teoria sobre bandas y automatizacion

8/18/2019 Teoria sobre bandas y automatizacion

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UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL TRASLADO

DE BANDEJAS EN UNA LÍNEA DEL CENTRO DE NUTRICIÓN Y DIETA

DE LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO

Arévalo Sabino CI. 20.785.848

Rodríguez William CI. 20.335.689

Valencia, Julio de 2015


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CAPITULO I

OBJETO DE ESTUDIO

1.1 Planteamiento de problema:

El centro de nutrición y dieta de la Universidad de Carabobo es un espacio

que presta esta institución el cual ofrece un sustento alimenticio a un precio muy

accesible al estudiantado, docentes y trabajadores que pertenecen a esta prestigiosa

casa de estudios. Estos alimentos proporcionan los nutrientes necesarios para el

desarrollo y buen rendimiento de sus consumidores. Este se encuentra ubicado en el

campus Bárbula entre las facultades de Derecho, Educación y Ciencias Económicas

en la Universidad de Carabobo.

En el centro de nutrición y dieta se preparan y sirven los alimentos básicos de

los platos más típicos de la zona, relacionados con el horario de almuerzo y cena,

como lo son: el arroz, las lentejas, carne guisada, atún, entre otros.

Actualmente los alimentos se sirven en bandejas metálicas (con diferentes

divisiones en ellas), las cuales se transportan a través de un sistema de rodillos

impulsadas manualmente por los trabajadores encargados, estas se detienen en cada

línea de servido de alimentos hasta que termina su recorrido y llega a las manos delconsumidor. El transporte de las bandejas se hace un trabajo lento y agotador para los

trabajadores al servir más de 6000 bandejas diarias, también resulta molesto para los

consumidores ya que el servir los alimentos y luego empujar las bandejas genera una

tardanza en el servicio, lo que ocasiona que se acumulen muchas personas en espera

de su comida.

Para disminuir o solventar la acumulación de personas en espera y eliminar lo

tedioso que es empujar las bandejas para su traslado es necesario plantear el diseñoun sistema de transporte de bandejas automatizado que sea útil, práctico y sobre todas

las cosas que acelere el proceso de servido y entrega de los alimentos.


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1.2 Objetivos.

1.2.1 Objetivo general.

Diseñar un sistema automatizado para el traslado de bandejas en una línea delcentro de nutrición y dieta de la Universidad de Carabobo.

1.2.2 Objetivos específicos:

1. Buscar antecedentes.

2. Establecer las condiciones de diseño.

3. Proponer varias soluciones que satisfagan la necesidad planteada.

4. Seleccionar la mejor solución de acuerdo a ciertos términos.

5. Desarrollar la ingeniería de detalle del sistema.

6. Diseñar el sistema de control.

7. Realizar la programación adecuada del sistema de control seleccionado, para

que cumpla con la función deseada.

8. Estudiar la factibilidad técnica y económica.

1.3 Justificación:

En la actualidad el tema de automatización es algo que se busca en todas las

áreas ya que no solo hace que las personas puedan trabajar de una forma más cómoda

sino que mejora las prestaciones de cualquier servicio en la que se implementa

Para el estudiantado, el personal administrativo y obrero resulta beneficiosa la

aplicación de la automatización en el centro de nutrición debido a que al entregar los

alimentos con rapidez tendrán el tiempo suficiente para comer, reposar y

reincorporarse a sus actividades educativas, administrativas o laborales.

Sirve también de incentivo para la institución porque podrá promover alestudiantado a que realicen más proyectos referentes a la automatización del centro

de nutrición y dietética de la Universidad de Carabobo, y si dichos proyectos son

implantados aumentaría la eficiencia en el preparo y traslado o entrega de los


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alimentos a los consumidores; lo que convertiría a la universidad en un referente en

esta área en todo el país.

1.4 Limitaciones:

El poco conocimiento en la implementación de software de diseños y de

simulación.

Poca cooperación del personal del centro de nutrición y dietética.

El sistema diseñado debe adaptarse al espacio disponible en el comedor.

Se posee un horario limitado para recolectar la información necesaria en el

comedor.

1.5 Alcance:

El presente trabajo sólo se enfocará en el diseño del sistema que mejor

satisfaga la situación planteada, realizando los cálculos de dimensionamiento y

resistivos para que cumpla con su función sin fallar, además de seleccionar los

elementos necesarios para la automatización del sistema. La construcción e

implementación de dicho sistema no es competente a este trabajo especial de grado.


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CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes

Castillo y Villavicencio [1] lograron optimizar una máquina para la práctica

de una mezcladora banda transportadora con un sistema adicional de selección de

contenedores para ser utilizados en un laboratorio de automatización. Para esto no

sólo se realizaron los cálculos en cuanto a las nuevas partes necesarias para mejorar

la máquina, sino que se seleccionaron elementos como sensores, actuadores y el

software para la programación de PLC. Con el objetivo de que los estudiantes de la

universidad beneficiada con este trabajo cuenten con un sistema que permita conocer

y manipular un sistema automatizado.

Meza y Puig [2] diseñaron e implementaron una solución para sustituir un

sistema de correas de transmisión en una banda transportadora por medio de un motor

lineal, y reemplazarlos por 11 motores reductores individuales a lo largo de la banda,

controlados por PLC en conjunto con paneles digitales encargados del manejo y

visualización de todas las propiedades del sistema. El desarrollo de esta propuesta

mejora significativamente la velocidad de producción, el ahorro de energía eléctrica,

mantenimiento del sistema, disminución de ruido y la reducción de costos por la

considerable disminución de partes y componentes móviles del mecanismo a

implementar.

Casignia y Gavilánez [3] buscan fortalecer los conocimientos del estudio de

control de procesos industriales en un laboratorio. Diseñaron una banda

transportadora que permite simular los procesos industriales, utilizando sistemas

sensoriales así como técnicas de automatización, posicionamiento electroneumático,

manipulación, montaje, inspección de cámara, selección y distribución; todo

controlado por controladores lógicos programables o PLC.


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2.2 Bases Teóricas

2.2.1

Bandas Transportadoras

2.2.1.1 Definición

Una cinta transportadora o banda transportadora es un aparato para el

transporte de objetos formado por dos poleas que mueven una cinta transportadora

continua. Las poleas son movidas por motores, haciendo girar la cinta transportadora

y así lograr transportar el material depositado en la misma.

Las cintas o bandas transportadoras se usan como componentes en la

distribución y almacenaje automatizados. Combinados con equipos automatizados

permiten una distribución minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar rápidamente grandes volúmenes en

los procesos, lo que ahorra costos a las empresas que envía o reciben grandes

cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario todo esto gracias a

las bandas transportadoras.

Adicionalmente a su tarea de transporte, puede realizar tareas de paletizado,

montaje, ensamblaje, verificación y manipulación.

2.2.1.2 Partes que la componen

Las bandas transportadoras poseen los siguientes componentes para poder

funcionar óptimamente y con una buena eficiencia.

Estructura soportante: la estructura soportante de una cinta transportadora

está compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando en algunos casos puentes,

que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una

base sólida.

Elementos deslizantes: son los elementos sobre los cuales se apoya la carga,

ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los siguientes:


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Correa o banda: la correa o banda, tendrá una gran variedad de

características, y su elección dependerá en gran parte del material a

transportar, velocidad, esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad de

carga a transportar, etc.

Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los transportadores

es el del tipo eléctrico, variando sus características según la exigencia a la cual

sea sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes, el motor reductor,

son otros de los elementos que componen el sistema motriz.

Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener la tensión en la

correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema.

Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es funcionar como poleas, las que se ubicarán en el comienzo y fin de la cinta transportadora,

para su selección se tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad,

ancho de banda, entre otros.

2.2.1.3 Tipos de Bandas

La tecnología de transporte continuo mediante bandas transportadoras se ha

establecido a través de todo el mundo para el movimiento de materiales y cargasdebido a su gran versatilidad y economía.

De acuerdo al tipo de materiales que van a manejarse, existen dos grandes

grupos de transportadores, ellos son:

Banda o rodillo para el manejo de productos empacados o cargas unitarias.

Banda o rodillo para manejo de producto suelto o a granel.

Entre los tipos de bandas transportadoras más destacadas se encuentran:

Bandas Transportadoras De PVC Y PU.

Bandas Transportadoras Modulares.


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2.2.2 Sistemas de Control Automático

2.2.2.1 Elementos de un sistema de Control Automático

El sistema de control va a actuar independiente del operario y va a determinar por sí mismo los mejores valores para las señales de control. Para ello se contará con

una referencia, que es un valor dado por el operario, este valor es fijo y depende del

tipo de proceso y de las exigencias que este amerite; es conocido como Set – Point,

este valor es el que se desea alcanzar y mantener. A continuación en la figura 2.1se

presenta un esquema de un sistema de control automático.

Figura 2.1. Esquema de un sistema de control automático.

Controlador: Es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor

deseado, en base a esta comparación calcula un error (diferencia entre valor medido y

deseado), para luego actuar a fin de corregir este error. Tiene por objetivo elaborar la

señal de control que permita que la variable controlada corresponda a la señal de

referencia. Los controladores pueden ser de tipo manual, neumático, electrónico; los

controladores electrónicos más usados son: computadoras con tarjetas de adquisición

de datos, PLC (controladores lógicos programables), micro controladores (PIC).

Actuador: Son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos,

de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o

controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control.

Variable

de

salida

CONTROLADOR ACTUADOR PROCESO

SENSOR

Perturbaciones

Referencia


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Proceso: Esta referido al equipo que va a ser automatizado, por ejemplo

puede ser una bomba, tolva, tanque, compresor, molino, intercambiador de calor,

horno, secador, caldera, etc.

Sensor: Es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas,

llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Puede decirse

también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de

adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.

2.2.2.2 Actuadores.

2.2.2.2.1 Definición.

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de unlíquido, gas o electricidad. El actuador recibe la orden de un controlador y genera una

salida para activar a un elemento final de control.

Los actuadores son los elementos que nos permiten controlar directa o

indirectamente las variables del proceso. Tales dispositivos responden a la señal

enviada por el controlador, a veces por intermedio de una interface que convierta la

señal del controlador a una magnitud necesaria por el actuador.

Los actuadores o accionamientos pueden ser clasificados atendiendo al tipo de

energía empleada. Según esto tendríamos:

Actuadores eléctricos: Son usados para posicionar dispositivos de

movimientos lineales o rotacionales. Ejemplos: Motores, relé, switches,

electroválvulas.

Actuadores neumáticos: Trabajan con señales de presión, estas señales son

convertidas a movimientos mecánicos. Ejemplo: Pistones neumáticos, válvulas.

Actuadores hidráulicos: Operan igual a los neumáticos, son usados en tareas

que requieren mayor fuerza por ejemplo levantar compuertas, mover grúas,

elevadores, etc. Ejemplo: Pistones hidráulicos.


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2.2.2.2.2 Relés

Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor

controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un

electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar

otros circuitos eléctricos independientes.

Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo,

rodeada por una bobina de hilo de cobre. Al pasar una corriente eléctrica por la

bobina el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido

por la bobina convirtiéndose en un imán tanto más potente cuando mayor sea la

intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el

interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y

el núcleo deja de ser un imán.

A continuación se presenta la figura 2.2 donde se muestra el esquema de un

electroimán.

Figura 2.2. Esquema de un Electroimán.

2.2.2.2.3 Motores Eléctricos

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica

en energía mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Algunos motores

eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en eléctrica


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funcionando como generadores. Pueden funcionar conectados a una red de suministro

eléctrico o a baterías.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en elmismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que

circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo

magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del

campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la

corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo así propiedades magnéticas,

que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el

movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

2.2.2.2.4 Actuadores Neumáticos

Se denominan actuadores neumáticos a los mecanismos que convierten la

energía del aire comprimido en trabajo mecánico. Son idénticos a los actuadores

hidráulicos aunque aquí el rango de compresión es mayor, además debido a la

diferencia de viscosidad del fluido hay una diferencia en relación al uso y a su

estructura.

Existen actuadores neumáticos de fuelle y de diafragma, que usan aire

comprimido. Últimamente se usan los músculos artificiales de hule. Los hay de efecto

simple, de doble efecto, con engranaje, motor neumático con veleta, con pistón, con

una veleta a la vez y multiveleta, motor rotatorio con pistón, de ranura vertical y de

émbolo, fuelles, diafragma etc.

Cilindro de simple efecto: El posicionamiento del cilindro es el siguiente,

para hacer avanzar el vástago, el aire a presión penetra por el orificio de la cámara

trasera, llenándola y haciendo avanzar al vástago. Para que ello sea posible, el aire de

la cámara delantera ha de ser desalojado al exterior a través del orificio

correspondiente. En el retroceso del vástago, se invierte el proceso haciendo que


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exista un elemento que lo haga retroceder desplazando el aire de la cámara trasera. Se

presenta a continuación la figura 2.3 que representa un cilindro simple efecto.

Figura 2.3. Cilindro neumático simple efecto.

Cilindro de doble efecto: El posicionamiento del cilindro es el siguiente, para

hacer avanzar el vástago, el aire a presión penetra por el orificio de la cámara trasera,

llenándola y haciendo avanzar al vástago. Para que ello sea posible, el aire de la

cámara delantera ha de ser desalojado al exterior a través del orificio correspondiente.

En el retroceso del vástago, se invierte el proceso haciendo que se inyecte aire en la

cámara delantera para hacer retroceder el vástago. En la figura 2.4 se puede observar

un cilindro doble efecto.

Figura 2.4. Cilindro neumático de simple y doble efecto.

2.2.2.2.5

Electroválvulas

2.2.2.2.5.1

Definición

Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar elflujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está

controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoide.


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2.2.2.2.5.2 Clasificación de las válvulas

Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:

1)

Válvulas distribuidoras: Son válvulas de varios orificios (vías) los cualesdeterminan el camino que debe seguir el fluido bajo presión para efectuar operaciones

tales como puesta en marcha, paro, dirección, etc. Pueden ser de dos, tres, cuatro y

cinco vías correspondiente a las zonas de trabajo y, a la aplicación de cada una de

ellas, estará en función de las operaciones a realizar.

2) Válvulas de Bloqueo: Son válvulas con la capacidad de bloquear el paso del

aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el circuito.

3) Válvulas de Reguladoras de Presión: Es una válvula con dos vías en donde

el aire circula por la entrada. Si la presión es más elevada de la ideal entonces la

fuerza del muelle reduce la presión del aire, luego el aire comprimido sale hacia el

actuador. La figura 2.5 muestra una válvula reguladora de presión.

Figura 2.5. Válvula reguladora de presión.

4) Válvulas Reguladoras de Caudal: Cuando se genera exceso de aire a presión

y este circula con una velocidad elevada, y se requiere reducir el caudal para accionar

un cilindro, es necesario utilizar una válvula reguladora de caudal. Se puede regular la

presión ajustando un tornillo, esto hace que el caudal disminuya, ya que se reduce el

conducto por donde circula el aire a presión. Normalmente se acopla un anti retorno,

para que el fluido solamente vaya estrictamente en un sentido, evitando problemas.

En la figura 2.6 se presenta una válvula reguladora de caudal.


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Figura 2.6. Válvula reguladora de caudal.

5) Válvulas de Cierre: Son válvulas que abren o cierran el paso del caudal, sin

escalones, son de fácil utilización entre ellas el grifo de cierre. En la figura 2.7 se

observa una válvula de cierre.

Figura 2.7. Válvula de cierre.

2.2.2.3

Sensores.

2.2.2.3.1

Definición.

Los sensores son unos dispositivos que transforman parámetros físicos en

parámetros eléctricos. Se usan diferentes tipos de sensores dependiendo de la variable

física que se desee tratar. Se puede apreciar que, por regla general, es necesario

procesar de alguna manera las señales (procesamiento previo) antes de que la

información llegue a un sistema ejecutor constituido por actuadores. La función del

sensor se aprovecha para la primera conversión de señales recurriendo a diversos

principios físicos. En la figura 2.8 se explica el funcionamiento de un sensor.


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Figura 2.8. Funcionamiento de un sensor.

2.2.2.3.2 Tipos de Sensores

Dependiendo del tipo de material o proceso a automatizar se puede elegirdiversos tipos de sensores, existe una gran variedad de sensores en el mercado entre

los más conocidos tenemos:

1)

Sensores Inductivos: Los sensores de proximidad inductivos están formados

por un oscilador que empieza a fluctuar si consume cierta corriente, entonces se crea

un campo alterno de alta frecuencia que sobresale. Si en este campo irrumpe un

objeto metálico, se induce en el objeto una corriente que se opone al campo. Entonces

el consumo de corriente disminuye, esta pérdida de corriente proporciona muchainformación, por ejemplo se puede medir y controlar posiciones o también calcular la

velocidad y las revoluciones del objeto en movimiento. En la figura 2.9 se observa el

sensor inductivo.

Figura 2.9. Sensor inductivo.


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2) Sensor Capacitivo: Los detectores de proximidad capacitivos funcionan

como un condensador. Pueden utilizarse para la detección de objetos conductores o

dieléctricos. En este caso, se mide la distancia “s”. La distancia de conmutación

puede ser de máximo 60 mm aproximadamente. Los detectores capacitivos se utilizanespecialmente para la medición precisa de recorridos. En el caso de construcciones

tubulares, los recorridos pueden llegar a ser de hasta 2 metros. En la figura 2.10 se

presenta un sensor capacitivo.

Figura 2.10. Sensor capacitivo.

3) Sensor de Proximidad Fotoeléctrico: La detección de la posición de objetos

puede realizarse con detectores opto eléctricos que funcionan con luz del espectro

luminoso visible o con luz infrarroja. Estos sensores se utilizan especialmente para la

detección de objetos no metálicos, ya que son capaces de detectar vidrio, de

comprobar el nivel de llenado, de controlar la presencia de piezas, además de muchas

otras aplicaciones nuevas que van surgiendo constantemente.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los sistemas ópticos son sensibles a

la suciedad ya la humedad. Por ello, los modernos detectores de este tipo disponen de

un sistema de indicación de reserva operativa para informar sobre su capacidad de

recepción. Si en el ambiente hay mucha suciedad, es posible limpiar las lentes de los

detectores con chorros de aire comprimido.

Los sistemas más conocidos son las barreras de luz y los detectores de

reflexión directa. En la tabla 2.1 se incluye una lista no exhaustiva de este tipo de

sensores.


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Tabla 2.1. Sensores ópticos.

Denominación Esquema Explicación

Barrera de luzsin reflexión

Emisor y receptor separados y opuestos.

Para efectuar la medición se aprovecha lainterrupción del haz de luz.

Utilización en distancias de hasta 30 metros.

Barrera de luzcon reflexión

Emisor y receptor en un solo cuerpo.

Adicionalmente se necesita un reflector en el ladoopuesto. Se mide la interrupción del haz.

Utilización en distancias de hasta 4 metros.

Detector dereflexión directa

Emisor y receptor en un solo cuerpo. La luz serefleja y vuelve al receptor. En este caso, el propioobjeto hace de reflector. Utilización en distancias

desde 0,1 hasta 0,4 metros.

Detector detransmisión

Emisor y receptor separados y opuestos.

Ambos están enfocados en el punto de paso de losobjetos. Utilización para la detección de objetos

transparentes o de superficies claras

Barreras dehaces múltiples

Barreras de corta distancia, con un emisor y variosreceptores. Por ello, la disposición de los emisores“S” y de los receptores “E” tiene que ser alterna.

4) Sensores Fotoeléctricos Directos: Como se muestra en la figura 2.11 el

emisor genera un flujo de luz modulado. Si un objeto se sitúa en este flujo de luz

entonces la luz se refleja en el objeto, una parte de esta luz reflejada va a parar en el

sensor. El receptor la capta y dependiendo de la superficie, intensidad y color se

puede evaluar los cambios, estos nos da información exacta sobre el objeto.

Figura 2.11. Sensor fotoeléctrico directo.


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5) Sensores Fotoeléctricos Unidireccionales: Estos sensores, el receptor y el

emisor están separados, el haz de luz es proyectado desde el emisor al receptor

creando un cordón que censa cuando un objeto interrumpe el haz de luz. Se pueden

lograr grandes alcances y una detección fiable de objetos reflectantes o brillantes.Cuando la fuente de luz es láser, el alcance se puede incrementar considerablemente.

En la figura 2.12 se puede observar un sensor fotoeléctrico unidireccional.

Figura 2.12. Sensor fotoeléctrico unidireccional.

6) Sensores Fotoeléctricos Con Fibra Óptica: Por lo general son utilizados en

espacios especialmente limitados, los conductores de fibra óptica resultan, a menudo,

la única manera de colocar un sensor en su posición. Podemos encontrar conductores:

de plástico flexible y de fibra óptica. Son muy recomendados para detectar pequeñas piezas de ensamblaje como se ilustra en la figura 2.13.

Figura 2.13. Sensor fotoeléctrico con fibra óptica.


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7) Sensores Neumáticos: En muchos casos los captadores tienen que detectar el

objeto sin contacto con él. Por eso se pueden emplear captadores neumáticos. Luego

la señal que captamos la tenemos que transformar en una señal eléctrica.

8)

Sensor Detector de paso (barrera de aire): Se emite aire de ambas toberas(emisor y receptor). Por lo tanto, el chorro de aire del conducto emisor perturba la

salida libre del aire del conducto receptor. Se crea una turbulencia, que produce una

señal. Esta, puede ser reforzada hasta la presión deseada con un amplificador. Si se

introduce un objeto entre emisor y receptor, desaparece la señal y la válvula (que está

conectada) puede cambiar; la señal se vuelve 0.

9) Final de Carrera: El final de carrera o sensor de contacto (también conocido

como "interruptor de límite") o limit swicht, son dispositivos eléctricos, neumáticos o

mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo

una cinta transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el

estado de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente

abiertos (NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que

cumplan al ser accionados. En la figura 2.14 se observa un sensor de final de carrera.

Figura 2.14. Sensor final de carrera.

10)

Sensores Ultrasónicos: Los sensores ultrasónicos, tienen como función principal la detección de objetos a través de la emisión y reflexión de ondas acústicas.

Funcionan emitiendo un pulso ultrasónico contra el objeto a censar, y al detectar el

pulso reflejado, separa un contador de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso.

Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de


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respuesta con ello manda una señal eléctrica digital o analógica. En la figura 2.15 se

presenta un sensor de ultrasonido.

Figura 2.15. Sensor ultrasonido.

11) Sensores Magnéticos: El detector Reed es un detector de proximidad clásico

(reed significa lengüeta en inglés).Este detector reacciona a los campos magnéticos.

En la figura 2.16 se explica su funcionamiento. El detector tiene 2 lengüetas de

contacto elásticas y ferromagnéticas (de aleación Fe-Ni) que se encuentran en un tubo

de vidrio hermético lleno de un gas inerte.

Si se acerca un campo magnético al tubo, las lengüetas se tocan, con lo que se

cierra un circuito eléctrico. La reacción es de apenas una milésima de segundo. Los

detectores Reed no se desgastan.

Figura 2.16. Funcionamiento del sensor magnético.

Estos interruptores, utilizados como detectores de posición, ofrecen una

precisión de conmutación de ±0,1 mm. Claro está que hay que evitar que se encuentre

otro campo magnético en las cercanías. De ser así, es necesario apantallar de modo

apropiado al detector.


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Los detectores de proximidad tipo Reed suelen utilizarse como detectores para

cilindros (su construcción y funcionamiento se explican en la figura 2.17). La

conmutación está a cargo de un imán anular incorporado en el embolo.

Figura 2.17. Principio de funcionamiento de un detector para cilindros magnéticos.

Los detectores Reed pueden crear una zona de conmutación secundaria

además de la zona de conmutación primaria, lo que constituye un efecto no deseado.

La existencia de una zona secundaria resulta conflictiva siempre que la fuerza

de las lengüetas de contacto del detector reed no esté ajustada con precisión en

función de la fuerza de la inducción magnética.

Si se desea utilizar un detector magnético como detector para cilindro, puede

elegirse un generador de señales de accionamiento magnético de pequeñasdimensiones.

Este puede montarse en la ranura perfilada de un actuador para emitir las

señales correspondientes en las posiciones finales. Estos detectores aprovechan el

efecto inductivo-magnético, el efecto Hall o el efecto Wiegand. Si se acerca un imán,

cambia el campo electromagnético del detector. Este cambio se transforma en una

señal de salida mediante un amplificador. En la figura 2.18 se puede observar un

montaje de detectores magnéticos en actuadores lineales neumáticos.


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Figura 2.18. Ejemplo de montaje de detectores magnéticos en actuadores lineales neumáticos.

12) Sensor de Humedad: La detección de humedad puede ser muy importante en

un sistema si éste debe desenvolverse en entornos que no se conocen de antemano.

Una humedad excesiva puede afectar los circuitos, y también la mecánica de un

robot. Por esta razón se deben tener en cuenta una variedad de sensores de humedaddisponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos, más simples, y algunos integrados

con diferentes niveles de complejidad y prestaciones.

- Sensores resistivos: Los sensores de humedad resistivos están hechos sobre una

delgada tableta de un polímero capaz de absorber agua, sobre la cual se han impreso

dos contactos entrelazados de material conductor metálico o de carbón.

- Sensores capacitivos: Son sensores capacitivos para uso en aplicaciones de gran

escala y efectividad de costo en el control climático de interiores. En el rango de

humedad relativa de 20 – 90% es posible realizar una aproximación lineal,

manteniendo el error en valores menores a ± 2% de la humedad relativa medida.

13) Encoders: Se usan para posicionamiento y control de motores. Se acoplan al

eje del motor y van rodando con él. Se basan en una rueda con unos agujeros. En un

lado hay un emisor de luz y en el otro un receptor. Cuando el encoder gira el receptor

va dando pulsos y se logra saberla velocidad y la posición del motor.

14) Sensor de Temperatura: Suelen ser unas resistencias que varían su valor

dependiendo de la temperatura. Las mismas que cuando aumenta el calor, aumentan

la resistencia (PTC) y otras que cuando el calor aumenta disminuyen su valor (NTC).


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Existen sensores de temperatura que están formados por un par de metales

(como una uve "V") que crean en sus bornes un voltaje proporcional a la diferencia

de temperatura de éstos. Este tipo de dispositivos se denominan termopares o

termocuplas.

2.2.2.4 Controlador Lógico Programable (PLC)

2.2.2.4.1 Definición

Un PLC es un dispositivo electrónico de funcionamiento digital basado en un

microprocesador, que utiliza una memoria para el almacenamiento de las

instrucciones de programa empleado para el control automático de máquinas y

procesos, mediante la implementación de funciones específicas tales como

operaciones lógicas, aritméticas, temporizaciones, cuentas y secuencias, a través de

módulos de entrada y salida de tipo analógico / digital.

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers

Association) un controlador 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 (1-5

VDC, 4-20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos”.

En la figura 2.19 se puede apreciar el diagrama de operación de un PLC.

Figura 2.19. Diagrama de Operación de un PLC

Los PLC se aplican en: instalaciones de aire a acondicionado, calefacción,

almacenamiento y trasvase de cereales, cerámica, frio industrial, maquinado y retiro

de virutas, plantas depuradoras de residuos, embotelladoras, seguridad, tratamientos

ENTRADAS PROGRAMA SALIDAS


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térmicos, instalaciones eléctricas y de comando, industria de automoción, maquinaria

de ensamblaje, maquinaria en procesos textiles y de confección, maquinarias en la

industria del plástico, maquinaria en procesos de grava, arena y cemento, maquinaria

industrial del mueble y madera, etc.

Pueden poseer una interface hombre-máquina (IHM) para la programación, o

sino su programación se realiza utilizando la unidad de programación o una terminal

de programación independiente, sin embargo actualmente existen PLCs cuya

modularidad permite instalar módulos especializados que actúan en algunos casos

como IHM.

Existen PLC compactos que reúnen en una sola unidad, la fuente de poder, el

CPU, la memoria y las interfaces I/O. Esta versión representa grandes ventajas en lo

que se refiere a costos más accesibles, utilización de espacios reducidos, su selección

se hace más fácil, responde con alto desempeño en condiciones hostiles del ambiente

de trabajo, pueden ser programados mediante paquetes de software desde una PC. En

la figura 2.20 se observa el ejemplo de un controlador lógico programable.

Figura 2.20. Controlador Lógico Programable

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizadosson el diagrama de escalera, lista de instrucciones y programación por estados,

aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar

algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar

y mantener.


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En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los

más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y

operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas

(recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocoloque le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

2.2.2.4.2 Estructura de un controlador lógico programable (PLC)

1- Estructura externa

El término estructura externa o configuración externa de un autómata

programable industrial se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o

elementos en que está dividido. Actualmente son tres las estructuras mássignificativas que existen en el mercado:

Estructura compacta.

Estructura semimodular. (Estructura Americana)

Estructura modular. (Estructura Europea)

Estructura compacta

Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus

elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc.

Son los autómatas de gama baja o los que suelen tener una estructura

compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar

máquinas muy pequeñas o cuadros de mando como se observa en la figura 2.21.

Figura 2.21. Estructura de autómatas de gama baja.


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Estructura semimodular

Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que en

un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y

fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S. Son los autómatas de

gama media los que suelen tener una estructura semimodular (Americana).

Estructura modular

Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de los

diferentes elementos que componen el autómata como puede ser una fuente de

alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa

perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los

distintos módulos que lo componen.

Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular,

que permiten una gran flexibilidad en su constitución. Y los siguientes a implementar

en este trabajo de grado.

2- Estructura interna

1) Unidad de procesamiento central o CPU:

La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta

las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas.

Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las salidas

deseadas. La CPU está constituida por los siguientes elementos:

Procesador Memoria

Monitor del sistema Circuitos auxiliares


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2) Fuente de alimentación:

La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el

funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación a la CPU puede

ser continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución, o en alterna

a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces

conectadas a través del bus interno. La alimentación a los circuitos E/S puede

realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc.

La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una batería tampón,

que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa

usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentación o se apaga el autómata.

3) Interfaces:

En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre

operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el autómata, estas

comunicaciones se establecen por medio del conjunto de entradas y salidas del citado

elemento. Los autómatas son capaces de manejar tensiones y corrientes de nivel

industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de interfaz de E/S muy

potente, que les permite conectarse directamente con los sensores y accionamientos

del proceso.

De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces específicas

permiten la conexión con elementos muy concretos del proceso de automatización. Se

pueden distinguir entre ellas tres grupos bien diferenciados:

Entradas / salidas especiales.

Entradas / salidas inteligentes. Procesadores periféricos inteligentes.

Las interfaces especiales del primer grupo se caracterizan por no influir en las

variables de estado del proceso de automatización. Únicamente se encargan de


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adecuar las E/S, para que puedan ser legibles por la CPU, si son entradas, o para que

puedan ser interpretadas correctamente por actuadores (motores, cilindros, etc.), en el

caso de las salidas.

Las del segundo grupo admiten múltiples modos de configuración, por medio

de unas combinaciones binarias situadas en la misma tarjeta. De esta forma se

descarga de trabajo a la unidad central, con las ventajas que conlleva. Los

procesadores periféricos inteligentes, son módulos que incluyen su propio

procesador, memorias y puntos auxiliares de entrada / salida. Estos procesadores

contienen en origen un programa especializado en la ejecución de una tarea concreta,

a la que le basta conocer los puntos de consigna y los parámetros de aplicación para

ejecutar, de forma autónoma e independiente de la CPU principal, el programa de

control.

4) La unidad de programación:

Es el conjunto de medios hardware-software mediante los cuales el

programador introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u otro

lenguaje) que constituyen el programa a ejecutar.

5) Memoria:

La memoria es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para

ejecutar la tarea de control.

Datos del proceso:

Señales de planta, entradas y salidas.

Variables internas, de bit y de palabra.

Datos alfanuméricos y constantes.

Datos de control:

Instrucciones de usuario (programa)


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Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de e/s

conectadas)

Existen varios tipos de memorias:

RAM: Memoria de lectura y escritura.

ROM: Memoria de solo lectura, no reprogramable.

EPRON: Memoria de solo lectura, reprogramables con borrado por

ultravioletas.

La memoria RAM se utiliza principalmente como memoria interna, y

únicamente como memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el

mantenimiento de los datos con una batería exterior.

La memoria ROM se utiliza para almacenar el programa monitor del sistema

como hemos visto en el apartado dedicado a la CPU. Las memorias EPROM se

utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez que ha sido

convenientemente depurada.

Las memorias EEPROM se emplean principalmente para almacenar

programas, aunque en la actualidad es cada vez más frecuente el uso decombinaciones RAM + EEPROM, utilizando estas últimas como memorias de

seguridad que salvan el contenido de las RAM. Una vez reanudada la alimentación, el

contenido de la EEPROM se vuelca sobre la RAM. Las soluciones de este tipo están

sustituyendo a las clásicas RAM + batería puesto que presentan muchos menos

problemas. A continuación en la figura 2.22 se presenta los distintos mapas de

memoria dentro de un controlador lógico programable de siemens.


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Figura 2.22. Mapas de memoria.


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CAPITULO III

MARCO MERTODOLÓGICO

3.1. Nivel de la investigación

En la presente investigación se requiere buscar una solución a un problema en

una situación de trabajo, para ello es necesario saber las condiciones actuales en la

cual se encuentra el área afectada describiendo todos los aspectos involucrados y que

puedan ser de gran relevancia en dicha área. El grado de profundidad presentado

concuerda con el modelo de investigación descriptiva, ya que se busca saber cuál es

el comportamiento del sistema presente por medio de un estudio bastante detallado

para luego analizar los datos obtenidos y proponer una solución que satisfaga las

necesidades encontradas.

3.2. Tipo de investigación

Para recolectar los datos pertinentes a esta investigación se requiere ir al sitio

donde se presenta la problemática, para que por medio de la visualización directa se

puedan tomar las medidas y datos necesarios. Por esta razón se toma esta

investigación como una de campo ya que se observara y se tomara muestra de las

variables sin alterar el entorno natural en la que estas se encuentran.

3.3. Diseño de la investigación

Para el conjunto de decisiones, pasos, esquemas y actividades a realizar en el

curso de la investigación se usa el diseño empleado en este estudio, el cual responde a

los objetivos específicos establecidos en el mismo.

3.3.1. Fase 1: Documentación

Consiste en la revisión e investigación de bibliografía a través de libros de

texto y paginas especializadas de internet en lo referente al tema estudiado.


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3.3.2. Fase 2: Establecer las condiciones iniciales del servido de alimentos en el

centro de nutrición y dietética de la universidad de Carabobo.

1- Estudiar la metodología usada para el sistema de servido de comida en las

estaciones de servicio.

2- Identificar las herramientas o utensilios que son requeridos en el servido de

comida.

3- Tomar las medidas del área de trabajo para luego usarlas en el diseño.

3.3.3. Fase 3: Realizar los cálculos para el diseño del sistema automatizado de

distribución de alimentos.

1- Identificar las variables necesarias para el diseño banda transportadora.2- Seleccionar los sensores, actuadores, válvulas, controladores y materiales que

son necesarios para realizar el diseño.

3.3.4. Fase 4: Elaborar el diseño del sistema automatizados de distribución de

alimentos y animarlo por medio de un software de diseño y simulación de elementos

mecánicos.

1- Desarrollar el diseño y simulación de la banda transportadora en un software

de simulación.

2- Realizar el circuito de los actuadores, controladores, sensores y válvulas

seleccionados en un software de simulación.

3- Realizar la programación adecuada del programador lógico programable

(PLC) para que cumpla con la función deseada.

3.3.5. Fase 5: Evaluar la inversión total y los beneficios obtenidos.

Consiste en presentar la inversión total mediante cotizaciones y sustentar lasolución mediante modelos económicos que permitan establecer la rentabilidad del

proyecto.


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3.4. Técnicas de procesamiento y análisis de datos.

Este proceso es clave para que los distintos actores de un proyecto puedan

disponer de información de calidad, oportuna y útil, según sus necesidades.

3.5. Aspectos administrativos.

El trabajo de grado que se realiza es un proyecto de diseño y simulación, por

ello no implica el gasto de fabricación de dicho proyecto.

- Los recursos materiales: software de simulación, computadora de mesa,

artículos de oficina, metro, cámara fotográfica y libros con la información

necesaria para realizar el trabajo de grado.

- Los recursos humanos: tutor de tesis, profesores con conocimientos en el

tema del diseño y la automatización.

- Los recursos financieros: integrantes del trabajo de grado.


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Referencias Bibliográficas Preliminares

[1] Castillo Andrés, Rodrigo Villavicencio, “ Repotenciación y automatización del

proceso de mezcladora banda transportadora para prácticas de laboratorio de

automatización industrial del DECEM ”, Tesis especial de grado, Escuela de

Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad de las Fuerzas Armadas (ESPE),

Pichincha, Ecuador, 2009.

[2] Meza Luis, Puig Carlos, “ Diseño e implementación de un sistema automatizado

para una banda transportadora de la C.A. Sucesora de José Puig & CIA mediante la

aplicación de controladores lógicos programables (P.L.C.)”, Tesis especial de grado,

Escuela de Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nueva Esparta, Caracas,

Venezuela, 2011.

[3] Casignia Byron, Gavilánez Henry, “ Diseño, implementación de un módulo

didáctico para la simulación de procesos industriales en una banda transportadora,

por medio de PLC ”, Tesis especial de grado, Escuela de Mecánica, Facultad de

Ingeniería, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador, 2011.

teoria sobre bandas y automatizacion

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