CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Resumen. El diseño de máquinas y equipos es una actividad de cualquier ingeniero, que busca brindar soluciones al sector productivo, y los trabajos desarrollados en esta área deben ser afines a esta necesidad. En este contexto se presenta el informe de la automatización del proceso de separación de basura a nivel industrial, en 5 categorías; metal, papel, plástico vidrio y residuos orgánicos. 1.2 Objetivo General o
Automatizar el proceso de separación de basura.
1.3 Objetivos específicos o o o o o o
Realizar el diagrama PI&D. Declarar variables de entrada y salida. Realizar el escalamiento de las señales analógicas. Realizar el programa del PLC. Diseñar el HMI del proceso. Realizar el análisis económico.
CAPITULO II MARCO TEÓRICO En este capítulo se profundizará en el marco teórico que fundamenta este proyecto, lo cual proporcionará una idea más clara acerca del proceso de separación o selección de basura a nivel industrial. Toda la teoría mencionada en esta sección se encuentra en un orden específico de fácil entendimiento. 2.1 Tipos de basura La basura está formada por un conjunto de materiales heterogéneos. Casi la mitad de la basura está constituida por materiales no fermentables llamados inorgánicos. La podemos clasificar clasificar de diferentes formas formas como se puntualizan puntualizan a continuación. continuación. Según su composición:
Residuo orgánico : todo desecho de origen biológico, que alguna vez estuvo vivo o fue parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y residuos de la fabricación de alimentos en el hogar, etc. Residuo inorgánico : todo desecho de origen no biológico, de origen industrial o de algún otro proceso no natural, por ejemplo: plástico, telas sintéticas, etc.
Según su origen:
Residuo domiciliario: basura proveniente de los hogares y/o comunidades. Residuo industrial : su origen es producto de la l a manufactura o proceso de transformación de la materia prima. Residuo hospitalario: deshechos que son catalogados por lo general como residuos peligrosos y pueden ser orgánicos e inorgánicos.
Residuo comercial: provenientes de ferias, oficinas, tiendas, etc., y cuya composición es orgánica, tales como restos de frutas, verduras, cartones, papeles, etc. Residuo urbano: correspondiente a las poblaciones, como desechos de parques y jardines, mobiliario urbano inservible, etc.
2.1.1 La materia orgánica Más de la mitad de la basura son restos de comida. Esta materia constituye una fuente importante de abonos de alta calidad. Esto es importante puesto que además de eliminar más de la mitad de los residuos supone un importante aporte de nutrientes y fertilidad para los cultivos evitando el uso de abonos químicos que producen contaminación de las aguas. 2.1.2. La materia inorgánica Está conformada por los siguientes elementos que se describen a continuación.
El vidrio: Los envases de vidrio se pueden recuperar, bien sea por uso de envases retornables o bien a partir de la recogida selectiva del vidrio para después reciclarlo. Así ahorramos materia prima y energía para elaboración, además de evitar el perjuicio que supone la acumulación del vidrio que no se recicla. El papel: No es basura. El reciclaje del papel es necesario ya que economiza grandes cantidades de energía, evita la contaminación del agua, evita el consumo de árboles y hace innecesarias las plantaciones de coníferas y eucaliptos. El uso de papel reciclado sin blanquear también reduciría las descargas de cloro, colorantes y aditivos en ríos, que causan mortalidad entre los peces y desequilibrio en los ecosistemas acuáticos. La chatarra: Constituye el 3% de la basura doméstica y procede fundamentalmente de las latas de refrescos y conservas. Supone un perjuicio medioambiental por su largo tiempo de degradación. Además el reciclado de las latas abarata los costes de elaboración. Los envoltorios y envases: Aproximadamente es un 20% de lo que se compra se tira de inmediato por ser parte de los envases y embalajes. El sobreempaquetamiento nos ocasiona aumento de los residuos y encarecimiento de los productos. Los plásticos: Constituyen el 9% de la basura. Tienen una vida muy larga y son un gran problema medioambiental ya que la mayoría no se degradan. Esta basura plástica es consumida por gran cantidad de fauna en vertederos y en medio acuático ocasionando muerte a peces, aves y animales, además del deterioro que supone. El futuro es el reciclado de este residuo.
2.2 Proceso seleccionador de basura Los procesos de separación de basura son muy complicados de diseñar puesto que existen varios tipos y poder detectarlos y separarlos no es un trabajo fácil. Existen prototipos de seleccionadores o separadores de basura pero para para cantidades muy
pequeñas. Por el contrario en los basurales de las ciudades existe toneladas del mismo por lo que los anteriores prototipos no son eficientes. WST International (Holdings) Limited es una empresa profesional dedicada a resolver los desafíos de la separación de residuos domésticos y las tecnologías integradas de reciclaje de recursos. Los servicios de WST incluyen diseño de sistemas de clasificación y reciclaje a medida, construcción, instalación, pruebas y capacitación del personal de operación. La tecnología está ahora para clasificar los residuos domésticos, que representan el 70 por ciento de todos los residuos producidos. Hasta ahora, gran parte de los residuos domésticos se transportaron a los vertederos debido a la difícil clasificación de una mezcla de materiales orgánicos (húmedos) e inorgánicos. El sistema de clasificación de residuos de WST que se utiliza hoy en día, casi todos los materiales reciclables se pueden recolectar, hay una reducción del 85% -90% en los residuos que de lo contrario serían vertidos. Más del 60% de los desechos ordenados a través del sistema WST pueden convertirse en energía. El material orgánico recogido puede utilizarse para la producción de gas metano o fertilizante. La solución para residuos ahora está aquí, por favor póngase en contacto conmigo acerca de la adquisición de esta tecnología o visite www.wstinc.com para obtener más información.
2.3 Sensor de presencia Un sensor de presencia, es un dispositivo electrónico equipado de sensores que responden a un movimiento físico. Hay varios tipos de sensores de presencia:
Sensores activos . Este tipo de sensores inyectan luz, microondas o sonido en el medio ambiente y detectan si existe algún cambio en él. Sensores pasivos. Muchas alarmas y sensores utilizados usan la detección de ondas infrarrojas. Estos sensores son conocidos como PIR (pasivos infrarrojos).
2.3 Sensor capacitivo Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.
Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa). El electrodo externo puede estar realizado de dos modos diferentes; en algunas aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a masa; entonces la capacidad en cuestión variará en función de la distancia que hay entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa fija y, entonces, el cuerpo a detectar se utiliza como dieléctrico se introduce entre la masa y la placa activa, modificando así las características del condensador equivalente. 2.3 Cinta transportadora magnética de extracción / Transportador magnético MD El transportador magnético es un dispositivo muy eficaz que sirve para transportar piezas, aseguran un transporte seguro y fiable de materiales. En comparación con un transportador corriente, la gran ventaja del transportador magnético consiste en el hecho de que las partículas menudas no penetran en el mecanismo interior y, por lo tanto, no pueden dañarlo. Este dispositivo no requiere mantenimiento y está concebido para un funcionamiento sin interrupción.
El transportador magnético se utiliza sobre todo en talleres de mecanizado, en el corte de materiales magnéticos metálicos, transporte de piezas prensadas ferromagnéticas de pequeñas dimensiones. 2.6 Trituradora Una trituradora, chancadora, es una máquina que procesa un material de forma que produce dicho material con trozos de un tamaño menor al tamaño original. Chancadora es un dispositivo diseñado para disminuir el tamaño de los objetos mediante el uso de la fuerza, para romper y reducir el objeto en una serie de piezas de volumen más pequeñas o compactas. Si se trata de una máquina agrícola, tritura, machaca y prensa las hierbas, plantas y ramas que se recogen en el campo. También se puede emplear para extraer alguna sustancia de los frutos o productos agrícolas, rompiendo y prensándolos. Si se trata de una máquina empleada para la minería, la construcción o para el proceso industrial, puede procesar rocas u otras materias sólidas.
Las chancadoras se emplean especialmente en la construcción o minería, para romper rocas y reducirlas a un tamaño más pequeño. Algunas de las trituradoras estacionarias son:
Trituradora de mandíbula o chancadora general. Trituradora de cono. Trituradora de cono resorte. Trituradora de cono hidráulica. Trituradora de impacto o chancadora de tipo europeo. Trituradora de impacto hidráulica. Trituradora de impacto de eje vertical. Trituradora de impacto de eje vertical con cámara profunda. Trituradora o chancadora primaria de impacto.
CAPITULO III INGENIERÍA DEL PROYECTO En este capítulo se hace una descripción detallada de la realización del proyecto, ‘’Automatización del proceso de separación de basura’’. 3.1 Especificaciones de funcionamiento del Proceso El proceso de separación de basura hace la clasificación en cinco tipos de basura:
Metal Papel Plástico Vidrio Residuos orgánicos
El proceso empieza cuando el sensor de presencia SP1 detecta introducción de basura a la tolva de trituración M1, lo que acciona el motor de trituración (el proceso de trituración sección a la basura en trozos medianos para que sea posible las demás etapas del proceso principal). La cinta transportadora principal M recibe a la basura ya triturada, y comienza a funcionar con velocidad variable según la taza de ingreso de basura, es decir que cuando ingresan demasiados residuos, la cinta es más veloz, esto para que no hayan acumulaciones de basura en ciertas secciones. Esto se realiza con la ayuda de un sensor de peso que indica la cantidad de basura que ingresa a la cinta. La basura es transportada hasta llegar a una sección que separa todos los elementos metálicos, Esto se lo realiza mediante la activación de otra cinta transportadora M2, por medio del sensor de presencia SP2, la cual esta ‘imantada’. Los residuos no metálicos pasan por un sistema de succión M3 el cual sólo levanta papeles, este succionador se activa por medio de un sensor capacitivo calibrado para detectar papel. Pasado esta etapa se activa un sensor de presencia SP3 que activa una cinta transportadora M4 de paletas, esta cinta deja drenar los residuos como el vidrio que esta triturado pero no el material orgánico ni el plástico que son de tamaños más grandes. Finalmente estos dos últimos tipos de residuos ingresan a unos canales de agua, por densidad el plástico flota y el residuo orgánico se sumerge y por medio del sensor de presencia SP4 se activan dos válvulas V1 y V2 que separan al plástico y a los residuos orgánicos, estos residuos pasan a cintas transportadoras M5 y M6 para que sean llevados hasta sus respectivos depósitos.
PROCESO DE SEPARACIÓN DE BASURA A NIVEL INDUSTRIAL
METAL
PAPEL
VIDRIO ORGÁNICO
PLASTICO
3.3 Diagrama PI&D del proceso
3.4 Variables de entrada y salida El control automático del submarino, se la realiza mediante sensores y actuadores, los cuales se muestra en la siguiente tabla detallada, de las entradas y salidas del proceso.
ENTRADAS DIGITALES Pulsador de parada
NOMBRE
SALIDAS DIGITALES
NOMBRE
PP
Motor trituradora
M1
Pulsador de emergencia
PE
M2
Pulsador de restauración
PR
Motor cinta transportadora electromagnética Motor Succionadora
Sensor de presencia 1
SP1
Sensor de presencia 2
SP2
Sensor de presencia 3
SP3
Sensor de presencia 4 Sensor de presencia 5 Sensor de presencia 6
M3
SP4 SP5 SP6
Motor cinta transportadora de paletas Motor cinta transportadora plástico Motor cinta transportadora residuos orgánicos Válvula 1 Válvula 2 Relé térmico M1 Relé térmico M2 Relé térmico M3 Relé térmico M4 Relé térmico M5 Relé térmico M6
M4
V1 V2 Ol-1 Ol-2 Ol-3 OL-4 OL-5 OL-6
ENTRADA ANALÓGICA Sensor capacitivo
NOMBRE
SALIDA ANALÓGICA
NOMBRE
SC
Variador de velocidad motor M3 cinta transportadora principal
VMOTOR
Medidor de Peso
SPESO
M5 M6
Señales analógicas
3.5 Cálculo del escalamiento de las señales analógicas de entrada 3.5.1 Sensor Capacitivo El sensor capacitivo mide un rango de capacitancias las cuales están en función de la variación de la constante dieléctrica. Cada material tiene su valor propio de esta constante, puesto que queremos identificar al papel establecemos que nuestro rango de trabajo es de 2 a 3.4 (Ver tabla de constantes dieléctricas en el capítulo II). El PLC se encuentra en configuración de -10[V] a 10[V], por tanto el escalamiento para esta señal es la siguiente:
Rango de trabajo Rango de equipo Escala Voltaje Representación decimal
2 – 3.4 0 – 10 -10 a 10 [V] 0 – 32760
Cálculo del escalamiento: =
10 − 0 32760 − 0
= 0.000305
= 0 − 0.000305 ∗ 0 = 0 = × 0.000305
3.5.2 Sensor de peso y motor de cinta transportadora. El sensor de peso, va midiendo constantemente el peso de la basura que ingresa al proceso de selección, para un óptimo desempeño del proceso se consideró que por cada metro de la cinta transportadora existiese 500[g] de basura para esto el motor variara en función del peso registrado, para poder mantenerse en ese rango los límites de funcionamiento de la señal del sensor de peso son los siguientes:
Rango de trabajo
0 – 2000[g]
Dentro de este rango el motor funcionará a velocidades aceptables para el correcto desempeño del proceso. 0 – 100[RPM] Rango de trabajo
3.6 Programación en el PLC Se realizó la programación del PLC MicroLogix 1200 serie C de ALLEN BRADLEY de Rockwell Automation, mediante el Software RSLogix 500 versión 7.3. Se muestra a continuación el diagrama en escalera del proceso.
3.7 Diseño del HMI del Proceso El HMI se lo realizo mediante el entorno de diseño de PanelView Explorer. Para poder realizar el diseño del HMI se debe primero realizar la siguiente configuración.
3.6.1 Determinación de las etiquetas del programa Las etiquetas del programa para el Panel View se muestran en la siguiente tabla, en la cual se identifican cuatro categorías: Nombre de la etiqueta donde se encuentra la sigla que identifica al Tag, Tipo de datos en este caso se tienen dos tipos de datos ‘’Boolean’’ y ‘’16 bit integer’’, Dirección con la que se identifica en el programa RSLogix 500 y
Controlador el cual será PLC-1.
3.6.2 Determinación de las alarmas del programa
3.6.3 Pantallas Las pantallas del programa del HMI están en función de la siguiente figura.
Pantalla 1. Se encuentra la primera etapa del proceso, trituración, separación metal.
Pantalla 2. Se encuentra la segunda etapa del proceso; separación del papel y del vidrio.
Pantalla 3. Se encuentra la tercera etapa del proceso; separación del plástico y del residuo orgánico. Además del comportamiento del sensor capacitivo.
Pantalla 4. Se encuentra el control de velocidad del motor de la cinta transportadora en función de la variación de peso.
CAPITULO IV ANÁLISIS ECONÓMICO El Presente proyecto se utilizó los siguientes elementos:
Computadora personal PanelView HMI C600 Cable Ethernet Software RSlogix 500 version 7.3 y RSLinx PLC MicroLogix 500
Todos estos elementos, menos la computadora, se utilizaron del laboratprop de instrumentación de la Carrera de ingeniería Eléctrica y Electrónica. Por lo que no se realizó ningún gasto, por cuestiones materiales. Por otra parte el costo intelectual y de tiempo, se consideró con una base de 1000[Bs] BIBLIOGRAFÍA [1] Controladores programables MicroLogix 1200 y MicroLogix 1500, boletines 1762 y 1764 ALLEN BRADLEY – ROCKWELL AUTOMATION, edición 10/2002 [2] MicroLogix 1200 Programmable Controllers ALLEN BRADLEY – ROCKWELL AUTOMATION, edición 3/2004. [3] www.ab.com/micrologix [4] www.cyberallgroup.com/pdf/LPS_Allen-Bradley_PLC.pdf [5] http://agarciabahena.blogspot.com/2013/10/capacitancia.html [6] http://controlreal.com/es/transmision-analogica-y-escalamiento/ [7] www.wstinc.com
