BRAZO ELECTRONEUMATICO DE CUATRO MOVIMIENTOS
ROBIN SUAREZ NARVAEZ WILSON BERNAL YEPES JHON JAIRO RODRIGUEZ JAIME ANDRES ESPINEL
TECNOLOGICA INDUSTRIAL COLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECATRONICA AREA DE ELCTROTECNIA CUNDINAMARCA - BOGOTA D.C. 6 DE DICIEMBRE DEL 2008
BRAZO ELECTRONEUMATICO DE CUATRO MOVIMIENTOS
ROBIN SUAREZ NARVAEZ WILSON BERNAL YEPES JHON JAIRO RODRIGUEZ JAIME ANDRES ESPINEL
Profesora FREDDY AVILA
TECNOLOGICA INDUSTRIAL COLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECATRONICA AREA DE ELECTROTECNIA CUNDINAMARCA - BOGOTA D.C. 6 DE DICIEMBRE DEL 2008
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCION
5
2 JUSTIFICACION
6
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
7
4 OBJETIVOS
8
5 MARCO TEORICO
9
5.1 SISTEMA NEUMATICO
9
5.1.1 CILINDRO NEUMATICO
10
5.1.2 VALVULAS
11
5.1.2.1 TIPOS DE VALVULAS
12
5.1.3 ELECTROVALVULAS
12
5.1.4 REGULADORES DE CAUDAL
13
5.2 SENSORES
13
5.3 ESTADO DEL ARTE
14
6 RECURSOS
16
7 CRONOGRAMA
17
8 CONCLUSIONES
18
9 BIBLIOGRAFIA
19
1O ANEXOS
20
CONTENIDO DE ANEXOS
Pág. 10.1 FOTOGRAFIA NUMERO UNO
20
10.2 FOTOGAFIA NUMERO DOS
20
10.3 PREDISEÑO
21
10.4 DISEÑO DEL CIRCUITO NEUMATICO
22
INTRODUCCION
Nuestro proyecto investigara la mejor forma de cómo aplicar la neumática, que me genere como resultado un trabajo autónomo, sin tanta pérdida de energía y competitivo en el mundo de la industria Colombiana, necesitada de la automatización como medio para lograr la existencia en este mundo de la globalización. Como medio de de solución para alguno de estos problemas diseñamos un brazo electroneumático, surge con la necesidad de agilizar y simplificar actividades en la
industria, evitar de manera gradual los accidentes y enfermedades profesionales que se generan en algunos puestos de trabajo. El brazo es una herramienta que puede ser utilizada y adaptada en diferentes actividades en la industria ya que el medio de energía que se utiliza para realizar dicho trabajo es de muy fácil acceso y con ciertas características que la hacen ideal. Otro punto importante es que el aire no me genera contaminación pues le es muy útil y una buena estrategia en la industria para no generar desechos que influyan nocivamente en el planeta.
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2 JUSTIFICACION
Las empresas Industriales de Colombia en la actualidad están adoptando por la automatización como medio para garantizar el éxito en este mundo de la globalización, estrategia que compromete a los egresados mecatronicos del presente y futuro que garanticen alcanzar estos objetivos. Por esto surge la necesidad de plantear la utilización de un brazo electroneumático que se adapte a las diferentes necesidades de la Industria Colombiana. Una de las formas de alcanzar estos objetivos es diseñando un brazo electroneumático que se desempeñe de forma autónoma y eficaz; utilizando la
neumática como medio de energía para realizar los movimientos de la estructura, controlada por válvulas neumáticas y electroválvulas que me optimicen el tiempo y consumo de energía, proporcionándome una gran precisión en los movimientos a realizar, atraves de una forma eficiente. Principalmente se pensó en un brazo electroneumático como medio para hacer un proceso mas efectivo y productivo, que no influyan factores emocionales como en el caso de los operarios. Este brazo electroneumático disminuirá el factor de riesgo de los operarios en ciertas situaciones donde se es frágil para algún accidente, también haciendo mas precisos los procesos de la industria garantizando la calidad de los productos. Utilizaremos la neumática para el brazo electroneumático ya que el aire es abundante y barato, se transforma y se almacena con facilidad, es limpio no genera contaminación ni contamina productos: para el caso de la industria de alimentos y no genera combustión con el cambio de temperaturas; siendo el aire una fuente de energía que lograra el éxito de la industria en Colombia.
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3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En repetidas evaluaciones las Aseguradoras de Riesgos Profesionales “ARP” han encontrado deficiencias en las formas en que las empresas colombianas protegen la salud de susempleados. Se ha pensado en la automatización, pretendendiendo reducir el numero de accidentes en las distintas empresas colombianas y por ello nosotros como estudiantes mecatronicos proponemos ir de la mano con los diferentes tipos de tecnología.
3.1 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
En HAVELLS SYLVANIA COLOMBIA SA seguridad industrial de la mano con la aseguradora de riesgos profesionales “ARP” y entidad prestadora de salud “EPS” Se han dado cuenta que para el bienestar de los empleados era mejor hacer la compra de un brozo electro neumático ya que este brazo cumpliría con los funciones que desempeñaban los empleados de una forma mas rápida y eficiente. Ya que cualquier mecanismo que se dañe o se rompa podrá ser remplazado por otras piezas iguales de una manera rápida y sencilla para así poder seguir trabajando esto les generara menores gastos en cuanto a salud y mayores ganancias a la empresa. Pero como todo lo bueno tiene un costo los empleados deberán preparasen de una manera profesional al cargo que desempeñe para que estas cosas funcionen a la perfección.
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4 OBJETIVO GENERAL
Optimizar la productividad en las diferentes industrias del país a través de un brazo electroneumático ajustable a las necesidades para mejorar la eficacia y productividad en tiempo/costo. Pero al mismo tiempo evitando el riesgo de lecciones en los operarios de dicho proceso, comprometiéndolos a tener nuevos conocimientos competitivos para el futuro, garantizando el crecimiento y desarrollo de la Industria en el país.
3.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS
•
Optimizar la productividad de una empresa o industria, según sus necesidades.
•
Bajar costos de producción como: tiempo, espacio y mano de obra.
•
Disminuir los riesgos profesionales en beneficio de los operarios y la empresa.
•
Hacer que se capacite todo aquel personal que tenga conocimiento del producto o del proceso a optimizar. 8
5 MARCO TEORICO
En la actualidad muchas de las empresas han buscado mejorar su productividad, rendimiento tanto económico como laboral, utilizando sistemas automatizados que en nuestro caso son sistemas electro-neumáticos, aplicados en un brazo, el cual puede ser aplicado en la gran mayoría de las industrias dependiendo, claro de las necesidades y requerimientos que se planteen o para dar solución a un problema propuesto. Aunque nuestros conocimientos en el área de neumática, y electrónicas son hasta ahora muy básicos, hemos tenido que averiguar varios de los funcionamientos de cómo por ejemplo las electroválvulas y sensores magnéticos que en nuestro caso serán los finales de carrera.
5.1 SISTEMAS NEUMÁTICOS
Estos mecanismos funcionan a base de la presión que se ejerce por el aire comprimido transformándolo en una fuerza mecánica, existen tanto cilindros lineales como actuadores rotatorios que dan movimiento. Estos actuadores son baratos y seguros, sin embargo, son menos precisos en cuanto a velocidad y posición se refiere puesto que varía la compresibilidad del aire utilizado. Son más utilizados cuando se requiere de mucha potencia y para actividades ligeras que son en simplicidad las de Recoger-Colgar.
9
Estos sistemas de actuadores tienen la siguiente clasificación: de efecto simple Cilindro neumatico
de efecto doble con enganaje
Motor neumatico Actuadores neumaticos
con veleta con piston Multi veleta
Motor rotativo
con piston De embolo
5.1.1 CILINDRO NEUMÁTICO El funcionamiento 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 esto 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 el aire penetre por el orificio de la tapa delantera, y sea evacuado al exterior a través del conducto unido a la tapa trasera, en ocasiones se utilizan resortes que empujan al eje hasta la posición original o de reposo. El cilindro neumático de efecto doble utiliza los mismos principios pero se le añade efecto de movimiento al ya visto anteriormente, permitiendo que el cilindro tenga dos fases movimientos uno de “ida” y el otro de “venida”. 10
5.1.2 VÁLVULAS
Para el control de los órganos de trabajo es preciso disponer de otros elementos que realicen funciones de mando de acuerdo con el trabajo que aquellos deban efectuar. Estos elementos de control son las válvulas. Son ellas las que controlan los impulsos que hacen moverse a los cilindros. Con sus diferentes sistemas de mando, conducen el aire comprimido hasta los cilindros, actuadores de giro, bombas de vacío, para que estos efectúen, dentro del automatismo la función encomendada. Las válvulas encargadas de distribuir adecuadamente el aire comprimido para que tenga lugar el avance y el retroceso de los cilindros son las válvulas distribuidoras. Los distribuidores no se usan tan sólo para el control directo de los cilindros. De acuerdo con su uso, pueden dividirse entre los siguientes grupos principales: Distribuidores de potencia o principales: su función es la de suministrar el aire directamente al cilindro y permitir igualmente e escape. Pueden ser accionadas manuales, neumáticas, mecánica o eléctricamente. Distribuidores fin de carrera: son accionadas manual, mecánica o eléctricamente. Estos distribuidores abren o cierran pasos de aire cuya función no será la de ir directamente al cilindro, sino que se usa solamente para el pilotaje o accionamiento de otros mecanismos de control, tales como distribuidores de potencia o principales. Distribuidores auxiliares:son distribuidores utilizados en los circuitos y que en conjunción con válvulas fin de carrera y de potencia, se usan para dirigir convenientemente las señales de presión de aire. A las válvulas se les asigna un código de dos cifras separadas por una línea oblicua. La primera indica el número de vías, es decir, el número de orificios exteriores por los cuales puede circular caudal. La segunda cifra indica el número de posiciones que pueden conseguirse con los mecanismos de accionamiento.
11
5.1.2.1 Tipos de válvulas: Válvula de accionamiento mecánico/manual Válvulas estándar Válvulas universales tigger 2000 Válvulas universales tigger clásica Válvulas universales tipo CPE Válvulas individuales tipo micro/mini/midi
5.1.3 ELECTROVÁLVULAS Para poder controlar los periodos o lapso de cierto fluido, a través de los diferentes sistemas que trabajan con aire comprimido, es necesario interponer entre el sistema de control y el actuador, una interface que sirva para la conversión de la señal de control, que está basada en corriente eléctrica, en movimiento mecánico que obstruya o permita el paso del aire a presión. Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son elementos mixtos que mediante una señal eléctrica exterior efectúan las funciones propias de las válvulas distribuidoras. El distribuidor electroneumático es el elemento en el que un impulso eléctrico se transforma en una señal neumática. En general, el distribuidor electroneumático es un distribuidor 3/2 que, en principio, consta de un cuerpo con tres vías, con un electroimán. En el interior de éste hay un núcleo que actúa como una válvula doble que cierra una vía al final de cada uno de sus movimientos. Cuando el electroimán está sin corriente, el núcleo, gracias a la fuerza del muelle y a su peso, cierra la vía inferior. 12
Cuando se excita el electroimán, la bobina atrae a su núcleo hacia arriba en contra del muelle. Entonces se cierra el orificio superior y se abre el inferior. El efecto de una señal eléctrica en el distribuidor es la obtención de una señal de aire a la salida y cuando desaparece la señal eléctrica ocurre lo mismo con la neumática.
5.1.4 REGULADORES DE CAUDAL: Son dispositivos que se instalan sobre los orificios de entrada o salida de aire en los diferentes sistemas mecánicos. Su principal función es controlar la velocidad del desplazamiento del vástago de los cilindros. Si el caudal es muy grande, el cilindro actúa casi instantáneo.
5.2 SENSORES.
Los sensores pueden dividirse en dos grandes familias, detectores de paso y sensores de proximidad, donde los podemos clasificar de la siguiente forma. •
• • • •
Sensores de desplazamiento. Capaces de detectar velocidades y aceleraciones tanto en el efector final como en cada uno de los miembros de un robot o un vehículo auto guiado. Sensores de proximidad sin contacto. Del tipo de células fotoeléctricas, capaces de detectar un elemento dentro de un entorno. Sensores contacto. Capaces de detectar, por contacto, la presencia de un objeto. Sensores de fuerza. Similares a los de contacto pero con capacidad de evaluar un esfuerzo. Sensores de variables físicas. Como es el caso de los sensores que son capaces de determinar variaciones de temperatura, humedad, transmisión de calor, etc. 13
•
•
•
•
Sensores de variables eléctricas. Como los que son capaces de responder ante las variaciones de tensión, intensidad o resistencia o la intensidad de un determinado campo magnético. Sensores de variables luminosas. Como es el caso de los de detectores diferenciadores de luz, presencia de los rayos ultravioleta o infrarrojos, determinación de colores etc. Sensores de variables acústicas. Capaces de detectar tanto vibraciones como sonidos, un tipo que merece atención son aquellos que trabajan dentro del rango de voz humana Sensores con visión. Capaces de rastrear el entorno grafico para buscar determinados patrones de formas o de colores, en función de los algoritmos implementados.
5.3 ESTADO DEL ARTE
Este modelo de brazo fue inspirado de acuerdo con una visita realizada por el profesor de procesos industriales el docente ingeniero ¡DENNIS LEÓN! A la empresa HAVELLS SYLVANIA COLOMBIA SA. Esta empresa esta distribuida en tres plantas:
•
PLANTA DE VIDRIO
•
PLANTA DE FLUORESENTE
•
PLANTA DE ENCANDESENTE
El brazo electro neumático esta ubicado en la PLANTA DE ENCANDESENTE y cumple con una importante función el cual es transportar, productos terminados de un supuesto lugar a un lugar en específico mediante electricidad y aire comprimido Programados por un PLC.
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Esto les evita accidentes, gastos tales como operarios, dotaciones de y materiales de seguridad industrial pagos de EPS Y ARP entre otros. Genera rendimiento en el proceso. Les da una excelente eficiencia porque todo lo que tenga que ver con la automatización en diversos mecanismos nos tendrá que generara menores tiempos; ejemplo: un operario se demora 10 minutos en llevar un producto de un punto A a un ponto B, en cambio el brazo se demora solo 2 minutos. Nuestro proyecto se hace de acuerdo con los conocimientos que tenemos de lo neumática y principios de la electrónica.
15
6 RECURSOS
Materiales utilizados en el proyecto y su costo. VALOR UNITARIO ITEM
DESCRIPCION
1
Triples
2
Puntillas sin cabeza
3
Rodamiento
4
Bisagras
5
Cilindro 16*10
6
cilindro 12*16
CANTIDAD
VALOR TOTAL
3 m²
$ 4.000
100 unid
$5
1 unid
$ 10.000
3 unid
$ 900
1
$ 40.000
$ 40.000
1
$ 40.000
$ 40.000 $ 40.000
$ 12.000 $ 500 $ 10.000 $ 2.700
7
Cilindro 15*10
1
$ 40.000
8
Cilindro 20*12
1
$ 40.000
$ 40.000
9
Sensor magnético
2
$ 30.000
$ 30.000
10
Sensor de movimiento
1
$ 30.000
$ 30.000
11
Manguera # 3
3 mts
$ 2.000
$ 8.000
10
$ 100
$ 1.000
0,5 mts
$ 1.300
$ 1.300
4 unid
$ 200
12
Amarre plástico
13
Correa
14
Tornillo hexagonal
$ 800
15
Tornillo goloso
16
Resorte
10 unid
$ 100
$ 1.000
2 unid
$ 1.000
$ 2.000 $ 2.000
17
palo de escoba
1 unid
$ 2.000
18
hoja de segueta
1 unid
$ 1.000
$ 1.000
1 unid
$ 9.000
$ 9.000
19
caladora Total
$ 271.300
16
7 CRONOGRAMA
Cronograma de actividades
I TEM
3
ACTIVIDAD Elección de proyecto Diseño de planos Diseño de circuito
4
Montaje
Se inicia el corte de piezas
5
Montaje
Se ensambla parte inferior
6
Montaje
Terminar ensamble
7
Montaje
Instalación de cilindros
8
Montaje
9
Pruebas
Instalación de circuito Realizar pruebas funcionamiento
1 2
DESCRIPCION lluvias de ideas Se realiza boceto(Brazo ) Se realiza por método cascada
FECHA 22/08/20 08 7/09/200 8 19/10/20 08 26/10/20 08 2/11/200 8 9/11/200 8 16/11/20 08 17/11/20 08 22/11/20 08
RESPONSABL E RS,JR,JE,WB RS RS JR-RS RS-JR-JE-WB RS-JR-JE-WB RS-JR-JE-WB RS-JR-JE-WB RS-JR-JE-WB
10
Entrega
Presentación de proyecto
28/11/20 08
RS-JR-JE-WB
RS: Robín Suarez JR: Jhon Rodríguez JE: Jaime Espinel WB: Wilson Bernal 17
8 CONCLUSIONES
•
Generamos un proceso autónomo y sostenible para generar más eficacia y eficiencia en relación con la mano de obra del ser humano.
•
Garantizamos la calidad de vida de aquellas personas que tienen un factor de riesgo al realizar un proceso, sustituyéndolo por un mecanismo sostenible.
•
Fortalecer las tendencias de utilizar mecanismos que no me generen contaminación con sus residuos ni que combustione con el medio ambiente.
•
Aprendimos a manejar recursos y presupuesto para desarrollar con éxito un proyecto.
18
9 BIBLIOGRAFIA
•
Gutiérrez Ducóns Juan Luis: Nueva Enciclopedia Temática Planeta. 1991 Colombia: J. Barnat, 1991. Pag, 104-137. ISBN: 958-614-343-0
•
Festo Didactic: Introducción a la técnica Neumática de Mando, manual de estudio.
•
Festo Didactic: simples Circuiros de Memoria y Circuitos Lógicos, manual de estudio.
•
www.usal.es/~expregrafi-zamora/archivos/gest_proc/neumat_sensores.pdf
•
www.festo.com/INetDomino/coorp_sites/es/3800097483cb57c2c125710000 35e536.htm
•
www.monografias.com/trabajos13/valvidos/valvidos.shtml
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10 ANEXOS
9.1 fotografía numero uno de la estructura del brazo electroneumático
9.2 Fotografía numero dos del brazo electroneumático en una vista frontal
20
10.3 PREDISEÑO
El prediseñó consta de una estructura rígida que soporta tres cilindros (B, C, D) que tienen como objetivo mover la parte móvil al salir el vástago del cilindro B y C, para el cilindro D su función es que al salir el vástago del cilindro este sujete el objeto que se encuentre espacio. El cilindro A es el que le genera el desplazamiento de una forma circular a toda la estructura para dejar el objeto en otra posición.
21
10.4 DISEÑO DEL CIRCUITO NEUMATICO
A0 B0
4
B1
CO
4
2
5
4
3
1
1
1
4
2
5
3
3 1
2
1
1
A1
D1
2
5
2
5
2
1
D0
2
5
3 5
C1
1
1
2 2
2 1
1
1
1
1
1 2 1
2 1
1
2 1
1
1
2 2 1
B1
1
2 1
3
B0 1
3
2 1
1
2 D1 1
3
2 1
1
2 CO 1
3
4
1
2 2
5
3 4
5
1
2
1
2
2 D0 5
2
3
1 1
4
1
1
5
1
2
3
2 1
2 1
5
3 2
A1
3
1
3
1
5
2 1
2
2
A0
C1 1
3
1
22
3
