
mouse.
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a.5 La paleta de funciones
Todas las operaciones disponibles y la implementacin de
algoritmos se realizan en forma grfica a travs de los bloques
funcionales que se encuentran en la paleta de funciones, sta
aparece al ubicarse en el rea de trabajo del diagrama y
presionar el botn derecho del mouse.
a.6 Paleta de herramientas
La paleta de herramientas permite crear, modificar y depurar Vis
utilizando sus diferentes opciones.
Si la paleta de herramientas no aparece puede activarla
seleccionando del men en el panel: Windows | show tools panel
Las opciones de la paleta de herramientas se enumeran a
continuacin:
Herramienta de operacin. Permite cambiar los valores de
los elementos en el panel frontal y permite modificar textos
existentes.
Herramienta de posicionamiento. Permite seleccionar,
mover o redimensionar objetos.
Herramienta de etiquetado. Permite modificar etiquetas,
nombres de variables y modificar y cambiar las propiedades
de los textos.
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Herramienta de cableado. Permite realizar las conexiones
entre diferentes bloques en el diagrama.
Herramienta de men. Permite desplegar un men con
diferentes opciones en cada uno de los objetos, esta accin
se realiza tambin al presionar click derecho sobre un
elemento
Herramienta de deslizamiento. Permite deslizarse a travs de
una ventana sin utilizar las barras de desplazamiento.
Herramienta de puntos de detencin. Permite definir puntos
de parada en una aplicacin, de tal manera que la aplicacin
termine cuando se llegue all.
Herramienta de pruebas. Permite colocar puntos de prueba
en una aplicacin. Los puntos de prueba permiten ver
informacin de los valores calculados.
Herramienta de copiado de color. Copia colores que aparecen
en la ventana activa para ser usados en otros sitios.
Herramienta de color. Permite definir y cambiar el color de los
objetos.
Ejecucin de programas
Debajo del men principal en el panel y el diagrama se encuentra
la barra de herramientas que permite la ejecucin de un programa,
la funcin de algunos de los conos son las siguientes:
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Botn de ejecucin. Permite ejecutar la aplicacin. Cuando
hay errores se muestra como una flecha partida y al
presionarlo muestra la ventana de error
Botn de ejecucin contina. Permite ejecutar una aplicacin
varias veces, de tal manera que al terminar la ejecucin
vuelve a comenzar.
Botn de Pausa/Continuar. Permite parar la ejecucin al
presionarlo y continuar con la ejecucin al volverlo a
presionar.
Botn de ejecucin animada. Permite habilitar e inhabilitar la
ejecucin animada, la cual muestra los datos de la aplicacin
a medida que se calculan.
Botn de abortar ejecucin. Permite terminar con la ejecucin
de una aplicacin
(National Instruments, Fundamentos del Entorno de LabVIEW (s.f.))
2.2.3.3 SolidWorks
El software de automatizacin de diseo mecnico de SolidWorks es
una herramienta de diseo de modelado slido paramtrica y basada
en operaciones que aprovecha la facilidad de aprendizaje de la interfaz
grfica de usuario de Windows. Puede crear modelos slidos en 3D
totalmente asociativos con o sin restricciones mientras utiliza al mismo
tiempo las relaciones automticas o definidas por el usuario para
capturar la intencin del diseo.
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Los trminos que aparecen en cursiva significan lo siguiente:
a. Basado en operaciones
Del mismo modo que un ensamblaje est compuesto por una serie de
piezas individuales, un modelo de SolidWorks tambin est
compuesto por elementos individuales. Dichos elementos se
denominan operaciones.
Cuando usted crea un modelo mediante el software de SolidWorks,
trabaja con operaciones geomtricas inteligentes y fciles de
entender, como salientes, cortes, taladros, nervios, redondeos,
chaflanes y ngulos de salida. A medida que se crean estas
operaciones, las mismas se aplican directamente a la pieza con la que
est trabajando.
Las operaciones se pueden clasificar como croquizadas o aplicadas.
o Operaciones croquizadas: las que se basan en un croquis en
2D. Generalmente, ese croquis se transforma en un slido
mediante extrusin, rotacin, barrido o recubrimiento.
o Operaciones aplicadas: las que se crean directamente en el
modelo slido. Los redondeos y los chaflanes son ejemplos de
este tipo de operacin.
El software de SolidWorks muestra grficamente la estructura basada
en operaciones del modelo en una ventana especial denominada
Gestor de diseo del FeatureManager. El gestor de diseo del
FeatureManager no slo muestra la secuencia en la que se han
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creado las operaciones, sino que tambin le facilita el acceso a toda
la informacin relacionada subyacente.
La pieza se puede visualizar como una coleccin de diversas
operaciones diferentes; algunas agregan material, como el saliente
cilndrico, y otras eliminan material, como el taladro hasta profundidad
especificada.
Al asignar las operaciones individuales a su correspondiente lista en
el gestor de diseo tenemos:
a.1 Paramtrico
Las cotas y las relaciones utilizadas para crear una operacin se
capturan y se almacenan en el modelo. Gracias a ello, no slo es
posible la captura de la intencin del diseo, sino que tambin se
pueden realizar de manera rpida y sencilla cambios en el modelo.
o Cotas conductoras: cotas utilizadas al crear una operacin.
Incluyen las cotas relacionadas con la geometra de croquis,
as como las relacionadas con la operacin en s. Una
operacin como un saliente cilndrico sera un ejemplo simple
de ello. El dimetro del crculo del croquis controla el dimetro
del saliente. La profundidad a la que se realiz la extrusin del
crculo cuando se realiz la operacin controla la altura del
saliente.
o Relaciones: incluyen informacin del tipo paralelismo,
tangencia y concentricidad. Histricamente, este tipo de
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informacin se ha comunicado en los dibujos a travs de los
smbolos de control de las operaciones. Capturando esto en el
croquis, SolidWorks le permite capturar totalmente la intencin
del diseo directamente en el modelo.
a.2 Modelado slido
Un modelo slido es el tipo ms completo de modelo geomtrico
utilizado en los sistemas de CAD. Contiene toda la geometra de
superficie y almbrica necesaria para describir detalladamente las
aristas y las caras del modelo. Adems de la informacin
geomtrica, contiene toda la informacin denominada topolgica
que interrelaciona la geometra. Un ejemplo de informacin
topolgica sera qu caras (superficies) se encuentran en qu arista
(curva). La inteligencia hace que funciones como el redondeo
resulten tan fciles como seleccionar una arista y especificar un
radio.
a.3 Totalmente asociativo
Un modelo de SolidWorks es totalmente asociativo a los dibujos y
ensamblajes a los que hace referencia. Los cambios efectuados en
el modelo se reflejan automticamente en los dibujos y ensamblajes
relacionados. De un modo similar, puede efectuar modificaciones
en el contexto del dibujo o del ensamblaje y tener la certeza de que
esas modificaciones se reflejarn en el modelo.
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a.4 Restricciones
Las relaciones geomtricas paralelas, perpendiculares,
horizontales, verticales, concntricas y coincidentes son tan slo
algunas de las restricciones que SolidWorks admite. Adems, se
pueden utilizar ecuaciones para establecer relaciones matemticas
entre los parmetros. Mediante las restricciones y las ecuaciones,
puede garantizar que se capturen y se mantengan los conceptos
del diseo, como los taladros o los radios iguales.
a.5 Intencin del diseo
La intencin del diseo es el plan que ha establecido con relacin
al comportamiento que debe presentar el modelo al modificarlo. Por
ejemplo, si modela un saliente que contenga un taladro hasta
profundidad especificada, el taladro debera desplazarse al
desplazarse el saliente. De un modo similar, si modela una matriz
de taladro circular compuesta por seis taladros separados por una
distancia equitativa, el ngulo entre los taladros debe cambiar
automticamente al cambiar el nmero de taladros de seis a ocho.
Las tcnicas utilizadas para crear el modelo determinan cmo y qu
tipo de intencin del diseo se captura.
2.2.3.4 Controlador Lgico Programable (PLC).
El controlador lgico programable representa una gran herramienta
para el control de procesos, aunque para utilizarlos se debe tener un
conocimiento previo de las caractersticas, del software con el que se
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programa, de su forma de conexin y de la cantidad de entradas y
salidas con las que cuenta, los PLC son un gran avance en el control
de procesos electro-neumticos.
El control por PLC tiene grandes ventajas una de ellas es la
simplificacin, tanto de espacio como para la ejecucin del proceso, el
espacio reducido es muy grande, en especial si consideramos un
proceso muy extenso y complicado, donde se requieren de muchos
relevadores, en el caso de control electro-neumtico, o muchas
vlvulas y tuberas, para el caso de control neumtico, el PLC lo puede
simplificar a una sola gaveta.
Otra ventaja que ofrece el PLC por sobre otros mtodos de control es
la distancia, puede estar ubicado a una larga distancia de los
actuadores y no existirn alteraciones en la velocidad de respuesta.
De hecho el PLC puede estar monitoreado a travs de una PC que
tambin puede estar apartada del, y contaremos con los datos en
tiempo real.
El PLC da la pauta para que el operador pueda estar cambiando la
configuracin, cuantas veces sea necesaria, o de aumentar o disminuir
acciones con una mnima inversin (Hasta donde el PLC lo permita),
sin necesidad de tener detenido el proceso por mucho tiempo. Adems
de que la mayora de los softwares de programacin de PLC cuentan
con simuladores, de esta forma podemos hacer algunas pruebas para
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asegurarnos del funcionamiento o cambiar errores sin tener que gastar
los dispositivos.
El PLC cuenta con la gran ventaja de tener diferentes tipos de puertos
de comunicacin, ya sea por la pantalla, a travs de una PC por puerto
RS-232 o USB o por internet, segn sea el tipo de PLC, esto ofrece al
usuario una herramienta extra para el control del mantenimiento de las
mquinas, tiempos de trabajo o tiempos muertos, monitoreando cada
parte del proceso, e incluso algunos ofrecen enviar informacin a
alguna base de datos.
a. Estructura de un PLC
Todos los PLCs comerciales poseen una estructura externa compacta
en la que estn todos los elementos (en un solo).
Sin embargo, podemos decir que existen bsicamente dos formas
externas de presentacin de los PLCs, una modular y la otra
compacta.
En cuanto a la estructura modular existen:
Estructura americana: separa las E/S del resto del autmata.
Estructura europea: cada mdulo es una funcin (fuente de
alimentacin, CPU, E/S, etc.).
Los micro-plcs suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo
no es determinado y se suele incluir dentro de un conjunto ms grande
de control o dentro de la misma maquinaria que se debe controlar.
-
27
La estructura interna de un PLC tpico, en l podemos ver lo siguiente:
a.1 Registros de entrada y salida de datos y puertas de expansin.
A ellas se conectan las secciones de entrada y de salida.
o Seccin de entradas: se trata de lneas de entrada, las cuales
pueden ser de tipo digital o analgico. En ambos casos se
tienen rangos de tensin caractersticos, los cuales se
encuentran en las hojas de caractersticas dadas por el
fabricante. A estas lneas conectaremos los sensores, y las
lneas de transmisin.
o Seccin de salidas: son una serie de lneas, que tambin
pueden ser de carcter digital o analgico. A estas lneas
conectaremos los actuadores.
Tanto las entradas como las salidas estn aisladas de la CPU
segn el tipo de autmata que utilicemos.
Normalmente se suelen emplear optoacopladores en las entradas
y rels/optoacopladores en las salidas.
b. La unidad central de proceso (CPU)
Se encarga de procesar el programa de usuario que le
introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de
memoria, registros, e instrucciones de programa (parte superior
del diagrama en bloques).
-
28
Adicionalmente, en determinados modelos ms avanzados,
podemos disponer de funciones ya integradas en la CPU; como
reguladores PID, control de posicin, etc.
Muchos equipos poseen una unidad de alimentacin (algunas
CPU la llevan incluida).
Tambin se dispone de una unidad o consola de programacin
que nos permitir introducir, modificar y supervisar el programa de
usuario. Los dispositivos perifricos, como nuevas unidades de
E/S, ms memoria, unidades de comunicacin en red, etc., y las
interfaces facilitan la comunicacin del autmata mediante enlace
serie con otros dispositivos (como un PC).
c. La Memoria
Dentro de la CPU disponemos de un rea de memoria, la cual
posee varias secciones encargadas de distintas funciones. As
tenemos:
o Memoria del programa de usuario: aqu introduciremos el
programa que el PLC va a ejecutar cclicamente.
o Memoria de la tabla de datos: es la zona encargada de atribuir
las funciones especficas del programa.
Se suele subdividir en zonas segn el tipo de datos (como
marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.).
-
29
o Memoria del sistema: aqu se encuentra el programa en cdigo
de mquina que monitoriza el sistema (programa del sistema
o firmware).
Este programa es ejecutado directamente por el
microprocesador/microcontrolador que posea el PLC.
o Memoria de almacenamiento: se trata de una memoria externa
que empleamos para almacenar el programa de usuario, y en
ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele
ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o
FLASH.
Cada PLC divide su memoria de esta forma genrica, haciendo
subdivisiones especficas segn el modelo y fabricante.
d. Unidades de E/S
Generalmente se dispone de dos tipos de E/S:
- Digital.
- Analgica.
Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir
o no conducen seal alguna o poseen un nivel mnimo de tensin.
Estas E/S se manejan nivel de bit dentro del programa de usuario.
Las E/S analgicas pueden poseer cualquier valor dentro de un
rango determinado especificado por el fabricante. Se basan en
conversores A/D y D/A aislados de la CPU (pticamente o por
etapa de potencia).
-
30
Estas seales se manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits)
dentro del programa de usuario.
Las E/S son ledas y escritas dependiendo del modelo y del
fabricante, es decir pueden estar incluidas sus imgenes dentro
del rea de memoria o ser manejadas a travs de instrucciones
especficas de E/S.
e. Interfaces
Todo PLC, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder
comunicarse con otros dispositivos (como un PC).
Lo normal es que posea una interface serie del tipo RS-232 / RS-
422.
A travs de esta lnea se pueden manejar todas las caractersticas
internas del controlador, incluida la programacin del mismo, y
suele emplearse para monitorizacin del proceso en otro lugar
separado.
f. Unidades de Programacin
La programacin del PLC puede ser hecha por una unidad de
programacin que suele ser en forma de calculadora. Es la forma
ms simple de programar el equipo, y se suele reservar para
pequeas modificaciones del programa o la lectura de datos en el
lugar de colocacin del equipo.
Tambin se puede usar una consola de programacin. Es un
terminal a modo de ordenador que proporciona una forma ms
-
31
cmoda de realizar el programa de usuario y observar parmetros
internos del PLC. Desfasado actualmente.
El modo ms empleado para programar un PLC es mediante una
computadora tipo PC. Permite programar desde un ordenador
personal estndar, con todo lo que ello supone: herramientas ms
potentes, posibilidad de almacenamiento en soporte magntico,
impresin, transferencia de datos, monitorizacin mediante
software SCADA, etc.
(Vallejo, H 2013)
Para cada caso el fabricante proporciona lo necesario, bien el
equipo o el software/cables adecuados. Cada equipo,
dependiendo del modelo y fabricante, puede poseer una conexin
a uno o varios de los elementos anteriores. En el caso de los
micro-plc se escoge la programacin por PC o por unidad de
programacin integrada en la propia CPU.
g. Dispositivos Perifricos
El PLC, en la mayora de los casos, puede ser ampliable. Las
ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van
desde las redes internas (LAN, etc.), mdulos auxiliares de E/S,
memoria adicional, hasta la conexin con otros autmatas del
mismo modelo.
-
32
Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliacin de sus
modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos de la
misma serie.
2.2.3.5 SISTEMAS NEUMTICOS
Son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la
transmisin de seales y/o potencia. Dentro del campo de la
neumtica la tecnologa se ocupa, sobre todo, de la aplicacin del aire
comprimido en la automatizacin industrial (ensamblado,
empaquetado, etc.).
Los sistemas neumticos se usan mucho en la automatizacin de
mquinas y en el campo de los controladores automticos. Los
circuitos neumticos que convierten la energa del aire comprimido en
energa mecnica tienen un amplio campo de aplicacin (martillos y
herramientas neumticas, dedos de robots, etc.) por la velocidad de
reaccin de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del
aire.
En los sistemas neumticos, el movimiento del mbolo de los cilindros
de los actuadores es ms rpido que en los mecanismos hidrulicos.
(Por ejemplo, el taladro y el martillo neumtico, responden muy bien a
las exigencias requeridas en estos casos).
(Castieira, C. Sistemas Neumticos, 2012)
-
33
2.2.3.6 ELECTRONEUMTICA
Es una de las tcnicas de automatizacin que en la actualidad viene
cobrando vital importancia en la optimizacin de los procesos a nivel
industrial. Su evolucin fue a partir de la neumtica, disciplina
bastante antigua que revolucion la aplicacin de los
servomecanismos para el accionamiento de sistemas de
produccin industrial. Con el avance de las tcnicas de electricidad
y la electrnica se produjo la fusin de mtodos y dando as el inicio
de los sistemas electro-neumticos en la industria, los cuales
resultaban ms compactos y ptimos a diferencia de los sistemas
puramente neumticos.
En la electroneumtica, la energa elctrica substituye a la energa
neumtica como el elemento natural para la generacin y
transmisin de las seales de control que se ubican en los sistemas
de mando.
a. Elementos de una instalacin automatizada
o Mquinas: Son los equipos mecnicos que realizan los
procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o
materia prima.
o Accionadores: Son equipos acoplados a las mquinas, y que
permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje,
embalaje. Pueden ser:
-
34
o Accionadores elctricos: Usan la energa elctrica, son por
ejemplo, electrovlvulas, motores, resistencias, cabezas de
soldadura, etc.
o Accionadores neumticos: Usan la energa del aire
comprimido, son por ejemplo, cilindros, vlvulas, etc.
o Accionadores hidrulicos: Usan la energa de la presin del
agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.
o Pre-accionadores: Se usan para comandar y activar los
accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de
velocidad, distribuidores neumticos, etc.
o Captadores: Son los sensores y transmisores, encargados de
captar las seales necesarias para conocer el estados del
proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.
o Interfaz Hombre-Mquina HMI: Permite la comunicacin entre
el operario y el proceso, puede ser una interfaz grfica de
computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.
o Elementos de mando: Son los elementos de clculo y control
que gobiernan el proceso, se denominan autmata, y
conforman la unidad de control.
o Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte
de mando y parte operativa
-
35
o Parte de mando: Es la estacin central de control o autmata.
Es el elemento principal del sistema, encargado de la
supervisin, manejo, correccin de errores, comunicacin, etc.
o Parte operativa: Es la parte que acta directamente sobre la
mquina, son los elementos que hacen que la mquina se
mueva y realice las acciones. Son por ejemplo, los motores,
cilindros, compresoras, bombas, rels, etc.
(Prede. G y Scholz. D, Electroneumtico, 2002, (Parte A) p. 35)
2.2.3.7 ELECTROVLVULAS
Esta vlvula realiza la conversin de energa elctrica, proveniente
de los relevadores a energa neumtica, transmitida a los
actuadores o a alguna otra vlvula neumtica.
Esencialmente, consisten de una vlvula neumtica a la cual se le
adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una corriente para
generar un campo magntico que, finalmente, generar la
conmutacin en la corredera interna de la vlvula, generando as el
cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las lneas de
servicio.
A continuacin se explicar las vlvulas direccionales ms usuales:
a. Vlvula distribuidora 2/2:
Estas vlvulas abren y cierran el paso por medio de conos,
discos, placas y bolas, evitando cualquier fuga. Ests vlvulas
-
36
son de concepcin muy simple, pequea y econmica. Son
ideales para gobernar cilindros de simple efecto.
b. Vlvula distribuidora 4/2:
Esta vlvula permite que pase el aire por los dos sentidos ya que
tiene dos entradas de aire y dos salidas. Dependiendo de la
posicin cerrada o abierta, de las vlvulas algunas vas cambian
de sentido del aire. Por eso se llama vlvula 4/2, 4 vas, 2
posiciones. La vlvula 4/2 es muy utilizada para gobernar
cilindros de doble efecto.
c. Vlvula distribuidora 4/3:
La vlvula 4/3 funciona casi igual que la 4/2, pero con la ventaja
que tiene una pausa entre las posiciones del cilindro. sta se
acciona manualmente o por pedal, dando mayor posibilidad de
gobernar el cilindro a controlar, podemos conectar el cilindro
cuando queremos. Estas vlvulas se usan para gobernar tanto
cilindro de doble efecto, como motores neumticos.
(Pany.M y Scharf .S, Neumtica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 55)
2.2.3.8 CILINDROS NEUMTICOS
Dispositivos mecnicos cules producen fuerza, a menudo
conjuntamente con movimiento, y se accionan cerca gas
comprimido (tpicamente aire).
-
37
Para realizar su funcin, los cilindros neumticos imparten a fuerza
por el convertir energa potencial de gas comprimido en energa
cintica.
Esto es alcanzada por el gas comprimido que puede ampliarse, sin
entrada de energa externa, que s mismo ocurre debido al
gradiente de la presin estableci por el gas comprimido que estaba
en un mayor presin que presin atmosfrica. Esta extensin del
aire fuerza a pistn para moverse en la direccin deseada.
El cilindro es una pieza hecha con metal fuerte porque debe
soportar a lo largo de su vida til un trabajo a alta temperatura con
explosiones constante de combustible, lo que lo somete a un trabajo
excesivo bajo condiciones extremas. Una agrupacin de cilindros
en un motor constituye el ncleo del mismo, conocido como bloque
del motor.
Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn el modo en
que se realiza el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en
tres grupos:
a. Cilindros de simple efecto
El cilindro de simple efecto realiza el trabajo en un solo sentido.
Por regla general la longitud de la carrera no supera los 10 cm,
que el dimetro de los cilindros es pequeo y el consumo de aire
-
38
es muy poco, entonces suelen aplicarlos como elementos
auxiliares en las automatizaciones.
b. Cilindros de doble efecto
Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los
casos en que el mbolo tiene que realizar una misin tambin al
retornar a su posicin inicial, ya que hay un esfuerzo neumtico
en ambos sentidos. Se dispone de una fuerza til en ambas
direcciones.
Se puede encontrar varios tipos de cilindros de doble efecto
como los siguientes:
Con amortiguacin interna
Si el cilindro tiene que trasladar masas grandes, para evitar
choques bruscos y daos se usa un amortiguador que
funciona antes de acabar la carrera del mbolo.
De vstago pasante
Este tipo de cilindros tiene un vstago corrido hacia ambos
lados. Dando la posibilidad de dar trabajo por cada lado.
Solo dispone de dos cojinetes facilitando el movimiento del
vstago.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p.
31 34)
-
39
2.2.3.9 SENSORES E INTERRUPTORES
Los sensores tienen la tarea de medir informacin y transferirla a la
parte de procesamiento de las seales de forma que pueda ser
fcilmente procesada. En los mandos electroneumticos, los
sensores se utilizan principalmente para las siguientes tareas:
o Para detectar la posicin avanzada o retrada del vstago en
cilindros neumticos
o Para detectar la presencia y posicin de las piezas
o Para medir y supervisar la presin
a. Los Finales De Carrera
Se activan cuando una parte de la mquina o una pieza se
hallan en una determinada posicin. Normalmente, el
accionamiento se realiza por medio de una leva. Normalmente
los finales de carrera son contactos conmutadores. Por esta
razn pueden conectarse -segn se necesite- como contactos
normalmente abiertos, contactos normalmente cerrados o
contactos conmutadores.
b. Los Detectores De Proximidad
Funcionan sin contactos internos y sin que haya una fuerza
externa que los accione. Por ello, los detectores de proximidad
tienen una larga vida til y una elevada fiabilidad de
-
40
conmutacin. Hay que distinguir entro los siguientes tipos de
detectores de proximidad:
o Detectores Reed (con contacto interno)
o Detectores de proximidad inductivos
o Detectores de proximidad capacitivos
o Detectores de proximidad pticos
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p.
53)
2.2.3.10 MOTOR NEUMTICO
Los equipos que transforman energa neumtica en movimientos
giratorios mecnicos (que pueden ser continuos) se llaman motores
neumticos. El motor sin limitacin del ngulo de giro es uno de los
elementos de trabajo ms utilizados en sistemas neumticos. Los
motores neumticos son clasificados en funcin de su diseo:
a. Motores de mbolos
Este tipo de motores se clasifica en motores radiales y axiales.
El movimiento del mbolo tiene como consecuencia que el aire a
presin acta sobre una biela, la que a su vez acta sobre el
cigeal. Para que el motor trabaje de modo homogneo es
necesario que conste de varios cilindros. La potencia de los
motores depende de la presin de entrada, de la cantidad de
-
41
cilindros, de la superficie de los mbolos y de la velocidad de
stos.
Los motores axiales funcionan de modo parecido a los motores
radiales de mbolos. Cinco cilindros en disposicin axial se
encargan de transformar la fuerza en un movimiento giratorio a
travs de un disco. Dos mbolos reciben simultneamente
presin con el fin de conseguir un par de giro equilibrado para
que el motor trabaje homogneamente.
Estos motores neumticos pueden girar en ambos sentidos. El
rgimen de revoluciones mximo es de aproximadamente 5000
min-1, siendo el campo de potencia de 1.5 hasta 19 kW (2 - 25
PS).
b. Motores de aletas
Los motores neumticos suelen ser fabricados en la versin de
motores rotativos con aletas, porque pesan poco y su diseo es
sencillo.
En una cmara cilndrica se encuentra un rotor excntrico. Dicho
rotor est provisto de ranuras. Las aletas son guiadas por las
ranuras y presionadas hacia la camisa del cilindro por efecto de
la fuerza centrfuga. En otros tipos la colocacin de las aletas se
consigue mediante flexin. De este modo, las cmaras quedan
separadas hermticamente. El rgimen de revoluciones del rotor
oscila entre 3000 y 8500 min-1. Estos motores tambin pueden
-
42
ser de giro hacia la derecha o hacia la izquierda y su potencia es
regulable entre 0,1 hasta 17 kW (0,14 hasta 24 PS).
c. Motores de engranajes
El par de giro de estos motores es el resultado de la presin que
ejerce el aire contra los flancos de dos dientes engranados. Una
de las ruedas dentadas est fijamente montada en el rbol del
motor. Estos motores suelen ser de engranajes rectos o
helicoidales. Los motores de engranajes pueden ofrecer
importantes cotas de potencia (hasta aproximadamente 44
kW/60 PS). En estos motores puede variar tambin la direccin
del giro.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p.
51)
2.2.3.11 BANDA TRANSPORTADORA
Las bandas transportadoras son elementos auxiliares de las
instalaciones, cuya misin es la de recibir un producto de forma ms
o menos continua y regular, soportan directamente el material a
transportar y lo desplazan desde el punto de carga hasta el de
descarga. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las
lneas de proceso y que no requieren generalmente de ningn
operario que manipule directamente sobre ellos de forma continua.
-
43
La seleccin correcta de una banda transportadora, es aquella que
resulta en los costos ms bajos, por tonelada de material
transportado. La seleccin de la construccin de la banda, se hace
tomando en cuenta el tipo del transportador y la forma de su
operacin, o sea:
a. Ancho de la banda.
El ancho de la banda es utilizado para determinar la capacidad
de la banda, as como los pesos de las partes mviles, con los
cuales se calcula la tensin efectiva. Tambin se usa para
cuando se evalan las bandas, por acanalamiento y soporte de
carga.
b. Velocidad de la banda.
La velocidad de la banda en pies/min. (PPM) es usada para el
clculo de la tensin efectiva y de la potencia requerida. La
capacidad de una buena banda cargada totalmente, depende de
la velocidad de ella.
c. Capacidad.
La capacidad deber estar expresada en toneladas cortas por
hora, TPH (de 2000 lb). La capacidad mxima es la que se
emplea en las frmulas para la determinacin de la tensin. La
capacidad de carga se transforma al valor Q (lb de carga por pie
-
44
de longitud de transportador) en los clculos para la tensin y
para las consideraciones del soporte de carga.
d. Distancia a centros de poleas.
Es la distancia en pies, medida a lo largo del transportador a
centros de poleas terminales. Esta es usada en los clculos de
tensin de la banda, para vencer la friccin de la banda, para
vencer la friccin de la banda, de la carga y de las partes
mecnicas del transportador. La distancia a centros L es
transformada a un valor de longitud corregida Lc para uso de las
frmulas de tensin.
e. Altura.
Es la diferencia de elevacin, en pies entre los puntos de carga
del material sobre la banda y el de descarga, la cual es requerida
para calcular la tensin necesaria para bajar o levantar dicha
carga. Esta diferencia es aproximadamente la distancia vertical
entre los centros de poleas terminales, la cual se usa cuando se
desconoce la elevacin exacta entre los puntos de carga y
descarga.
f. Material transportado.
El tipo, peso, tamao, propiedades qumicas, temperatura y
presencia de aceites o grasas del material transportado,
-
45
determinan la calidad de la banda, el espesor de las cubiertas y
el cuerpo requerido para resistir las cargas de impacto.
(ContiTech Holding GmbH, Hannover, Manual de Ingeniera
Bandas Transportadoras, p. 2)
2.2.3.12 SISTEMA DE CONTROL
Es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,
dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de
reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados.
Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de
produccin industriales para controlar equipos o mquinas.
(Becerril. O et al. , Sistema de control. (s.f.))
Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de
lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de control
de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la entrada;
mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de
las consideraciones y correcciones realizadas por la
retroalimentacin. Un sistema de lazo cerrado es llamado tambin
sistema de control con realimentacin.
(Hernndez, R. Introduccin a los Sistema de control. 2010 p. 5)
-
46
a. Sistemas de control neumticos y electroneumticos
Tanto los controles neumticos como los electroneumticos
tienen una seccin de potencia neumtica (Vase Fig. 2.1). La
seccin de control de seales vara segn el tipo.
En un control neumtico se utilizan componentes de mando
neumticos, es decir, varios tipos de vlvulas,
secuenciadores, barreras de aire, etc.
En un control electroneumtico, la seccin de control se
realiza con componentes elctricos, por ejemplo, con
pulsadores de entrada elctricos, detectores de proximidad,
rels o con un control lgico programable.
Las vlvulas distribuidoras forman el interface entre la seccin
de control de seales y la seccin de potencia neumtica en
ambos tipos de control.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos
p. 95)
-
47
Figura 2. 1 Flujo de seales y componentes de un sistema de control neumtico
Fuente: (Pany.M y Scharf .S, Neumatica)
2.2.4 Definicin de trminos bsicos
2.2.4.1 Neumtica
Es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de
transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar
mecanismos. El aire es un material elstico y, por tanto, al aplicarle
una fuerza se comprime, mantiene esta compresin y devuelve la
-
48
energa acumulada cuando se le permite expandirse, segn dicta la
ley de los gases ideales.
(Serrano, A Neumtica. 2008, p. 15)
2.2.4.2 Sistemas neumticos
Son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la
transmisin de seales y/o potencia. Dentro del campo de la
neumtica la tecnologa se ocupa, sobre todo, de la aplicacin del aire
comprimido en la automatizacin industrial (ensamblado,
empaquetado, etc.)
(Castieira, C. Sistemas Neumticos, 2012)
2.2.4.3 Electroneumtica
Es una de las tcnicas de automatizacin que en la actualidad viene
cobrando vital importancia en la optimizacin de los procesos a nivel
industrial.
(Pany.M y Scharf .S, Neumtica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 55)
2.2.4.4 Corriente Continua
Se refiere al flujo continuo de carga electrica a travs de un conductor
entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con
el tiempo.
(Bastian, P. 2001 Electrotcnia. p. 17)
-
49
2.2.4.5 Corriente Alterna
Se denomina corriente alterna a la corriente elctrica en la que la
magnitud y el sentido varan cclicamente.
(Bastian, P. 2001 Electrotcnia. p. 17)
2.2.4.6 Cilindro neumtico
Dispositivos mecnicos cules producen fuerza, a menudo
conjuntamente con movimiento, y se accionan cerca gas comprimido
(tpicamente aire).
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 31
34)
2.2.4.7 Electrovlvulas
Esencialmente, consisten de una vlvula neumtica a la cual se le
adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una corriente para
generar un campo magntico que, finalmente, generar la
conmutacin en la corredera interna de la vlvula, generando as el
cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las lneas de
servicio.
(Pany.M y Scharf .S, Neumtica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 55)
-
50
2.2.4.8 Sensores
Los sensores tienen la tarea de medir informacin y transferirla a la
parte de procesamiento de las seales de forma que pueda ser
fcilmente procesada.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 53)
2.2.4.9 Motores neumticos
Los equipos que transforman energa neumtica en movimientos
giratorios mecnicos (que pueden ser continuos) se llaman motores
neumticos.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 51)
2.2.4.10 Sistema De Control
Es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,
dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir
las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados.
(Pany.M y Scharf .S, Neumatica, 2002, (Parte B) Fundamentos p. 95)
2.2.4.11 Banda Transportadora
Las bandas transportadoras son elementos auxiliares de las
instalaciones, cuya misin es la de recibir un producto de forma ms o
menos continua y regular, soportan directamente el material a
-
51
transportar y lo desplazan desde el punto de carga hasta el de
descarga.
(ContiTech Holding GmbH, Hannover, Manual de Ingeniera Bandas
Transportadoras, p. 2)
2.2.4.12 Controlador Lgico Programable (PLC).
El controlador lgico programable representa una gran herramienta
para el control de procesos, aunque para utilizarlos se debe tener un
conocimiento previo de las caractersticas, del software con el que se
programa, de su forma de conexin y de la cantidad de entradas y
salidas con las que cuenta, los PLC son un gran avance en el control
de procesos electro-neumticos.
(Mandado, E et al 2010)
2.3 Marco metodolgico
2.3.1 Tipo y diseo de la investigacin
2.3.1.1 Tipo de investigacin:
El Tipo de la investigacin es Cuantitativo porque al proponer un
diseo tiene un proceso que cada etapa precede a la siguiente y no
podemos brincar o eludir pasos el orden es riguroso, aunque, desde
luego, podemos redefinir alguna fase.(Hernndez, Fernndez, Del
Pilar,2010 p. 4)
-
52
2.3.1.2 Diseo de la investigacin:
El diseo Propositivo porque es un trabajo crtico y creativo,
caracterizado por planear opciones o alternativas de solucin a los
problemas suscitados por la situacin, permitiendo la elaborar un
dispositivo de perforado y estampado electroneumtico para
aplicaciones educativas en automatizacin y control, como propuesta
terica.
2.3.2 Poblacin y muestra:
La poblacin de esta investigacin ser los estudiantes que han
llevado la experiencia acadmica de automatizacin industrial del 8no
ciclo, de la Carrera Profesional de Ingeniera Mecnica Elctrica
La poblacin es igual a la muestra.
2.3.3 Hiptesis
Es posible disear un dispositivo de perforado y estampado
electroneumtico para aplicaciones educativas en automatizacin y
control.
2.3.4 Variables
2.3.4.1 Variable Independiente:
Diseo del Dispositivo de Perforado y Estampado Electroneumtico
2.3.4.2 Variable Dependiente:
Neumtica
Hardware
Software
-
53
2.3.5 Operacionalizacin
Variable Independiente Dimensiones Indicadores ndice Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos
DISEO DEL DISPOSITIVO DE PERFORADO Y ESTAMPADO
ELECTRONEUMTICO
Demanda del Estudiante
Cantidad de estudiantes
Nmero de estudiantes
Gua de observaciones.
Cuestionario autodiligenciado.
Variable Dependiente Dimensiones Indicadores ndice Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos
Neumtica Presin de
Aire Presin Bar
Anlisis de Documentos
Hardware
PLC
Capacidad de memoria
E/S Digitales
E/S Analogicas
MB
# E/S
# E/S
Gua de observaciones
Anlisis de Documentos
PC RAM
Sist. Operativo
GB
Versin
Gua de observaciones
Software
LabView
Solidwork
PLC
Versin
Versin
Versin
2014
2014
2010
Gua de observaciones
Anlisis de Documentos
-
54
2.3.6 Mtodos, tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos
2.3.6.1 Gua de Observacin
Es un documento que permite encausar la accin de observar ciertos
fenmenos. Esta gua, por lo general, se estructura a travs de
columnas que favorecen la organizacin de los datos recogidos.
El valor que tiene esa mencionada gua de observacin hace que se
haga uso de ella.
2.3.6.2 Anlisis de documento:
Es una tcnica basada en fichas bibliogrfica que tiene como propsito
de analizar material impreso, El anlisis de contenido directo, se limita
a tomar el sentido literal de lo que es estudiado. No se busca descubrir
un eventual sentido latente de discurso; se permanece al nivel de
sentido manifiesto.
Se usa en elaboracin de marco terico del estudio. Para una
investigacin de calidad, se sugiere utilizar simultneamente dos o
ms tcnicas de recoleccin de informacin, con el propsito de
contractar y complementar los datos.
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2.3.6.3 Cuestionario autodiligenciado
Es un formato resuelto en forma escrita por los propios sujetos de la
investigacin. Tiene la ventaja de que reduce los sesgos ocasionados
por la presencia del entrevistador, es un formato simple que facilita el
anlisis y reduce los costos de aplicacin. Entre sus desventajas cabe
destacar que el encuestador pierde el control de la secuencia de las
respuestas y presenta menor porcentaje de respuestas.
2.3.7 Procedimiento para la recoleccin de datos
2.3.7.1 Pasos para realizar la Gua de observacin
1. Planteamiento del problema, esto es, definir qu, quin, cundo y
dnde se llevar a cabo.
2. Definir universo y muestra. Desde el punto de vista cronolgico, la
frecuencia y los periodos de observacin; tambin los
acontecimientos, conductas o acaecimientos a observar.
3. Disear el formato que se utilizar.
4. Entrenamiento de los observadores, especialmente cuando
intervienen varios.
5. Especificar los miembros a observar.
6. Probar el formato.
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2.3.7.2 Pasos para realizar el Cuestionario autodiligenciado
1. Seleccin del tipo de Cuestionario a utilizar
2. Decidir cul ser la unidad a la que se aplicar el instrumento.
3. Considerar las caractersticas importantes de la unidad de
observacin o sujeto en relacin al instrumento.
4. Redactar las preguntas de maneras claras, concretas, concisas,
evitando redacciones ambiguas o que dejan dudas sobre el grado
de precisin que se espera de las respuestas.
5. Especficas, que contengan una sola idea, evitando interrogantes
dobles o mltiples.
6. Formularse en forma neutral e imparcial, evitando interrogantes
positivas o negativas que induzcan o favorezcan una respuesta.
7. Determinar la informacin que se recoger.
8. Determinar la estructura del instrumento.
a. reas o secciones
b. Formato general
9. Disear el instrumento.
a. Elaboracin de preguntas o tems.
b. Anlisis de preguntas o tems segn alcance y estructura.
10. Probar el instrumento.
11. Revisar y reproducir el instrumento.
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2.3.7.3 Pasos para realizar el Anlisis de Documentos
1. Seleccin y definicin de problemas, conceptos e ndices.
2. Comprobacin de la frecuencia y distribucin de los fenmenos.
a. Frecuencia de la conducta
b. Orden de aparicin
c. Duracin
d. Intensidad
3. Incorporacin de los hallazgos individuales en un modelo de
organizacin.
4. Recoleccin e interpretacin de los datos.
2.3.8 Plan de anlisis estadstico de datos
2.3.8.1 Distribucin de frecuencias y representaciones grficas:
Segn Mason y Lind, la distribucin de frecuencias es el
agrupamiento de datos en categoras que muestran el nmero de
observaciones de cada categora.
En otras palabras, una distribucin de frecuencias indica el nmero de
veces que ocurre cada valor o dato en una tabla de resultados de un
trabajo de campo.
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a. Histogramas: son medios grficos para representacin de la
distribucin de frecuencias.
b. Polgonos de frecuencia: al igual que el histograma, son
grficas que permiten obtener una imagen rpida de las
principales caractersticas de los datos de una distribucin de
frecuencias.
c. Grficas de barras o pay: son formas distintas de representar
los datos de una investigacin.
2.3.8.2 Medidas de tendencia central:
a. La media: es la sumatoria de un conjunto de puntajes dividida
por el nmero total de stos.
b. La moda: es el puntaje que ocurre con mayor frecuencia en una
distribucin de datos.
c. La mediana: es el valor que divide a una distribucin de
frecuencias por la mitad, una vez ordenados los datos de
manera ascendente o descendente.
2.3.8.3 Medidas de dispersin:
a. Varianza: es la suma de las desviaciones de la media elevadas
al cuadrado, dividida entre el nmero de observaciones menos
uno.
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b. Desviaciones estndares: es la cantidad promedio en que cada
uno de los puntajes individuales vara respecto de la media del
conjunto de puntajes.
2.3.9 Criterios ticos
Los criterios ticos que hemos tomado en cuenta son la dedicacin y
la responsabilidad, teniendo en cuenta y respetando el cdigo tico de
nuestra profesin como ingenieros como lo indica en el CIP, la cual a
continuacin se cita:
A Cdigo de tica del Colegio de Ingenieros del Per (CIP) Aprobado
en la III Sesin Ordinaria del Congreso Nacional de Consejos
Departamentales del Periodo 1998 1999 en la ciudad de Tacna 22,
23 y 24 de Abril de1999
Ttulo I, de la Relacin con la Sociedad
Art.4.- Los Ingenieros reconocern que la seguridad de la vida, la
salud, los bienes y el bienestar de la poblacin y del pblico en general,
as como el desarrollo tecnolgico del pas dependen de los juicios,
decisiones incorporadas por ellos o por su consejo, en dispositivos,
edificaciones, estructuras, mquinas, productos y procesos. Por
ninguna razn pondrn sus conocimientos al servicio de todo aquello
que afecta la paz y la salud.
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2.3.10 Criterios de rigor cientfico
2.3.10.1 Validez
Esta una cualidad esencial para nuestro diseo que deben tener las
pruebas o los instrumentos de carcter cientfico para la recogida de
datos, debido a que garantizan que los resultados que se presentan
son merecedores de crdito y confianza.
2.3.10.2 Fiabilidad
Para el diseo de la mquina automatizada de pintado, se
triangularn datos, investigaciones, teoras, mtodos y fuentes para
que no exista error alguno.
2.3.10.3 Consistencia
El resultado obtenido en el diseo, se repetir en proyectos mismo
contexto
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III. MARCO ADMINISTRATIVO
3.1 Cronograma de Actividades:
Actividades Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
1. Elaboracin del Proyecto X
Plan de investigacin X Marco terico X X Marco Metodolgico X Marco administrativo X Referencias bibliogrficas X
2. Presentacin del Proyecto X
Levantamiento de observaciones 1 X Revisin completa del informe por el asesor 1
X X
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Levantamiento de observaciones 2 X X Revisin completa del informe por el asesor 2
X
3. Aprobacin del Proyecto X
4. Desarrollo del Proyecto X X X
Aplicacin de metodologa e instrumentos
X X
Tabulacin de datos X X Discusin X Conclusiones y Recomendaciones X
5. Presentacin de Informe Final X
Primera revisin del Jurado X Levantamiento de Observaciones 1 X Segunda revisin del Jurado X Levantamiento de Observaciones 2 X Elaboracin del artculo segn modelo ANR
X
6. Aprobacin del Informe Final X
7. Sustentacin del Informe Final X
3.2 Presupuesto:
Materiales
Detalle Cantidad Valor (S/.) Total (S/.)
Papel A4 (ciento) 02 11.00 22.00
Documentos 03 4.00 12.00
Impresora (Tinta) 02 15.00 30.00
Anillados 03 8.50 25.50
Sub Total 89.50
Servicios
Detalle Cantidad Valor (S/.) Total (S/.)
internet 100 h 1 ((S/.)/h) 100.00
Energa Elctrica Al mes 50.00 50.00
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Movilidad 100 1.20 120.00
Sub Total 250.00
Otros Varios
Detalle Cantidad Valor (S/.) Total (S/.)
Presupuesto de la Propuesta 01 18000.00 18000.00
Refrigerio 20 5.00 100.00
Insumos Varios 01 80.00 80.00
Sub Total 18180.00
Total General: 18519.5
3.3 Financiamiento:
Al ser la presente investigacin un diseo del Dispositivo de Perforado y
Estampado Electroneumtico, el costo real es mucho menor al que se ha
propuesto, por lo que el diseo y el desarrollo del mismo, estar a cargo del
autor de dicho proyecto.