Universidad Tecnologica de Queretaro

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad ● Conocimiento ● Servicio

ESTRUCTURA PARA ESTIBA E IDENTIFICACIÓN DE PARTE

SIMA INGENIERIA S.A. DE C.V.

Reporte de Estadía para obtener el Título de Técnico Superior Universitario en Electrónica y Automatización

BENJAMÍN MARTÍNEZ ÁNGELES

Santiago de Querétaro, Qro.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad ● Conocimiento ● Servicio

ESTRUCTURA PARA ESTIBA E IDENTIFICACIÓN DE PARTE

SIMA INGENIERIA S.A. DE C.V.

Reporte de Estadía para obtener el Título de Técnico Superior Universitario en Electrónica y Automatización

ASESOR DE LA EMPRESA ING. ROGELIO GARCÍA ARZATE ASESOR DE LA ESCUELA ING. UBALDO FLORA VELASCO ALUMNO BENJAMÍN MARTÍNEZ ÁNGELES Santiago de Querétaro, Qro.

AGRADECIMIENTOS

A DIOS: Por iluminarme en este largo camino de la vida, porque sin Ti la vida no tiene sentido. Gracias Dios por darme la vida, la salud y las herramientas necesarias para poder culminar esta carrera.

A MI PADRE: Gracias papito por tus consejos, tu ayuda y tu comprensión que me motivaron para dar lo mejor de mí. Nunca olvidaré tu esfuerzo y dedicación durante toda mi formación académica.

A MI MADRE: Gracias mamita querida por tu amor y comprensión en cada etapa de mi vida, por ser mi guía y mi consejera; y gracias por darme ánimo y fuerzas en cada tropiezo.

A MIS HERMANOS: Les agradezco hermanos su cariño y apoyo que me permitieron culminar mi formación como TSU. Éste éxito que quiero compartirlo con ustedes.

ÍNDICE AGRADECIMIENTOS ÍNDICE INTRODUCCIÓN CAPITULO I. ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA 1.1 Antecedentes de la empresa……………………………………………. 13 1.2 Misión………………………………………………………………...... 14 1.3 Visión………………………………………………………………...… 14 1.4 Política de calidad…………………………………………………...…. 15 1.5 Organización………………………………………………………...…. 15 1.6 Campo de desarrollo nacional………………………………………...... 17 1.7 Proceso general de producción.…………………………………...……. 19 CAPITULO II. EL PROYECTO 2.1 Antecedentes…………………………………………………………… 22 2.2 Definición del proyecto………………………………………………… 22 2.3 Objetivo………………………………………………………………… 22 2.4 Alcance…………………………………………………………………. 23

2.5 Plan de trabajo………………………………………………………….. 23 2.5.1 Separación de actividades………………………………….…. 23 2.5.2 Secuencia de actividades……………………………………… 26 2.5.3 Asignación de tiempos………………………………………... 27 2.5.4 Gráfica de Gantt…………………………………………….... 28 CAPITULO III. MARCO TEÒRICO 3.1 Automatización……………………………………………………….... 30 3.1.1 Concepto de automatización…………………………………. 30 3.2 Sistemas de control…………………………………………………….. 30 3.2.1 Control en lazo cerrado………………………………………. 32 3.2.2 Abreviación de las variables de control en lazo cerrado…….. 34 3.3 Introducción al control………………………………………………… 36 3.3.1 Definición de control………………………………………… 37 3.4 Motor eléctrico………………………………………………………… 39 3.4.1 Puesta en marcha de motores de corriente continua………… 39 3.4.2 Control de velocidad en los motores de corriente continua…. 40 3.4.3 Arrancador-inversor para corriente continua………………... 40 3.4.4 Control automático en corriente continua…………………… 41

3.5 Reductores de velocidad………………………………………………. 41 3.5.1 Guía para le elección del tamaño de un reductor……………. 43 3.6 Controlador Lógico Programable……………………………………… 45 3.6.1 Clasificación de los PLC…………………………………….. 45 3.7 Relés…………………………………………………………………… 47 3.7.1 Relé de tensión………………………………………………. 48 3.7.2 Relé de intensidad…………………………………………… 49 3.7.3 Relé de sobrecarga………………………………………….. 49 3.8 Sensores……………………………………………………………….. 51 3.8.1 Sensor inductivo……………………………………………... 52 3.8.2 Sensor óptico……………………………………………….... 53 3.8.3 Sensor fotoeléctrico………………………………………….. 56 3.8.3.1 Emisor-receptor separados………………………… 57 3.8.3.2 Sensor retro-reflectante……………………………. 59 3.8.3.3 Sensor retro-reflectante polarizado………………… 60 3.8.3.4. Sensor de reflexión difusa………………………… 61 3.9 Poka yoque…………………………………………………………….. 63 CAPÌTULO IV. DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1 Reunión inicial………………………………………………………… 66 4.2 Diseño…………………………………………………………………. 66 4.3 Diseño de control……………………………………………………… 71 4.4 Selección y compra de material……………………………………….. 72 4.4.1 Selección del motor y reductor……………………………… 72 4.4.2 Cálculo del cople…………………………………………….. 74 4.4.3 Compra de material………………………………………….. 76 4.5 Recepción de material………………………………………………… 77 4.6 Sub-ensamble mecánico……………………………………………….. 78 4.7 Sub-ensamble eléctrico………………………………………………... 82 4.8 Pruebas de sub-ensamble……………………………………………… 84 4.9 Ensamble general……………………………………………………… 87 4.10 Entrega del equipo…………………………………………………… 88 CAPITULO V. ACTIVIDADES DIVERSAS 5.1 Introducción…………………………………………………………… 91 5.2 Equipos para prueba de fuga…………………………………………... 91 5.3 Cambio de domicilio…………………………………………………... 92 5.4 Modificación a estación de trabajo……………………………………. 93

CAPITULO VI. EVALUACIÒN ECONÒMICA Y RESULTADOS OBTENIDOS 6.1 Evaluación económica………………………………………………… 95 6.2 Resultados obtenidos…………………………………………………... 97 CONCLUSIONES Conclusiones………………………………………………………………. 99 BIBLIOGRAFÍA Bibliografía………………………………………………………………... 101 ANEXOS

INTRODUCCIÓN

Como herramienta fundamental en la formación de Técnico Superior Universitario en la UTEQ, se exige cumplir con una estadía en el sector laboral (industrial o de servicios). La finalidad de la estadía de cuatro meses en el campo laboral tiene como objetivo principal aplicar los conocimientos que se adquirieron durante los 5 cuatrimestres que anteceden la formación, previos a la realización de la estadía.

Durante la estadía realizada en la empresa Sima Ingeniería S.A. de C.V. se desarrolló un proyecto en el departamento de Ingeniería de Control. Se participó activamente en el desarrollo de una estación de trabajo, la cual se modificó y se le agregó una “Estructura para estiba e identificación de parte”. El objetivo principal de este proyecto es responder al problema que se tiene en la empresa WOCO de México. Evitar que el operador introdujera piezas sin el número de parte al contenedor de embarque.

Dicho proyecto consistió en la creación de una estructura automatizada con una cortina de seguridad y una caja poka yoque, las cuales se adecuarán a la estación de trabajo que ya se tiene en dicha empresa.

El proyecto se realizó de la siguiente manera: Al recibir el requerimiento del cliente se le presentaron algunos prototipos, los cuales llevaron a una conclusión y un diseño final, y finalmente se le hizo una cotización. Esta cotización se le envía al cliente y se espera su aprobación, pues el cliente la revisa a detalle para poder así enviar la orden de compra. Al tener la orden de compra se hizo un despiece y se contactan a los clientes que proveerán del material necesario. Después de esto se hizo el ensamble, los ajustes, las pruebas finales para que cuando sea aprobado por el departamento de calidad, pueda ser llevado al cliente

CAPITULO I ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA

1.1 Antecedentes de la Empresa

SIMA INGENIERÍA, S.A. DE C.V., es una empresa que se encuentra ubicada en: Prolongación Corregidora Norte #1108, Fraccionamiento Arboledas Querétaro, Qro. México, C.P. 76140 Tel. 2 12 68 08, 2 24 17 4, Fax 2 24 17 40 Email: [email protected]

Compañía SIMA INGENIERÍA, S.A. DE C.V., fue fundada en la Cd. de Querétaro en el año de 1998, según Escritura Pública No. 273 inscrita en el Registro Público de Comercio con el folio mercantil No. 4752/1; tiene registro vigente en el Padrón de Importadores con el folio #164600.

Las siglas SIMA, tienen escrito el mensaje de: “Soluciones Integrales de Manufactura”. Esta compañía surge para cubrir una necesidad del sector industrial, para el reemplazo e implementación de equipos de producción con tecnología de punta, basados en la optimización de los procesos, reducción de costos de operación, ahorro de espacio y brindar mayor seguridad al operador.

Es una empresa con capital 100% mexicano, que tiene como objetivo satisfacer el mercado local refiriéndose a los parques industriales de Querétaro y San Juan del Río, así como el resto del país.

Para el nacimiento de esta empresa, se vieron involucradas personas con diferentes especialidades que dominaban un campo en específico, como lo fueron: ingenieros industriales, ingenieros de Producto, mercadólogos y licenciados en administración.

1.2 Misión.

“Suministrar la mejor alternativa en concepto, costo y oportunidad, que represente para nuestros clientes: productividad, versatilidad y presencia tecnológica.”

1.3 Visión

Ser una empresa de gran excelencia en el mercado nacional e internacional, con altos estándares de calidad en nuestros productos, vinculada en un sector productivo, capaz de responder a las necesidades de nuestros clientes y ser reconocida por su prestigio y alta calidad tanto en sus productos como el personal que la forma. Dentro de los logros alcanzados en el desarrollo tecnológico, SIMA INGENIERÍA se prepara para estar a la vanguardia y ofrecer a nuestros clientes, equipos de gran impacto en el mercado y de gran satisfacción para ellos.

1.4 Política de calidad.

“SIMA Ingeniería se compromete a cumplir con los requerimientos de nuestros clientes proporcionando servicios de gran calidad y eficacia, así como la entrega de productos confiables, buscando una calidad excelente en todos nuestros productos y servicios”.

1.5 Organización Esta se muestra en la figura 1.1

Figura 1.1 Organigrama de la empresa Dirección General: Es el área encargada de llevar un control de toda la empresa mediante la planeación e implementación de métodos que favorezcan la producción. Auxiliar contable: Analiza y documenta el proceso financiero-económico de la empresa para así satisfacer las necesidades de control e información financiera para la toma de decisiones.

Auxiliar administrativo: Contribuye a la optimización de los recursos de la empresa para lograr los objetivos económicos y de organización enfocados a la mejora continua mediante la organización, planeación, dirección y control.

Contaduría: Se encarga de desarrollar, resumir, analizar, interpretar y reportar sistemáticamente de acuerdo a las normas legales y las prácticas comúnmente

establecidas, la información económica y financiera de la empresa, de modo que esté en posibilidades de manejar eficientemente los procesos y recursos para la toma de decisiones y al mismo tiempo, cumplir y hacer cumplir las obligaciones fiscales.

Control: Se encarga del análisis, investigación e implementación de software de la más alta tecnología para la implementación en los equipos. Dentro de su responsabilidad recae la optimización de recursos eléctricos y de control, para evitar gastos innecesarios.

Diseño: Éste departamento realiza la investigación para la innovación y diseño de equipos nuevos o existentes. En coordinación con el departamento de control determinan el modo de operación o ajustes necesarios a equipos ya existentes. Calidad: En conjunción con el departamento de ensamble, realiza la inspección de productos terminados, y de buen acabado, así como la implementación de métodos para eliminar tiempos y gastos innecesarios.

Compras: Este departamento es el encargado de evaluar y revisar las requisiciones de los demás departamentos. Es también el encargado de contactar directamente a los proveedores y hacer las órdenes de compra bajo las condiciones establecidas entre el proveedor y la empresa.

Ensamble: Éste departamento tiene a su cargo la fabricación de estructura y armado de los equipos, así como las reparaciones mecánicas de los mismos.

1.6 Campo de desarrollo nacional.

Compañía dedicada al diseño, fabricación de maquinaria y dispositivos de ensamble, enfocado a la industria automotriz, electrodoméstica, alimenticia y farmacéutica.

Desde los inicios de operación esta compañía tenía en mente ser proveedora local, abarcando todo el estado de Querétaro; sin embargo, fue creando gran impacto dentro del mercado lo que la llevó a ser una empresa que abarca el mercado del bajío y centro del país. Se ha identificado como proveedora de equipos automatizados enfocados en un 80% al ramo automotriz, un 10% al ramo farmacéutico, y el porcentaje restante a la industria electrodoméstica y alimenticia.

SIMA INGENIERÍA en la actualidad tiene la capacidad de ofrecer a sus clientes potenciales los siguientes productos:

Equipos para soldar por ultrasonido (sonic welding). Equipos para soldar por calor (heat staking) Equipos para soldadura de punto (spot welding) Equipos para soldadura con aporte de alambre. Equipos para prueba de fuga, torque y ángulo Prensas hidráulicas y neumáticas con monitoreo de fuerza y avance. Células de manufactura y estaciones de trabajo (working cells). Jigs de inspección y calibradores.

Dispositivos de ensamble y medición Transportadores. Equipos para pulido. Equipos para aplicación de recubrimientos y adhesivos. Sistemas para lavado y secado. Sistemas de ensamble por interpolación de tres ejes de movimiento. Robótica. Conversión de control a PC Based, Touch Screen y Panel View. Equipos para barrenado y machueleado simple y compuesto

Los diferentes proyectos elaborados en SIMA INGENIERÍA son distintos, sin embargo, todos en principio entran en alguna de las clasificaciones anteriores.

1.7 Proceso general de producción.

Cuando un cliente recurre a SIMA INGENIERÍA, es porque tiene la necesidad de algún producto o equipo para solucionar alguna problemática dentro de su empresa o negocio, ya sean equipos de control de calidad o producción, según sea el caso. Una vez expuesta la problemática, se hace un estudio acerca de la posible solución, posteriormente SIMA Ingeniería presenta una solución al cliente llamada en este caso “anteproyecto”, si este resuelve su problemática y la cotización es aceptable, se inicia la elaboración e implementación del equipo. Una descripción breve de la elaboración e implementación del equipo se describe a continuación en la figura 1.2

Figura 1.2 Elaboración e implementación del equipo

CAPITULO II EL PROYECTO

2.1 Antecedentes.

La empresa Woco de México, S.A. de C.V., ubicada en Av. de las fuentes No. 19 en el Parque Industrial Bernardo Quintana tiene la necesidad de implementar la automatización en la detección de número de serie en piezas, así como la implementación de una estructura automática que impida introducir piezas que no hayan sido serigrafiadas con el número de serie correspondiente

2.2 Definición del proyecto.

“Estructura para estiba e identificación de parte”

La solución al problema que se presentó, es el diseño

e implementación de una

estructura robusta y automatizada que impida mediante una cortina de seguridad que el operador introduzca piezas sin que antes hayan sido serigrafiadas.

2.3 Objetivo.

-

Implementar en la estación la identificación del número de parte de las piezas

-

Fabricar una estructura automatizada para contenedores de diferentes tamaños.

-

Evitar mediante una cortina de seguridad, que el operador pueda introducir piezas sin número de parte

-

Elaborar la estructura con la menor cantidad de riesgos para el operador

2.4 Alcance.

Este proyecto significa un modo de operación más preciso que será capaz de operar en forma automática, sin riesgos para el operador. Este diseño innovador se cataloga de gran importancia para la empresa ya que el buen diseño y ensamble de esta estructura será de gran importancia para fortalecer los lazos comerciales con la empresa Woco de México, para ello es importante dar a nuestro cliente un costo, tiempo y calidad óptimos.

Vender al cliente la idea, para lograr que el cliente se interese en otros proyectos, que beneficien la producción e inspección de calidad de su empresa.

2.5 Plan de trabajo

Dentro de la organización del plan de trabajo, se describen a continuación las actividades programadas y realizadas:

2.5.1 Separación de Actividades

1.- Definición del proyecto. 1.1.- Reunión con todo el personal de la empresa. 1.2.- Asignación y separación de actividades.

2.- Diseño.

2.1.- Dimensiones del proyecto. 2.2.- Aprobación del cliente. 2.3.- Cálculo. 2.3.1.- Electromecánica. a) Cálculos del motor conforme a la necesidad. b) Buscar proveedor adecuado. 2.4.- Control. 2.41.- Diseño general del programa. 2.42.- Secuencia del programa. 2.43.- Diagrama de alambrado en PLC. 2.5.- Mecánica. 2.51.- Busca de proveedor para maquinados. 2.52.- Evaluación de costo y tiempo.

3.- Compra de materiales. 3.1.- Requisición. 3.2.- Cotización. 3.3.- Análisis de costos y tiempos de entrega. 3.4.- Órdenes de compra.

4.- Recepción e inspección de material. 4.1.- Revisar Nº de parte y comparar contra lista de material. 4.2.- Comparar Nº de parte con catalogo de proveedor.

5.- Ensamble mecánico. 5.1.-Soldar estructura. 5.2.- Pintar estructura. 5.3.- Ensamblar accesorios.

6.- Ensamble eléctrico. 6.1.- Pedir material a almacén. 6.2.- Estructura para soporte de motor y gabinete de control. 6.3.- Cablear PLC. 6.4.- Pruebas preeliminares con el PLC.

7.- Sub-ensamble electromecánico. 7.1.- Montaje de motoreductor según diseño. 7.2.- Ensamblar coples a barra y motor. 7.3.- Presentar motoreductor y ubicar coples. 7.4.- Pruebas con motor para calibrar velocidad y tiempo.

8.- Ensamble electromecánico de control general. 8.1.- Ensamble de motor y cortina. 8.2.- Ensamblar motor y cortina a estructura. 8.3.- Poner conexiones de mangueras.

9.- Ensamble general. 9.1.- Montar cortina de seguridad a estructura. 9.2.- Ensamblar piezas ya maquinadas. 9.3.- Pruebas con motor, sensores, PLC y panel de operación. 9.4.- Ajustes a programa de control.

10.- Ensamble general. 10.1.- Entrega de equipo al cliente 10.2.- Periodo de pruebas en línea de producción. 10.3.- Ajustes y calibración de equipo.

2.5.2 Secuencia de actividades.

La secuencia propuesta para seguimiento y realización del proyecto se pueden ver en la figura 2.5.2.

Figura 2.5.2 Secuencia de actividades

2.5.3 Asignación de tiempos

Para la realización de cada actividad se tienen contemplados cierto número de días, que en la tabla 2.53 se describen.

Actividad

Secuencia

Tiempo estimado

1

2

8 días

2

3,4

9 días

3

4

10 días

4

5

6 días

5

7

10 días

6

7,8

8 días

7

9

9 días

8

9

7 días

9

10

10 días

10

--

11 días

Tabla 2.53 Asignación de tiempos

CAPITULO III MARCO TEORICO

3.1 Automatización.

Los antecedentes de la automatización se remontan al siglo XVIII, con la aparición de la máquina de vapor, pero el concepto de automatización aparece hasta 1947 en la industria del automóvil con las primeras cadenas de montaje en serie y encuentra notable aplicación en la industria textil. Desde un primer plano la automatización se limita a aplicar un automatismo a determinada operación, de modo que esta se realice sin intervención humana. En un segundo plano tiende a pasar de una operación automática a una serie de operaciones automáticas, abarcando la totalidad del proceso de producción con el fin de conseguir un ahorro de tiempo y de mano de obra, además de una producción uniforme aplicada sobre todo a procesos continuos repetitivos.

3.1.1 Concepto de automatización.

Proceso de mecanización consistente en la utilización de máquinas o de sistemas informatizados, que reduce la intervención del hombre en determinados procesos u operaciones de producción. Acción que consiste en convertir movimientos corporales en movimientos automáticos.

3.2 Sistemas de control.

Los sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control, se denominan sistemas de control de lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de

control de lazo abierto la salida ni se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada. Un ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica. El remojo, lavado y enjuague en la lavadora se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de salida, es decir, la limpieza de la ropa. En cualquier sistema de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada de referencia. Por tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración. En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto no cumple su función asignada. En la práctica el control de lazo abierto sólo se puede utilizar si la relación entre la entrada y la salida es conocida, y si no se presentan perturbaciones tanto internas como externas. Desde luego, tales sistemas no son sistemas de control retroalimentado. Nótese que cualquier sistema de control que funciona sobre una base de tiempos, es un sistema de lazo abierto (1). Por ejemplo, el control de tráfico con señales accionadas en función de tiempos, es otro caso de control de lazo abierto.

Figura 3.2 Sistema de control de lazo abierto

1

Joseph Balcells. Autómatas programables .Págs. 80-92

La tarea del operador ilustrado en la figura 3.2 es la de ajustar la presión (p2) en una tubería por medio de una válvula de control. Para este propósito, se utiliza un valor asignado que determina una cierta señal de control (y) surgida de un ajustador remoto para cada set point (w). Dado que este método de control no considera posibles fluctuaciones en el flujo, el es recomendado únicamente en sistemas donde las perturbaciones no afecten la variable de control.

3.2.1 Control en lazo cerrado

En un sistema de lazo de control cerrado, la variable ha ser controlada (Variable controlada x) es continuamente medida y así comparada con un valor predeterminado (Variable de referencia w). Si existe una diferencia entre estas dos variables (error e o desviación del sistema xw), ajustes son realizados hasta que la diferencia cuantificada es eliminada y la variable controlada iguala la variable de referencia. Con frecuencia se llama así a los sistemas de control retroalimentado. En la práctica, se utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado o control de lazo cerrado. La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación (que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus derivadas), entra al controlador para reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor deseado. El término lazo cerrado implica siempre el uso de la acción de control retroalimentado para reducir el error del sistema.

Figura 3.2.1 Lazo de control cerrado

El bosquejo del operador de la figura 3.2.1 monitorea la presión p2 en una tubería para la cual diferentes consumidores están conectados. Cuando se incrementa el consumo, la presión en la tubería decrece. El operador reconoce que la presión cae y cambia la presión de control de la válvula de control neumática hasta que la presión deseada p2 es alcanzada de nuevo. A través del monitoreo de la presión y la inmediata reacción, el operador asegura que la presión es mantenida al nivel deseado.

Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la retroalimentación hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema. De este modo, es posible utilizar componentes relativamente imprecisos y económicos, y lograr la exactitud de control

requerida en determinada planta, cosa que sería imposible en un control de lazo abierto. Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto, ésta es más fácil de lograr, ya que en él la estabilidad no constituye un problema importante. En cambio, en los sistemas de lazo de control cerrado, la estabilidad sí es un problema importante, por su tendencia a sobre corregir errores que pueden producir oscilaciones de amplitud constante o variable. Hay que puntualizar que para sistemas cuyas entradas son conocidas previamente y en los que no hay perturbaciones, es preferible utilizar el control de lazo abierto. Los sistemas de control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan perturbaciones no previsibles y/o variaciones imprevisibles de componentes del sistema. Nótese que la potencia de salida determina parcialmente el costo, peso y tamaño de un sistema de control. La cantidad de componentes utilizados en un sistema de control de lazo cerrado es mayor a la correspondiente a un sistema de control de lazo abierto. Así, entonces, un sistema de control de lazo cerrado es generalmente de mayor costo y potencia.

3.2.2 Abreviaciones de las variables relacionadas con un lazo de control cerrado.

La abreviación de las variables permite la determinación de símbolos estandarizados. Los símbolos empleados según la norma DIN 19221 son:

- Variable controlada “x” (actual valor).

En un lazo de control, la variable a ser controlada es representada por la letra x. En procesos de ingeniería, usualmente una física (Temperatura, presión, flujo) o química (pH, dureza) cantidad es controlada.

- Variable referencia “w”

Ésta variable determina el valor que debe ser alcanzado (set point) por la variable de proceso para ser controlado. El valor físico de la variable de referencia – esta puede se mecánica o eléctrica (fuerza, presión, corriente, voltaje, etc.) es comparado con la variable controlada x en un lazo de control cerrado.

- Variable de retroalimentación “r”

Ésta variable resulta de la medida de la variable controlada y es retroalimentada por el computador.

- Error e=w-x

La variable de entrada e del elemento de control es la diferencia entre la variable de referencia y la variable controlada.

- Variable manipulada “y”

La variable manipulada y es la variable de salida del equipo controlado y la variable de entrada del sistema controlado (2).

Hablando específicamente en el proyecto de estructura para estiba e identificación de parte, se pretende controlar el ingreso de piezas que no hayan sido marcadas con el número de parte correspondiente, mediante una cortina de seguridad automatizada, basándose ésta en un sistema de control de lazo cerrado.

En este caso la variable a controlar es el punto de partida y la que no se debe de perder de vista, es por ello que se debe conocer cada uno de sus elementos.

3.3 Introducción al control.

Desde la instauración de la producción en serie, la máquina se ha convertido en una parte vital de la economía. Al principio las máquinas fueron gobernadas principalmente a mano e impulsadas desde un eje común de transmisión o de línea. Este eje de transmisión estaba impulsado por un motor grande que funcionaba continuamente y accionaba cada una de las máquinas mediante una correa cuando era necesario. Se comprende fácilmente que este equipo de transmisión de potencia no se prestase a un nivel elevado de producción. 2

Ob. Cit.

Con la demanda de mayor producción, la máquina adquirió un nuevo aspecto. Se prescindió del eje de transmisión y se introdujo el motor eléctrico en cada máquina individualmente. Este cambio permitió realizar con más frecuencia y más rápidamente los arranques, paradas e inversiones de la máquina. Al acoplar el motor de accionamiento directamente a una sola máquina del equipo, se hizo posible introducir algunas operaciones automáticas. Actualmente una máquina moderna se compone de tres partes distintas que es necesario considerar. Primero, la máquina propiamente dicha, que está proyectada para realizar una determinada tarea o un tipo de trabajo. Segundo, el motor, que es seleccionado de acuerdo con los requisitos de la máquina en cuanto a carga, ciclo de servicio y tipo de funcionamiento. Tercero, el sistema de control está supeditado a los requisitos de funcionamiento del motor y de la máquina.

3.3.1 Definición de control.

¿Qué es un control de motor? Su respuesta no es sencilla y no implica la misteriosa y complicada cuestión que vulgarmente se cree. Control significa gobierno, mando o regulación. Así, cuando se habla de control de un motor o máquina, se refiere al gobierno, mando o regulación de las funciones de dicho motor o máquina. Aplicados a los motores los controles realizan varias funciones, tales como las de arranque, aceleración, regulación de velocidad, regulación de potencia, protección, inversión y parada. Cada elemento del equipo utilizado se llama componente de control.

Un controlador eléctrico es un dispositivo o grupo de dispositivos que controla o regula las funciones de un motor o una máquina de manera predeterminada o en un orden de sucesión o secuencia, así mismo predeterminado (3). El control automático está formado por un arrancador electromagnético o contactor cuyas funciones están controladas por uno o más dispositivos piloto automáticos (figura 3.3.1)

Figura 3.3.1 Diagrama de control de un motor

La orden inicial de marcha puede ser automática, pero generalmente es una operación manual, realizada en un panel de pulsadores o interruptores. En algunos casos puede haber una combinación de dispositivos manuales y automáticos en un circuito de control.

3

Mc. Intyre R.L., Control de Motores eléctricos Págs. 9-15.

3.4 Motor eléctrico.

Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator de una máquina sincrónica con diferente construcción de rotor, existen dos tipos diferentes de rotores de motor de inducción que se pueden colocar dentro del estator, rotor jaula de ardilla y rotor devanado; para esta aplicación se estudiará el rotor de jaula de ardilla, el cual consiste en una serie de barras conductoras colocadas en ranuras talladas en la cara del rotor y con sus extremos puestos en corto circuito.

Figura 3.4 Corte típico de un motor jaula de ardilla pequeño

3. 4.1 Puesta en marcha de motores de corriente continua.

Cualquier dispositivo que se utilice para poner en marcha un motor de c.c. de más de ¼ CV debe disponer de algún medio de limitar la intensidad de arranque. Un motor de c.a. ofrece una alta impedancia, lo que limita la intensidad de arranque. El motor de c.c. ofrece sólo la baja resistencia del inducido para limitar la intensidad de arranque hasta que el motor comienza a girar. Una vez iniciada la rotación, el arrollamiento del

inducido comienza a cortar el flujo producido por el campo, y se genera una f.e.m.(fuerza electromotriz) en el inducido, de polaridad opuesta a la de la tensión aplicada y que se denomina fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.). El valor de la fuerza contraelectromotriz aumenta con la velocidad, hasta que a velocidad nominal es del 80 al 95% de la tensión aplicada.

3.4.2 Control de velocidad en los motores de c.c.

Los motores de c.c. se utilizan principalmente por la facilidad de controlar su velocidad, por lo que son muy adecuados para el accionamiento de muchas máquinas.

Cuando el motor de c.c. tiene aplicadas sus tensiones nominales en el inducido y en el inductor o campo, gira a su velocidad de régimen. Las velocidades inferiores a ésta se obtienen manteniendo la tensión del campo en su valor nominal y reduciendo la tensión de inducido. Las velocidades superiores a las del régimen se obtienen manteniendo la tensión del inducido en su valor nominal y reduciendo la tensión del inducido en su valor nominal y reduciendo la tensión aplicada a la excitación.

3.4.3 Arrancador-inversor para c.c

La inversión de un motor de corriente continua se realiza invirtiendo el sentido de la corriente en el arrollamiento del inducido o en el del campo o inductor, pero no en ambos simultáneamente, ya que en este último caso el sentido de giro no varía.

Generalmente en la práctica se invierten los conductores del inducido utilizando un conmutador bipolar inversor o de posiciones, conjuntamente con un arrancador de cuatro bornes. Cuando se emplea un combinador de tambor como controlador de velocidad e inversor, tiene la propiedad de que con él se puede conseguir que gire el motor en cualquier dirección partiendo de la posición de reposo, por lo que invierte las conexiones del inducido según sea necesario para la marcha normal o inversa.

3.4.4 Control automático en c.c.

Las funciones básicas de un control automático para motores de c.c. son las mismas que las de un control manual, diferenciándose en los contactos empleados que reemplazan la palanca y empuñadura del mando manual. Se sabe que durante el periodo de arranque debe ser cortocircuitada progresivamente una resistencia hasta alcanzar el motor su velocidad de régimen. Conectando los contactos de un relé en paralelo con una sección de la resistencia de arranque, se tiene la manera de ir cortocircuitando las diferentes secciones al ir actuando los distintos relés (4).

3.5 Reductores de velocidad

En todo tipo de industria se requiere de equipos, cuya función es variar las r.p.m. de entrada, que por lo general son mayores de 1200, entregando a la salida un menor

4

Ibidem. Págs. 40-43

número de r.p.m., sin sacrificar de manera notoria la potencia. Ésto se logra por medio de los reductores y moterreductores de velocidad.

Los reductores ó motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente.

Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes. Al emplear reductores o motorreductores se obtiene una serie de beneficios sobre estas otras formas de reducción. Algunos de estos beneficios son: •

Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.

•

Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.

•

Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.

•

Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.

•

Menor tiempo requerido para su instalación.

Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y

refrigerado por ventilador para conectar a redes monofásica o trifásica de 115-230 o 220-440 voltios y 60 Hz.

Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la instalación de todo motorreductor; un guarda motor que limite la intensidad y un relé térmico de sobrecarga. Los valores de las corrientes nominales están grabados en las placas de identificación del motor.

3.5.1 Guía para la elección del tamaño de un reductor o motorreductor

Para seleccionar adecuadamente una unidad de reducción debe tenerse en cuenta la siguiente información básica:

Características de operación: •

Potencia (HP tanto de entrada como de salida).

•

Velocidad (RPM de entrada como de salida).

•

Torque (par) máximo a la salida en kg.-m.

•

Relación de reducción (I).

Características del trabajo a realizar: •

Tipo de máquina motriz (motor eléctrico, a gasolina, etc.).

•

Tipo de acople entre máquina motriz y reductor.

•

Tipo de carga uniforme, con choque, continua, discontinua etc.

•

Duración de servicio horas/día.

•

Arranques por hora, inversión de marcha.

Condiciones del ambiente: •

Humedad.

•

Temperatura.

Ejecución del equipo: •

Ejes a 180º, ó, 90º.

•

Eje de salida horizontal, vertical, etc.

La velocidad de las barras superiores del rotor, con relación al campo magnético es hacia la derecha, de tal forma que el voltaje inducido en las barras superiores estará hacia fuera de la figura y el voltaje inducido en las varillas inferiores estará hacia adentro como en la figura 3.2. En ingeniería eléctrica hay muchos tipos de problemas cuya solución depende solo de dos estados: on - off, si - no, 1-0, alto - bajo, o como en el caso que se estudia izquierda - derecha, este tipo de problemas divide el espacio solución en dos regiones, cada una de ellas limitada por un hiperplano que determina el límite donde empieza una y termina la otra.

3.6 Controlador lógico programable (PLC)

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador lógico programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (24VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.

Figura 3.6 Función de un PLC

3.6.1 Clasificación de los PLC

Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías:

- PLC tipo nano:

Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.

- PLC tipo compactos:

Estos PLC tienen incorporado la fuente de alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:

a) Entradas y salidas análogas. b) Módulos contadores rápidos. c) Módulos de comunicaciones. d) Interfaces de operador. e) Expansiones de I/O.

- PLC tipo modular:

Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, éstos son:

-Rack. -Fuente de alimentación.

-CPU. -Módulos de I/O.

De estos tipos existen desde los denominados MicroPLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O.

3.7 Relés.

Los circuitos de control automático contienen generalmente uno o más relés, principalmente a causa de que el relé confiere flexibilidad a los circuitos de control. El relé es por su propia construcción un amplificador mecánico. Amplificar significa aumentar, amplificar, extender o incrementar. Cuando se activa o excita la bobina de un relé con 24 voltios y los contactos están controlando un circuito de 440 voltios, se está amplificando la tensión mediante el uso del relé. Las bobinas del relé solo necesitan una corriente muy pequeña para su funcionamiento y se utilizan para controlar circuitos de corrientes intensas. Así pues, también son amplificadores de corriente.

El relé es inherentemente un dispositivo de una sola entrada que solo requiere una sola tensión o corriente para activar su bobina. Sin embargo, utilizando varios contactos, el relè se puede convertir en un dispositivo de varias salidas, por lo que también puede considerarse como amplificador del número de operaciones, siendo controladas por una sola entrada.

Los relés se emplean generalmente para aceptar información de un dispositivo sensible o detector y la convierten en el nivel apropiado de potencia, número de diversos circuitos, u otro factor de amplificación para conseguir el resultado que se desea en el circuito de control.

Estos dispositivos detectores utilizados conjuntamente con relés reciben el nombre de dispositivos piloto y están proyectados para que sean sensibles o detecten magnitudes físicas tales como la corriente, la tensión, las sobrecargas, la frecuencia y muchas otras, incluyendo la temperatura.

3.7.1 Relé de tensión.

Este tipo de relè es probablemente el que más se emplea porque se presta a muchas aplicaciones y se le puede emplear para realizar muchas funciones. El relé de tensión es simplemente un pequeño contactor que abre o cierra sus contactos, dependiendo de que estén normalmente cerrados o abiertos, siempre que es aplicada a su bobina la tensión correcta. Se fabrica con varios contactos que pueden estar normalmente abiertos o normalmente cerrados, según convenga. Los relés de tensión frecuentemente para separar dos o más circuitos controlados por una fuente o cuando la tensión de control es diferente de la tensión de línea. Debe recordarse que un relé de tensión no es primordialmente un dispositivo de control, y requiere un dispositivo piloto.

3.7.2 Relé de intensidad

Este tipo de relé se emplea para cubrir o cerrar uno o varios circuitos en respuesta a las variaciones de intensidad de otro circuito, tales como las de la corriente absorbida por un motor.

El relé de intensidad está diseñado de tal forma que si se le conecta en serie con el circuito que debe suministrar la señal a detectar, se activará cuando la intensidad de la corriente que pasa por su bobina alcanza un valor suficientemente elevado para producir el flujo magnético necesario para accionar el dispositivo de los contactos.

3.7.3 Relé de sobrecarga

El relé de sobrecarga se encuentra en todos los arrancadores de motor de una u otra forma. En efecto la edición de alguna forma de protección contra la sobrecargas a un contactor ordinario lo convierte en un arrancador de motor. Esta unidad realiza las funciones de protección contra las sobrecargas y la protección contra el fallo de fase en el circuito del motor. El requisito básico para la protección contra es que el motor pueda trabajar a potencia nominal, pero que se impida su funcionamiento al producirse cualquier sobrecarga prolongada o importante. Cuando un motor está sobrecargado mecánicamente, su corriente aumenta, lo que a su vez hace que aumente la temperatura del propio motor y de sus devanados. También se producen aumentos de corriente y de temperatura a consecuencia de la falta de una fase en los motores polifásicos o de un

efecto en los devanados del motor. Por consiguiente, para obtener una protección completa contra las sobrecargas es necesario detectar, o medir, la corriente absorbida por el motor e interrumpir el circuito si ésta corriente excede del valor nominal del motor.

Existen dos tipos básicos de relés de sobrecarga empleados generalmente en los arrancadores de conexión directa a la línea. El primero utiliza un metal con bajo punto de fusión que retiene una rueda dentada, que al ser liberada produce la abertura de un juego de contactos intercalados en el circuito de la bobina del arrancador. El segundo tipo utiliza una lámina bimetálica para el desenganche del mecanismo de disparo y abrir los contactos del circuito de la bobina.5 Independientemente del tipo de dispositivo que se utilice, siempre está activado por un elemento calefactor conectado en serie con el circuito del motor. La intensidad de la corriente es necesaria para producir el funcionamiento del relé y está determinado por el tamaño del elemento calefactor utilizado.

Cuando éste es utilizado para la protección de pequeños motores que absorben poca corriente, como elemento calefactor se utiliza una resistencia de hilo o de cinta de poca sección, mientras que el caso de motores de mayor potencia se emplean resistencias de mayor sección de forma que se produzca en el elemento bimetal la temperatura debida cuando circule una intensidad de valor prefijado. Los relés de sobrecarga poseen, por si mismos, un retardo en su acción que es inversamente proporcional a la sobrecarga a que esté sometido, como puede verse en el grafico 5

Ibidem. Págs. 50-57

3.8 Sensores (6)

Un sensor se considera como un órgano receptor que forma parte de un dispositivo electrónico detector, capaz de apreciar variaciones de una magnitud acústica, termina, luminosa o de otra naturaleza. Un sensor es un dispositivo que detecta, o sensa manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad, etc. Muchos de los sensores son eléctricos o electrónicos, aunque existen otros tipos. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (ej. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores sensados puedan ser leídos por un humano.

A continuación se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos:

6

•

Sensores de temperatura: Termopar, Termistor.

•

Sensores de deformación: Galga extensiométrica.

•

Sensores de acidez: IsFET.

•

Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia , fotoeléctricos.

•

Sensores de sonido: micrófono.

www.ifmefector.com

•

Sensores de contacto y presencias: final de carrera, inductivos, capacitivos etc.

Por lo general la señal de salida de estos sensores no es apta para su procesamiento, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, y amplificadores que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería, no es el caso de todos pues en la actualidad existen sensores con señales de 24VCD, que son usados como entradas a PLC (señales digitales o analógicas).

3.8.1 Sensor inductivo

En general los sensores de proximidad inductivos, se componen de cuatro elementos básicos: la bobina, un oscilador, un circuito de disparo, y un circuito de conmutación de salida, protegido contra corto-circuitos. El oscilador, genera un campo electromagnético de alta frecuencia, el cual será emitido por la bobina, radiando desde la superficie de la zona sensitiva.

Al penetrar un objeto metálico en éste campo electromagnético, se producen unas corrientes parásitas, que absorben energía, tanto del campo electromagnético, como del oscilador. Esta absorción de energía, llamada atenuación, se incrementa al acercarse el objeto metálico a la superficie sensible.

El circuito de disparo activa el circuito de salida, al excederse un determinado valor de atenuación. En los detectores de proximidad de DC (CC), el circuito de salida puede ser un transistor NPN, que conectará una carga al polo negativo, o también puede ser un transistor PNP que conecta la carga al polo positivo. En las unidades previstas para AC (CA) un tiristor o un triac suelen ser los que efectúan la conmutación.

3.8.2 Sensor óptico.

Existen diferentes técnicas ópticas que pueden aplicarse a la medida de diferentes parámetros. Podemos medir la atenuación-transmisión espectral de la luz al atravesar un determinado medio, lo que nos permitirá encontrar los elementos discretos presentes en ese medio y su concentración.

También pueden realizarse medidas de tipo interferométrico, en las que la propiedad de la radiación que sufre cambios debido al efecto externo es la fase, con lo que empleando otro haz luminoso de fase conocida como referencia, es posible determinar la magnitud de ese efecto externo.

Una técnica que ha cobrado especial relevancia en los últimos años dentro del departamento de Óptica, es la basada en la resonancia de plasmones superficiales, especialmente útil para la medida del índice de refracción de líquidos. En este caso lo

que se mide es la atenuación de la luz guiada por una fibra óptica a la que se le ha eliminado parcialmente el revestimiento y se ha depositado una multicapa incluyendo algún medio metálico. Dependiendo del índice de refracción del medio en contacto con la capa más exterior, el acoplamiento entre los campos será más o menos intenso, o que se reflejará en la potencia luminosa que sale por el otro extremo de la fibra.

El sistema sensor óptico no intrusivo permite la monitorización del nivel de líquido de uno o varios depósitos. Se basa en el uso de fibras ópticas, de forma que la electrónica necesaria se encuentra suficientemente alejada del punto de medida. Ello permite su uso seguro en entornos críticos: atmósferas inflamables, explosivas, contaminadas electromagnéticamente, sin necesidad de recubrimientos especiales que encarecen su coste final. En el caso de depósitos de varios metros, el sistema de enfoque novedoso permite una mayor.

El sistema consiste en una cabeza transductora, enlaces de fibra óptica, un bloque transmisor/receptor de adquisición/procesado y un bloque de monitorización. De la cabeza transductora sale un haz luminoso que se refleja en la superficie del medio cuyo nivel se desea medir. La señal luminosa reflejada posee información dependiente de la distancia recorrida por el haz, permitiendo la medida continua de nivel.

El sistema es escalable, pudiendo medir simultáneamente el nivel en distintos puntos o tanques y es compatible con un enlace de alta capacidad. Las mejoras que presenta frente a otros sistemas disponibles estriban en su capacidad de medida y su capacidad intrínseca de control remoto, gracias al uso exclusivo de fibras ópticas en el punto de medida, así como la utilización de una técnica novedosa en la forma de colimar el haz hacia la superficie y de recolectarlo que mejora su sensibilidad con una técnica sencilla y de bajo costo.

Figura 3.8.2 Sensor óptico

Ventajas de usar un sensor óptico: •

Costo reducido frente a otros sistemas disponibles en el mercado

•

Adecuación a los entornos críticos: bajo peso y no emite radiaciones ni se ve afectado por interferencias electromagnéticas.

•

Fácilmente integrable con el medio de transmisión

•

Intrínsecamente seguro sin necesidad de elementos adicionales.

Posibilidad de control remoto y de integración en red de sensores (ver figura 3.8.2)

3.8.3 Sensor fotoeléctrico

Los sensores fotoeléctricos se pueden dividir en cuatro tipos básicos: •

Emisor – receptor separados.

•

Retro-reflectantes.

•

De reflexión difusa.

•

Fibras ópticas.

Las especificaciones de los sensores antes mencionados vienen definidas en la Norma EN60947- 5-2. La utilización de estos sistemas, depende ante todo de la aplicación y del ambiente circundante. En las páginas siguientes se encuentran ejemplos de aplicaciones, que muestran las ventajas y los inconvenientes de los sensores, de forma individual. La división de los sensores fotoeléctricos en tipos modelos facilita su selección, el estilo de su caja, y del material distingue los diferentes grupos de tipos. También se muestran las opciones disponibles de sensores algunos de los grupos y tipos.

Los sensores fotoeléctricos generalmente utilizan luz roja o infrarroja pulsante.

Esta tecnología ofrece las ventajas siguientes: •

Alta inmunidad a la luz ambiente.

•

Máximo rango de sensibilidad.

•

Temperatura reducida, y con ello una duración de vida mayor de los diodos de transmisión.

3.8.3 Sensor con luz infrarroja

3.8.3.1 Emisor-receptor separado (ES)

En éste sistema, el receptor y el transmisor de señal, están separados. La luz emitida por el transmisor viene analizada por el receptor. La interrupción del haz luminoso (debido a un objeto) es evaluada, y produce la conmutación en la salida.

Figura 3.8.3.1 Emisor receptor separados

En éste sistema, el receptor y el transmisor de señal, están separados. La luz emitida por el transmisor viene analizada por el receptor. La interrupción del haz luminoso debido a un objeto) es evaluada, y produce la conmutación en la salida.

Ventajas: •

Sensibilidad a gran distancia; el haz luminoso sólo deberá viajar en una dirección, del transmisor al receptor.

•

Alta seguridad operacional, las interferencias por reflexión, rara vez disparan el receptor.

•

Detección de objetos muy pequeños, posible mediante el uso de lentes o de filtros adicionales.

Desventajas: •

Elevado costo de instalación; debido a tener que montar dos aparatos, cableados y ajustados.

3.8.3.2 Sensor retro-reflectante (RS)

Los sensores retro-reflectantes tienen el generador de luz y el receptor, en un mismo cuerpo. El haz luminoso emitido por la fuente, será reflejado hacia atrás, al receptor, mediante un reflector (por ejemplo reflectores triples o cinta reflectora), cualquier interrupción del haz luminoso viene evaluada por el receptor, y con ello la conmutación de la salida.

Ventajas: •

Detección de objetos muy pequeños, posible mediante el uso de lentes o de filtros adicionales.

•

Facilidad de instalación del sensor y del reflector.

•

El reflector puede montarse en objetos móviles, por ejemplo en cintas transportadoras

Desventajas: •

Distancia sensible inferior al sistema de emisor receptor separado, debido a que el haz luminoso debe recorrer doble distancia, del emisor al reflector, y retorno al receptor.

•

Los objetos brillantes pueden ocasionar reflexiones y con ello errores.

Figura 3.8.3.2 Sensor retro-reflectante

3.8.3.3 Sensor retro-reflectante polarizado (PS)

Este dispositivo es un tipo especial de sensor retro-reflectante. Contiene filtros de polarización lineal o circular (láminas) montadas entre los elementos de recepción transmisión, y las lentes del sensor.

Ventajas: •

Los reflejos, rebotes ópticos, u objetos transparentes, serán ignorados de forma fiable.

•

No existen zonas muertas con reflectores a distancias cortas.

Desventajas: •

La distancia sensible será más corta, comparado con los dispositivos sin filtros de polarización.

•

Tipos especiales con auto-colimación Los canales de emisión y de recepción, utilizan una lente común.

3.8.3.4 Sensores de reflexión difusa (RT) (ver figura 3.8.3.4)

Los sensores de reflexión difusa, tienen la fuente de luz y el receptor en un mismo cuerpo. La luz emitida por la fuente viene reflejada de forma difusa por el objeto detectado. Una parte de éste reflejo retorna al receptor y con ello se conmuta la salida al excederse una determinada intensidad. Así la textura y el color de la superficie del objeto tiene una gran influencia en la detección (presencia / ausencia) de objetos.

Distancias sensibles hasta 400 mm, vienen referidas a una hoja de papel blanco (hoja de pruebas) de 100 x 100 mm de Kodak. Para distancias de más de 400 mm se deberán utilizar hojas de prueba de 200 x 200 mm. La reflectividad de la superficie del objeto a detectar afecta la distancia sensible, así se debe especificar un factor de corrección, o factor de re-emisión. Este valor puede variar desde menos del 10% para plástico negro mate, hasta el 200% para hojas de aluminio puro (valores especiales bajo demanda). Generalmente se recomienda una prueba de aplicación al objeto específico a efectuar en las condiciones de ambiente, como son la suciedad, la humedad, con objeto de determinar el sensor óptimo.

Ventajas: •

Instalación muy fácil.

•

Reflexión no necesaria

Desventajas:

•

Son necesarias distintas distancias y ajustes de sensibilidad, según el objeto a detectar (superficie, color)

Figura 3.8.3.4. Sensor de reflexión difusa.

Figura 3.7.3.4 Sensores fotoeléctricos (cortesía ifm efector)

3.9 Poka yoque

Un poka yoke (en japonés ポカヨケ, literalmente a prueba de errores) es un dispositivo (generalmente) destinado a evitar errores; algunos autores manejan el poka yoke como un sistema anti-tonto el cual garantiza la seguridad de los usuarios de cualquier maquinaria, proceso o procedimiento, en el cual se encuentren relacionados, de esta manera, no provocando accidentes de cualquier tipo; originalmente que piezas mal fabricadas siguieran en proceso con el consiguiente costo. Estos dispositivos fueron introducidos en Toyota en la década de los 60, por el ingeniero Shigeo Shingo dentro de lo que se conoce como Sistema de Producción Toyota. Aunque con anterioridad ya existían poka yokes, no fue hasta su introducción en Toyota cuando se convirtieron en una técnica, hoy común, de calidad.

Afirmaba Shingo que la causa de los errores estaba en los trabajadores y los defectos en las piezas fabricadas se producían por no corregir aquéllos. Consecuente con tal premisa cabían dos posibilidades u objetivos a lograr con el poka-yoke: •

Imposibilitar de algún modo el error humano; por ejemplo, los cables para la recarga de baterías de teléfonos móviles y dispositivos de corriente continua sólo pueden conectarse con la polaridad correcta, siendo imposible invertirla, ya que los pines de conexión son de distinto tamaño o forma.

•

Resaltar el error cometido de tal manera que sea obvio para el que lo ha cometido. Shingo cita el siguiente ejemplo: un trabajador ha de montar dos pulsadores en un dispositivo colocando debajo de ellos un muelle; para evitar la falta de éste último en alguno de los pulsadores se hizo que el trabajador cogiera antes de cada montaje dos muelles de la caja donde se almacenaban todos y los depositase en una bandeja o plato; una vez finalizado el montaje, el trabajador se podía percatar de inmediato del olvido con un simple vistazo a la bandeja, algo imposible de hacer observando la caja donde se apilaban montones de muelles.

Actualmente los poka yokes suelen consistir en: •

un sistema de detección, cuyo tipo dependerá de la característica a controlar y en función del cual se suelen clasificar, y

•

un sistema de alarma (visual y sonora comúnmente) que avisa al trabajador de producirse el error para que lo subsane.

CAPITULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1 Reunión inicial

En esta reunión se convocó a la mayoría del personal, incluyendo principalmente a los encargados de las áreas de: Diseño, Ensamble, Ventas, Control, entre otros. Dentro de los primeros puntos a tratar, destacaron la lógica del proyecto, una lluvia de ideas y finalmente el reparto de actividades, para de ésta manera llevar a cabo la realización del proyecto en tiempo y forma, tomando en cuenta los parámetros establecidos por el cliente en común acuerdo con Sima Ingeniería, así como los posibles ajustes en caso de que el proyecto presentase cambio alguno.

Mientras el cliente aprobaba el prototipo, se optó por la realización de otras actividades, las que se llamaron actividades misceláneas, que más adelante se describirán a detalle.

4.2 Diseño

Una vez que el cliente aprobó el proyecto, que es una posible solución al problema que se tiene en la empresa WOCO de México, se comenzó por una secuencia general que modifica la estación de trabajo que ya tienen, denominada, “Ensamble y número de parte”. La secuencia siguiente es la que se tiene como estación de trabajo excepto el paso 3, que es la implementación de la estructura para estiba e identificación del número de parte, propuesta como solución al problema descrito en el capítulo 2, y que evitará que el operador introduzca piezas sin ser serigrafiadas con el número de parte.

La estación con la modificación quedará como se muestra continuación:

1.- En ésta parte inicial de la estación, se ensambla el cuerpo de la pieza que es una parte de hule, acoplada a una cara cóncava de aluminio que en la parte inferior tiene dos barrenos en cada extremo; en segundo, lugar en esta misma estación se coloca la otra cara de la pieza que también es cóncava y con dos barrenos en cada lado los que permitirán por medio de unos remaches unir la pieza, pero a diferencia de la otra, ésta tiene una ranura o cejilla en la parte de enmedio que es una guía que le da sentido a la pieza, porque del lado de esta cejilla se pondrá un número de parte (fig.4.2).

Figura 4.2 Ensamble da la pieza

2.- En esta estación se pasa la pieza armada por una caja poka-yoque que mediante un sensor fotoeléctrico indicará que la pieza fue ensamblada, posteriormente la pieza es introducida a otra caja poka-yoque, ahí, mediante una máquina de serigrafía, se

coloca el número de parte que contiene un código, el país donde se elaboró dicha pieza, la fecha y el turno (fig.4.2.1).

Figura 4.2.1 Pieza terminada

3.- Esta es una parte complementaria que se propuso, después de tener las dos estaciones anteriores. Dado el problema que se tiene como se comentó al principio, se propuso una estructura con una tapa automática, que sólo permitirá introducir piezas con número de parte.

Se tomaron en cuenta los cambios, se ajustó el prototipo del

proyecto a realizar,

denominado diseño final. A partir de este momento, el encargado del área de diseño comenzó a hacer un plano de las partes y piezas que conformarían el proyecto.

Finalmente, en el departamento de diseño se realizaron algunos ajustes, dado que las dimensiones de dicha estructura no le parecieron adecuadas al cliente, así como el mecanismo que permitiría abrir y cerrar una cortina de seguridad que impediría que el

operador introdujera piezas sin el número de parte. El prototipo (ver figura 4.2.2) propuesto en la reunión inicial para el proyecto de “estructura para estiba e identificación de parte” se basaba en un accionamiento neumático que mediante un cilindro deslizaría una cortina de acrílico a través de unas barras Thomson,

Figura 4.2.2 Prototipo 1

Después de otra reunión, el departamento de diseño aprobó otro prototipo, el cual constaba de una caja poka yoque (Figura 4.2.5) que al colocar la pieza, sentará perfectamente con la ayuda de unos pernos que fijan la pieza ya serigrafiada. Esta caja poka yoque llevará un sensor; éste sensor identificará el número de parte de la pieza y solamente de esa manera se podrá introducir la pieza al contenedor. El contenedor estará dentro de una estructura automatizada (Figura 4.2.4) que al esperar la señal del sensor y el pulso del operador, abrirá la cortina mediante un motor que está controlado por un control reversible y unos sensores. Adicional a esto, se le colocará un botón de “reset”, que al ser activado, colocará la cortina en el lugar de origen o sea cerrada totalmente, esto

para cuando la cortina se detenga en una posición inadecuada (abierta o media abierta) ya sea, por falta de suministro de corriente eléctrica o fallas mecánicas.

La modificación al equipo de trabajo quedó en la secuencia mencionada anteriormente (paso 3) llamada de los tres pasos, y donde ya se incluye la estructura automatizada que impedirá la introducción de piezas sin número de parte. La secuencia queda enumerada como inicialmente, y el tiempo estimado para cada pieza desde su inicio hasta que está terminada y colocada en el contenedor, será de 38 segundos.

Figura 4.2.3 Modificación final a estación Ésta idea convenció al cliente y aceptó la modificación al proyecto, por lo que se dio inicio formal a éste proyecto con nuevo despiece, éste ya con dimensiones mecánicas.

Figura 4.2.4 Diseño de la estructura

Figura 4.2.5 Diseño de la caja poka yoque

4.3 Diseño de control

En la parte de control se comenzó por el diseño y su secuencia en diagrama de escalera en 2 partes; la primera para el control del motor, que será un arreglo de sensores y relevadores en cascada que permitirá posicionar la cortina abierta o cerrada según se requiera, ésto en conjunto con el control reversible del motor, que es el principal, dado que este determinará la posición de la cortina, y estará controlado por una señal de salida del PLC, originada por una señal de entrada del sensor fotoeléctrico. Este sensor

fotoeléctrico en el mercado es conocido como sensor de contraste, que distingue perfectamente entre lo brilloso y lo opaco, lo que facilitará distinguir entre la superficie plana de aluminio serigrafiada y la no serigrafiada.

La otra parte es para la modificación al PLC de la estación, que ayudará a tener un control mayor de la estación en general, pues el sensor fotoeléctrico antes mencionado, mandará también una señal de alarma, que impedirá seguir operando, o ensamblar una nueva pieza, ésto hasta que la pieza sea serigrafiada.

4.4 Selección y compra de material

4.4.1 Selección del motor y reductor Datos: Velocidad requerida: V= d/t d= 1.25 mts. t= 3s V= 25 m/min.

Estos datos ayudaron al ingeniero de diseño a seleccionar con la ayuda del catálogo de Baldor un motor de 30 rpm. Dadas las revoluciones requeridas, no existe un motor con esas características, sin embargo, se le puede acoplar un reductor y es por ello que se optó por la selección de un reductor. Por tablas proporcionadas por los proveedores, el motor apropiado es de 1750 rpm., pero se le acoplará un reductor con una relación 50:1.

Sal red= 1750rpm/50 50:1 = 35 rpm.

Por tanto se necesitó un variador de velocidad, dado que el cliente pretendería variar el tiempo en que abre la cortina de entre 3 y 5 segundos.

El proveedor recomendó un controlador reversible y de velocidad en un solo paquete: el DC drive BC204 DC control, éste controlador incluye un variador de velocidad, un rectificador de voltaje, una fuente incluida, y un control de giro mediante un arreglo, donde al cambiar la salida del potenciómetro a una entrada del controlador permitirá darle sentido de giro diferente al motor (fig. 4.4.1).

Figura 4.4.1 Contacto bidireccional (Forward – Reverse).

4.4.2 Cálculo del cople

Para la realización del proyecto, se necesita tener una unión entre el reductor y la flecha motriz de la cortina. Para ello se recurrió al uso de un cople.

El problema no sólo se enfocaba en usar un cople que cumplieran con las necesidades fundamentales de unión, sino además usar el cople adecuado, que garantizara una transmisión de torque, que mantuviera la velocidad y que no influyera en ganancia o pérdida de velocidad, para ello se recurrió al catálogo de “Martin”, que da la facilidad de calcular un cople a cada necesidad, originando el número de parte. En el catálogo se manejan sólo tres pasos para el cálculo del cople, los cuales de describen continuación: 1.- Determinar el factor de servicio igualando la unidad impulsada con el motor primario en la guía de factor de servicio. 2.- Multiplicar el factor de servicio por la unidad impulsada o los HP del motor para obtener los HP ajustados. 3.- Seleccionar el cople flexible con la capacidad de caballos de fuerza igual o mayor que los caballos de fuerza ajustados.

Desarrollando los cálculos paso a paso se tienen:

Paso 1: De acuerdo a la guía de servicio, se determina la unidad impulsada y se encuentra la descripción que se acopla a la necesidad del proyecto:

Moderado: Inercia pesada, choque moderado, arranque frecuente; máximas cargas no excedan 125% de promedio de HP. Agitadores, bombas rotativas, compresores, grúas, elevadores, molinos, mezcladores (entre otros).

Por tanto, ésta descripción es la que concuerda con las necesidades del proyecto; pero ahora, de acuerdo a la fuerza motriz, (motor primario), se tomó la otra condición:

Motor primario: motor eléctrico o turbina de vapor

De aquí que el aspecto fundamental a considerar es que se usa un motor eléctrico de CD; entonces, tomando en cuenta estas características y por tablas, se deduce que el factor de servicio es de 1.5, que es el que cumple las características de trabajo del equipo.

Paso 2: Considerando que el motor que ejerce la fuerza motriz al reductor es de 1/3 de HP, lo multiplicamos por el factor de servicio.

Por tanto los HP ajustados son de 1/2HP.

Paso 3: Seleccionando el cople flexible con la capacidad de caballos de fuerza, se tienen 2 modelos ML100 y MS110. Tomando en cuenta las características de cada uno se tiene:

ML:

- No necesitan lubricación. - Fácil instalación. - No existe contacto de metal a metal. - Resistentes al aceite, polvo, arena, Humedad, y grasa

MS: - Fácil inspección de carga en el elemento para levantar cargas. - La flexibilidad en la desalineación angular o paralela de los ejes medianos mediante elemento Buna – N que permite una suave transmisión de potencia.

De acuerdo a las condiciones de trabajo que se tiene, y tomando en cuenta las características de los elementos sobre los que se va a montar, se eligió el tipo MS, por tanto el cople que se le pidió al proveedor es el tipo MS110.

4.4.3 Compra de material

Para la compra de material, primero se hizo una requisición al departamento de compras, para que éste a su vez, en contacto con el almacén verifique lo que se tiene y de necesitarse algún material que no se tuviera en existencia, cotizar con distintos proveedores para así poder evaluar al proveedor adecuado que ofrezca el menor tiempo de entrega y un costo accesible, que será al que se le compre el material.

Figura 4.4.3 Lista de materiales

Para poder cotizar, primero se aprobó la requisición y se ordenaron los diferentes productos, (figura 4.4.3) dado que unos son eléctricos y otros de control, y el proveedor es diferente.

En algunos casos los proveedores coinciden en los productos, sin embargo, en algunas ocasiones no influye tanto el precio para darles la orden de compra, el tiempo de entrega suele ser en un factor, siempre y cuando la diferencia de precio no sea superior al 10% del valor del producto.

4.5 Recepción de material

Después de revisar la lista de materiales y hacer las cotizaciones, se eligió al proveedor adecuado tomando en cuenta como se mencionó anteriormente; el tiempo de entrega y el

costo del material. Al realizar la orden, se esperó un lapso de tiempo para que los proveedores entregasen el material. Una vez recibido el material se hizo una revisión comparando el número de catálogo del producto con el número marcado en la cotización. (Figs. 4.5, 4.5.1)

Figura 4.5 Material electromecánico.

Figura 4.5.1 Material eléctrico.

4.6 Sub-ensamble mecánico

En este sub-ensamble se presentan las piezas cortadas no maquinadas que darán forma al proyecto. En éste caso el material cortado es PTR rojo de 2x2in de acuerdo a las

especificaciones proporcionado por el departamento de diseño. Las piezas cortadas se unieron mediante la técnica de soldado, dando forma a la estructura. Ésta parte es considerada la base del proyecto, ya que sobre esta estructura se montarán las piezas maquinadas y la cortina de seguridad, figura 4.6

Figura 4.6 Estructura terminada

La estructura tuvo algunas modificaciones que se hicieron por especificaciones del cliente, pues se requiere mayor espacio al frente, para que el operador, al introducir el contenedor, pueda bajar sin ninguna obstrucción las laterales de éste.

Para el sub-ensamble mecánico se consideró también el ensamble de la cortina, aunque éste a su vez tuvo una secuencia para el ensamble de la misma. La cortina está compuesta de varias piezas, algunas estándar y las otras maquinadas según las necesidades. La cortina está constituida de una barra motriz de 1in de diámetro con ranura para cuñero en uno de sus extremos, en su interior la cortina se enrolla en unas poleas de 4in de diámetro

y constará de un riel de solera tratada. Para poder deslizarse la cortina cuenta con unos rodamientos colocados en puntos estratégicos, además están lubricados para eliminar fricción. La cortina adicionalmente, cuenta con un resorte interno de de 22 espirales totalmente cerrados, lo que permite abrir con mayor rapidez la cortina (figura 4.6.1).

Figura 4.6.1 Estructura con cortina

Dentro del ensamble se tiene también la presentación del motor ya con un reductor que en la punta de la flecha tiene un cople que une la barra que moverá la cortina de seguridad que será la que impedirá físicamente la introducción de piezas sin número de parte a los contenedores correspondientes.

El motor tiene que ser montado a una base, la cual es el descanso para el motor, lo que le dará fijación y estabilidad. El departamento de diseño aprobó el plano de la pieza para maquinar y ser ensamblada, que será el soporte para el motor (fig.4.4) Esta pieza mantendrá sostenida la carcasa del motor, y mediante los barrenos que unen al motor y el

reductor se podrá retener el peso del reductor, mismo que es el que va unido a la flecha motriz de la cortina (fig. 4.6.3).

Figura 4.6.2 Soporte motoreductor

Figura 4.6.3 Cople seleccionado

El motor también fue presentado a la estructura para ser ensamblado al reductor y además unir la flecha motriz de la cortina mediante un cople (ver figura 4.6.4) lo que permitirá transmitir la fuerza del motor a la flecha de la cortina, y poder deslizarse mediante su propio riel. Éstas pruebas fueron hechas en conjunto con el departamento de ensamble, pues presentaron todas las piezas como una simulación de un ensamble general, para verificar detalles y checar algunas dimensiones y posiciones, para hacer los ajustes correspondientes y ofrecer al cliente un producto funcional del 100%.

Figura 4.6.4 Presentación del cople (unión reductor y flecha motriz)

4.7 Sub-ensamble eléctrico.

En el momento en que fue recibido el material, y tomando en cuenta el diagrama de prueba se alambró el gabinete según el diagrama 4.7.

Éste diagrama tiene la ventaja de hacer que la cortina se abra y cierre automáticamente, porque en la estructura se pusieron los sensores inductivos que detectan la posición final de la cortina. Mediante esta prueba, se pondrá a trabajar la cortina 8 horas para estar seguros de que el mecanismo soporta una rutina de trabajo, y además esto permitirá ajustar los detalles tanto de control como electromecánicos. El diagrama de prueba quedó de la siguiente manera:

Figura 4.7 Diagrama eléctrico de prueba

El alambrado del gabinete se hizo conforme al diagrama, pero para comenzar se hizo una distribución de los componentes tomando en cuenta las dimensiones y la disipación de calor de cada uno (figura 4.7.1), pues no era conveniente tener cerca la fuente de 24VCD al control reversible del motor, dado que la concentración de temperatura sería mayor y no favorecería el funcionamiento de los componentes

Figura 4.7.1 Distribución de componentes de control

Para el alambrado se usaron 3 tipos de cables, el primero que fue de uso rudo, con el que se suministra de energía el sistema, es un cable de 3 hilos calibre 14, con forro de hule. El segundo tipo de cable es de color rojo de calibre 16, y que sirvió para conectar los

instrumentos alimentados con voltaje de corriente alterna. El otro tipo de cable es de color azul calibre 16, que es con el que se conecta la alimentación de los componentes de corriente directa. La salida de los sensores fue conectada a la bobina de un relevador para tener así un mayor control y usar su señal de pulso como una señal de enclavamiento (el diagrama de potencia se muestra en anexo 7.2); el cable usado para conectar los sensores es el llamado cable conector de conexión rápida y se optó por este para evitar desalambrar el sistema en caso de que se quiera cambiar un sensor. El gabinete quedó de la siguiente manera (figura 4.7.2):

Figura 4.7.2 Alambrado de gabinete

4.8 Pruebas de sub-ensamble

Después de la realización de los sub-ensambles tanto eléctrico como electromecánico, se realizaron las pruebas del sistema en conjunto. Dentro de las pruebas se llevó a cabo un registro:

En la tabla (Fig. 4.8) se puede ver lo que respecta a la inspección de temperatura del motor, reductor, y del control. Se hizo durante un periodo de 5 horas, en ciclos automáticos continuos, pues el control fue diseñado para que la cortina abriera y cerrara automáticamente, lo que permitió verificar tanto la eficiencia del motor, como también algunas imperfecciones que tenia la cortina en su sistema mecánico. Se verificaron también funcionalidades de la electrónica de estado sólido, en específico del control reversible, así como su temperatura para que no se elevara, pues como se conoce, la temperatura influye en el funcionamiento de elementos de control, conocidos como de electrónica de estado sólido.

TEMP. TIEMPO MOTOR 1 HORA 38 2 HORAS 44 3 HORAS 49 *4 HORAS 36 *5 HORAS 36 *a partir de ese momento se activo un ventilador

TEMP. REDUCTOR TEMP. CONTROL 34 30 40 32 40 34 35 34 35 34

Figura 4.8 Tabla de control de temperatura

Habiendo conocido el comportamiento del sistema, fue claro que aunque se trabaje a un ritmo acelerado, el sistema responde con eficiencia y funcionalidad. Además de la temperatura, se detectó que la cortina de acero tenía imperfecciones en su sistema mecánico, por lo que fue necesario desmontarla para reparar los detalles que afectaban en su funcionalidad.

El tiempo estimado en que la cortina debe abrir y cerrar, se cumplió satisfactoriamente pues en la tabla siguiente (Figura 4.8.1) se puede ver que la velocidad en que la cortina hace un ciclo (abre y cierra) se puede variar en el tiempo, y esto permitirá darle seguridad al operador y evitar que ocurra un accidente.

VELOCIDAD TIEMP. ABRIR TIEMP. CERRAR 100% 2.9 s 2.7 s 75% 4.8 s 4.6 s 50% 6.5 s 6.3

Tiemp. Total 6.2 s 10 s 14 s

cicl. por min. 9.5 6 4.2

Figura 4.8.1 Tabla de tiempos

Mediante la tabla y por el ruido ocasionado por la fricción, se llegó a la conclusión que la cortina presentaba algunos detalles, pues en teoría debía tardar el mismo tiempo en abrir y cerrar, y es por ello que se recomendó ajustar la cortina, y evitar fallas mecánicas.

Acerca de la seguridad del operador, se propuso instalar un botón de paro de emergencia, que permitiera al operador brindarle seguridad y evitar accidentes. Este paro de emergencia, al ser activado, abrirá la cortina totalmente y no permitirá que las otras máquinas funcionen, para de esta forma impedir que el operador mantenga la cortina de seguridad abierta e introduzca piezas sin ser serigrafiadas. La colocación del botón de paro de emergencia, si se aprueba, será colocado junto al botón pulsador de inicio de ciclo, ésto para cuando el operador llegase a soltar el botón pulsador que hace que la cortina esté abierta en el momento que se está introduciendo la pieza.

Después de estas etapas de pruebas se dio inicio al ensamble mecánico, electromecánico, y eléctrico de control.

4.9 Ensamble general

Una vez hechas las pruebas con el sub-ensamble electromecánico, eléctrico y mecánico se hicieron los ajustes pertinentes, para de ese modo eliminar detalles que impidieran un funcionamiento adecuado y que son factores importantes para la durabilidad del proyecto.

En el ensamble general se comenzó por el ensamble mecánico, que se refiere a montar adecuadamente la cortina de seguridad sobre su eje motriz, y asentar el resorte correctamente dándole cierta tensión para que ayude al motor en la ida y retorno de la cortina; esto con el fin de evitar que el motor se fuerce demasiado y pueda llegar a sufrir calentamiento. Para el ensamble electromecánico se fijó correctamente el motor al reductor mediante 4 barrenos (m8) para evitar vibración y favorecer así la transmisión de fuerza, posteriormente el reductor con el motor fue colocado sobre la base mediante 4 barrenos (m8) y atornillado con tornillos de la misma medida. La instalación del cople se hizo uniendo la flecha motriz de la cortina a la flecha del reductor. El cople fue fijado en cada flecha mediante opresores de ¼ in y una cuña de acero de ¼ in.

Posterior a esto, se instaló la malla de seguridad en los costados de la cortina, atornillada mediante unas abrazaderas, ésto para fijarla a la cortina y con ella evitar que la

operadora pueda introducir piezas por alguno de los costados. Finalmente, la estructura fue lavada con agua y jabón, para dar inicio a la etapa de pintura.

En la etapa de pintura, al tener seca la estructura y libre de grasas y polvo, se forraron con periódico las partes que no se querían pintar, como fueron el motor con el reductor y la cortina. En la primera etapa se le aplicó “primer” (primario gris). Se dejó un rato para que éste secara, y finalmente se le aplicó la pintura color verde olivo.

Después de esta etapa se procedió a montar el gabinete de control a la estructura, pues ya se tenían los barrenos machueleados (m6), ésto facilitó el montaje y la fijación correcta y segura del gabinete. Éste gabinete tuvo un alambrado mostrado en la figura 4.7.1, que fue el alambrado de prueba, y a éste sólo se le agregó el botón pulsador y el sensor de contraste. El diagrama eléctrico de potencia se puede ver en el anexo 7.3

4.10 Entrega del equipo

Después del ensamble general se hicieron algunas pruebas con los ajustes realizados al gabinete de control y respondió correctamente, y su funcionamiento convenció al cliente, que hizo una visita a Sima Ingeniería para verlo.

Al estar de acuerdo con el departamento de control y de calidad, el equipo fue llevado con el proveedor. Al llegar a la empresa Woco de México, se hizo la instalación del equipo, así mismo se adecuó el espacio para una ubicación estratégica para que dé

continuación a la estación “ensamble y número de parte”. Al finalizar la instalación se dio inicio a las pruebas en línea de producción.

Estando el equipo a prueba, los resultados obtenidos fueron favorables, dado que en el periodo de prueba, no existió ningún percance ni anomalía en el funcionamiento del equipo.

CAPITULO V ACTIVIDADES DIVERSAS

5.1 Introducción

Cuando se desarrolla un proyecto de estadía hay momentos en los que no se realizan actividades relacionadas directamente con el proyecto, por lo que hay oportunidad para realizar otras tareas.

A continuación se presentan de manera muy general, diversas actividades que se desarrollaron durante los 4 meses en los que duró la estadía.

5.2 Equipos para prueba de fuga.

En el momento en que se asignó la realización de dicho proyecto, se preparó la lista de materiales para dicho equipo, en

colaboración con el departamento de compras.

Posteriormente se hizo una requisición para la selección de proveedores y finalmente, la compra de material.

Una vez que se tuvo el material se prosiguió al armado de los gabinetes de control:

1).- Como paso 1 se diseñó la distribución del gabinete, colocando los instrumentos de control que generan calor en la parte de arriba, y en la parte de abajo los que no generan calor, como son clemas.

2).- Se alambró de acuerdo a las condiciones propuestas en Sima Ingeniería.

- Voltaje de corriente alterna (120VCA) cable color rojo calibre 16. - Voltaje de corriente directa (24VDC) cable color azul calibre 16.

3).- Se colocaron los relevadores dentro del gabinete en la parte de abajo, pues que no generan calor.

4).- Se barrenaron los gabinetes para la colocación del foco piloto que indica que el tablero está energizado, así como la perilla de encendido y apagado.

5.2 Cambio de domicilio.

La empresa Sima Ingeniería tuvo la necesidad de cambiar de domicilio, y para ello, se tuvo una participación intensa porque fue necesario desarmar y desconectar algunos equipos, muebles y demás.

Después se trasladaron dichos equipos al nuevo domicilio, ya ahí se adecuó un espacio y se llevó a cabo la tarea de una reconexión e instalación de la corriente eléctrica, así como de los equipos a su nueva ubicación para de ese modo ser reconectados.

La corriente eléctrica, sólo suministraba algunas de las lámparas, por lo que fue necesario instalar la red de suministro tanto para las lámparas (red monofásica) como para las máquinas (red trifásica)

5.3 Modificación a estación de trabajo.

Uno de los principales campos de trabajo de Sima Ingeniería es el servicio a empresas, y dentro del periodo de estadía no hubo excepción. La estación de trabajo “Prueba de continuidad de claxon y brío de resortes” fue modificada, se le agregaron 2 cilindros neumáticos de 63 mm de diámetro y 300 mm de carrera, y se le instalaron sensores posicionadores de cilindro sobre el armazón del mismo. Finalmente, se calibró la velocidad de cada uno, tanto de salida como de retorno. También se retiró un cilindro de la misma carrera pero de un diámetro mayor.

Además del cambio de los cilindros y la calibración del amortiguamiento, se agregó una electro-válvula monoestable de 24VCD, y ésta fue alambrada al PLC que ya tenía.

CAPITULO VI EVALUACIÒN ECONÒMICA Y RESULTADOS OBTENIDOS

6.1 Evaluación económica.

LISTA DE MATERIALES

Descripción

Cantidad

Existencia

Latch metálico para botones Llave selector 2 posiciones

2 1

no no

Block de contactos Botón cabeza de Hongo 22mm color verde

2 1

no no

1 tramo

si

45

Global wallmount enc 300x300x120mm

1

no

350

Relevador tipoi HA 10A 2 polos 24 VCD 8 pines Zocalo base de 8 pines, montaje en panel

2 4

// no

150 65

Sensor inductivo

2

no

1870

Conector c/cable para sensor Conector PG21

2 1

no si

134 17

clemas

10

si

220

clemas con fusible 2 motor electrico de 90 VCD de 1/3 HP de 1750 r.p.m.

2 1

si no

34 3800

Reductor de velocidad relaciòn 50:1

1

no

3200

Cable de uso rudo, para 10 A

3 mts

si

35

Cable conector calibre 16 color azul

10 mts

si

180

Cable conector calibre 16 color rojo Fusible tipo americano 5A

3 mts 3

si si

40 21

Control de motor de 90-180 VDC reversible con control de vel.

1

no

1000

Fuente fija de 24VCD, tamaño minimo de 2A

1

no

2500

Sensor de fibra òptica 24VCD NPN

1

no

3500

1 lote 1 1 4 1 1 1 1 4 1 2 2

si si si si si no no no no no no si

250 1890 2400 712 275 4600 500 3500 1000 230 450 500

Riel din

Letreros PTR 2x2 (rjo) Reja Àngulo Solera Cortina Soporte motorreductor Caja poka yoke Pernos localizador Base poka yoke Caja sensores Soporte sensores

Costo 112 265 90 235

Topes para cajas Soporte botón Mano de obra Mano de obra de ingeniería

2 1

no no

TOTAL

45 350 4500 4500 43175

A la evaluación de costos mostrada, se le agrega el IVA, que es un 15% de su valor real. Este costo en realidad es el que se le envía al cliente, por tanto Sima Ingeniería en sus cotizaciones especifica que los precios son más IVA. Cuando se hacen en dólares, se especifica que el precio tiene una validez conforme al tipo de cambio del día en que se emite la cotización.

Lo que respecta al proyecto, el costo no fue bajo, pero tampoco fue alto, motivo por el cual el cliente aceptó comprar el equipo. Para que el cliente aceptara enviar la orden de compra, fue necesario entrar a un concurso y en dicho concurso Sima Ingeniería fue la compañía elegida para que se le diera a fabricar dicho proyecto, por el costo y el tipo de solución al problema expuesto por el cliente, así como un tiempo de entrega favorable.

El precio por tanto es considerado como medio o más bien, está acorde al mercado y favorable en comparación con los demás proveedores.

6.2 Resultados obtenidos.

Al término del proyecto los resultados obtenidos son satisfactorios, al haber cumplido con los objetivos que se establecieron. Se logró realizar la modificación a la estación de trabajo y poder así evitar mediante una estructura automatizada que el operador introdujera piezas sin el número de parte. Lo que respecta a la caja poka yoque el resultado fue bueno, dado que al operador(a) se le facilita la revisión de la serigrafía mediante los pernos localizadores colocados en dicho poka yoque. Se logró establecer una comunicación adecuada entre el control del sistema y el control de la estación para mantener así una secuencia para el ensamble de pieza.

Lo que respecta a los elementos de control que fueron instalados para la automatización de dicho proyecto, dieron una respuesta favorable, así también los elementos mecánicos a controlar tuvieron y tienen un buen desempeño en la línea de producción.

Con esto, la empresa Woco de México está satisfecha, el proyecto que se le entregó cuenta con los requerimientos y políticas de la empresa, pues se adecuó al espacio proporcionado, y a dicho proyecto se le aplicó la pintura que concuerda con el color de la maquinaria y equipo de esta empresa.

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

Desde el momento en que llegué a la empresa Sima Ingeniaría, pude darme cuenta del ambiente en que se trabaja, y estoy a feliz, pues mi estancia fue excelente y de gran ayuda en mi formación técnica. Por la distribución del trabajo en esta empresa, aprendí lo importante que es trabajar en equipo, y lo útil que es la comunicación entre los diferentes departamentos. En esta empresa fui ubicado en el departamento de ingeniería de control, lo que me permitió reafirmar lo que aprendí en el salón de clases. Reconozco lo importante que es poner las cosas en práctica y no solamente èso, sino que cuando uno trabaja en equipo, no sólo se trata de hacer el trabajo que te toca, sino interactuar con los demás para obtener una solución a los problemas que se presentan. Claro es que las soluciones no se dan de un momento a otro, pero si se pueden discutir y dialogar para que cada parte aporte sus comentarios y de esta forma llegar a una posible solución. Tuve la oportunidad de participar en diferentes proyectos, y finalmente pude darme cuenta de lo importante que es el control y de su inmenso campo de trabajo, también comprendí que tanto puede llegar a afectar una mala conexión y un falso cableado.

Mediante la realización de mi proyecto, pude comprobar que lo que se vive a diario en una empresa, no se compara en nada con un salón de clases, pues existe un mayor esfuerzo y los conocimientos empiezan a madurar con la práctica y el análisis. Por otra parte, el haber participado de lleno en la realización de un proyecto y cumplir satisfactoriamente

con los objetivos planteados es una gran satisfacción, una

experiencia inolvidable.

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

Balcells Joseph. Autómatas programables. 3ra. Ed. Mexico D.F. Ed. Alfa Omega. 2002. 197 Págs.

My Intyre, R. L. Control de motores. 2ª. Ed. Barcelona. Marcombo Boixareu Editores. 1979. 362 Págs.

Allen-Bradley. Industrial Controls. Ediciòn 2004. U.S.A. Rockwell Automation. 2004. 910 Págs.

Ifm Efector. Position Sensors & Objet Evaluation Systems. Catàlogo 2006-2007. U.S.A.

Ifm Electronic. 2006. 400 Págs.

Baldor. Servo, Linear &Motion Control Products. Ediciòn, marzo de 2002. Baldor Electronic Company. 2002. Págs. 210.

Anónimo. Fundamentos de control automático industrial. Recuperado 20 de junio de 2006, de http://www.sapiensman.com/control

Pillar’s. Automation and Industrial Controllers. Recuperado 9 de junio de 2006, de http://www.pillar.com.mx/raisa

ANEXOS

Figura 7.1 Diagrama de control

Figura 7.2 Diagrama de potencia

Figura 7.3 Diagrama eléctrico

MANTENIMIENTO GENERAL

Las siguientes rutinas deberán efectuarse para mantener la operación con mínima probabilidad de falla. •

Eléctrico

ACTIVIDAD Limpieza del gabinete Apriete de conexiones de alimentación Apriete de conexión de motor Verificar corriente de drive y fuente de alimentación

FRECUENCIA Bimestral Bimestral Bimestral Mensual

Verificar funcionamiento de lámparas indicadoras

Diario

Verificar funcionamiento de sensores inductivos

Diario

Apriete de conexiones y sujeción en botones y selectores

Bimestral

Verificar sujeción de sensores a guarda y guarda a estructura

Mensual

Verificar temperatura de motor y reductor, 55ºC Máxima •

Diario

Mecánico

ACTIVIDAD Apriete general de chicotes tensores Limpieza de cortina Engrasar los rodamientos utilizando grasa para baleros Limpieza general

FRECUENCIA Bimestral Diario Mensual Semanal

Consideraciones Generales Es recomendable que la alimentación de corriente eléctrica sea independiente de otros equipos, ya que de no ser así, se verá afectado el equipo en su funcionamiento.

•

Fallas Comunes y Posibles Soluciones

FALLA

El equipo no enciende

El equipo se energiza pero el motor no actúa

CAUSAS PROBABLES

SOLUCION

Falla en suministro de energía

Verificar tensión de alimentación usando multímetro

Cable suelto en alimentación Verificar por conexiones sueltas principal Cable suelto en selector

Verificar apriete de conexiones y que no existe cable suelto

La conexión de la alimentación del motor esta interrumpida

Verificar con el multimetro continuidad entre conexiones y funcionamiento del Drive

Fusible fundido de alimentación del motor

Verificar la causa de falla y corregir

Jumpers dañados

Verificar con un multimetro continuidad entre terminales.

El cable de los sensores se desconectó La cortina no se detiene en el límite preestablecido Los sensores se han dañado

La cortina no cierra

La llave (by pass) esta actuada, y eso impide que la cortina se cierre

El motor se sobrecalienta

Motor forzado

Verificar con un multimetro continuidad entre los terminales, y conectar si es necesario. Verificar la luz indicadora del sensor si aun detecta en caso de que no, reemplazarlo. Poner la llave en su lugar de origen (off)

Verificar alineación de motor

7.4 Manual de Mantenimiento

MANUAL DE OPERACIÓN

“ESTRUCTURA PARA ESTIBA E IDENTIFICACIÒN DE PARTE” DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Características Generales Voltaje de Alimentación: 127 VAC Demanda de corriente 5 A. Tiempo en que abre la cortina (4.5 seg. preeliminar) Modo de operación automático * Verificar que la clavija de alimentación esté conectada a la alimentación de corriente eléctrica (127 VAC) * Verificar que el modo manual esté en Off. 1.- Poner en posición la perilla de encendido el equipo (ON). 2.- Después de que la caja pokayoke 2 detecte la presencia de pieza, verificar la señal de alarma. 3.- Si la alarma emite una luz roja, regresar la pieza a la etapa de serigrafía, de otra forma, la cortina no abrirá. 4.- Si la alarma emite una luz verde, presionar el botón verde de inicio de ciclo para que la cortina se abra. 5.- En el momento en que la cortina se abre, mantener presionado el botón de inicio de ciclo con la mano izquierda para que la cortina se mantenga abierta y con la mano derecha introducir la pieza. 6.- Después de que la pieza fue colocada correctamente en el contenedor, soltar el botón para que cierre la cortina. *NOTA: Si se desea variar el tiempo en que la cortina abre y cierra, girar el potenciómetro en sentido de las manecillas del reloj.

ELABORÓ:

BENJAMIN MARTINEZ

REVISÓ: Ing. ROGELIO GARCÍA

7.5 Manual de operación