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“PROPUESTA DE ACTUALIZACIÓN DE UNA PLANTA PILOTO
DE GALVANOPLASTIA CON UN SISTEMA AUTOMÁTICO”
T É S I S
Q U E P A R A O B T E N E R E L T Í T U L O D E :
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
P R E S E N T A N
MARTÍNEZ ORTIZ CARLOS ALBERTO
MENDOZA TORRES JOSUÉ
TORRES GÓMEZ ARTURO
ASESORES:
RICARDO HURTADO RANGEL
ARMANDO TONATIUH AVALOS BRAVO
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
MÉXICO, D.F. A 04 DE MARZO DEL 2014
AGRADECIMIENTOS JOSUÉ MENDOZA TORRES
Primero agradezco a Dios por permitirme terminar esta etapa de mi vida, por estar
conmigo tanto en los buenos momentos como en los malos, por poner en mi camino
a las personas que me acompañaron durante todo este tiempo.
A mis padres por esforzarse para que llegara hasta este momento, por los consejos
que me dan y por guiarme con su ejemplo todos estos años.
A los profesores que me regalaron su tiempo y que compartieron su conocimiento
conmigo.
Por último, a todos aquellos amigos con los que conviví a lo largo de 4 años y
medio, a los que me ayudaron y dieron consejo cuando lo necesitaba, por esos
momentos felices que pase con ustedes, pero especialmente por brindarme sui
amistad.
DEDICATORIA
A Dios por permitir que este momento sea posible.
A mi mamá y papá por todos esos años de esfuerzo, consejos y enseñanzas
para que yo pudiera llegar a este momento.
A mi hermano, espero que logres todas las metas que te propones, aquí está
un ejemplo que te puede servir de inspiración.
AGRADECIMIENTOS ARTURO TORRES GÓMEZ
Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL, mi Alma Máter, la institución que ha
formado durante casi una década.
A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA por haber
sido mi segundo hogar y todos los conocimientos que me ha brindado.
A MIS PROFESORES, por brindarme sus conocimientos y experiencias.
Al Ing. Ricardo Hurtado Rangel y a la Dra. Blanca Zamora Celis por el apoyo a la
elaboración de ésta tesis.
DEDICATORIA A mi madre por su apoyo, paciencia, amor y confianza que en todo momento
estuvieron presentes, siendo la piedra angular de mi formación personal y profesional.
A mi padre por su apoyo incondicional, por enseñarme el valor de la responsabilidad
y por su enorme esfuerzo laboral que me hizo llegar hasta aquí.
A mi hermano Diego Armando que es el guía más grande que me ha dado la vida.
A mi hermana Ana Karen por todo su apoyo y cariño.
A mis abuelos por su inmenso cariño y por ser una fuente de sabiduría.
A mis tíos que nos han tratado a mis hermanos y a mí como sus propios hijos.
A Rubén Gómez, tu fallecimiento cambio mi vida pero tu espíritu permanece en los
corazones de toda mi familia.
A todos mis amigos. Que han permanecido sin importar las circunstancias y por ser
un gran ejemplo de disciplina, compañerismo, responsabilidad, resiliencia y
superación.
Gracias por apoyarme, escucharme, aconsejarme y guiarme.
AGRADECIMIENTOS CARLOS ALBERTO MARTÍNEZ ORTÍZ
AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. Por brindarme la oportunidad de estudiar
en una escuela de calidad, obteniendo conocimientos adecuados para la práctica de
la ingeniería en Control y Automatización.
A LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. Por ser
una institución responsable en el desarrollo de los ingenieros, contando con los
maestros y el apoyo suficientes para la práctica y estudio de la carrera de Ingeniero
en Control y Automatización.
A MIS PROFESORES. Durante la carrera conté con el apoyo de profesores los cuales
son un ejemplo a seguir y una fuente de conocimientos que aportaban a las nuevas
generaciones con el fin de pasar sus conocimientos con la experiencia obtenida en
su vida laboral, y por hacerlo con el amor a la docencia.
A MIS ASESORES Y SINODALES. Por haberme brindado el apoyo necesario y las
observaciones en este trabajo de tesis, pudiendo cumplir con los objetivos planteados
para poder demostrar y poner a prueba los conocimientos obtenidos durante la
carrera. Así mismo como el apoyo brindado por la Profesora Blanca Zamora Celis por
brindar la oportunidad de trabajar en la planta piloto de Galvanoplastía de su
laboratorio.
DEDICATORIA.
A MIS PADRES. Por brindarme el apoyo necesario y suficiente durante toda mi vida
escolar, por sus consejos, su honestidad y su trabajo que realizan día con día para
hacer de mí y mi hermano unas personas responsables, educadas y que siempre
tengan metas por cumplir además que estemos comprometidos con nuestros
deberes, ustedes son la fuente de inspiración a seguir adelante, mostrándonos que
ustedes estarán siempre con nosotros dándonos todo su apoyo incondicional.
A MI HERMANO. Por ser la persona que más unida está a mí y en quien pongo mi
confianza plenamente, por ti y por tus ganas de hacerme feliz siempre espero que
este trabajo te inspire y ayude a que tu cumplas tus metas, trabajando y esforzándose
todo es posible.
A MIS TÍOS. Por brindarme consejos, escucharme, y por los momentos que vivimos
al estar juntos ya que esos momentos de felicidad son los que me dan la fuerza para
no desmotivarme y así lograr lo que me propongo, siempre he contado con el apoyo
de ustedes y con mucho cariño este trabajo también es para ustedes.
A MIS PRIMOS. Por ser como mis hermanos y estar con migo para vivir los momentos
duros de la vida, pero también los más felices ustedes son la familia que me brinda la
motivación y el apoyo para triunfar y espero este sea un ejemplo de que cuando se
quiere lograr una meta solo deben centrarse en su objetivo.
A MIS ABUELOS. Por su amor, sus sabios consejos, su confianza en mí y la
dedicación que han tenido en formar una familia unida.
A LILI BONILLA TORRES. Por ser una persona que me ha enseñado que puedo
lograr lo que quiero siempre que me lo propongo brindándome su apoyo, su
comprensión y sobre todo su compañía durante el transcurso de la carrera, dándome
momentos para ser feliz y disfrutar del amor que se puede dar y recibir, espero que
este logro te sirva de inspiración para que alcances el tuyo.
ÍNDICE:
PROTOCOLO DE TESIS. ............................................................................................................................ 1
CAPÍTULO I GALVANOPLASTIA Y PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. .............................................. 4
1.1 DEFINICIÓN DE PLANTA PILOTO. .................................................................................................. 5
1.2 DEFINICIÓN DE GALVANOPLASTIA. ............................................................................................... 6
1.3 USOS DE LA GALVANOPLASTIA. .................................................................................................... 8
1.4 LEY DE FARADAY. .......................................................................................................................... 9
1.5 TIPOS DE SUSTANCIAS UTILIZADAS. ............................................................................................ 11
1.5.1 DESENGRASANTES. .................................................................................................................. 11
1.5.2 BAÑOS ELECTROLITICOS. ......................................................................................................... 13
1.6 PARAMETROS PRACTICOS INFLUYENTES EN EL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ..................... 16
1.7 PROCESOS EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA. ....................................................................... 22
CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ................................. 29
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO. ......................................................................................... 30
2.2 DTI Y EXPLICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS. ............................................................................. 36
2.3 OPERACIÓN EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA. .................................................................... 40
2.4 DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA (PR). ......................................................................... 42
2.5 TABLERO DE ALIMENTACIÓN GENERAL Y PROTECCIONES. ........................................................ 43
2.6 ALIMENTACIÓN DE TABLERO PARA ESTACIONES. ...................................................................... 44
2.7 CONTROL DE ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA. ............................................................................... 45
2.8 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE Y CUBAS DE BAÑO GALVANOPLASTICO. ... 46
CAPITULO III PROPUESTA DE ACTUALIZACIÓN PARA LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ....... 49
3.1 TIPOS DE INSTALACIONES DE GALVANOPLASTÍA. ...................................................................... 50
3.2 SISTEMAS AUTOMÁTICOS. .......................................................................................................... 51
3.3 INSTRUMENTACIÓN Y EQUIPO UTILIZADO. ................................................................................ 59
3.4 ELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL CONTROLADOR. ...................................................................... 64
3.5 PROPUESTA DE PROGRAMACIÓN ............................................................................................... 71
3.5 PROPUESTA ELÉCTRICA. .............................................................................................................. 95
CAPITULO IV COSTO DEL PROYECTO. .................................................................................................. 108
4.1 COTIZACIÓN .............................................................................................................................. 109
CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO. .............................................................................................. 116
CONCLUSIONES. .............................................................................................................................. 117
TRABAJO A FUTURO. ....................................................................................................................... 118
FUENTES DE CONSULTA ...................................................................................................................... 119
ANEXO I INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA DESCRITOS EN EL
DTI. ...................................................................................................................................................... 121
ANEXO II TIPICOS DE INSTALACIÓN. ................................................................................................... 132
ANEXO III CATÁLOGOS Y HOJAS DE ESPECIFICACIONES. .................................................................... 138
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1 ESQUEMA DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ................................................................. 8
FIGURA 1.2 DEPÓSITOS EN SUPERFICIES. ............................................................................................. 22
FIGURA 1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA. ............................................. 28
FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTÍA. ............................................................ 30
FIGURA 2.2 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 1 Y 2. .............................................................. 33
FIGURA 2.3 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 3 Y 4. .............................................................. 34
FIGURA 2.4 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 5 Y 6. .............................................................. 34
FIGURA 2.5 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 7 Y 8. .............................................................. 35
FIGURA 2.6 PARTES DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA....................................................... 37
FIGURA 2.7 INTERRUPTORES DE NIVEL COMERCIALES......................................................................... 41
FIGURA 2.8 INVERSOR DE POLARIDAD. ................................................................................................ 43
FIGURA 2.9 TABLERO DE PROTECCIONES Y ALIMENTACIÓN GENERAL. ............................................... 43
FIGURA 2.10 ALIMENTACIÓN GENERAL DE LA PLANTA. ....................................................................... 44
FIGURA 2.11 ALIMENTACIÓN DE LOS TABLEROS DE CONTROL. ........................................................... 45
FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA. ............................................................... 46
FIGURA 2.13 CONTROL DE BAÑO CALIENTE Y ESTACIONES 3,4,5,6,7 Y 8 DE LA PLANTA PILOTO. ....... 47
FIGURA 2.14 SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL CONTROLADOR Y LOS ELEMENTOS DEL
TABLERO DE CONTROL DE TANQUES 2 AL 6. ........................................................................................ 47
FIGURA 2.15 CONTROL DE TANQUES 8 Y 9. .......................................................................................... 48
FIGURA 3.1 COMPONENTES DE UN MICROCONTROLADOR. ................................................................ 53
FIGURA 3.2 PERRO GUARDIÁN. ............................................................................................................ 56
FIGURA 3.3 PLC. .................................................................................................................................... 57
FIGURA 3.4 ESTRUCTURA DE UN PLC. ................................................................................................... 57
FIGURA 3.5 CONFIGURACIÓN DE RTD’S A 2, 3 Y 4 HILOS. .................................................................... 61
FIGURA 3.6 CONFIGURACIÓN DE 4 HILOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68. ........................................... 61
FIGURA 3.7 EJEMPLO DE PEDIDO DEL SENSOR. .................................................................................... 61
FIGURA 3.8 PEDIDO EL SENSOR. ........................................................................................................... 64
FIGURA 3.9 OPLC UNITRONICS V350-35-TR20...................................................................................... 68
FIGURA 3.10 MÓDULO IO-RO16. .......................................................................................................... 69
FIGURA 3.11 MÓDULO IO–PT400. ........................................................................................................ 70
FIGURA 3.12 INTERFAZ EX–A2X. ........................................................................................................... 70
FIGURA 3.13 ENTORNO DE VISILOGIC PARA PROGRAMACIÓN DE LÓGICA DE ESCALERA Y HMI. ....... 71
FIGURA 3.14 SELECCIÓN DE PLC V350 A UTILIZAR EN EL PROYECTO Y CONFIGURACIÓN DE ETIQUETAS
PARA E/S. .............................................................................................................................................. 72
FIGURA 3.15 CONFIGURACIÓN DE MÓDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS ADICIONALES. ..................... 72
FIGURA 3.16 AGREGAR UNA NUEVA PANTALLA EN LA HMI. ................................................................ 73
FIGURA 3.17 ASIGNACIÓN DE DIRECCIÓN DE PROGRAMA PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI. ........... 74
FIGURA 3.18 DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE. ......................... 76
FIGURA 3.19 RESPUESTA DE CALENTADOR POR CONTROL ON-OFF CON HISTÉRESIS. ........................ 77
FIGURA 3.20 CONFIGURACIÓN DE TARJETAS PARA RTD. ..................................................................... 78
FIGURA 3.21 FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN Y PARÁMETROS. ............................................................... 79
FIGURA 3.22 GRÁFICA PARA FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN. ................................................................. 79
FIGURA 3.23 DIAGRAMA DE FLUJO PARA CONTROL DE CALENTADORES. ........................................... 81
FIGURA 3.24 DIAGRAMA DE FLUJO PARA BAÑOS GALVANOPLÁSTICOS. ............................................. 83
FIGURA 3.25 ESPACIO DE TRABAJO. ..................................................................................................... 85
FIGURA 3.26 MENÚ DE HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO DE UNA HMI EN VISILOGIC. ...................... 85
FIGURA 3.27 MENÚ DE OPCIONES EN LA ASIGNACIÓN DE UN BOTÓN. .............................................. 86
FIGURA 3.28 MENÚ DE ASIGNACIÓN DE UN TEXTO BINARIO. ............................................................. 87
FIGURA 3.29 IMÁGENES ADJUNTAS EN VISILOGIC. .............................................................................. 88
FIGURA 3.30 DIRECCIONAMIENTO DE PANTALLAS. ............................................................................. 89
FIGURA 3.31 PORTADA DE LA HMI. ...................................................................................................... 90
FIGURA 3.32 MENÚ DE LA HMI. ............................................................................................................ 91
FIGURA 3.33 ASIGNACIÓN DE PARÁMETROS Y DIRECCIONAMIENTO DE LA GRÁFICA DE
TEMPERATURA. ..................................................................................................................................... 92
FIGURA 3.34 PARÁMETROS DE LA FUNCIÓN NUMERIC. ...................................................................... 93
FIGURA 3.35 TECLADO. ......................................................................................................................... 94
FIGURA 3.36 PANTALLA DE BAÑO GALVANOPLÁSTICO. ....................................................................... 94
FIGURA 3.37 PANTALLA DE AGITACIÓN Y EXTRACTOR. ........................................................................ 95
ÍNDICE DE TABLAS:
TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA. ....................... 39
TABLA 3.1 COMPARACIÓN ENTRE CONTROLADORES. ......................................................................... 59
TABLA 3.2 DATOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68. ................................................................................. 62
TABLA 3.3 RELACIÓN DE TEMPERATURA (°C) Y RESISTENCIA. .............................................................. 63
TABLA 3.4 SALIDAS Y ENTRADAS PARA EL PLC. .................................................................................... 65
TABLA 3.5 COMPARACIÓN DE PLC´S. .................................................................................................... 66
TABLA 3.6 DIRECCIONES PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI. ................................................................ 74
TABLA 3.7 DIRECCIONES PARA ENTRADAS DIGITALES DEL PLC. ........................................................... 82
TABLA 3.8 DIRECCIONES PARA SALIDAS DIGITALES DEL OPLC. ............................................................ 82
TABLA 3.9 LISTA DE DIAGRAMAS ELÉCTRICOS. ..................................................................................... 95
TABLA 4.1 CATÁLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 109
TABLA 4.2 CATÁLOGO DE CONCEPTOS. .............................................................................................. 112
TABLA 4.3 COSTOS DE EQUIPO. .......................................................................................................... 113
TABLA 4.4 COSTOS DE MANO DE OBRA. ............................................................................................. 114
TABLA 4.5 COSTOS DE INGENIERÍA DE DETALLE. ................................................................................ 114
TABLA 4.6 COSTO TOTAL DEL PROYECTO. .......................................................................................... 115
TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA (CONTINUACIÓN
APÉNDICE) ........................................................................................................................................... 122
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 123
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 124
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 125
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 126
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 127
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA ..................... 128
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 128
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 129
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 130
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN). ............................................................................................................................... 131
ÍNDICE DE PLANOS:
PLANO 2.1 CROQUIS DE LABORTORIO .............................................................................................. 31
PLANO 2.2 DTI ACTUAL DE PLANTA DE GALVANOPLASTIA .............................................................. 38
PLANO 3.1 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 1 ........ 100
PLANO 3.2 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 2 ........ 101
PLANO 3.3 DIAGRAMA DE CONEXIONES A TARJETAS DE ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES DEL OPLC
........................................................................................................................................................ 103
PLANO 3.4 DIAGRAMAS DE CONEXIÓN PARA ENTRADAS DE RTD A OPLC ..................................... 105
PLANO 3.5 DIAGRAMA FÍSICO DE TABLERO DE CONTROL .............................................................. 106
PLANO 3.6 DTI DE PROPUESTA PARA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA ............................... 107
PLANO A1 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE OPLC V350-35 TR20 .......................................................... 133
PLANO A2 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE INTERFAZ EX-A2X .............................................................. 134
PLANO A3 TÍPICO DE INSTALACIÓN DE TARJETA IO-RO16 ............................................................. 135
PLANO A4 TÍPICO DE INSTALACIÓN PARA TARJETA IO-PT400 ........................................................ 136
PLANO A5 TÍPICO DE INSTALACIÓN PARA RTD ............................................................................... 137
P R O T O C O L O D E T E S I S | 1
PROTOCOLO DE TESIS.
OBJETIVO GENERAL.
Diseñar una propuesta de actualización para una planta piloto de
galvanoplastia con un sistema automático que facilite su operación, además de
ofrecer un manejo seguro.
OBJETIVOS PARTICULARES.
Describir la planta piloto de galvanoplastia.
Explicar las etapas y el manejo para llevar a cabo el proceso de
galvanoplastia en una planta piloto.
Describir las sustancias utilizadas.
Describir los elementos de la planta piloto de galvanoplastia.
Proponer un sistema automático para una planta piloto de
galvanoplastia.
Argumentar la propuesta y el equipo a utilizar en ella.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
El proceso de galvanoplastia consiste en recubrir un material con una capa
metálica haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una solución de sales
metálicas llamadas electrolitos. Proceso también conocido como electrólisis.
Los metales que comúnmente se utilizan para estos procesos son: Plata,
níquel, cobre, cromo y zinc. Su operación manual implica el riesgo de entrar en
contacto con estos materiales, sin mencionar la temperatura y la corriente necesaria
para llevar a cabo dicho proceso.
Actualmente, en la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias
Extractivas (ESIQIE-IPN) existe una planta piloto de este proceso que teniendo una
operación incomoda, y al tener que ser operada manualmente, las posibilidades de
sufrir un accidente son altas. Esta tesis, beneficiará a alumnos y profesores para que
la operación resulte segura, debido a que las dimensiones de la planta y la ubicación
de los tableros de control hacen necesaria la utilización de un banco para alcanzar
los botones, por otra parte al hacer uso del banco es necesario para el operario
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extender los brazos por encima de los tanques del proceso en caso que se tenga que
realizar un paro de emergencia o cambios en el proceso, como temperatura o
agitación.
Los operarios en este caso son alumnos y profesores, los cuales cumplen con
prácticas de Laboratorio de Electroquímica, al estar operando la planta piloto para la
realización de las prácticas es necesario que utilicen guantes de hule, ya que hay que
introducir la pieza a la solución y posteriormente retirarla, por lo que resulta peligroso
el estar en contacto con las soluciones electrolíticas del proceso. Al estar en una
práctica, es de gran importancia entender y analizar el proceso, en este caso la
galvanoplastia. Los alumnos sólo controlan el proceso mediante temperatura y
botones de arranque y paro, pero no pueden saber físicamente qué es lo que pasa
dentro de los tanques, ya que estos se tapan y se monitorean continuamentepara
saber si el proceso ha terminado.
Existen procesos en los cuales el periodo de recubrimiento es muy extenso
como días o incluso semanas, en los cuales la planta se queda encendida y durante
la noche no se cuenta con un sistema de seguridad que permita apagar la planta en
caso de que algo no contemplado ocurriese.
JUSTIFICACIÓN.
Dentro de los procesos Electroquímicos, se manejan sustancias con distintas
propiedades que pueden ser dañinas para el ser humano, ya sea por si solas,
haciendo una reacción o mezclándolas para formar el electrolito.
Esta tesis propone los beneficios de la automatización a una planta piloto de
galvanoplastia para contar con una operación segura, cómoda, eficiente y auxiliar en
las acciones de arranque y paro de la planta, monitoreo de variables como el nivel de
líquido en tanques, temperatura de las sustancias a utilizar, y en caso de alguna
condición de operación no establecida garantizar la seguridad del equipo y del
personal.
La intención de este trabajo es actualizar dicho proceso utilizando la
automatización para hacer fácil el proceso de galvanoplastia de la planta, poniendo
todo el control del proceso en una interfaz HMI (por sus siglas en inglés Human
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Machine Interfaz “Interfaz hombre máquina”) sin que el operario tenga necesidad de
cambiar constantemente de lugar, reduciendo los tiempos de operación requeridos
para desplazarse de un lugar a otro. Lo importante, sin duda es que al estar en un
lugar apartado del proceso no se corre el riesgo de entrar en contacto con las
sustancias, esto no implica que se tengan que gastar recursos económicos extras, ya
que al tener la seguridad del personal y del equipo estamos ahorrando en gastos tanto
de tiempo, dinero, e incluso procesos legales en los cuales se perderían recursos
humanos, materiales, y financieros. Para esto se elegirá el equipo adecuado a las
necesidades de trabajo que exige el proceso, implicando gastos económicos que se
justifican con la mejora de la operación, una manera dinámica de estudiar y ejecutar
el proceso de galvanoplastia y principalmente el cuidado de la integridad de los
operarios, siendo el factor de mayor importancia.
ALCANCE.
Diseñar una propuesta de automatización para una planta de galvanoplastia
que consiste en:
1. proponer la instrumentación adecuada.
2. Los diagramas de ingeniería a detalle para la instalación de los
elementos de control, el diseño de la interfaz HMI contemplando las
características del proceso para la selección adecuada del equipo a
utilizar y de manera que ésta selección sea económica y eficiente.
3. Una cotización de la implementación del sistema automático para la
planta e ingeniería requerida para su implementación.
4
CAPÍTULO I GALVANOPLASTIA Y PLANTA
PILOTO DE GALVANOPLASTIA.
En este capítulo se describe el proceso de Galvanoplastía, así como los elementos
requeridos para realizar los recubrimientos como; tipos de soluciones, materiales con
los que se puede galvanizar y las características de la planta de galvanizado.
C A P Í T U L O 1 | 5
1.1 DEFINICIÓN DE PLANTA PILOTO.
Se define como Planta Piloto al proceso que consiste en partes específicas
ensambladas que operan como un todo con la finalidad de reproducir, a escala menor,
procesos productivos. En estos procesos intervienen fenómenos, simples o
complejos, de interés para las ingenierías, permitiendo el análisis de las interacciones
presentes en operaciones tales como la termodinámica, el flujo de fluidos, la
transferencia de masa y energía, las reacciones químicas, la biotecnología, el control
de procesos, entre otras. También facilita la posterior operación y aplicación a nivel
industrial o en algún área de trabajo determinada: sirve además para la confrontación
de la teoría (modelos) con la práctica y la experimentación en las áreas del
conocimiento ya mencionadas (Baasel. 1990). El uso de plantas de proceso a escala
piloto tiene como propósitos principales:
Predecir el comportamiento de una planta a nivel industrial, operando la planta
piloto a condiciones similares a las esperadas. En este caso los datos
obtenidos serán la base para el diseño de la planta industrial.
Estudiar el comportamiento de plantas industriales ya construidas, en donde la
planta piloto es una réplica y estará sujeta a condiciones de operación previstas
para la planta industrial. En este caso a la planta piloto se le llama modelo y
tiene como función principal mostrar los efectos de los cambios en las
condiciones de operación de manera más rápida y económica que si se
realizaran en la planta original.
La finalidad de utilizar una planta piloto en la enseñanza de las ingenierías es
llevar a cabo prácticas que ayuden a la interacción de los alumnos y profesores con
el proceso. Las simulaciones de trabajo permiten desarrollar habilidades como la toma
de decisiones, el trabajo en equipo, el manejo y la manipulación de variables,
resolución de problemas, creatividad y la comprensión del proceso.
C A P Í T U L O 1 | 6
1.2 DEFINICIÓN DE GALVANOPLASTIA.
La denominación de recubrimientos electrolíticos es usualmente empleada
para designar a depósitos adherentes obtenidos por formación catódica. Este ramo
industrial es de suma importancia para las industrias automotriz, joyería, electrónica,
electrodomésticos, herrajes, entre otros.
Los recubrimientos electrolíticos son consecuencia de los procesos de
descomposición de ciertos productos químicos por medio de la corriente eléctrica.
Estos productos poseen características químicas específicas debido a que son
sustancias complejas que contienen elementos en proporciones ponderables bien
definidas. Las propiedades presentadas son muy diferentes a las de sus
constituyentes originales.
Los productos químicos descompuestos, también conocidos como
electrodepósitos constituyen recubrimientos relativamente delgados e idóneos para
usos decorativos y/o servicios de protección. Estos recubrimientos se adhieren
firmemente al metal base e incorporan la consistencia necesaria al producto acabado,
dándole a la superficie las propiedades físicas propias del metal depositado.
El proceso de la electrodeposición de metales consiste, en la descarga de un
metal sobre un electrodo llamado cátodo, en contacto con una disolución-electrólito
conteniendo primordialmente iones de ese metal, por el paso de la corriente eléctrica
continua, al mismo tiempo que en otro electrodo denominado ánodo se produce la
parcial disolución del metal.
Los iones del metal a depositar pueden estar en la disolución-electrólito en
forma de iones simples, como es el caso de los iones Ni2+ o Cu2+, presentes en un
baño de niquelar y cobrear, respectivamente, o bien pueden estar en forma de iones
complejos, como es el caso de los iones tricianocuprato(I) [CU(CN)3]2- o
tetracianocincato [Zn(CN)4]2-, presentes en baños de cobrizado alcalinocianurados y
en baños de cincado alcalino-cianurados, respectivamente.
C A P Í T U L O 1 | 7
En electrólitos ácidos simples, el ión metálico (catión) está rodeado por una
envoltura de hidratación, como ocurre, por ejemplo, para el ión Cu2+, presente en un
electrólito ácido, el cual está como solvato, con cuatro moléculas de agua:
Cu2+ (H2O)4.
Cualquiera que sea la forma iónica bajo la cual se hallen presentes los iones
metálicos, cuando se aplica un potencial a los dos electrodos sumergidos en la
disolución electrólito, los iones cargados eléctricamente migran hacia uno de los dos
electrodos: los iones metálicos cargados positivamente (cationes) se dirigen hacia el
electrodo negativo (cátodo) y los iones cargados negativamente (aniones) se mueven
hacia el electrodo positivo (ánodo), transportando de este modo la corriente eléctrica
dentro de la celda.
En estos electrodos, positivo y negativo, y por el paso de la corriente, se
producen fenómenos electroquímicos de oxidación y reducción: el primero en el
ánodo y el segundo en el cátodo, ligados ambos fenómenos a una variación de la
valencia, es decir, del número de electrones-valencia libres.
Así, en el caso del níquel, este metal, en el ánodo, cede dos electrones y pasa
al estado iónico:
Cu0 Cu2++ 2e
Y, a su vez, en el cátodo, el ión níquel de la solución toma dos electrones y
pasa al estado de átomo metálico neutro, depositándose allí:
Cu2+ + 2e Cu0
Junto a este esquema sencillo, se producen en esos electrodos una serie de
fenómenos más complicados, ligados a la existencia de la doble capa eléctrica en la
interface electrodo electrolito, en donde intervienen la polarización, la sobretensión,
la difusión, etc.
.
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Generalmente la corriente eléctrica aplicada a los electrodos es alimentada por
una fuente de corriente continua. El voltaje aplicado debe producir una circulación de
corriente, la cual se expresa en Amperes [A]. En la figura 1.1 se muestran los
componentes de un sistema electroquímico.
FIGURA 1.1 ESQUEMA DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.
La galvanoplastia fue descubierta por un discípulo de Volta, Brugnatelli, en
1807, que fue el primero en obtener depósitos de oro o plata utilizando una pila. Pero
su creación real corresponde a los trabajos del físico ruso H. Jacobi hacia 18371 .
1.3 USOS DE LA GALVANOPLASTIA.
En la industria de la galvanoplastia se efectúa un depósito específico sobre
piezas metálicas con el fin de otorgarles un acabado cuyo proposito dependerá del
uso al que sean destinada.
Este proceso tiene como finalidad modificar las propiedades de la superficie de
los metales base la cual puede estar asociada a motivos decorativos o funcionales
pudiendo ser:
Aumentar la resistencia a la corrosión.
1 Blum, William. Galvanotecnia y galvanoplastia: C.E.C.S.A.
C A P Í T U L O 1 | 9
Aumentar la resistencia al paso de una sustancia.
Incrementar la resistencia a la fricción.
Obtener propiedades eléctricas y magnéticas.
Mejora la apariencia.
La corrosión, es un fenómeno natural que provoca el deterioro de los metales
y de sus propiedades químicas y físicas. Debido a esto, el uso de recubrimientos
protectores contra la corrosión ha tenido un incremento considerable en los últimos
años.
Un ejemplo de tipo de recubrimiento muy utilizado por su bajo costo y dado que
proporciona una protección adecuada contra la corrosión, en condiciones
atmosféricas normales, es el proceso que se le conoce como galvanizado. Los
recubrimientos de cinc en acero, representan el mercado más grande en cuanto a
recubrimientos protectores, siendo la industria automotriz la principal consumidora.
Debido a las mayores exigencias de resistencia a la corrosión y a las normas
ecológicas, cada vez más estrictas, los recubrimientos de cinc puro, están siendo
reemplazados por sus aleaciones (zinc-hierro, zinc-níquel, zinc-cobalto).
1.4 LEY DE FARADAY.
Faraday (1883) conecto un ampermetro en el circuito de una celda electrolítica para
medir la corriente eléctrica [I], y pesó la cantidad M de la sustancia depositada en los
electrodos en un tiempo [t]. De ese modo conoció la cantidad de energía eléctrica que
había pasado a través de la disolución y la masa de la sustancia producida. Con estos
datos estableció dos leyes:
Primera ley de Faraday.
La masa de una sustancia desprendida o depositada en los electrodos es
directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través de la
disolución electrolítica.
C A P Í T U L O 1 | 10
Segunda ley de Faraday.
Las cantidades de diferentes sustancias producidas por la misma cantidad de
electricidad son directamente proporcionales a los equivalentes químicos de dichas
sustancias. El equivalente químico es el peso de un producto al dividir su peso
molecular entre el número de electrones que intercambia en la reacción de oxido-
reducción.
Con estos conocimientos puede definirse ahora la electrólisis de un modo más
general como el “fenómeno en virtud del cual tienen lugar transformaciones químicas
motivadas por la emigración y descarga iónicas de acuerdo con las leyes de Faraday”
cuando se hace pasar una cantidad de electricidad (Q=IT) igual a 96, se obtiene como
producto un equivalente químico de la sustancia en cuestión. A esta cantidad de
electricidad se le conoce como la constante de Faraday.
De las 2 leyes resulta que el peso M de una sustancia depositada en un
electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad (I t) y al peso equivalente, que
se expresan en la ecuación 1.1.
𝑀 =𝐼 𝑡 𝐸𝑞
𝐹 𝑬𝒄. 𝟏. 𝟏
Dónde
𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎.
𝑡 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜.
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝐹 = 96 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏/𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒.
𝐸𝑞 = 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑖𝑚𝑖𝑐𝑜.
Otro de los aspectos importantes a considerar es el área de la pieza a recubrir,
para eso se utiliza la fórmula de densidad (ecuación 1.2):
𝜕 =𝑚
𝐴 𝑬𝒄. 𝟏. 𝟐
Dónde
𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟
C A P Í T U L O 1 | 11
1.5 TIPOS DE SUSTANCIAS UTILIZADAS.
La primera etapa del Proceso de galvanoplastia es la limpieza del material a
recubrir, esta limpieza cuando es mecánica, no es necesario utilizar mezclas de
sustancias, sólo se utiliza agua pasta Si la pieza a galvanizar tiene grasa, es necesario
un desengrase químico que elimina no solamente las grasas y aceites, también
separa con facilidad de la superficie a tratar el polvo, partículas metálicas, sales
procedentes de los tratamientos térmicos y huellas procedentes de su manipulación
anterior.
1.5.1 DESENGRASANTES.
El procedimiento de este tipo de desengrase es sumergir la pieza en una
solución alcalina, dónde la grasa se saponifica, y de este modo la grasa y la suciedad
son eliminadas de la pieza y se retiran los residuos con enjuagues sucesivos de agua.
Las soluciones alcalinas desengrasantes más utilizadas en la industria se
describen a continuación.
SOSA CÁUSTICA (Hidróxido de sodio (NaOH).
Es una de las sustancias más utilizadas por su poder de saponificación2, posee
una gran acción espumeante debido a su alta viscosidad. Su inconveniente es que
presenta una eliminación difícil, por lo que exige largo tiempo de enjuague. Por otra
parte su utilización está limitada, por su gran alcalinidad, ya que con exposiciones
prolongadas de la pieza pueden fragilizarla.
POTASA CÁUSTICA (Hidróxido potásico, KOH).
Es utilizado con menor frecuencia en comparación a la sosa cáustica, esto
debido a su costo elevado. Sin embargo posee una conductividad eléctrica alta,
aspecto a tomar en cuenta cuando el desengrasado se aplica electrolíticamente.
2 Que convierte un cuerpo graso en pasta soluble en agua.
C A P Í T U L O 1 | 12
FOSFATO TRISÓDICO (Na3PO4 x 12H2O o Na3PO4 anhidro).
Posee un excelente poder emulsionante y humectante, al propio tiempo que
ejerce un buen poder de saponificación.
METASILICATO SÓDICO (Na2SiO3 x H2O).
Este compuesto posee una marcada acción humectante, emulsionante y
saponificante3. Elimina el ataque en medio alcalino de los metales que perturban el
proceso tal cómo aluminio y cinc.
CARBONATO SÓDICO (Na2CO3).
Este compuesto posee propiedades burbujeantes y detergentes débiles, pero
es barato, es fácil de eliminar por enjuague simple y desempeña un papel importante
cuando se desea que el medio desengrasante tenga un menor valor de PH que el que
se obtiene al usar fosfato trisódico o metasilcato sódico.
FOSFATO TRISÓDICO (Na3PO4 × 12H2O o Na3PO4
anhidro).
Posee un excelente poder emulsionante y humectante, al mismo tiempo que
ejerce una buena acción defloculante4. Es, además, un buen tampón5, manteniendo
un pH, comprendido entre el que genera el metasilicato sódico y el del carbonato
sódico.
METASILICATO SÓDICO (Na2SiO3 × H2O).
Posee una marcada acción humectante y emulsionante, al propio tiempo que
un buen poder saponificante y defloculante. También, actúa como tampón, dando un
pH superior al del fosfato y carbonato, y es un buen inhibidor al ataque en medio
alcalino sobre metales anfóteros, como aluminio y cinc.
3 Termino derivado de Saponificación 4 Es un aditivo que causa una dispersión más estabilizada y evita que se aglomeren las partículas finas, manteniéndolas en suspensión. 5 Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes.
C A P Í T U L O 1 | 13
TETRABORATO SÓDICO (Bórax, Na2B4O7 × 10H2O).
Es un agente desengrasante de acción débil, utilizado especialmente para
metales muy sensibles a los agentes alcalinos fuertes.
PIROFOSFATO SÓDICO (Na4P2O7).
Es un emulsionante activo. Utilizado especialmente para la limpieza de metales
sensibles a los álcalis, como el aluminio. Se utiliza tambien combinado con
compuestos alcalinos como sosa y metasilicato.
ÁCIDO ETILENDIAMINOTETRA ACÉTICO (EDTA) Y SU SAL
DISÓDICA (EDTA Na2).
Se utilizan como desengrasante de metales debido a su capacidad para
disolver compuestos como carbonatos, óxidos o sulfatos.
GLUCONATO SÓDICO (CH2OH−(CHO)4−COONa).
Esta sal forma complejos con el manganeso, hierro, níquel, aluminio, cobre y
magnesio. El poder secuestrante6 del gluconato es mayor mientras más elevado sea
el pH. En disoluciones neutras secuestra al aluminio, níquel, cinc y hierro. Por otra
parte, el gluconato es un catalizador7 de la saponificación, y al mismo tiempo un
poderoso desoxidante.
1.5.2 BAÑOS ELECTROLITICOS.
Para el proceso de recubrimiento se utiliza diferentes sustancias en solución
acuosa dependiendo del metal a recubrir, así como el tipo de recubrimiento. A
continuación se enlistan algunos tipos de recubrimientos, y soluciones electrolíticas o
baños más utilizados.
6 Fija o compleja los iones metálicos entre ellos el Ca2 y Mg2+ del agua y otros iones de metales pesados, dando compuestos solubles en agua y evitando de esta forma que dichos iones metálicos reaccionen con la suciedad y produzcan compuestos insolubles . 7 Que aumenta la velocidad de una Reacción Química.
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DEPÓSITO DE COBRE.
Baño de cobre ácido:
Sus componentes fundamentales son:
Sulfato de cobre (CuSO4 x 5H2O).
Ácido sulfúrico (H2SO4).
La sal proporciona los iones de metal y el ácido reduce la resistividad,
disminuye la concentración del ion metálico, aumenta la corrosión del ánodo y evita
la precipitación de sales cuprosas o cúpricas.
Baño de cobre alcalino cianurado:
Existen dos composiciones esenciales que pueden utilizarse:
Cianuro de potasio y cobre (CuCN x 2KCN).
Cianuro de sodio y cobre (CuCN x 2NaCN).
En estas formulaciones el cianuro de cobre tiene mayor estabilidad que el sulfato de
cobre.
DEPÓSITO DE NÍQUEL.
Solución Watts:
Permite la obtención de depósitos de buena coloración y brillo, las sustancias
utilizadas son:
Sulfato de níquel.
Cloruro de níquel.
Ácido bórico.
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Níquel brillante:
Contiene agentes de adición que modifican el crecimiento del depósito de
níquel para producir superficies completamente brillantes que pueden recibir depósito
de cromo sin necesidad de pulido previo.
Las sustancias utilizadas son:
Sulfato de níquel.
Cloruro de níquel.
Ácido bórico.
Abrillantador primario.
Abrillantador secundario.
Los abrillantadores primarios ejercen un efecto enérgico sobre el brillo, la
dureza y tensiones internas del depósito.
Los abrillantadores secundarios: tienen un efecto abrillantador más ligero
cuando se utilizan solos y se utilizan para reducir tensiones internas en la capa
metálica producidas por los abrillantadores primarios.
Níquel mate:
Produce una película uniformemente satinada sobre metales base como
acero, cobre y latón.
Se obtiene una estructura del depósito fino y uniforme en todas las áreas.
Las sustancias usadas son:
Sulfato de níquel.
Cloruro de níquel.
Ácido bórico.
Abrillantador primario.
Abrillantador secundario.
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DEPÓSITO DE CROMO.
Las sustancias utilizadas son:
Acido crómico.
Ácido sulfúrico.
Agua.
1.6 PARAMETROS PRACTICOS INFLUYENTES EN EL
PROCESO DE GALVANOPLASTIA.
Existen una serie de factores que de un modo directo o indirecto influyen en las
características finales del electrodepósitos obtenido.
Los parámetros prácticos relacionados con estos factores, que permiten
controlar el proceso de galvanoplastia en las diversas etapas del mismo y modificar
en mayor o menor cuantía la estructura del recubrimiento metálico son:
DENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA.
Este parámetro es decisivo en la galvanoplastia, es muy utilizado en la práctica
para modificar y controlar la estructura del electrodepósitos en formación. Las
corrientes bajas significan una velocidad de electrodeposición lenta. Para incrementar
el rendimiento es deseable operar siempre con una densidad de corriente elevada.
Hasta cierto límite, cuanto mayor sea ésta, más finos serán los desprendimientos del
material con el que se galvanizará.
Rebasando ciertos límites, que varían con la naturaleza del baño y con la
temperatura, la velocidad de crecimiento aumenta tanto especialmente en ciertos
lugares del cristal, que el electrodepósitos obtenido se convierte en rugoso, en
dendrítico o incluso en esponjoso o pulverulento y finalmente, si la densidad de
corriente se incrementa demasiado, se producirán depósitos “quemados” debido al
C A P Í T U L O 1 | 17
desprendimiento simultaneo de gas en los materiales por los que circula la corriente,
todos estos indeseables.
TEMPERATURA.
Es también un factor importante en el proceso de galvanoplastia. Un aumento
en la temperatura favorece la difusión de la especie iónica hacia el electrodo.
Por otra parte, permite aumentar la densidad de corriente. Todo ello lleva
consigo un aumento de la movilidad de los iones metálicos, y una disminución de la
viscosidad, con un mayor reaprovisionamiento de la zona catódica, dando lugar a la
formación de electrodepósitos de grano fino y brillante, sin llegar a la obtención de
recubrimientos arborescentes (dendríticos) o esponjosos. Además, la temperatura
permite eliminar los gases en el cátodo de manera eficiente, disminuyendo la
absorción que producen depósitos frágiles con tendencia a desquebrajarse como
sucede con el hierro, níquel, y cobalto.
Cuando el aumento de temperatura no va acompañado del aumento de la
densidad de corriente, el efecto de este se traduce en aumentar el tamaño de los
cristales, como consecuencia de la disminución de la polarización.
CONCENTRACIÓN DE IONES HIDRÓGENO (pH).
Este parámetro es muy importante cuando el metal a depositar es
electronegativo, pues entonces ele electrolito debe contener suficientes iones H+ para
evitar la formación de hidratos y sales básicas poco solubles, y al propio tiempo, no
debe contener tantos iones H+ que haga posible su descarga en el cátodo. Algunos
metales, como el níquel, zinc y hierro precisan un pH muy bajo para obtener depósitos
finos y, por tanto, brillantes. Cuando se conoce el margen de pH conveniente para
conseguir en los depósitos un fin determinado, la medida de este nos indica que es
demasiado alto o bajo, es preciso regular el contenido en iones H+. Para esta
regulación se acostumbra emplear sustancias que actúan como tampones
C A P Í T U L O 1 | 18
(reguladores de pH) constituidos por ácidos muy poco disociados (por ejemplo ácido
bórico en los electrolitos de niquelado), o bien ácidos débiles y sus sales o bases
débiles y su sal.
NATURALEZA Y ESTADO SUPERFICIAL DEL CÁTODO
(METAL-BASE).
La naturaleza del cátodo (metal-base) reviste una gran importancia, pues no
todos los recubrimientos metálicos se pueden depositar sobre cualquier metal-base,
si este no es el idóneo, el electrodepósito podría depositarse de manera imperfecta o
bien se desprenderá posteriormente al menor golpe o tensión.
El estado de la superficie del cátodo (metal-base) también es muy importante,
pues la estructura que posea influirá decisivamente en la electrocristalización.
Por último, cabe indicar que, junto al estado superficial inherente, es importante
el estado de limpieza de ese cátodo, o dicho de otro modo, es esencial el estado
activo en que se encuentre, pues de él dependerá el correcto anclaje del
electrodepósito y, en parte, también la correcta construcción de la red cristalina.
CONCENTRACIÓN IÓNICA.
La composición más conveniente del electrolito será aquella que posea pocos
iones metálicos a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a
disociarse rápidamente, liberando los iones metálicos que sustituirán a los que
desaparezcan de la película liquida catódica durante la deposición. El ánodo, al ser el
metal que se quiere recubrir cumple la tarea de disolverse para proveer de iones
metálicos que serán depositados.
La concentración real de un ion determinado es función de un sinfín de factores,
tales como la concentración molar, el grado de ionización, la temperatura, la presencia
de sales con un ion común y la formación de complejo químicos.
C A P Í T U L O 1 | 19
AGITACIÓN DEL ELECTROLITO.
La agitación favorece los cambios entre la zona catódica y el resto del
electrolito. Al modificar la capa de difusión disminuye la polaridad por concentración,
lo que produce recubrimientos uniformes. Además permite el aumento de la densidad
de corriente, sin que este aumento provoque la obtención de electrodepósitos
dendríticos o esponjosos.
AGENTES DE ADICIÓN.
Se llama de esta forma a aquellos compuestos de naturaleza inorgánica u
orgánica que, adicionados al electrolito en cantidades generalmente muy pequeñas,
modifican la textura cristalina del electrodepósito en cualquier etapa del proceso.
Estos agentes de adición pueden cumplir misiones diferentes, influyendo sobre
diferentes factores que afectan al proceso.
Se denominan abrillantadores cuando al ser absorbidos irreversiblemente en
puntos de baja sobretensión influyen en el crecimiento del cristalino, modificando el
grano o bien orientando las caras cristalinas en una dirección determinada.
Se llaman nivelantes cuando al ser absorbidos irreversiblemente en puntos de
densidad de corriente elevada, inhiben ele crecimiento en las puntas, dando más
velocidad al crecimiento en los valles del cristal.
Se llaman humectantes cuando su misión consiste en mojar la superficie
catódica, reduciendo la tensión superficial en las burbujas de hidrogeno y facilitando
su desprendimiento de esa superficie catódica.
Se llaman agentes disminuidores de tensiones internas o agentes ductilizantes
cuando dichos compuestos, al ocluirse o absorberse selectivamente en el
electrodepósito, disminuyen o suprimen las tensiones internas asociadas a ciertos
tipos de crecimiento cristalino.
C A P Í T U L O 1 | 20
PASIVIDAD ANÓDICA.
En el ánodo también es posible la producción de polarización debido a la
formación de películas poco conductoras originadas por reacción química. Cuando el
ánodo deja de disolverse como consecuencia de estas reacciones, se dice que se ha
pasivado.
Se han establecido numerosas teorías para explicar este interesante
fenómeno, y dominan entre ellas la teoría oxídica y la oxigénica. Los partidarios de la
primera admiten que el metal se recubre de una capa de óxido protector,
análogamente a lo que sucede con el aluminio, tan distinto de los metales nobles.
Los partidarios de la segunda teoría pretenden que el revestimiento es de
oxígeno, el cual es retenido por la superficie, pero sin llegar a formar óxido, y objetan
contra la primera teoría el no haber podido demostrar en muchos casos la existencia
de esta capa de óxido y el ser inverosímil su insolubilidad en ácidos, pero se olvida
que por tratarse de una capa constituida por escaso número de moléculas
superpuestas, o quizá una capa monomolecular, las condiciones de formación del
óxido son muy distintas de las que rigen en una formación química corriente, pudiendo
formarse, contrariamente a este caso, capas de óxido muy denso, adherente y poco
poroso. De cualquier manera, el caso es que la posibilidad de un gran
desprendimiento de oxígeno en el ánodo y, por consiguiente, una gran densidad de
corriente anódica es una de las causas más frecuentes de la pasividad del mismo y
que los metales puros son los que más tendencia tienen a la pasividad al permitir la
continuidad de la capa protectora.
Dado lo anterior, algunos metales, sometidos a determinados tratamientos o
mezclados con otras sustancias, se disuelven con mucha más facilidad en el baño
electrolítico que el metal puro. Otro factor que dificulta la pasividad y que, por
consiguiente, vuelve al ánodo activo, es decir, facilita su disolución, es la existencia
en el baño de aniones de escaso volumen atómico, que al facilitar su difusión a través
de los pocos poros de la superficie protectora puedan efectuar un trabajo de
disolución del metal, siempre que las sales formadas sean solubles en las condiciones
del baño.
C A P Í T U L O 1 | 21
PODER DE PENETRACIÓN.
El poder de penetración se refiere a la propiedad de un baño por la que se
consigue una distribución regular del depósito sobre toda la superficie del cátodo. Si
se trata de un cátodo de superficie irregular, las partes cercanas de éste se cubren
con una capa más gruesa que aquellas más alejadas, debido a que la resistencia
óhmica del electrolito intermedio es menor. Se ha demostrado que el poder de
penetración es función del modo como varían el potencial catódico y la resistencia del
electrolito con la densidad de corriente.
Cuando en un punto del cátodo, que se halla más cerca del ánodo que otros,
se reduce la distancia y por consecuente la resistencia en el electrolito, esto origina
un empobrecimiento de iones en dicho punto que da lugar a una polarización por
concentración, lo que tiene el mismo efecto que un aumento de la resistencia óhmica
entre el ánodo y los puntos cercanos del cátodo; por dicho motivo la corriente se dirige
hacia otros lugares más alejados, manifestándose así el poder de penetración de la
solución. La corriente que fluye desde el ánodo hacia las superficies prominentes es
mayor en éstas que en las partes huecas, es decir la densidad de corriente por
decímetro cuadrado (A/dm2) es mayor porque la distancia ánodo-cátodo es más corta
y por lo tanto tiene menos resistencia eléctrica que en las partes huecas. El reparto
de la corriente de la corriente en el baño es llamado “distribución de corriente”. Esto
quiere decir, que las áreas huecas reciben un depósito más delgado que en las partes
prominentes como se muestra en la figura 1.2.
C A P Í T U L O 1 | 22
FIGURA 1.2 DEPÓSITOS EN SUPERFICIES.
1.7 PROCESOS EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.
PRETRATAMIENTOS SUPERFICIALES.
Esta etapa involucra los primeros baños químicos, en los cuales el objetivo es
acondicionar la superficie quitándole las grasas, y tratándola para tener una superficie
que acepte correctamente las capas del metal de recubrimiento. Dentro de las etapas
a considerar se encuentran: desengrase, decapado o electro-pulido y desoxidado.
A) DESENGRASE.
Esta etapa tiene por objeto eliminar los aceites y grasas de la superficie, a fin
de que no interfieran en las etapas siguientes, las soluciones utilizadas son
normalmente alcalinas. Dependiendo del tipo de acabado se escogen soluciones leve
o fuertemente alcalinas. Este proceso necesariamente debe ser seguido de enjuague
para remover la solución desengrasante.
C A P Í T U L O 1 | 23
B) DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA DE LA
CORRIENTE.
Las piezas a desengrasar actúan durante cortos espacios de tiempo como
cátodo y como ánodo. Se emplea generalmente para eliminar las manchas como el
óxido y la cascarilla de los metales ferrosos, se lleva a cabo con disoluciones
alcalinas, mediante este procedimiento se elimina los óxidos que recubren la
superficie metálica sin riesgo de que se produzca ataque químico o que se desarrollen
manchas.
ENJUAGUE.
El enjuague es una de las etapas más importantes en la galvanoplastia, en
algunos casos se descuidad u olvida, y ello tiene consecuencias posteriores en forma
de contaminación de los baños electrolíticos de deposición metálica, falta de
adherencia del recubrimiento metálico y manchas en el mismo e incluso pérdida del
brillo.
La operación del enjuague se realiza no solamente entre las operaciones del
desengrasado químico o electrolítico, entre las operaciones del pulido químico o
electrolítico o del decapado, sino que también se emplea después del correspondiente
tratamiento de electrodeposición metálica, sea de un solo metal o de un sistema de
metales como cobre-níquel, níquel-cromo l cobre-níquel-cromo.
Formas de realizar el enjuague.
Enjuague simple por inmersión.
Enjuague múltiple (en cascada).
Enjuague por rociado.
Enjuague por rociado y por niebla.
ELECTRODEPOSICIÓN.
El acabado de los metales es el nombre por el que se conoce a una serie de
procesos que se realizan para modificar las propiedades superficiales de un metal
mediante la aplicación de una o varias capas de otros metales o aleaciones de
metales. En sus orígenes, esta técnica estaba basada con el propósito de aumentar
C A P Í T U L O 1 | 24
el valor de un artículo mejorando su apariencia, sin embargo actualmente un 40% de
la producción mundial de acero se emplea en reponer el destruido por corrosión, por
lo que la tendencia actual en los tratamientos es buscar sistemas que aporten una
buena resistencia a la corrosión o unas propiedades mecánicas o físicas particulares.
De forma general, se clasifican los diversos sistemas de tratamiento de
superficie en dos grandes grupos o familias:
a) Procesos de deposición: La pieza se recubre con una o varias capas de
recubrimientos.
b) Proceso de conversión: se efectúa una modificación de la superficie de
la pieza sin el aporte de otro metal.
A su vez, ambos grupos se pueden subdividir en:
a) Procesos químicos.
b) Procesos electrolíticos.
Los principales procesos de deposición química son:
Níquel químico
Cobre químico
Oro químico
Plata química
Estaño químico
Proceso de conversión química se pueden dividir en:
Cromado (cinc, aluminio)
Pavonado (hierro, cobre, latón, plata, estaño)
Fosfatado (hierro, aluminio, cinc)
Pulido químico (cobre, latón, aluminio)
Procesos de conversión electrolítica.
Anodizado (aluminio)
Electropulido (acero, acero inoxidable, latón, oro, plata, aluminio)
C A P Í T U L O 1 | 25
DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA.
Este proceso requiere de:
Una cuba o celda para contener el baño galvánico
El baño
Como mínimo dos electrodos: los ánodos y los cátodos o piezas a
recubrir.
Una fuente de electricidad.
Equipo auxiliar que puede ser: sistemas de calefacción y/o refrigeración,
filtración, agitación mecánica o por aire, sistema de sujeción de las
piezas: bastidores, tambores, cestas.
BAÑO ELECTROLÍTICO.
Normalmente consiste en una mezcla de diversos compuestos químicos que
de forma general contienen:
a) El ion metálico:
El metal a depositar está presente en la solución en forma de sal simple o
compleja usándose en algunos casos más de una sal. Normalmente en el caso de
metales comunes se utilizan concentraciones metálicas elevadas, para el caso de
metales preciosos, por su elevado coste, se tiende a usar procesos muy diluidos en
el metal a depositar.
b) Electrolito soporte:
Conjunto de sales que tienen como misión aportar al baño la máxima
conductividad eléctrica. Generalmente actúan también como estabilizadores del PH
y, en algunos casos, pueden tener además un efecto beneficioso sobre la estructura
del depósito.
c) Agentes acomplejantes:
Se utilizan para diversos cometidos:
Mantener en solución al metal a depositar, en valores de pH a los que en
condiciones normales este metal no es soluble.
C A P Í T U L O 1 | 26
Favorecer el poder de penetración del baño conocido como poder cubriente o
poder de penetracion.
Facilitar la disolución de los ánodos.
Evitar la deposición de otros metales presentes en el baño en forma de
impurezas y que su deposición provocaría una alteración en las características
del depósito.
d) Aditivos orgánicos:
Se utilizan compuestos orgánicos relativamente en bajas concentraciones para
modificar la estructura y las propiedades del depósito, se pueden agrupar los aditivos
en los siguientes conceptos:
Abrillantadores8.
Agentes humectantes.
Agentes niveladores.
SECADO.
Ésta es la última operación a la que son sometidas las piezas una vez
recubiertas con el metal deseado y convenientemente lavadas. Tiene por objeto evitar
el velado (aparición de una capa nebulosa) y en algunos casos el parcial oxidado y el
manchado de las piezas tratadas. La eficacia del secado dependerá del tipo de pieza
a tratar, de la forma, peso y orientación de esa pieza al salir del enjuague final y, por
último del metal y naturaleza del recubrimiento metálico. Para secar las piezas o
artículos se han empleado en galvanoplastia los siguientes procedimientos:
Secado atmosférico.
Secado por aire caliente.
Secado por chorro de aire forzado.
Secado por centrifugación.
En la figura 1.3 se presenta un diagrama en el que se aprecia el proceso de
zincado, con todas las etapas que se requiere para galvanizar una pieza de lámina,
8 La plata es un abrillantador orgánico,
C A P Í T U L O 1 | 27
se observan los diferentes baños, las reaaciones químicas y los desprendimientos de
elementos químicos al estar galvanizando en un caso específico de zincado.
FIGURA 1.3 PROCESO DE ZINCADO EN PLANTA DE GALVANOPLASTÍA.
En la figura 1.4 se muestra un proceso general de galvanizado, para cualquier
material, inciando desde el tratamiento de la pieza hasta la última etapa con que se
cuenta en la planta piloto de galvanoplastía que es el cromado.
C A P Í T U L O 1 | 28
FIGURA 1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE GALVANOPLASTIA.
29
CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DE LA
PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA.
Este capítulo trata sobre el estado actual de la planta, desde el levantamiento eléctrico hasta el modo actual de operación de la planta piloto. Se realizan diagramas para mostrar los elementos de la planta piloto y se describe cómo es que se lleva acabo el control de sus elementos.
C A P Í T U L O 2 | 30
30
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO.
La planta se ubica en el laboratorio de Electroquímica en los laboratorios
ligeros, 25318 de la UPALM
El plano 2.1 ilustra el laboratorio que dispone de la planta piloto, mesas de
trabajo y equipos, también se muestran las medidas correspondientes para la planta
y el laboratorio. Se observan los tableros de control, las fuentes de alimentación y las
cubas para los diferentes baños, también las cubas para los enjuagues.
CUBA
Se le llama cuba a los recipientes de plástico de la planta piloto, todos ellos cuentan
con una tapa del mismo material, mientras que las cubas de las estaciones de baño
galvanoplástico tienen 2 varillas de cobre por las cuales se hace circular la corriente
eléctrica.
En la parte del proceso se tiene una cuba. Ambas se conectan a la terminal positiva
de la fuente de alimentación; en la parte central se encuentran dos terminales
conectadas a la terminal negativa de la fuente de alimentación, aquí se coloca una
barra de cobre en la que se cuelga el bastidor de la grúa con la pieza que se quiere
recubrir en la figura 2.1 se muestra una imagen de una cuba para el proceso de
galvanoplastía.
FIGURA 2.1 DIAGRAMA DE UNA CUBA DE GALVANOPLASTÍA.
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ESTACIÓN 1 “LIMPIEZA FRÍA”.
Esta estación está diseñada para la etapa de lavado de las piezas. En el panel
de control se encuentran: Un temporizador, un botón para su activación y
desactivación y un foco indicador.
ESTACIÓN 2 “LIMPIEZA CALIENTE”.
Esta estación también está diseñada para la etapa de lavado. En el panel de
control se encuentra un temporizador, con su respectivo botón de encendido y
apagado, y el foco que indica cuando termina de operar. Además cuenta con un
indicador de temperatura marca LAE, un botón para encender o apagar el calentador
de la estación, uno para una bomba y otro para el compresor. Una luz indicadora de
nivel bajo en el tanque. En la parte del proceso, se tiene una cuba similar a la de la
estación 1.
Cuando se requiere de una temperatura específica durante la limpieza, se
enciende el calentador, este está conectado al controlador indicador de temperatura
el cual mantiene la temperatura de la solución en un punto fijo, la temperatura que
requieren es programada en el controlador, asignando un Set-Point (punto de ajuste),
y para que el calentador pueda ser activado, debe estar encendida la bomba.
El compresor se enciende para agitar el contenido de las estaciones 2, 3, 4, 5,
y 6. Mientras que la tarea de las bombas es mantener el agua circulando por el
calentador, el filtro y la cuba.
En la figura 2.2 se muestra la parte del tablero correspondiente a la estación 1
y 2.
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FIGURA 2.2 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 1 Y 2.
ESTACIONES 3, 4, 5 Y 6 “BAÑO GALVANOPLÁSTICO”.
En estas estaciones es donde se realiza el proceso de galvanoplastia, son
iguales entre sí. Poseen un calentador, un filtro, una bomba para la recirculación del
líquido, un control de temperatura e interruptores de nivel como permisivo para el
funcionamiento de la bomba a diferencia de la estación 1, estas cuentan con un filtro.
El controlador de temperatura funciona de la misma manera como se explicó en
“Estación 2 limpieza caliente”
Las figuras 2.3 y 2.4 ilustran la parte del tablero de control para las estaciones
3, 4, 5 y 6.
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FIGURA 2.3 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 3 Y 4.
FIGURA 2.4 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 5 Y 6.
ESTACIONES 7 Y 8 “BAÑO GALVANOPLÁSTICO 5 Y 6”.
Están diseñadas para llevar a cabo la etapa de cromado, es similar a las
anteriores y cuenta con los mismos equipos. Durante el cromado se generan burbujas
que pueden afectar el rendimiento del recubrimiento, para evitar esta situación se
agitan los tanques con la ayuda de un motor y un mecanismo de 1 barra, con el fin de
que la solución electrolítica este en contacto constante con la pieza a recubrir.
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FIGURA 2.5 TABLERO DE CONTROL PARA ESTACIONES 7 Y 8.
ESTACIONES 9 Y 11 “ENJUAGUE POR ROCÍO”.
Estas estaciones se componen de un tanque, en la parte superior se tienen dos
boquillas conectadas al suministro de agua, en estas boquillas se tiene un bloque con
orificios, los cuales dan la característica de “rocio” al chorro de agua.
No se cuenta con equipo involucrado en las estaciones de enjuague.
ESTACIONES 10 Y 12 “ENJUAGUE BARRIL”.
Estas estaciones simplemente son tanques que se llenan con agua y se
sumerge la pieza después de salir de una de las etapas del proceso.
FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE CD.
Las fuentes de alimentación se encuentran en el centro del panel de control de
la planta, son 4 y cada una alimenta dos estaciones de la planta, tiene un interruptor,
un medidor de voltaje y de corriente, un reóstato para controlar ambas variables, se
puede observar como salen dos cables que alimentan los electrodos de las estaciones
correspondientes. Internamente las fuentes se componen de transformadores y
circuitos para rectificar la corriente alterna, también existe un reóstato en cada fuente
con el que se regula la intensidad de corriente para el baño.
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2.2 DTI Y EXPLICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS.
La figura 2.6 muestra la planta piloto de galvanoplastia, se pueden ver los
componentes de la planta sobre los cuales fue elaborado el diagrama de tubería e
instrumentación (DTI) de la planta piloto de galvanoplastia, ilustrado en el plano 2.2.
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FIGURA 2.6 PARTES DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
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La tabla 2.1 describe los equipos existentes dentro de la planta, en la primera
columna el nombre del equipo, la segunda columna hace referencia a la etiqueta (Tag)
de cada equipo presente, la tercera columna muestra el número de estación dónde
está ubicado dicho elemento mientras que la cuarta columna muestra las
especificaciones técnicas.
A continuación se presenta una parte demostrativa de la tabla 2.1, para ver
todos los instrumentos y equipo consultar el anexo 1.
TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA.
Equipo Tag Estación Especificaciones
Temporizador general KIC-000 Todas
Marca: Finder Modelo: 88.12..0.230..0002 Corriente: 8ª. Tensión máxima: 250 VAC. Rango: 0,005 s a 100 hrs.
Temporizador 1 KIC-001 Estación 1:
Limpieza fría.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Tanque de lavado en frío TQ-001 Estación 1:
Limpieza fría.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm.
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2.3 OPERACIÓN EN LA PLANTA DE GALVANOPLASTIA.
En esta sección se describe la operación de la planta piloto, utilizando como
ejemplo un proceso de cobrizado-cobrizado-niquelado-cromado, donde se realizan
los siguientes pasos:
RECEPCIÓN DE LA PIEZA.
Se recibe la pieza que se quiere someter al proceso de galvanizado,
generalmente se trata de placas de latón o hierro.
LIMPIEZA DE LA SUPERFICIE.
Esta etapa de proceso se lleva a cabo en las estaciones 1 y 2 de la planta piloto.
En la cuba de la estación 1 se sumergen las piezas, ya sea en agua o en una
sustancia que facilite la eliminación de impurezas.
La estación 2 es similar a la primera estación, Como se mencionó
anteriormente, tiene integrado un calentador y se utiliza cuando se requiera de una
temperatura específica para hacer la limpieza de la superficie. Los alumnos y
profesores revisan que el nivel de solución en el tanque sea el necesario, de lo
contrario la bomba y el calentador no funcionarán.
PROCESO COBRIZADO-COBRIZADO-NIQUELADO-CROMADO.
Después de darle tratamiento a la superficie de la pieza, continúa el proceso
en las estaciones 3-8.
En las estaciones de baño galvanoplástico se corrobora el nivel de solución en
la cuba con los interruptores de nivel que son un permisivo al arranque y paro de las
bombas, esto para protegerlas contra la operación en vacío, lo cual las puede dañar.
Un ejemplo de interruptores de nivel se tiene en la imagen 2.7.
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FIGURA 2.7 INTERRUPTORES DE NIVEL COMERCIALES.
Se tiene preparado un baño de cinc, en el que la pieza se recubre de este metal,
la pieza se conecta a la terminal negativa de la fuente, mientras que ánodos de cinc
son conectados en las terminales positivas. La palca a recubrir se sumerge en el baño
de cinc y se pasa corriente a través de ella,
Al termino de lo la ya mencionado, se traslada la pieza a cubrir a la estación 4
y junto con un ánodo de cobre se sumergen en el electrolito ácido, que puede ser
Cu2SO4 o alguna otra solución derivada del cobre con carácter acido.
Ya terminado el cobrizado en la estación 4, la pieza es trasladada a la estación
5 donde la pieza se somete de nuevo a cobrizado como en la estación anterior. En
esta ocasión también se utiliza una solución derivada del cobre, pero con carácter
básico.
Al terminar en la estación 5 se enjuaga la pieza a la estación 9: “enjuaga por
rocío”.
Ya enjuagada la pieza se lleva a la estación 6 para el niquelado, En esta
estación el electrolito es una solución derivada del níquel y el ánodo de níquel. Una
vez transcurrido el tiempo (ver figura 2.2) necesario para el niquelado se regresa a la
estación 9 para el enjuague por rocío.
La etapa final del proceso corresponde al cromado, que se lleva a cabo en las
estaciones 7 y 8, en esta etapa el ánodo es de cromo y el electrolito es una solución
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derivada del cromo. Se sumerge la pieza y posteriormente se ajusta la corriente por
el reóstato de campo 2 (ver figura 2.2), Se enciende el motor para agitar los tanques
y las burbujas que se produzcan no afecten el proceso.
Para finalizar, se enjuaga la pieza en la estación 9 y posteriormente se somete
a un secado.
2.4 DESENGRASE POR INVERSIÓN PERIÓDICA (PR).
Este tipo de limpieza por lo regular va seguida de una pre-limpieza mecánica o
química.
El objetivo de esta limpieza es remover completamente toda la suciedad y
activar la superficie metálica de trabajo, esto se obtiene aplicando corriente inversa a
la solución de electro-limpieza y convirtiendo la pieza de trabajo en ánodo. El
desprendimiento de oxigeno generado lleva a cabo la reacción de la grasa, mientras
que la corriente inversa ayuda a la remoción y de alguna película metálica o partículas
metálicas no adherentes.
La inversión periódica de corriente se venía haciendo mediante un inversor
electromagnético temporizado que, de forma periódica, invertía la polaridad de la
corriente procedente de un rectificador. Mientras no se superan intensidades de
corriente de 2000 Amperes aproximadamente, dicho procedimiento de inversión es
satisfactorio, aunque se producen ruidos al conectar los contactores y eso provoca un
desgaste en la zona de dichos elementos.
Para eliminar estos inconvenientes, se introdujeron aparatos inversores
completamente estáticos: En la figura 2.8 se muestra el inversor de polaridad, con el
que se lleva a cabo la limpieza fría y caliente, al invertir la polaridad, de anódica a
catódica.
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FIGURA 2.8 INVERSOR DE POLARIDAD.
2.5 TABLERO DE ALIMENTACIÓN GENERAL Y
PROTECCIONES.
La planta de galvanoplastia cuenta con un tablero de protecciones e
interruptores para energizar los tableros y los elementos de cada tanque que se
pueden ver en la figura 2.9. Se observa que el tablero general para energizar la planta
piloto, cuenta con protecciones tipo termomagnético de diferentes capacidades,
siendo algunas monofásicas y otras trifásicas, las conexiones están en buen estado,
pero para iniciar la planta hay que encender uno por uno cada interruptor térmico.
FIGURA 2.9 TABLERO DE PROTECCIONES Y ALIMENTACIÓN GENERAL.
Una representación por partes para cada etapa de la planta de galvanoplastia
se muestra en la figura 2.10 dónde el tablero cuenta con un interruptor general, y las
protecciones por separado de diferentes capacidades para cada fase. Los elementos
que se tienen al final del diagrama son las etiquetas de cable, los cuales llegan a los
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tableros de control de cada estación, y son identificados de acuerdo al tanque en que
se encuentran, 1L1, 1L2 y 1L3 para la cuba 1. 2L1, 2L2 y 2L3 para la cuba 2 etc.
FIGURA 2.10 ALIMENTACIÓN GENERAL DE LA PLANTA.
2.6 ALIMENTACIÓN DE TABLERO PARA ESTACIONES.
Se observa en la figura 2.11 un contacto del temporizador general (TG) que
está conectado a un relevador (KM1), el cual permite el paso de la alimentación hacia
todo el tablero (1L1) y (N) mediante sus contactos, y a la salida se tendrán las
conexiones 15 y 14 las cuales serán la fase y el neutro respectivamente para los
elementos de control. Adicionalmente en la parte de la alimentación se cuenta con un
transformador el cual reduce el voltaje a 12 VCA para dispositivos que trabajen a esos
niveles de voltaje, el transformador de igual manera cuenta con su etiqueta de salida
de 12 volts, que está identificado por los números 8 y 9.
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FIGURA 2.11 ALIMENTACIÓN DE LOS TABLEROS DE CONTROL.
2.7 CONTROL DE ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA.
En esta estación se cuentan con 2 botones pulsadores los cuales son de
enclave sostenido, partiendo de la alimentación, descrita en la figura 2.12. No se
tienen interruptores de nivel, bomba y conexión al compresor para la agitación, por lo
que es una estación dónde se introduce la pieza y, por medio de un temporizador
cómo se observa en la figura 2.12, se mide el tiempo límite del usuario para la limpieza
fría de la pieza. En esta parte del tablero, se tiene el botón de arranque y par del
extractor (figura 2.7), el cual absorbe gases que se desprenden por las reacciones
químicas del proceso y que son dañinos para las vías respiratorias de los usuarios, el
extractor inicia una vez que se presiona el botón del extractor, y no cuenta con ningún
tipo de relevador ya que el botón es de enclave sostenido. El extractor funciona para
las 8 estaciones de galvanizado.
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FIGURA 2.12 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA FRÍA.
2.8 CONTROL DE LA ESTACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE
Y CUBAS DE BAÑO GALVANOPLASTICO.
En esta etapa del proceso el control (figura 2.13) será el mismo para cada
tanque hasta las estaciones 7 y 8 que cuentan con un agitador mecánico.
La primera condición que se tiene que cumplir es que el timer general no
termine el ciclo de conteo, posteriormente se debe tener un nivel alto en las cubas,
con esto podremos iniciar la bomba que observando el DTI (plano 2.3) se tiene una
por cuba, desde el enjuague caliente hasta la estación 8. Una vez que se presiona el
botón de la bomba y el nivel alto se cumple, el calentador puede ser encendido. El
controlador de temperatura que se muestra en la figura 2.2 está alimentado por 12
volts de corriente alterna, provenientes del transformador del tablero de alimentación
(figura 2.11) se ajusta de manera manual con la temperatura deseada, y este le
enviara la señal de control al calentador por medio de las terminales 41 y 42 (figura
2.14).
El botón de “bomba de aire” en la figura 2.13 corresponde al compresor. Como
se ha mencionado este hace una agitación en los tanques de baño galvanoplástico y
de limpieza caliente. Es una ayuda para que la solución electrolítica tenga mayor
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cantidad de iones sueltos por los que puedan pasar los electrones y así galvanizar la
pieza en un menor tiempo.
FIGURA 2.13 CONTROL DE BAÑO CALIENTE Y ESTACIONES 3,4,5,6,7 Y 8 DE LA
PLANTA PILOTO.
FIGURA 2.14 SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL CONTROLADOR Y LOS
ELEMENTOS DEL TABLERO DE CONTROL DE TANQUES 2 AL 6.
En la figura 2.15 se muestra el diagrama de control para los tanques 7 y 8, el
principio, es el mismo que para los tanques correspondientes a las etapas anteriores,
esta vez también se enciende una agitación mecánica que se realiza por medio de un
motor y un acoplamiento mecánico entre el tanque y el motor, para cuando funcione
dicho motor, ambos tanques presenten un movimiento giratorio. El botón es único y
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activa la agitación en ambos tanques. Los botones de activación son de acción
sostenida.
FIGURA 2.15 CONTROL DE TANQUES 8 Y 9.
49
CAPITULO III PROPUESTA DE
ACTUALIZACIÓN PARA LA PLANTA PILOTO
DE GALVANOPLASTIA.
Se muestra la propuesta para el control de los elementos de la planta piloto de galvanoplastia, esta propuesta se fundamenta con diagramas eléctricos y de instalación. Se explica la lógica requerida para la programación en el nuevo controlador y se propone el equipo a implementar.
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50
3.1 TIPOS DE INSTALACIONES DE GALVANOPLASTÍA.
Atendiendo a la forma de funcionar, las instalaciones galvánicas pueden
clasificarse en tres grupos:
Manuales
Semiautomáticas
Automáticas
Las instalaciones manuales son aquellas en las que las piezas a tratar son
manipuladas manualmente. Son las más sencillas y económicas y las de mayor
flexibilidad pues permiten todas las combinaciones posibles entre los diversos
procesos que se tengan instalados pudiéndose cubrir también cualquier espesor. Por
contra suelen ser las instalaciones que tienen mayor número de problemas de
funcionamiento de los procesos y mayor porcentaje de rechazos.
Las instalaciones semiautomáticas son instalaciones en las que por el peso o
volumen de las piezas a tratar no sería posible su manipulación manual por lo que se
utiliza algún sistema de transporte tipo polipasto o puente grúa.
Las instalaciones automáticas son aquellas son aquellas en las que las piezas
se mueven a lo largo de la instalación por medio de elementos mecánicos
comandados a través de un sistema programable.
Las ventajas más importantes de las instalaciones automáticas son:
Se necesita menor espacio.
Reducción en las pérdidas por arrastres.
Menor peligro de contaminación de las soluciones.
Mejor calidad de recubrimiento.
Menor porcentaje de rechazos.
Reducción en las necesidades de personal.
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Aunque existen gran variedad de instalaciones automáticas, podemos
clasificarlas todas ellas en dos grandes grupos:
Programadas (flexibilidad)
De retorno (productividad)
Automatismos
La automatización es la respuesta lógica a la demanda de producción de bienes
en cantidad y calidad controlada, a la vez que la fórmula que generalmente permite
reducir o contener los costes.
Simultáneamente, la necesidad de cumplir las cada vez más exigentes normas
relacionadas con la contaminación ambiental o las de seguridad en el trabajo,
aconsejan la implementación de procesos desarrollados bajo un control automático
estricto que se complementen con los equipos específicos necesarios para dichos
fines.
La variedad de procesos químicos y electrolíticos, tipo, forma y tamaño de los
componentes, metales de base y acabados técnicos o decorativos disponibles, crean
por si mismos diferenciados medios de producción.
Así, resulta necesario en la práctica disponer de instalaciones cuyo tamaño y
concepción básica respondan a la finalidad concreta a que son destinadas, partiendo,
siempre que ello sea posible, de componentes normalizados cuya disposición y
utilidad pueda ser ulteriormente modificada y/o ampliada para otros fines.
3.2 SISTEMAS AUTOMÁTICOS.
Existen diferentes controladores que se pueden emplear en un proceso, cada
uno tiene sus ventajas y desventajas propias, en esta sección se describen
brevemente estos controladores y se comparan para elegir el adecuado a la planta.
Los controladores a describir y comparar son:
Control electromagnético.
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Microcontrolador.
PLC
CONTROL ELECTROMAGNÉTICO.
En este tipo de control se utilizan diversos componentes que se encargan de
dar órdenes de trabajo a las maquinas eléctricas.
Los componentes que se utilizan en este tipo de control son:
Interruptores de cuchillas: Conectan o desconectan una maquina eléctrica de
la fuente de alimentación, se construyen con dos o tres navajas, dependiendo
si la maquina es monofásica o trifásica abren y cierran simultáneamente por
medio de un mecanismo. Por lo general se alojan en una caja metálica y
cuentan con un fusible por conductor.
Interruptores termomagnéticos: Permiten abrir y cerrar un circuito de forma
manual, y también abren el circuito de forma automática cuando la corriente
que circula por ellos es mayor a un valor establecido previamente. Después de
abrir de forma automática, se deben restablecer de forma manual.
Estaciones de botones: Básicamente es un interruptor que se activa
manualmente, de forma que dos o más contactos cierran o abren cuando se
quita la presión de los botones. En una instalación se puede usar más de una
estación de botones.
Relevadores de control: Es un interruptor electromagnético. Cuenta con una
bobina, cuando esta se energiza produce un campo magnético fuerte que atrae
una armadura móvil que abre o cierra un conjunto de contactos.
Relevadores térmicos: Es un elemento sensible a la temperatura, sus
contactos abren o cierran cuando la corriente alcanza un valor preestablecido.
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Relees de tiempo: Son aparatos que abren o cierran determinados contactos
al cabo de un tiempo, previamente establecido, de haber sido abierto o cerrado
su circuito de alimentación. Existen al trabajo y al reposo.
Contactores magnéticos: Es esencialmente un relevador de control robusto
diseñado para abrir y cerrar un circuito de potencia, se usa para controlar
motores desde ½ Hp hasta varios cientos de Hp.
Lámparas piloto: Se utilizan como señalizaciones para indicar posición dentro
o fuera de un componente remoto en un circuito.
Interruptores especiales: Pueden ser de flotador, de presión, térmicos o de
velocidad cero.
MICROCONTROLADOR.
Un microcontrolador es un circuito integrado, esto quiere decir que integra en
un solo encapsulado un gran número de componentes, su característica principal es
que es programable, lo que le permite ejecutar de forma autónoma una serie de
instrucciones previamente definidas por el usuario.
FIGURA 3.1 COMPONENTES DE UN MICROCONTROLADOR.
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En la figura 3.1 se presentan los componentes de un microcontrolador, estos
son:
Oscilador: Genera pulsos para sincronizar las operaciones internas. La
velocidad de ejecución de las instrucciones del programa está relacionada
directamente con la frecuencia del oscilador.
CPU: Se encarga de ejecutar cada instrucción y que esta ejecución se realice
correctamente. Las instrucciones hacen uso de datos disponibles previamente
(datos de entrada) y generan como resultado datos diferentes (datos de salida),
mismos que pueden ser utilizados o no por instrucciones siguientes.
Memoria: Es el lugar donde se almacenan las instrucciones del programa y los
datos utilizados. Hay dos tipos de memoria, la memoria RAM (Random Access
Memory), que es de lectura y escritura, esta memoria pierde la información
almacenada cuando el microcontrolador se desconecta de la fuente de
alimentación. También se tiene la memoria ROM (Read Only Memory), Es una
memoria de solo lectura y esta no pierde la información al desconectar de la
fuente de alimentación.
La memoria ROM es utilizada para almacenar el programa a ejecutar, y la
memoria RAM se utiliza para almacenar los datos manipulados por el
programa.
Entradas y salidas: Los microcontroladores cuentan con pines entradas y
salidas encargados de comunicarlo con el exterior. Forman parte de estos
pines, los puertos paralelo y serie, los temporizadores y la gestión de las
interrupciones. También se puede incluir entradas y salidas analógicas
asociadas a convertidores A/D y D/A.
Es posible conectar sensores en los pines de entrada, para que el
microcontrolador pueda recibir datos provenientes de su entorno y en los de
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salida actuadores para enviarles órdenes y de esta manera interactuar con el
medio físico.
El perro guardián (WDT: Watchdog Timer): En la figura 3.2 se muestra el
esquema básico de un perro guardián. Su funcionamiento es:
El oscilador (puede ser el oscilador principal, aunque es preferible uno
independiente) envía pulsos permanente y periódicamente a la entrada de reloj
del contador, cuando el contador llega a N pulsos se desborda y produce el
reinicio del microcontrolador.
El reinicio es una acción con la que se inicia el trabajo de los
microcontroladores, se ejecuta cuando se aplica una señal a una terminal designada
con el mismo nombre. El efecto de esta acción es poner el contador del programa
(PC) en un valor determinado haciendo que las instrucciones se ejecuten a partir de
la posición de memoria apuntada por el PC en ese momento.
El PC es un registro en la CPU donde se almacenan las direcciones de
instrucciones, en un instante de tiempo dado, contiene la dirección de la instrucción
que se ejecutará a continuación.
Cuando el WDT se desborda y ocurre el reinicio, generalmente significa que el
microcontrolador se salió de la secuencia correcta
El objetivo de un programador es evitar que el WDT se desborde, debido a que
una vez iniciado no es posible detenerlo, la única forma de evitar su desborde y con
ello el reinicio es poner a 0 el contador del perro guardián desde el programa. Si el
programa es ejecutado correctamente, el perro guardián nunca se desborda
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FIGURA 3.2 PERRO GUARDIÁN.
Cualquier microcontrolador ejecuta las instrucciones de un programa en su
lenguaje máquina, el cual se constituye por los códigos binarios de las instrucciones
que puede ejecutar. En lenguaje maquina cada instrucción de un programa se forma
por un grupo de dígitos binarios.
Elaborar directamente un programa en lenguaje maquina es difícil, por eso se
crearon los lenguajes ensambladores, en los cuales las instrucciones que se
representan por grupos de bits en el lenguaje maquina son representados por
símbolos mnemotécnicos.
Un programa escrito en lenguaje ensamblador necesita ser traducido al
lenguaje máquina, a este proceso de transformación se le conoce como ensamblaje
y es realizado por un programa denominado ensamblador. El programa original
escrito en lenguaje ensamblador se conoce como programa fuente, el resultado del
ensamblaje se conoce como programa objeto.
PLC.
Un Controlador Lógico Programable (PLC por sus siglas en ingles), es como su
nombre lo indica, un controlador basado en microprocesador, el cual cuenta con una
memoria programable para almacenar instrucciones e implementar funciones lógicas,
de tiempo, de conteo, aritméticas y secuenciales, para controlar máquinas y procesos.
Están diseñados, de forma que no es necesario ser un experto en computación para
programarlos.
Al PLC se conectan dispositivos de entrada, como sensores y se controlan
dispositivos de salida como motores, válvulas, etc. El operador introduce una
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secuencia de instrucciones, entonces el PLC monitorea las entradas y salidas
conforme a las instrucciones y completa las reglas de control para las que fue
programado.
FIGURA 3.3 PLC.
FIGURA 3.4 ESTRUCTURA DE UN PLC.
Generalmente, la estructura de un PLC consta de los siguientes elementos:
CPU: Interpreta la señales de entrada y ejecuta las acciones de control
conforme al programa almacenado en su memoria, comunica las decisiones
como señales de salida.
Fuente de alimentación: Alimenta el CPU y los circuitos conectados a los
módulos de entradas y salidas.
Dispositivo de programación: Es utilizado para introducir el programa en la
memoria.
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La memoria: Es donde se almacena el programa utilizado para las acciones de
control, así como los datos de entrada que son procesados y las señales de
salida obtenidas.
Módulos de entradas y salidas: Es donde el CPU recibe información de
dispositivitos externos y posteriormente la comunica a otros dispositivos. Las
entradas pueden ser de sensores o interruptores, en tanto las salidas pueden
ser motores, válvulas, etc. Las entradas y salidas entregan señales digitales o
analógicas.
Interface de comunicaciones: Se utiliza para recibir y transmitir información
mediante la red de comunicaciones.
Existen dos tipos de diseño para un PLC, estos son:
Compacto: Usado en controladores pequeños, contiene en un solo bloque
fuente de alimentación, CPU, módulo de entradas y salidas.
Modular: Consiste en módulos separados para cada componente del PLC, esto
permite aumentar el número de módulos de entradas y salidas y módulos de memoria.
Para programarlos se tienen varias opciones, pero las más utilizadas son las
listas de instrucciones y los diagramas de contactos, puesto que además de ser
mayoritariamente utilizados, tiene la ventaja de que son soportados por la totalidad
de los PLC comerciales9.
DIAGRAMA DE CONTACTOS.
Es un método de representación gráfica inicialmente adoptado por fabricantes
norteamericanos y japoneses, y posteriormente los fabricantes europeos.
9 Domingo Peña et.al. (2003)
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Tiene la ventaja de que la pasar de este método de representación a un
lenguaje de programación particular es sencillo e inmediato.
LISTA DE INSTRUCCIONES.
Las listas de instrucciones booleanas usan generalmente un conjunto de
símbolos mnemotécnicos, similares a los utilizados en lenguaje ensamblador.
En la tabla 3.1 se muestran la comparación de los controladores.
TABLA 3.1 COMPARACIÓN ENTRE CONTROLADORES.
Controlador Microcontrolador. Control
electromagnético. PLC.
Durabilidad Baja. Alta Alta
Espacio ocupado Muy poco Ocupa un gran
espacio. Poco
Capacidad de almacenamiento
de programas Bueno NA Bueno
Programación C, ensamblador,
experto. NA
Lenguaje estructurado,
escalera, bloques funcionales y lista de instrucciones.
Manejo de potencia.
Bajo Eficiente. Eficiente.
Tipos. NA NA Modulares y compactos.
Funciones integradas.
NA NA
Control PID. Protocolos de comunicación.
3.3 INSTRUMENTACIÓN Y EQUIPO UTILIZADO.
Con el fin de minimizar costos en la implementación del sistema automático,
algunos de los elementos con que actualmente cuenta la planta piloto serán
reutilizados. También se proponen algunos elementos nuevos como son los sensores
de temperatura.
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Los elementos que serán reutilizados son:
1. Bombas. 2. Extractor. 3. Compresor (Agitador por aire). 4. Agitador mecánico. 5. Calentadores. 6. Filtros. 7. Switch de nivel. 8. Relevadores. 9. Clemas.
Como ya se mencionó antes los elementos que serán propuestos son los sensores
de temperatura, a continuación se presenta la selección del sensor:
Sensor de temperatura.
En el controlador indicador se puede programar la temperatura a la que se
quiere mantener la solución, para mantenerla es necesario un sensor que mida y
con ayuda del controlador indicador hacerla constante en el calentador.
El sensor propuesto es un sensor RTD, la razón de esta elección, es porque
los controladores indicadores con que cuenta la planta funcionan con este tipo de
sensores, otras de las razones de utilizar este tipo de sensor es que al comparar con
termopares se tiene las siguientes ventajas:
o Mayor exactitud.
o Mejor linealidad y estabilidad a largo plazo.
o No se requiere un cable especial de extensión.
o Son menos susceptibles al ruido.
El modelo de sensor que se utilizara es el sensor Pt-100 modelo 68 marca
Rosemount, esta marca y modelo fueron elegidos por que ofrecen facilidades como
son: elegir el tamaño del sensor, calibración del mismo con rangos deseados por el
cliente, certificación de calibración o con uso opcional de termopozo.
Una de las ventajas mencionadas es que esta marca ofrece la posibilidad de
calibrar el sensor al rango de temperatura que el cliente desea, el sensor mide de -
50°C a 400°C, pero las estaciones de la planta piloto solo requieren mediciones de
10°C a 110°C.
C A P Í T U L O 3 | 61
El módulo de entradas analógicas, funciona con RTD´s a 2, 3 o 4 hilos,
Rosemount ofrece sensores de 4 hilos que pueden configurarse como el cliente
desee.
FIGURA 3.5 CONFIGURACIÓN DE RTD’S A 2, 3 Y 4 HILOS.
La figura 3.6 muestra la configuración a 4 hilos del sensor, la conexión física
hacia las tarjetas de entradas analógicas del OPLC se muestran en el plano 3.4.
FIGURA 3.6 CONFIGURACIÓN DE 4 HILOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68.
En la figura 3.7 se muestra como se debe pedir el sensor, para esto se
requieren los datos de la hoja de especificaciones (ver anexo II).
FIGURA 3.7 EJEMPLO DE PEDIDO DEL SENSOR.
La tabla 3.2 contiene los datos del sensor que son requeridos para hacer el
pedido del mismo, la tabla completa es la tabla 1 del anexo II.
C A P Í T U L O 3 | 62
TABLA 3.2 DATOS DEL SENSOR ROSEMOUNT 68.
De acuerdo con la figura 3.7 el primer campo requerido es el modelo del sensor,
el cual es modelo “0068”.
El segundo campo requerido es el extremo del cable de conexión, para
conectar con el módulo de señales analógicas del OPLC, no es necesario de ningún
tipo de terminal, por lo tanto se selecciona la opción “N”.
El tercer campo requerido es el tipo de sensor, se seleccionara el sensor de
tipo “capsula”, entonces se selecciona la opción “01”.
No es necesario el uso de extensión ni termopozo, por lo tanto para la opción
“tipo de extensión” y “material del termopozo” se selecciona la opción “N”
Para realizar la medición del líquido, se sumergen dentro de él 10 cm
aproximadamente del sensor, se necesita hacer una conversión, debido a que las
hojas de datos solo muestran medidas en pulgadas.
C A P Í T U L O 3 | 63
1 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎 − 0.254 𝑚
Por lo tanto, en longitud de inmersión se selecciona 040.
Como ya se mencionó antes, el rango de temperatura del sensor es muy alto
para lo que se requiere por eso en la sección de “opciones adicionales” de selecciona
la opción X8Q4, para que el sensor sea calibrado a un rango de 0 a 110°C.
El sensor Rosemount 68 es un RTD tipo PT-100, esto quiere decir que cuando
la temperatura es de 0°C su resistencia es de 100 ohms, esta resistencia cambia
conforme aumenta o disminuye la temperatura, tal como se muestra en la tabla 3.2.
TABLA 3.3 RELACIÓN DE TEMPERATURA (°C) Y RESISTENCIA.
°C Ω °C Ω °C Ω
-200 18.52 90 134.71 380 240.18
-190 22.83 100 138.51 390 243.64
-180 27.10 110 142.29 400 243.09
-170 31.34 120 146.07 410 250.53
-160 35.54 130 149.83 420 253.96
-150 39.72 140 153.58 430 257.38
-140 43.88 150 157.33 440 260.78
-130 48.00 160 161.05 450 264.18
-120 52.11 170 164.77 460 267.56
-110 56.19 180 168.48 470 270.93
-100 60.26 190 172.17 480 274.29
-90 64.30 20 175.86 490 277.64
-80 68.33 210 179.53 500 280.98
-70 72.33 220 183.17 510 284.30
-60 76.33 230 186.84 520 287.62
-50 80.31 240 190.47 530 290.92
-40 84.27 250 194.10 540 294.21
-30 88.22 260 197.71 550 297.49
-20 92.16 270 201.31 560 300.74
-10 96.09 280 204.90 570 304.01
0 100.00 290 208.48 580 307.25
10 103.90 300 212.05 590 310.49
20 107.79 310 215.61 600 313.71
30 111.67 320 219.15 610 316.92
40 115.54 330 222.68 620 320.12
50 119.40 340 226.21 630 323.30
60 123.24 350 229.72 640 326.48
70 127.08 360 233.21 650 329.64
80 130.90 370 236.70 660 332.79
adaspum
adapu
cm
mcm lg49.3
0254.0
lg1
100
110
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Tomando en cuenta estos datos, la selección del sensor se muestra en la figura
3.8.
FIGURA 3.8 PEDIDO EL SENSOR.
OTRAS CARACTERÍSTICAS QUE PRESENTA EL SENSOR:
Material de la vaina: Acero inoxidable 316.
Conductores: Cable trenzado calibre 22 de cobre revestido de níquel, aislado
con teflón.
Peso 9 oz (255.15g).
El sello puede soportar hasta un 100% de humedad relativa.
Carcasa, instalado correctamente, son adecuados para instalaciones internas
y externas de carcasas clasificadas como NEMA 4X.
3.4 ELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL CONTROLADOR.
Un PLC se puede utilizar en diversas aplicaciones, para controlar el ciclo de
una planta, los tiempos de operación de algunos dispositivos, y actualmente se
monitorea en tiempo real el estado de las variables de la planta, con esto el usuario
puede conocer el comportamiento de la planta y así entender la dinámica del sistema,
adicionalmente se emplean HMI(Interfaz Hombre Máquina), las cuales muestran la
planta por medio de gráficos animados, además cuentan con pantallas táctiles y con
esto no sólo se observa el proceso, sino que se pueden manipular los equipos de una
forma dinámica. Dependiendo del programador y las necesidades del operador es
cómo será la interfaz y qué es lo que se controlará desde la HMI y el PLC, actualmente
en el mercado existen diversas marcas, por lo cual la selección de un controlador para
cualquier aplicación implica el conocimiento del mercado.
C A P Í T U L O 3 | 65
La aplicación de un PLC tiene ventajas sobre otros sistemas de control por ser
un equipo compacto que puede ser instalado en gabinetes pequeños de control, al
programar se reduce el tiempo de instalación, y no necesita de grandes cantidades
de relevadores ni arreglos complejos de estos.
En la planta piloto de galvanoplastia, una HMI ayudara a los alumnos a una
operación didáctica al realizar las practicas, además, los alumnos podrán interactuar
con los dispositivos de la planta (bombas, calentadores, etc.) desde el mismo gabinete
de control. Pueden ajustarse los tiempos de operación de cada tanque, los valores
del punto de ajuste (set point) y se pueden mostrar alarmas para que el operador las
detecte fácilmente.
La HMI al ser táctil se puede adicionar botones virtuales para controlar los
dispositivos, con esto reducimos los dispositivos de entrada (botoneras, sensores,
etc.).
Si en un futuro se requiere agregar más elementos a la planta, con el PLC se
puede modificar el programa, sin que el sistema se cablee nuevamente, lo que lleva
a una modificación sencilla de la planta.
La selección de un PLC depende del número de entradas y salidas. En tabla
3.4 se muestran las entradas y salidas discretas, además de las entradas analógicas
totales consideradas para la propuesta.
TABLA 3.4 SALIDAS Y ENTRADAS PARA EL PLC.
ESTACIÓN SALIDAS
DIGITALES
ENTRADAS
DIGITALES
SALIDAS
ANALÓGICAS
ENTRADAS
ANALÓGICAS
GENERAL 1 0 0 0
2 2 2 0 1
3 2 2 0 1
4 2 2 0 1
5 2 2 0 1
6 2 2 0 1
7 3 2 0 1
8 2 2 0 1
TOTAL 16 14 0 7
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En la tabla 3.4 no se contempla la estación N°1, ya que no cuenta con algún
tipo de salida o entrada, en el DTI 2.1, y en el capítulo 2 se explica que la estación es
utilizada para limpieza fría sólo sumergiendo la pieza, por lo que no requiere de
agitación o de un calentador. En las estaciones N°2 a N°8 se tienen dos entradas
digitales provenientes de dos interruptores de nivel en cada tanque, para nivel alto y
bajo, y un sensor RTD de temperatura que enviara la señal al controlador.
Para seleccionar la marca del PLC es necesario conocer los proveedores
existentes en el mercado debido a que cada fabricante tiene características para sus
equipos. Actualmente el mercado es muy amplio y se pueden encontrar marcas cómo
Allen Bradley, Siemens, ABB, Mitsubishi, Honeywell, etc. La mayoría de estas marcas
son comunes por que cumplen con estándares y normas europeas, sin embargo al
adquirir un PLC de estas marcas con sus módulos y gabinetes, es necesario adquirir
adicionalmente la HMI y el software de programación del fabricante, por lo que el
costo aumenta.
A continuación se muestra la tabla 3.5 donde se comparan PLC´s de diferentes
marcas
TABLA 3.5 COMPARACIÓN DE PLC´S.
PLC Siemens Allen Bradley Unitronics
Serie S7 200 Micrologix 1100 V350
Costo Elevado
Elevado (No en
caso de compra
escolar)
Medio
Software
Requiere la
compra de una
licencia.
Requiere la
compra de una
licencia.
Libre
HMI
Requiere pantalla
táctil y
comunicación.
Requiere pantalla
táctil y
comunicación.
Incluida en el PLC.
Capacidad de
memoria. Alta Alta Alta
Accesibles a
estudiantes. No Si Si
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UNITRONICS.
Los PLC Unitronics son eficientes y fáciles de utilizar, han estado en
automatización de procesos y aplicaciones desde 1989 como son:
Petroquímica, Automovilística, Alimenticia, Plásticos y textiles, energía y medio
ambiente, agua y tratado de aguas residuales, algunas empresas clientes son: Coca-
Cola, General Motors, Michelin, Tupperware, Intel, Bayer, Colgate-Palmolive, Bosch-
Rexroth, Pirelli, etc.
Esta marca ha desarrollado PLC´s los cuales tienen incorporada una interfaz
humano-maquina, con lo que se tienen ventajas sobre otros equipos de otras.
OPLC.
Un OPLC es un micro PLC el cual tiene un panel operativo (pantalla LCD). Es
decir, el equipo incorpora una pantalla LCD de texto o gráfico, con un teclado
numérico completo o función touch (táctil). Con lo que se habla de una solución
Controlador + HMI en un solo dispositivo.
Las ventajas que nos ofrece un OPLC son las siguientes:
Programación en un mismo software, tanto del proceso como de la HMI.
No necesita cableado del PLC al panel.
El teclado numérico o la funcionalidad táctil, pueden ser utilizados para
introducir y modificar variables de la aplicación.
El display LCD puede emplearse para monitorizar el estado de las E/S,
temporizadores, estado de la comunicación, valores de los contadores y de las
entradas analógicas.
Ahorra espacio.
No es necesaria una PC para su monitoreo.
Control PID.
Software de programación gratis.
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CONTROLADOR SELECCIONADO.
La marca que ha sido elegida es UNITRONIX, marca cuya finalidad es hacer
que el control por PLC sea simple, eficiente y económico.
En la Imagen 3.9 se muestra un OPLC.
FIGURA 3.9 OPLC UNITRONICS V350-35-TR20.
El controlador adecuado para planta es el modelo V350-35-TR20, el cual
cuenta con las siguientes especificaciones.
12 entradas digitales incluyendo 2 entradas analógicas.
6 salidas a relé.
2 salidas a transistor de alta velocidad.
Un puerto para comunicación serial o Ethernet.
Un puerto de comunicación CANbus.
Alimentación de 24VCD.
ENTRADAS Y SALIDAS.
Las entradas y salidas incluidas en el OPLC son insuficientes para manipular
el equipo necesario en la planta de galvanoplastia, por tanto es necesario utilizar
módulos de expansión.
C A P Í T U L O 3 | 69
IO-RO16.
Es un módulo de expansión con 16 salidas a relé que puede ser usado en
conjunción con los OPLC Unitronics.
Se alimenta de 24VDC y se conecta por medio de un adaptador que se conecta
del módulo a una interfaz EX-A2X
En la figura 3.10 se muestra el módulo.
FIGURA 3.10 MÓDULO IO-RO16.
IO-PT400.
Son módulos de expansión que tiene 4 entradas de RTD tipo PT100, NI100 Y
NI120.
Su alimentación y conexión es la misma que el módulo IO-RO16.
Se usaran 2 módulos de este tipo.
En la figura 3.11 se muestra el módulo.
C A P Í T U L O 3 | 70
FIGURA 3.11 MÓDULO IO–PT400.
EX-A2X.
Este módulo es la interfaz entre el OPLC y módulos de expansión de cualquier
tipo, los cuales pueden ser 8. Este debe ser montado en un riel DIN.
En la figura 3.12 se muestra la interfaz.
FIGURA 3.12 INTERFAZ EX–A2X.
C A P Í T U L O 3 | 71
3.5 PROPUESTA DE PROGRAMACIÓN
VisiLogic.
Como ya se mencionó el PLC a utilizar es de la marca Unitronics, estos se
programan mediante un software llamado VisiLogic, nos permite realizar al mismo
tiempo tanto la programación del PLC como la de la HMI además el lenguaje de
programación que se utiliza es de escalera, en la figura 3.13 se puede observar el
entorno del programa.
FIGURA 3.13 ENTORNO DE VISILOGIC PARA PROGRAMACIÓN DE LÓGICA DE ESCALERA Y
HMI.
CONFIGURACIÓN DE HARDWARE.
Para iniciar con la programación se crea un nuevo proyecto en la barra de
menús, y se configura el Hardware a utilizar, comenzando por el CPU que se utilizará
(en el tema 3.3 se seleccionó el modelo V350), adicionalmente se agrega un Riel DIN
en el cual se agregarán las tarjetas a utilizar adicionales en la figura 3.14 se observa
la ventana para seleccionar el modelo de OPLC para configurar las localidades de
memoria, entradas y salidas asignándoles etiquetas para su utilización en la
programación.
Barra de Título, Menús,
Herramientas para programación
Entorno de
programación
escalera y de
la HMI
Herramientas
para
programación
Escalera
Localidades de
memoria para
Programación
Arbol de
proyecto
Escalera y
HMI
C A P Í T U L O 3 | 72
FIGURA 3.14 SELECCIÓN DE PLC V350 A UTILIZAR EN EL PROYECTO Y CONFIGURACIÓN
DE ETIQUETAS PARA E/S.
Subsecuentemente a la selección de la CPU se seleccionan los módulos
adicionales con los que se trabajará, en el tema 3.3 se ha concluido que se utilizará
un módulo de salidas (IO-R16) y dos de entradas para RTD (IO PT4x) se adicionan
los módulos en la ventana de lado izquierdo de la configuración en la pestaña “I/O
Expansions”, en la figura 3.15 se puede ver cómo se agregan los elementos en el riel
DIN y aparece en la ventana la configuración de sus etiquetas con las direcciones de
programación.
FIGURA 3.15 CONFIGURACIÓN DE MÓDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS ADICIONALES.
Selección
de modelo
OPLC
Lista de
Direcciones
de E/S
Riel Din para Módulos Adicionales
C A P Í T U L O 3 | 73
DIRECCIONAMIENTO PARA HMI.
Después de la configuración del hardware se elabora del programa, en base a
la figura 3.13 se ubicara el árbol del proyecto y lo primero será la realización de la
portada de la HMI, así como el menú, en el diagrama de árbol se agrega una pantalla
en la pestaña de “HMI” (ver figura 3.16) y se selecciona “Add New Display ” con esto
se generará la ventana en la que se podrá diseñar la HMI, y abriendo la pestaña “+”
se modifican las direcciones para poder vincular una pantalla con otra, en este caso
para no sobre escribir direcciones con las del programa, ya que se utilizan direcciones
de memoria “MB” se comenzará por la dirección 200, para los displays de la HMI,
adicionalmente se pueden agregar etiquetas para cada dirección con la que a la hora
de la programación se recuerden las pantallas.
FIGURA 3.16 AGREGAR UNA NUEVA PANTALLA EN LA HMI.
Ya agregadas las pantallas y después de haber asignado una dirección se pasa
a la vinculación entre ellos, esto es mediante la pestaña link, como ya se mencionó el
panel de la HMI del OPLC es táctil, por lo que se da una acción a cada que se toque
la pantalla en este caso si se toca cualquier parte de la portada se asigna una
dirección para que se pase al menú de opciones, recordando que previamente ya se
hizo la asignación de las ventanas, en la tabla 3.6 se muestran las direcciones a
utilizar para las ventanas con su correspondiente dirección, y en la figura 3.17 se
puede observar cómo se les asigna la dirección.
C A P Í T U L O 3 | 74
TABLA 3.6 DIRECCIONES PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI.
Pantalla Dirección de programa
Presentación 200
Menú 201
Limpieza caliente 202
Baño 1 203
Baño 2 204
Baño 3 205
Baño 4 206
Baño 5 207
Baño 6 208
Agitador y Extractor 209
FIGURA 3.17 ASIGNACIÓN DE DIRECCIÓN DE PROGRAMA PARA LAS PANTALLAS DE LA HMI.
Se procede a la programación en escalera para cumplir con el objetivo de
control en cada estación, la programación está basada en el funcionamiento de la
planta, así como en su operación, también va de la mano con la programación en la
HMI para que exista la interacción del usuario con el programa.
PROGRAMA LIMPIEZA CALIENTE.
La programación escalera para los PLC’s es lógica en la que están involucrados
los elementos físicos y a través de continuidad por una línea se cumple o no cierta
condición, existen elementos en serie, en paralelo y arreglos de funciones, la
programación estará dada por el análisis del programador para hacer que bajo ciertas
condiciones operen o no los elementos físicos.
C A P Í T U L O 3 | 75
Utilizando las herramientas para programación escalera mostradas en la figura
3.9 se realizan las siguientes lógicas, tomando en cuenta el plano de ingeniería
eléctrica para las conexiones de los elementos de entradas y salidas, y su ubicación
en la memoria del programa se procede a la programación.
En la figura 3.18 se muestra el diagrama de flujo para la estación de limpieza
caliente, se tienen colores que representan cuando una entrada es una señal física
que está conectada a una tarjeta, si la señal proviene de la HMI y las funciones u
operaciones que realizará el PLC. La programación va enlazada con los diagramas
eléctricos (ver diagramas 3.1, 3.2, 3.3 y 3.4). Para poder activar la planta, se tendrá
que activar el botón de arranque de la planta, si el botón de paro está desactivado se
podrá comenzar con el proceso en la planta, posteriormente se tiene la parte de
programa para activar o desactivar el agitador por aire y el extractor, están en color
verde que significa que serán activados mediante la HMI desde el menú de agitador
y extractor (ver tabla 3.7), posteriormente se tiene que para la estación de limpieza
caliente se puede programar un temporizador, si no se modifica se le ha asignado un
valor de 5 min, la bomba será activada por medio de la HMI, con esto el calentador
se activará automáticamente, sin embargo ambos elementos dependen del
temporizador debido a que si éste termina, los dos elementos se apagarán.
La programación para la activación del calentador será que el usuario
introduzca un valor de temperatura mediante la HMI, y con el RTD realizar un lazo
cerrado y por medio de control on-off, se activará o apagará el calentador, para este
control se propone una banda de histéresis con la que se controle el encendido y
apagado del calentador, esta banda estará dada por un valor de ±3° sobre el valor
que introduzca el usuario, la gráfica de control del calentador se puede ver en la figura
3.19 con este tipo de control se prolonga la vida de los contactos del PLC, de igual
manera el calentador no se daña ya que no está prendiendo y apagando
continuamente como sería con un control on-off simple.
C A P Í T U L O 3 | 76
FIGURA 3.18 DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE.
REGRESO
A INICIO
NO
NO
DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIÓN DE LIMPIEZA CALIENTE
CÓDIGO PARA COLORES
ENTRADA Ó SALIDA DEL PLC
ENTRADA DE HMI
FUNCIONES INTERNAS DEL PLC
INICIO
MODIFICA
TIEMPO DE
LIMPIEZA
CALIENTE (T1)
TD TIMER 1 =0?
SI
BOMBA 1 =1?
SI
ACTIVAR
O0
TEMLC < TEMRTD
SI
ACTIVAR
O1
BA =1?NO
SI
BP=0?NO
SI
AGITADOR=1?
NO
SI
ACTIVAR
O6
EXTRACTOR=1?
NO
SI
ACTIVAR
O41
PARO
AGITADOR=1?SI
DESACTIVAR
O6
NO
PARO
EXTRACTOR=1?SI
DESACTIVAR
O6
NO
INGRESAR
TEMPERATURA
(TEMLC)
NO
TEMLC > TEMRTD
DESACTIVAR
O1
NO
SI
ACTIVAR
INVERSOR ?
SI
5seg
ACTIVAR
O7
5seg
DESACTIVAR
O7
NO
C A P Í T U L O 3 | 77
FIGURA 3.19 RESPUESTA DE CALENTADOR POR CONTROL ON-OFF CON HISTÉRESIS.
PROGRAMACION PARA EL CONTROL DEL CALENTADOR.
En el diagrama de flujo se observa que para encender o apagar el calentador
lo primero es pedir al usuario que ingrese una temperatura para la limpieza caliente
(TEMLC) previamente calculada con las ecuaciones de las leyes de Faraday,
posteriormente por medio de una función interna del PLC se compara el valor de
TEMLC, con el valor de temperatura que se tiene en el RTD ya que es el que está
monitoreando la variable directamente en el proceso, a este valor previamente se le
sumó el valor de histéresis para que el control del calentador sea cómo en la figura
3.15.
El RTD es tipo TP100, por lo que hay que configurarlo previamente en la
pantalla de hardware del programa, en los módulos que le corresponden ver figura
3.20, la primera columna es para seleccionar el tipo de RTD que se conectará al canal
del módulo, la segunda columna se selecciona si la temperatura estará en grados
centígrados (°C) o en Farenheit (°F), la cuarta y quinta columna es para seleccionar
la localidad de memoria dónde se estará obteniendo el dato de entrada del canal, este
tipo de dato (MI) es entero, y para conocer su valor se consulta el catálogo del módulo,
la séptima columna es para asignarle una etiqueta a la localidad de memoria.
RESPUESTA DE CONTROL ON-OFF CON HISTÉRESIS
EST
AD
O D
E L
AB
OM
BA
APAGADA
ENCENDIDA
TEMPERATURA
SPTEMPERATURA
SP+3°
SP-3°
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FIGURA 3.20 CONFIGURACIÓN DE TARJETAS PARA RTD.
Una vez configurada la tarjeta de entradas para RTD, se procede a la
programación, tomando en cuenta el tipo de RTD que se eligió y como referencia la
tabla 3.11 para cada valor de temperatura corresponde un valor de resistencia del
sensor, esta resistencia en el módulo de entradas tomará un valor en 12 bits ya que
es la resolución del canal (ver catálogo de IO-PT400) por lo tanto la resistencia para
el valor de -50°C estará representada en bits por un 0 y para 400°C será un valor de
4096 (122 ), sin embargo el rango de temperatura del proceso estará entre 10 °C y
110°C, por lo que entonces si el RTD sólo censa en ese rango el valor de 10°C
quedará definido para el valor entero 0 y el valor de 110°C para 4096, y con esto se
ampliará la resolución en el rango de operación del proceso. En la programación
Visilogic cuenta con una función de “linealización” la cual se muestra en la figura 3.21
con sus parámetros.
TIPO DE RTD
TEMPERATURA °C Ó °F
LOCALIDAD DE MEMORIA
ETIQUETA
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FIGURA 3.21 FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN Y PARÁMETROS.
En la figura 3.21 se puede observar que la función requiere de 5 datos de
entrada y tiene un dato de salida, la función requiere estos datos ya que cada uno
representa un valor dado por una gráfica como la que se muestra en la figura 3.22
dónde la gráfica está relacionada con los parámetros de la figura 3.21, los valores de
X1 (X MIN), Y1 (Y MIN), etc. Si se observa en los parámetros el valor a comparar (el
valor dado por el canal del RTD) estará en el eje X, por lo que en ese eje será dada
la resolución, y la salida se establece en el eje Y por lo que ahí se hará el
escalamiento.
FIGURA 3.22 GRÁFICA PARA FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN.
TEM
PER
ATU
RA
Y
Y MIN[10]
Y MAX110
FUNCIÓN DE LINEALIZACIÓN
X MIN[0]
X MAX[4096]
XCANAL RTD
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UN EJEMPLO DE LINEALIZACIÓN PARA LA PLANTA.
Si en el canal se tiene un valor de 100 la temperatura a la que corresponderá
estará dada por la siguiente fórmula.
𝑌 =𝑌𝑚𝑎𝑥−𝑌𝑚𝑖𝑛
𝑋𝑚𝑎𝑥−𝑋𝑚𝑖𝑛 𝑥 (𝑋 − 𝑋𝑚𝑖𝑛) + 𝑌𝑚𝑖𝑛 𝑬𝒄𝟑. 𝟏
Sustituyendo los valores que se tienen:
𝑌 =110 − 10
4096 − 0 𝑥 (100 − 0) + 10 = 𝑬𝒄 𝟑. 𝟐
𝑌 = 0.024414 𝑥 (100) + 10 = 𝑌 = 2.4414 + 10 =
𝑌 = 12.4414
Y entonces el valor de 𝑌 = 12.4414 será el valor de TEMRTD (en la figura 3.19),
esta temperatura que es la que está midiendo el RTD físicamente, ya expresada en
°C (grados Celsius o coloquialmente conocido como centígrados), en la localidad de
memoria que se halla especificado para Y en la figura 3.20, por lo que la programación
estará dada por el diagrama de flujo que se muestra en la figura 3.23.
C A P Í T U L O 3 | 81
FIGURA 3.23 DIAGRAMA DE FLUJO PARA CONTROL DE CALENTADORES.
PROGRAMACIÓN DE BAÑOS DE GALVANIZADO.
La programación en los baños es similar a la de la limpieza caliente, ya que se
cuentan con los mismos elementos, lo que cambia en las estaciones es el
direccionamiento que se realiza hacia las salidas, estas direcciones están dadas en
la tabla 3.7 y 3.8 se toman como base los planos eléctricos 3.1, 3.2, 3.3 y 3.4.
TEMPRTD>TEMPHS
AJUSTAR
VALORES DE
HISTERESIS
TEMPERATURA
(TEMPHS)
SI
APAGA
CALENTADORNO
TEMPRTD<TEMPHSSI
ENCENDER
CALENTADOR
REGRESO
A INICIO
NO
INICIO
DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIÓN DE CALENTADORES
CÓDIGO PARA COLORES
ENTRADA Ó SALIDA DEL PLC
ENTRADA DE HMI
FUNCIONES INTERNAS DEL PLC
OBTENER
VALOR DE
TEMPERATURA
RTD
ALMACENAR
VARIABLE EN UN
REGISTRO DE
MEMORIA (MI)
LINEALIZAR LA
VARIABLE Y
GUARDARLA EN
MEMORIA
(TEMPRTD)
OBTENER
VALOR DE
TEMPERATURA
USUARIO
ALMACENAR
VARIABLE EN UN
REGISTRO DE
MEMORIA (MI)
COMPARAR
VALOR DE
TEMPRTD CON
TEMPHS
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TABLA 3.7 DIRECCIONES PARA ENTRADAS DIGITALES DEL PLC.
TABLA 3.8 DIRECCIONES PARA SALIDAS DIGITALES DEL OPLC.
TABLA DE DIRECCIONES PARA SALIDAS
TARJETA/BORNE DIRECCIÓN DE PROGRAMA DESCRIPCIÓN
1/2 O0 BOMBA 1 (LIMPIEZA
CALIENTE)
1/4 O1 CALENTADOR 1 (LIMPIEZA
CALIENTE)
1/6 O2 BOMBA 2 (BAÑO1)
1/8 O3 CALENTADOR 2 (BAÑO 2)
1/10 O4 BOMBA 3 (BAÑO 2)
1/12 O5 CALENTADOR 3 (BAÑO 2)
1/13 O6 AGITACIÓN POR BURBUJAS
1/14 O7 INVERSOR DE CORRIENTE
2/4 O32 BOMBA 4 (BAÑO 3)
2/5 O33 CALENTADOR 4 (BAÑO 3)
2/6 O34 BOMBA 5 (BAÑO 4)
2/7 O35 CALENTADOR 5 (BAÑO 4)
2/8 O36 BOMBA 6 (BAÑO 5)
2/9 O37 CALENTADOR 6 (BAÑO 5)
2/10 O38 BOMBA 7 (BAÑO 6)
2/11 O39 CALENTADOR 7 (BAÑO 6)
2/12 O40 MOTOR AGITACIÓN
MECANICA
2/13 O41 EXTRACTOR
TABLA DE DIRECCIONES PARA ENTRADAS
TARJETA/BORNE DIRECCIÓN DE PROGRAMA DESCRIPCIÓN
1/4 I0 BOTÓN DE ARRANQUE DE
PLANTA
1/5 I1 BOTÓN DE PARO DE PLANTA
1/6 I2 SWITCH DE NIVEL BAJO Y ALTO LIMPIEZA CALIENTE
1/7 I3 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 1
1/8 I4 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 2
1/9 I5 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 3
1/10 I6 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 4
1/11 I7 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 5
1/12 I8 SWITCH DE NIVEL BAJO Y
ALTO BAÑO 6
C A P Í T U L O 3 | 83
La propuesta de programación para los baños de galvanizado, es similar al
diagrama de flujo de la figura 3.18, sin embargo lo único que se modifica son las
direcciones físicas y las localidades de memoria, en la figura 3.24 se muestra el
diagrama de flujo para los baños de galvanizado desde el primer baño hasta el baño
5, el bloque que se muestra en líneas punteadas es para los baños 6 y 7 que cuentan
con agitación mecánica.
FIGURA 3.24 DIAGRAMA DE FLUJO PARA BAÑOS GALVANOPLÁSTICOS.
INICIO
BA =1?NO
SI
BP=0?NO
SI
MODIFICA
TIEMPO DE
LIMPIEZA
CALIENTE (T1)
TD TIMER 1 =0?
SI
BOMBA 1 =1?
SI
ACTIVAR
BOMBA
TEMLC < TEMRTD
SI
ACTIVAR
CALENT.
INGRESAR
TEMPERATURA
(TEMLC)
NO
TEMLC > TEMRTD
DESACTIVAR
CALENT.
NO
SI
REGRESO
A INICIO
NO
NO
DIAGRAMA DE FLUJO PARA PROGRAMACIÓN DE BAÑOS GALVANOPLASTICOS
CÓDIGO PARA COLORES
ENTRADA Ó SALIDA DEL PLC
ENTRADA DE HMI
FUNCIONES INTERNAS DEL PLC
ACTIVAR
AGITANCIÓN
MECÁNICA
ACTIVAR
MOTOR
TD TIMER 1 =0?
SI
NO
PARAR
MOTOR
SOLO BAÑOS 6 Y 7
C A P Í T U L O 3 | 84
Como se observa se tienen al inicio las condiciones de arranque y paro de la
planta para detenerla en cualquier momento, este paro no afecta al equipo, ya que el
controlador desactivará solamente las salidas que controla, y no se apagará de golpe
el OPLC, entonces una vez que se cumplen las condiciones de arranque el
procedimiento para operar la planta es que el usuario deberá establecer un tiempo
para que trabaje en el baño que se requiere, si el usuario no estable ese tiempo se
ha asignado un tiempo preestablecido de 5 minutos, cuando el temporizador inicia el
conteo del tiempo de trabajo, pueden ser activados los elementos de la planta como
es la bomba, y definir una temperatura para el trabajo del calentador, este funcionará
de la misma manera que cómo ya se ha explicado antes, ya que el control a realizar
es on-off y adicionalmente se tiene que para las estaciones 6 y 7 se puede activar
desde la HMI el motor para la agitación mecánica.
HMI EN CONTROLADOR UNITRONICS.
Una interfaz hombre maquina es el medio con el que el usuario puede
manipular máquina de una manera cómoda y amigable, otorgándonos otros
beneficios como:
Puesta en marcha y apagado.
Control de las funciones manipulables del equipo.
Manipulación de archivos y directorios.
Herramientas de desarrollo de aplicaciones.
Comunicación con otros sistemas.
Información de estado.
Configuración de la propia interfaz y entorno.
Intercambio de datos entre aplicaciones.
Control de acceso.
Sistema de ayuda interactivo.
HERRAMIENTAS DE VISILOGIC PARA DISEÑO DE UNA HMI.
En la imagen contamos con el espacio de trabajo, en la parte izquierda se
muestra el árbol de menú, donde esta una pestaña con las letras “HMI”, debajo de
esta se ubica otra pestaña con la leyenda “Start up module”. Basta con dar clik
C A P Í T U L O 3 | 85
derecho para que aparezca el menú con las opciones “Add New Module” y “Add new
Display” como se muestra en la figura 3.25.
FIGURA 3.25 ESPACIO DE TRABAJO.
En la figura 3.26 se tiene la barra de herramientas que otorga el software para
el diseño de las HMI.
FIGURA 3.26 MENÚ DE HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO DE UNA HMI EN VISILOGIC.
C A P Í T U L O 3 | 86
Formas (Shapes): contiene la opción de dibujar líneas, círculos, rectángulos, y
botones:
Al agregar un botón, aparece una tabla de menú como la de la figura 3.27,
donde es indispensable dar una dirección (a que salida va unido, referido al equipo
que este en uso).Esta dirección se da en la opción táctil con un MB (memory bit o bit
de memoria).
FIGURA 3.27 MENÚ DE OPCIONES EN LA ASIGNACIÓN DE UN BOTÓN.
Texto (Text): Las opciones de texto binario, puntual y por rango son
herramientas de gran uso para la elaboración de una interfaz.
C A P Í T U L O 3 | 87
TEXTO BINARIO.
Un texto binario es aquel donde se indican dos diferentes leyendas en un
cambio de estado, en la figura 3.28 se muestra el menú, donde en los 2 recuadros de
la parte superior se asigna el texto para cada uno de los estados “On” y “OFF”
mientras que en link se pone la dirección del equipo (en este caso se utilizaron las
bombas)
FIGURA 3.28 MENÚ DE ASIGNACIÓN DE UN TEXTO BINARIO.
Imagen (Image): Las opciones de dibujo e inserción de imágenes es muy
variada, ya que se puede introducir una imagen tipo JPG o bien se otorga una librería
de imágenes, como se muestra en la figura 3.29.
C A P Í T U L O 3 | 88
FIGURA 3.29 IMÁGENES ADJUNTAS EN VISILOGIC.
Numérico (Numeric): en esta parte del menú se cuenta con las funciones para
hacer escalamiento de señales analógicas como temperatura, presión, flujo, etc.
Gráficos (Graph): Herramienta útil para la elaboración de gráficas.
El direccionamiento de las pantallas se hace escribiendo o seleccionando en
los renglones que se muestran en la figura 3.30 el tipo de dato, número de pantalla y
hacia que pantalla cambiara, funcionando como un hipervínculo.
C A P Í T U L O 3 | 89
FIGURA 3.30 DIRECCIONAMIENTO DE PANTALLAS.
El diseño de la HMI programado en software VisiLogic está de la siguiente
manera:
Presentación.
Con una fotografía del escudo de, ESIQIE y datos que se observa en la imagen,
cambia al menú con solo tocar la pantalla del OPLC. En la imagen se muestra la
pantalla de presentación
C A P Í T U L O 3 | 90
FIGURA 3.31 PORTADA DE LA HMI.
MENÚ PARA LA HMI
Se tienen en filas las opciones donde se puede tener acceso, las cuales son:
o Limpieza caliente
o Baño galvanoplástico 1
o Baño galvanoplástico 2
o Baño galvanoplástico 3
o Baño galvanoplástico 4
o Baño galvanoplástico 5
o Baño galvanoplástico 6
o Agitación mecánica, por aire y extractor.
Basta con seleccionar la estación tocando el rectángulo correspondiente para
saltar a la pantalla deseada. La figura 3.32 muestra la pantalla de menú.
C A P Í T U L O 3 | 91
FIGURA 3.32 MENÚ DE LA HMI.
No se consideró la limpieza fría ni las estaciones de enjuague debido a que
físicamente no hay equipo o instrumentos que automatizar o variables que controlar.
BAÑO GALVANOPLÁSTICO.
En las respectivas pantallas de cada baño se cuenta con la imagen de una
bomba y sus respectivos botones de arranque y paro, un indicador de alto y bajo nivel,
un cuadro de texto donde se debe ingrese la temperatura deseada de la solución
electrolítica, además de una gráfica de estado de estado.
La grafica de estado (obtenida del menú Graph) se observa en la figura 3.33
donde se da el parámetro de medición (10 a 110 grados Celcius) en los recuadros de
Min y Max, mientras que en los recuadros con la leyenda de “Major Ticks y Minor
Thicks” se da el número de líneas intermedias que aparecerán en los rangos, y de
igual manera se requiere un direccionamiento en “link” donde será un operador MI
(memory integer), que es el dato que guarda el PLC de la temperatura obtenida por
el sensor RTD.
Además de tener las opciones de cambio de fuente y color.
C A P Í T U L O 3 | 92
FIGURA 3.33 ASIGNACIÓN DE PARÁMETROS Y DIRECCIONAMIENTO DE LA GRÁFICA DE
TEMPERATURA.
El cuadro de texto para ingresar la temperatura es de tipo “Numérico” que se
puede encontrar en el menú “Numeric”. Este bloque tiene la función de escalamiento,
que consiste en otorgar el número de bits que tiene el controlador como resolución
(Resolución del controlador = 4096, que equivale a 122 ya mencionado) el cual 10
grados Celsius equivaldrán a 0 bits, mientras que 4095 resultaran los 110 grados
Celsius otorgados por el sensor. En la figura 3.34 se muestra el menú de este bloque.
C A P Í T U L O 3 | 93
FIGURA 3.34 PARÁMETROS DE LA FUNCIÓN NUMERIC.
En la parte superior izquierda de este bloque se encuentran dos parámetros
(MIN y Max) donde se escribe la temperatura minima y máxima y se determina la
dirección del set point requerido, siendo el mismo caso un objeto tipo Memory Integer.
En la figura 3.34 se muestra una lupa en la parte central, dando click a este se
despliega un pequeño teclado donde se introduce el valor del set point. A continuación
en la figura 3.35 se muestra el teclado.
Nota: El software solo acepta el direccionamiento como primera acción en la
función “Numeric”.
C A P Í T U L O 3 | 94
FIGURA 3.35 TECLADO.
Se incluye un temporizador para indicar la terminación del proceso.
Las imágenes de la bomba cambian para indicar su estado, verde para
encendido y rojo para apagado, y el indicador de nivel en rojo para bajo nivel y azul
para alto nivel.
Para regresar al menú solo se necesita pulsar el rectángulo de baño
galvanoplástico, ubicado en la parte superior izquierda.
En la Figura 3.36 se muestra un ejemplo.
FIGURA 3.36 PANTALLA DE BAÑO GALVANOPLÁSTICO.
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Agitación mecánica, por aire y extractor
Están los botones de arranque y paro de cada uno de los equipos con su
imagen correspondiente, de igual manera, cuando están en funcionamiento su color
es verde (figura 3.37).
FIGURA 3.37 PANTALLA DE AGITACIÓN Y EXTRACTOR.
Para regresar al menú, solo es necesario presionar el botón ubicado en la parte
superior izquierda.
3.5 PROPUESTA ELÉCTRICA.
En las siguientes hojas se muestran los diagramas eléctricos 3.1, 3.2, 3.3, 3.4
y 3.5 en los cuales se puede apreciar las conexiones eléctricas para el OPLC con los
dispositivos de la planta, en la tabla 3.7 se muestra una descripción de cada plano.
TABLA 3.9 LISTA DE DIAGRAMAS ELÉCTRICOS.
N° DE PLANO DESCRIPCIÓN
PLANO 3.1 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 1
PLANO 3.2 DIAGRAMAS DE FUERZA PARA MOTORES, BOMBAS Y CALENTADORES PARTE 2
PLANO 3.3 DIAGRAMA DE CONEXIONES A TARJETAS DE ENTRADAS Y SALIDAS
DIGITALES DEL OPLC
PLANO 3.4 DIAGRAMA DE CONEXIONES PARA ENTRADAS DE RTD A OPLC
PLANO 3.5 DIAGRAMA FÍSICO DE TABLERO DE CONTROL
C A P Í T U L O 3 | 96
Los diagramas 3.1 y 3.2 están basados en la norma NOM 001 sede 2012
Artículo 430, dónde se especifica el orden de los componentes para conectar los
diagramas de los motores, también se especifican los elementos con los que debe
contar un motor, por lo que los planos se basan en esa norma.
DIAGRAMAS ELÉCTRICOS 3.1 Y 3.2
Se muestran las conexiones para la parte de fuerza de los motores, el primer
motor es trifásico y será controlado por un relevador, al igual que los motores para la
agitación mecánica y para el extractor por lo que el cálculo de corriente para los
interruptores termomagnético será:
Para el motor 1 (M1) se tiene que la corriente está dada por la fórmula de
potencia y la ley de OHM para corriente.
De la placa de datos para el motor se obtienen los datos para calcular su
corriente, (ver plano 3.1 M1)
𝑃 = √3 ∗ 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ 𝐹𝑃 𝑬𝒄 𝟑. 𝟑
𝐼 =𝑃
√3 ∗ 𝑉 ∗ 𝐹𝑃=
2 ∗ 746
√3 ∗ 220 ∗ 0.8= 4.89𝐴 𝑬𝒄𝟑. 𝟒
Se selecciona un interruptor termo magnético de 3x6 Amperes.
Para el motor 2 (M2) que es el extractor del sistema se tiene de la placa de
datos:
𝑉 = 127𝑉
𝐼 = 8.97 𝐴
Por lo que se selecciona un interruptor termomagnético de 1X10 Amp
C A P Í T U L O 3 | 97
Para el caso de las bombas son las mismas en todas las estaciones por lo que
el cálculo de corriente será el mismo para todas, de la placa de datos de las bombas
se tiene que:
𝑉 = 115𝑉
𝑃 = 32 𝑊
𝐼 =𝑃
𝑉=
32 𝑊
115 𝑉= 0.2782 𝐴 𝑬𝒄 𝟑. 𝟓
La selección para el interruptor termomagnético será de 1x2 Amperes para
todas las bombas.
Para los calentadores se tienen datos de un fabricante, los calentadores son
resistencias que están inmersas en el líquido, por lo que sus datos se obtienen del
modo de operación, el voltaje al que operan es 120 V de C.A. y con una potencia de
300 Watts, por lo que los cálculos para la corriente serán:
𝐼 =𝑃
𝑉=
300 𝑊
120 𝑉= 2.5 𝐴 𝑬𝒄 𝟑. 𝟔
Se seleccionan interruptores termomagnéticos de 1x4 amperes.
Para los motores de agitación mecánica se tienen de sus datos de placa
mostrados en el plano 3.2 (M3 y M4) se calcula la corriente con la siguiente fórmula.
𝐼 =𝑃
𝑉=
32 𝑊
115 𝑉= 0.278 𝐴 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟕
Por lo que se selecciona un interruptor termomagnético de 1x2 amperes para
cada motor.
En el plano 3.2 se muestra una fuente de alimentación de 24 V de CD, esta
fuente alimentará al OPLC, sus tarjetas de entradas y salidas, adicionalmente también
se tienen 2 relevadores, por lo que el cálculo para la corriente será la suma de todas
las corrientes que estarán alimentados y dependiendo de ella.
C A P Í T U L O 3 | 98
Cálculo para corriente de trabajo del OPLC
De los datos del fabricante se tiene que el voltaje alimentado son 24 V de CD
a 4W máximos.
La corriente que consume el módulo está dada por la corriente de las entradas,
más la corriente de las salidas, por lo que se tienen los siguientes datos.
Para las entradas:
𝐼𝑖𝑛 = 240𝑚𝐴 ∗ 9 = 2.16 𝐴 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟖
Para las salidas de relevador se tiene que:
𝐼𝑜𝑢𝑡 = 8𝑚𝐴 ∗ 6 = 48 𝑚𝐴 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟗
Para las salidas de transistor tipo MOSFET (por sus siglas en inglés en inglés
Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) se tiene que la corriente es:
𝐼𝑡𝑟𝑎𝑛 = 100𝑚𝐴 ∗ 2 = 200 𝑚𝐴 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟏𝟎
La corriente Total para el OPLC es entonces:
𝐼 = 𝐼𝑖𝑛 + 𝐼𝑜𝑢𝑡 + 𝐼𝑡𝑟𝑎𝑛 = 2.16 + .048 + .2 = 2.84 𝐴𝑚𝑝 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟏𝟏
Para el módulo EX A2X se tienen datos del fabricante que. Pmax= 4W para 24
V de CD.
𝐼 =𝑃
𝑉=
4 𝑊
24 𝑉= 0.166 𝐴 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟏𝟐
Para los módulos IO PT400 se tienen los siguientes valores:
C A P Í T U L O 3 | 99
Consumen por canal 0.09W y 5Volts, por lo que cada canal tiene una corriente
de 18 mA, como se tienen 4 canales por tarjeta se tiene que la corriente total es de:
𝐼 = 18𝑚𝐴 ∗ 8 = 144 𝑚𝐴 𝑬𝒄 𝟑. 𝟏𝟑
Son 8 por que ya se consideran los 2 módulos IO PT400 con 4 canales cada
uno.
Para los relevadores se tiene que trabajan con 24 volts, a una corriente de 140
mA cada uno.
Por lo tanto la corriente que deberá suministrar la fuente de 24 V estará dada
por:
𝐼𝐹𝑇𝐸 = 𝐼𝑂𝑃𝐿𝐶 + 𝐼𝐸𝑋𝐴 + 𝐼𝐼𝑂𝑃𝑇 + 𝐼𝑅𝐸𝐿𝐸𝑆 = 2.84 + 0.166 + .144 + .280 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟏𝟒
𝐼𝐹𝑇𝐸 = 3,43 𝐴𝑚𝑝 𝑬𝒄 𝟑. 𝟏𝟓
Por lo tanto se selecciona una fuente con un voltaje de salida a 24 Volts y que
tenga una potencia mínima de:
𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 = 24 𝑉 ∗ 3.43 𝐴 = 82 𝑊 𝑬𝒄. 𝟑. 𝟏𝟔
Para darle un rango a la fuente se selecciona una fuente de más de 100 Watts.
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C A P Í T U L O 3 | 101
C A P Í T U L O 3 | 102
DIAGRAMA ELÉCTRICO PARA ENTRADAS Y SALIDAS.
Para el plano 3.3 se tienen las conexiones hacia las tarjetas del OPLC el plano
cuenta con una tabla la cual indica que es cada elemento, y en el plano se puede ver
que para las entradas (I) se tiene al centro de la tarjeta la dirección para el programa,
y posteriormente se muestra el borne físico al que estará conectada la entrada, las
tarjeta B1/ indica una clema, la cual va enumerada para realizar la conexión física del
elemento con la conexión hacia la tarjeta del OPLC. En el plano se cumple con las
características que da el proveedor para las conexiones hacia las tarjetas.
Para las salidas se muestra de igual manera al centro la dirección para la
programación, y posteriormente se muestran los bornes físicos de la tarjeta a los que
va conectado el elemento con el OPLC, se tienen clemas enumeradas, en este caso
con fusibles para la protección de los módulos de salidas, y por último los elementos
a los que van conectados, en la tabla del plano se puede observar que indica cada
elemento, adicionalmente en las tarjetas de salidas se cuenta con clemas las cuales
tienen un fusible para la protección del módulo, los cálculos para los fusibles son de
la misma capacidad que para el plano 2 ya que los elementos no cambian, y la
corriente de operación sigue siendo la misma que la obtenida en la parte del cálculo
de corriente para cada elemento.
C A P Í T U L O 3 | 103
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DIAGRAMA ELÉCTRICO PARA CONEXIÓN DE RTD A TARJETA
DE ENTRADA DEL OPLC
En el plano 3.4 se muestra la conexión física de los RTD a las tarjetas de
entradas analógicas (IO-PT400) del OPLC, estas tarjetas tienen un indicador LED
para funcionamiento de la misma y para cada uno de sus 4 canales, cada canal tiene
2 terminales positivas (excitación) y dos terminales negativas (tierra), los cables rojos
del RTD se conectan a la excitación (+1 y +v) del módulo de entradas analógicas, y
sus cables blancos se conectan a la tierra (-1 y -v) de cada canal de la tarjeta, para
conocer las conexiones se consultaron los catálogos de especificaciones del
fabricante de la tarjeta, los cuales se muestran en el apéndice 3.
DIAGRAMA FÍSICO DEL TABLERO PARA EL OPLC
El plano 3.5 es un esquema físico de cómo quedaría montado tanto el OPLC
como sus tarjetas, tomando como referencia la NOM 001 en el artículo 312 que hace
referencia a gabinetes y cajas de conexión, el artículo 388 que hace referencia a
canalizaciones no metálicas superficiales, ya que el tablero quedará montado sobre
un gabinete el cual estará montado en la parte frontal de la planta, ya que es dónde
se cuenta con mayor espacio y queda en un lugar accesible a los operarios, así como
la operación de la planta se centraliza en un solo punto que es accesible para todas
las estaciones con las que cuenta la tabla.
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Ó
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Í
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108
CAPITULO IV COSTO DEL PROYECTO.
El presente capítulo muestra un presupuesto de la propuesta, con una lista de precios obtenida de proveedores y fabricantes, los cuales fueron consultados para la obtención de un precio final a la propuesta.
C A P Í T U L O 4 | 109
4.1 COTIZACIÓN
Una vez que se ha hecho la propuesta de automatización de la planta piloto, es
importante conocer el costo de su implementación. La tabla 4.1 presenta los
materiales usados, las herramientas y equipos necesarios son mostrados en la tabla
4.2 y 4.3 respectivamente, en cada una de ellas se toma en cuenta la cantidad y
costos necesarios para la implementación de la automatización de la planta. También
debe considerarse la mano de obra, y los tiempos necesarios para la implementación,
estos costos son presentados en la tabla 4.4. En la tabla 4.5 se pueden ver lo precios
de cada plano realizado.
TABLA 4.1 CATÁLOGO DE CONCEPTOS.
Partida Material Cantidad Unidad Precio
unitario IMPORTE
1 Botón de paro tipo hongo 1 Pieza $85.00 71.4
2 Botonera de arranque-paro 1 Pieza $90.00 75.6
3 Interruptor termomagnético 2A 20 Pieza $138.00 2318.4
4 Interruptor termomagnético 20A 4 Pieza $76.50 257.04
5 Clemas con portafusible 22 Pieza $27.69 +
IVA 511.7112
6 Fusible europeo 2A 22 Pieza $2.50 +
IVA 46.2
7 Cable color rojo calibre 18 100 M
$204.00
caja con
100mts.
171.36
8 Cable color blanco calibre 18 100 M
$204.00
caja con
100mts.
171.36
9 Cable color negro calibre 18 100 M
$204.00
caja con
100mts.
171.36
10 Gusano para cable 2 M $8.50 por
metro. 14.28
11 Canaleta ranurada 40 x 40 1 M
$58.15 +
IVA por 2
metros
48.846
12 Riel Din 1 Pieza $50.00 por
2 metros. 42
13 Tornillos de 2” 30 Pieza $135 113.4
14 Rondanas para tornillo de 2” 60 Pieza $80 67.2
15 Cintillos sujeta cable (cinchos) 100 Pieza $30.00 por
un ciento. 25.2
16 Capuchones 100 Pieza $86.00 por
un ciento. 72.24
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17 Conectores Similar 100 Pieza $59.00 por
un ciento. 49.56
18 Gabinete Similar 1 Pieza $1990.00 1671.6
SUBTOTAL $5898.76
IVA $1,123.57
TOTAL $7,022.33
Los precios otorgados por SYSCOM son los siguientes:
o Gusano de plástico para cable: $8.50 por metro.
Los precios otorgados por Electro Controles Industriales S.A. de C.V. son los
siguientes:
o Clemas con porta fusible: $27.69 + IVA. Marca Legrand.
o Fusible Europeo 2A: $2.50 + IVA.
o Riel Din: $50.00 por un tramo de dos metros.
o Canaleta ranurada: $58.15 + IVA por un tramo de 2 metros de 40*40.
Ubicación: Victoria No. 90 Local 1, Col. Centro, C.P. 06050 México, D.F.
Tels.; 5521 7626/5521 4685/5521 1484/5521 0068; Fax: 5510 4483.
Los precios otorgados por Dominion Industrial S.A. de C.V. son:
o Sensor tipo RTD PT-100 marca Rosemount, con extensión de 3mts para
alimentación: Tiempo de entrega 5 días; $500.00 + IVA. Se pide directamente
con el fabricante.
Ubicación tienda Victoria: Revillagigedo No. 37-F entrada por Victoria, Col. Centro,
C.P. 06050 México D.F.
Tel.: 30-96-66-66 con 60 líneas ext. 8102.
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Pagina Web: http://www.dominion.com.mx/
Los precios otorgados por Control y Calor Aplicado son:
o Botón de paro por emergencia: $85.00
o Botonera arranque-paro: $90.00
Ubicación: Victoria No. 39 Col. Centro, C.P. 06050 México D.F.
Teléfonos: 5512 7440/5512 7548
I.D.: 52*15*92402/52*15*38412
Los precios otorgados por Especialistas Eléctricos RAF S.A. de C.V. son:
o Interruptor termomagnetico 2A: $138.00. Marca ABB.
o Interruptor termomagnetico 20A: $76.50. Marca ABB.
o Cinchos: $30.00 por 100 cinchos. Longitud de 20cm.
o Capuchones: $86.00 por 100 capuchones. Color amarillo.
o Conectores: $59.00 por 100 conectores. Modelo 320665.
o Gabinete: $1990. Modelo 3306.
Ubicación: Victoria No. 54 Local 1, Col. Centro, C.P. 06050, México D.F.
Tels.: 5510 9572/5518 3522/5518 3265; Fax: 5521 0468.
Los precios otorgados por Proveedores Eléctricos son:
o Cable: $204.00 por una caja con 100 metros de cable. Marca Condumex.
Tel.: 5518 5356.
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*Nota: Los precios de los distribuidores mencionados fueron obtenidos el dia
12 de noviembre del año 2013, pueden existir cambios en la cotización en caso de
una aplicación posterior.
TABLA 4.2 CATÁLOGO DE CONCEPTOS.
Partida Herramienta Cantidad Unidad Precio unitario Importe
1 Pinzas de electricista
8´´ Trupper 2 PZA $159 $267.12
2 Pinzas de punta con
corte 6´´ Tullmex 2 PZA $132
$221.76
3 Pinza pelacable
automáticas Steren 2 PZA $395
$663.60
4 Desarmador de cruz
Stanley 2 PZA
$45 x 2
desarmadores $75.60
5 Desarmador plano
Stanley 2 PZA
$45 x 2
desarmadores $75.60
6 Taladro Atornillador
Boch 1 PZA $1897
$1,593.48
7 Lima redonda
bastarda 4´´ 3 PZA $34.50
$86.94
8 Multimetro digital
Steren 2 PZA $779
$1,308.72
SUBTOTAL $4,292.82
IVA $817.68
TOTAL $5,110.5
Los precios otorgados por The Home Depot son:
o Pinzas de electricista 8´´ $159 marca Trupper
o Pinzas de punta con corte 6´´ $132 marca Tullmex
o Pinza pelacable automáticas $395 Steren
o Desarmador de cruz $45 x 2 desarmadores marca Stanley
o Desarmador plano $45 x 2 desarmadores marca Stanley
o Taladro Atornillador $1897 marca Boch
o Lima redonda bastarda 4´´ $34.50
o Multímetro digital $779 marca Steren
Página web: http://www.homedepot.com.mx/comprar/es/coapa-del-hueso/home
C A P Í T U L O 4 | 113
TABLA 4.3 COSTOS DE EQUIPO.
Equipo Cantidad Unidad Precio unitario
Precio total
(Pesos
mexicanos)
OPLC Unitronics V350 1 PZA 669.66 USD. $10,176.15
Modulo EX-A2 1 PZA 105.54 USD. $1,603.78
Módulo IO-RO16 1 PZA 321.04 USD. $4,878.52
Módulo IO-PT400 2 PZA 326.91 USD. $9,935.44
RTD PT-100 Rosemount 7 PZA $500 USD. $4,025
Fuente de alimentación 24VCD 1 PZA $950 PESOS $950
SUBTOTAL 31568.89
IVA $5,051.02
Precio total $36,619.91
Los precios otorgados por Sistemas de Control Autec, S.A. de C.V. son los
siguientes:
o PLC V350-35-TR20: Tiempo de entrega inmediato; costo 669.66 USD más IVA
o Interfaz EXA2X: Tiempo de entrega inmediato; costo 105.54 USD más IVA
o Modulo IO-PT400: Tiempo de entrega inmediato; costo 326.91 USD más IVA
o Modulo IO-RO16: Tiempo de entrega inmediato; costo 321.04 USD más IVA
Donde se recibe un 15% de descuento por ser a una institución educativa,
considerado en los precios dados en la tabla. Se consideró el tipo de cambio de 13.1
pesos.
*Nota: Los precios fueron otorgados el día 31 de octubre del año 2013, por
tanto los precios pueden variar por el cambio constante del precio del dólar y ajustes
de precios del fabricante, contacto para costos de OPLC y tarjetas:
Ing. Roberto Flores Alamilla. Capacitación y ventas.
Agricultura No. 88, Col. Escandón, México D.F. C.P. 11800
Tel: 52788538
Cel: 044 5520476621
C A P Í T U L O 4 | 114
En la tabla 4.4 se muestran los precios de mano de obra, los cuales fueron
medidos en tiempo durante el levantamiento de la planta, la programación para el
controlador, los costos de instalación eléctrica contemplando un tiempo de 3 semanas
trabajando 6 horas diarias para la puesta en marcha del sistema, la ingeniería hace
referencia a la conexión de las tarjetas con el OPLC, y la descarga del programa al
mismo.
TABLA 4.4 COSTOS DE MANO DE OBRA.
Actividad Cantidad Unidad Costo por hora Costo total
Programación 7 HRS $500 $3,500
Ingeniería 5 HRS $500 $2,500
Instalación eléctrica 90 HRS $300 $27,000
Levantamiento 6 HRS $200 $1,200
TOTALES 52 HRS $34,200
La tabla 4.5 muestra los costos de las ingenierías de detalle, ya que son los
documentos técnicos necesarios para la planificación y ejecución del proyecto de
manera rápida y segura, constan de las memorias de cálculo, planos de taller y típicos
de instalación.
TABLA 4.5 COSTOS DE INGENIERÍA DE DETALLE.
Plano Costo
Croquis laboratorio. -
DTI situación actual. $6,000
DTI propuesta. $6,500
Plano físico OPLC. $4,500
Diagrama de fuerza. $3,000
Diagrama de I/O. $6,500
Típicos de instalación. $1,000 c/u = 1,000x4
Precio total $27,800
C A P Í T U L O 4 | 115
Cabe destacar que por ser un proyecto para una institución educativa
gubernamental, por la norma DOF, y el reglamento de la ley de adquisiciones,
arrendamientos y servicios del sector público artículo 1, es necesaria la consulta
de 3 licitaciones diferentes, nacionales o internacionales.
TABLA 4.6 COSTO TOTAL DEL PROYECTO.
Costo total del proyecto.
Costo de material. $7,022.33
Costo de herramientas. $5,110.5
Costo de equipo. $36,619.91
Costo de mano de obra. $34,200
Costo ingeniería de detalle. $27,800
Costo total del proyecto:
$110,752.74
116
CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO.
C O N C L U S I O N E S Y T R A B A J O A F U T U R O | 117
CONCLUSIONES.
Se hizo una propuesta de actualización basada en un control por PLC, logrando los
siguientes puntos.
Estudio general de la galvanoplastia.
Levantamiento de la planta piloto en su estado actual.
Comparación y elección del tipo de controlador.
Desarrollo de ingeniería (básica y tendientes a detalle)
Propuesta de un tablero de control.
Costo del proyecto.
Con esto se da una opción funcional y cómoda de operación con la utilización de un
equipo adecuado y la reutilización de equipo ya presente actualmente, erradicando
problemas de manipulación de dicha planta.
Dentro de la galvanoplastia y en cualquier campo, se pueden implementar diferentes
grados de control y automatización, dependiendo de las necesidades del cliente,
necesidades de la aplicación, factores de calidad y precisión. Pero principalmente el
factor económico.
Con los puntos desarrollados en esta tesis, se puede concluir que la ingeniería en
control y automatización cuenta con extensas ramas como son instrumentación,
programación e implementación de controladores, teoría del control, automatización,
etc. Sin mencionar sus aplicaciones en empresas privadas y gubernamentales,
teniendo un enorme campo de aplicación.
Se encontraron problemas en definir puntos límites en la información de la tesis,
jerarquizar las necesidades de la planta, el cobro de la ingeniería y cuáles de esas
necesidades necesitan ser atacadas de manera urgente y cuáles de ellas implican un
costo elevado tomando en cuenta el equipo necesario, el desarrollo de la ingeniería y
su ejecución.
Aportes:
Una propuesta que promete un manejo seguro de la planta piloto de
galvanoplastia, además de ser competitiva en el aspecto económico.
Planos de ingeniería eléctrica, típicos de instalación, gabinete de control y
diagramas de tubería e instrumentación (Basados en la norma ISA/ANSI 5.1).
Observaciones de fallas en conexiones de bombas, utilizando como referencia
la norma NOM-001.
Diagramas eléctricos y diagramas básicos de control electromagnético
presentes actualmente en la planta piloto.
Recomendaciones de mejoras a futuro.
C O N C L U S I O N E S Y T R A B A J O A F U T U R O | 118
TRABAJO A FUTURO.
En esta tesis se ha realizado una propuesta para actualizar la planta piloto de
galvanoplastia de ESIQIE, el siguiente paso es implementar esta propuesta de forma
física, y no dejarla solo en papel.
En el capítulo 2 se menciona que en el proceso de galvanoplastia interviene una grúa
que cuelga del techo, una propuesta para el futuro, es realizar la automatización de
esta grúa.
Otra parte del proceso es el secado, el cual viene al final del proceso, en un futuro es
posible agregar automatización a esta etapa o desarrollar algún método de secado
para las piezas.
Para llevar a cabo el proceso de galvanoplastia es necesario el uso de fuentes de
alimentación, se puede hacer mejoras a estas fuentes, como reducir su tamaño
utilizando componentes más pequeños, y buscar posibilidades de controlar las
variables de las mismas, las cuales son voltaje y corriente.
La HMI realizada tiene un tamaño pequeño, otro trabajo a futuro es realizar una
interface más grande, en la que también se puede detallar más el proceso de la planta,
añadiendo también más instrumentos.
Otro punto sobre el cual desarrollar mejoras es en un sistema de drenado y llenado
de las cubas, ya que no se cuenta con ninguno.
Como se ha mencionado anteriormente, en esta tesis se ha realizado una propuesta,
lo cual deja la posibilidad de realizar otras propuestas con diferentes formas de
control, equipo, controladores e instrumentos.
F U E N T E S D E C O N S U L T A | 119
119
FUENTES DE CONSULTA
o [Daniel Dalmau Jorda (2000)], “Métodos Galvánicos en la
Industria Química”.
o [William Blum, George B. Hogaboom], “Galvanotecnia y
Galvanoplastía”, Edit. C.E.C.S.A.
o [Schlesinger M., Paunovic M. (2000)], “Modern
Electroplanting”, Canadá.
o [Mantell C. L. (1963)], “Manual de Ingeniería
Electroquímica”, Barcelona.
o [Comisión Nacional de Medio Ambiente (2000)], “Guía para
el control y la prevensión de la contaminación industrial
de galvanoplastía”, Santiago.
o [Antonio Creus (2010)], “Instrumentación Industrial (8°
Edición)”, Barcelona España.
o [José Rivera Mejía (2007)], “Instrumentación”, México.
o [Comisión Ambiental Metropolitana, Sociedad Alemana de
Cooperación Técnica G.T.Z. (1998)], “Conceptos de Manejo
de Residuos Peligrosos E Industriales Para el Giro de la
Galvanoplastía”, México.
o [Norma Oficial Mexicana 001 (Sede 2012)], Instalaciones
Eléctricas (Utilización). México: NOM001.
o [Naciones Unidas (2005)], “Clasificación Industrial
Internacional Uniforme CIIU”, Nueva York.
F U E N T E S D E C O N S U L T A | 120
o [UPIICSA (2007)], “Recubrimientos Metálicos”, Obtenida
el 05 de Agosto de 2013, de
http://www.sepi.upiicsa.ipn.mx/sab/ProcManuf/UMD/Unidad4/
Contenido/4.c.htm
o [Elsevier Ltd, The Boulevard, Langford Lane, Kidlington,
Oxford, Inited Kingdom (2013)], “Universal Metal
Finishing Guidebook”, obtenida el 15 de Julio de 20013 de
http://metalfinishing.epubxp.com/title/12238
o [UNITRONICS (2013)], “Unitronics Technical Library”,
obtenida el 03 de Septiembre de 20013 de
http://unitronics.com/support/technical-library
121
ANEXO I INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA
PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
DESCRITOS EN EL DTI.
A N E X O 1 | 122
TABLA 2.1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN APÉNDICE)
Equipo Tag Estación Especificaciones
Temporizador general KIC-000 Todas
Marca: Finder Modelo: 88.12..0.230..0002 Corriente: 8ª. Tensión máxima: 250 VAC. Rango: 0,005 s a 100 hrs.
Temporizador 1 KIC-001 Estación 1:
Limpieza fría.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Tanque de lavado en frío TQ-001 Estación 1:
Limpieza fría.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm.
Bomba Centrifuga 1 BA-002 Estación 2:
Limpieza caliente.
Capacidad Máxima: 5 Gal. /min. Altura máxima: 11.1 pies Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 0.29 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Capacitor: 2μf. Marca: Iwaki. Modelo: MD-15R-115NL01
Calentador 1 CT-002 Estación 2:
Limpieza caliente. No obtenidos.
Botón de arranque-paro 1 PBA-002 Estación 2:
Limpieza caliente. Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
A N E X O 1 | 123
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Temporizador 2 KIC-002 Estación 2:
Limpieza caliente.
Marca: Omron
Modelo: H3CA-A-306
Bobina:
Tensión CA: 24 a 241 VCA.
Frecuencia: 50/ 60 Hz.
Potencia máxima: 2VA
Tensión CD: 12 a 240 VCD
Potencia máxima: 2W.
Contactos:
Corriente: 3A.
Tensión: 250 VCA.
Carga resistiva.
Controlador indicador de
Temperatura 1 TIC-002
Estación 2:
Limpieza caliente.
Marca: LAE Electronic.
Modelo: MTR11 T1RDS
Entrada: 150 a 150°C
Alimentación: 12 VCA/VCD
Tanque de lavado caliente TQ-002 Estación 2:
Limpieza caliente.
Altura: 48 cm.
Largo: 36 cm.
Ancho: 40 cm
Bomba Centrifuga 2 BA-003
Estación 3:
Baño galvanoplástico
1.
Capacidad Máxima: 5 Gal.
/min.
Altura máxima: 11.1 pies
Tensión: 115 V
Frecuencia: 60 Hz.
Corriente: 0.29 A.
Salida: 1/75 Hp.
Velocidad: 3000 r.p.m.
Capacitor: 2μf.
Marca: Iwaki.
Modelo: MD-15R-115NL01
Calentador 2 CT-003
Estación 3:
Baño galvanoplástico
1.
No obtenidos.
Filtro 1 FT-003
Estación 3:
Baño galvanoplástico
1.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 1 LHS-003
Estación 3:
Baño galvanoplástico
1.
Normalmente abierto
A N E X O 1 | 124
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Interruptor de bajo nivel 1 LLS-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Normalmente abierto
Luz de bajo nivel 1 LLL-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Botón de arranque-paro 2 PBA-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 3 KIC-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 2
TIC-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
Baño galvanoplástico 1 TQ-003 Estación 3:
Baño galvanoplástico 1.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm
Bomba Centrifuga 3 BA-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 1.7 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Marca: LR. Modelo: 3-MD
Calentador 3 CT-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
No obtenidos.
Filtro 2
FT-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 2 LHS-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Normalmente abierto
A N E X O 1 | 125
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Interruptor de bajo nivel 2 LLS-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Normalmente abierto
Luz de bajo nivel 2 LLL-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Botón de arranque-paro 3 PBA-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 4 KIC-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 3
TIC-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
Baño galvanoplástico 2 TQ-004 Estación 4:
Baño galvanoplástico 2.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm
Bomba Centrifuga 4 BA-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Capacidad Máxima: 5 Gal. /min. Altura máxima: 11.1 pies Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 0.29 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Capacitor: 2μf. Marca: Iwaki. Modelo: MD-15R-115NL01
Calentador 4 CT-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
No obtenidos.
A N E X O 1 | 126
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Filtro 3 FT-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 3 LHS-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Normalmente abierto.
Interruptor de bajo nivel 3 LLS-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Normalmente abierto.
Luz de bajo nivel 3 LLL-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Botón de arranque-paro 4 PBA-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 5 KIC-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 4
TIC-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
Baño galvanoplástico 3 TQ-005 Estación 5:
Baño galvanoplástico 3.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm.
Bomba Centrifuga 5 BA-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Capacidad Máxima: 5 Gal. /min. Altura máxima: 11.1 pies Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 0.29 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Capacitor: 2μf. Marca: Iwaki. Modelo: MD-15R-115NL01
A N E X O 1 | 127
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Calentador 5 CT-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
No obtenidos.
Filtro 4 FT-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 4 LHS-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Normalmente abierto.
Interruptor de bajo nivel 4 LLS-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Normalmente abierto.
Luz de bajo nivel 4 LLL-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Botón de arranque-paro 5 PBA-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 6 KIC-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 5
TIC-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
Baño galvanoplástico 4 TQ-006 Estación 6:
Baño galvanoplástico 4.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm
A N E X O 1 | 128
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Bomba Centrifuga 6 BA-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Capacidad Máxima: 5 Gal. /min. Altura máxima: 11.1 pies Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 0.29 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Capacitor: 2μf. Marca: Iwaki. Modelo: MD-15R-115NL01
Calentador 6 CT-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
No obtenidos.
Filtro 5 FT-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 5 LHS-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Normalmente abierto.
Interruptor de bajo nivel 5 LLS-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 7.
Normalmente abierto.
Luz de bajo nivel 5 LLL-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Botón de arranque-paro 6 PBA-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 7 KIC-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 6
TIC-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
A N E X O 1 | 129
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Baño galvanoplástico 5 TQ-007 Estación 7:
Baño galvanoplástico 5.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm
Bomba Centrifuga 7 BA-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Tensión: 115 V Frecuencia: 60 Hz. Corriente: 1.7 A. Salida: 1/75 Hp. Velocidad: 3000 r.p.m. Marca: LR. Modelo: 3-MD
Calentador 7 CT-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
No obtenidos.
Filtro 6 FT-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
No obtenidos.
Interruptor de alto nivel 6 LHS-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Normalmente abierto.
Interruptor de bajo nivel 6 LLS-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Normalmente abierto.
Luz de bajo nivel 6 LLL-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Botón de arranque-paro 7 PBA-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Botón con enclave. Posición N.A. y N.O.
Temporizador 8 KIC-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Marca: Omron Modelo: H3CA-A-306 Bobina: Tensión CA: 24 a 241 VCA. Frecuencia: 50/ 60 Hz. Potencia máxima: 2VA Tensión CD: 12 a 240 VCD Potencia máxima: 2W. Contactos: Corriente: 3A. Tensión: 250 VCA. Carga resistiva.
Controlador indicador de Temperatura 7
TIC-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Marca: LAE Electronic. Modelo: MTR11 T1RDS Entrada: 150 a 150°C Alimentación: 12 VCA/VCD
Baño galvanoplástico 6 TQ-008 Estación 8:
Baño galvanoplástico 6.
Altura: 48 cm. Largo: 36 cm. Ancho: 40 cm
A N E X O 1 | 130
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Enjuague por rocío TQ-009 Estación 9:
Enjuague por rocío.
Altura: 48 cm. Largo: 80 cm. Ancho: 26 cm.
Enjuague barril TQ-010 Estación 10:
Enjuague barril.
Altura: 48 cm. Largo: 41 cm. Ancho: 26 cm.
Enjuague por rocío TQ-011 Estación 11:
Enjuague por rocío.
Altura: 48 cm. Largo: 80 cm. Ancho: 26 cm.
Enjuague barril TQ-012 Estación 12:
Enjuague barril.
Altura: 48 cm. Largo: 41 cm. Ancho: 26 cm.
Compresor CO-001 Estaciones 3-8 Tensión: 220 V. Frecuencia 60 Hz.
Extractor EX-001 Estaciones 3-8
Código N.75360E1XA56JCH. Arranque por capacitor. Consumo de energía: 21kWh/día Tensión: 127 V Frecuencia: 60Hz Corriente: 8.97 A Temperatura máxima: 40°C ¾ hp
Relevador 1 KM1 Marca: Siemens.
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 2 KM2 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 3 KM3 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 4 KM4 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 5 KM5 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 6 KM6 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 7
KM7 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
A N E X O 1 | 131
TABLA 2.1. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LA PLANTA PILOTO DE GALVANOPLASTIA
(CONTINUACIÓN).
Equipo Tag Estación Especificaciones
Relevador 8 KM8 Marca: AEG
Tensión: 120 v. Frecuencia: 60 HZ
Relevador 9 KM9
Marca: LR. Modelo: MK2P-S Bobina: Tensión: 120V Contactos: Tensión máxima: 250VCA/ 28VCD Corriente máxima: 7A.
Relevador 10 KM10
Marca: LR. Modelo: MK2P-S Bobina: Tensión: 120V Contactos: Tensión máxima: 250VCA/ 28VCD Corriente máxima: 7A.
Relevador 11 KM11
Marca: LR. Modelo: MK2P-S Bobina: Tensión: 120V Contactos: Tensión máxima: 250VCA/ 28VCD Corriente máxima: 7A.
132
ANEXO II TIPICOS DE INSTALACIÓN.
A N E X O 2 | 133
ÍPICO DE INSTALACIÓN DE OPLC V350-35 TR20
A N E X O 2 | 134
ÍPICO DE INSTALACIÓN DE INTERFAZ EX-A2X
A N E X O 2 | 135
ÍPICO DE INSTALACIÓN DE TARJETA IO-RO16
A N E X O 2 | 136
ÍPICO DE INSTALACIÓN PARA TARJETA IO-PT400
A N E X O 2 | 137
ÍPICO DE INSTALACIÓN PARA RTD
138
ANEXO III CATÁLOGOS Y HOJAS DE
ESPECIFICACIONES.